Metod för elektromagnetisk induktion vid trådlös energiöverföring

En metod för att överföra elektrisk energi på avstånd utan att använda ett ledande medium kallas trådlös överföring av elektricitet. År 2011 genomfördes flera framgångsrika experiment i mikrovågsområdet med kapacitet på flera tiotals kilowatt, medan effektiviteten var cirka 40%.

Detta hände först 1975 i Kalifornien och andra gången 1997 på Reunion Island. Det längsta avståndet var cirka en kilometer, ett experiment genomfördes för att studera en bys energibesparingsmöjligheter utan att använda en traditionell kabel.

Teknologiskt inkluderar principerna för överföring av elektrisk kraft över ett avstånd, beroende på överföringsavståndet, följande. På korta avstånd vid låga krafter - induktions- och resonansmetoder, t.ex. i RFID-taggar och smarta kort. På stora avstånd och vid höga krafter - metoden för riktad elektromagnetisk strålning i området från UV till mikrovågsugn.

Låt oss titta närmare på induktionsmetoden. Trådlös överföring av energi genom elektromagnetisk induktion innebär användning av det nära elektromagnetiska fältet på avstånd motsvarande 17% av våglängden. Sammanfattningen är att energin i nära fält inte strålar i sig, det finns bara små strålningar och resistiva förluster.

Elektrodynamisk induktion fungerar så här. När en växlande elektrisk ström passerar genom den primära lindningen finns det ett växelvis magnetfält runt det, som samtidigt verkar på sekundärlindningen, inducerar en variabel EMF och följaktligen växelström.

För att uppnå högre effektivitet bör den relativa positionen för primär- och sekundärlindningarna vara tillräckligt nära. Om den sekundära lindningen under experimentella förhållanden börjar röra sig från den primära, blir den del av magnetfältet som når sekundärlindningen och korsar dess svängar mindre.

När den sekundära lindningen avlägsnas, även på ett litet avstånd, kommer induktionskopplingen mellan lindningarna så småningom att bli så liten att det mesta av energin som överförs av magnetfältet kommer att förbrukas extremt ineffektivt och generellt förgäves.

Ett liknande system presenteras i sin enklaste form. i en klassisk elektrisk transformator. När allt kommer omkring är en transformator den enklaste enheten för trådlös kraftöverföring, eftersom dess primära och sekundära lindningar inte är galvaniskt anslutna till varandra. Överföring av energi från det primära till det sekundära implementeras i det genom en process som kallas ömsesidig induktion. Transformatorns huvudfunktion är att öka eller minska spänningen som matas till den primära lindningen.

I kontaktlösa laddare för mobil utrustning, för elektriska tandborstar och i induktionshällar implementeras bara metoder för elektrodynamisk induktion. Nackdelen med att överföra energi på detta sätt är att den effektiva åtgärden är mycket liten. För att uppnå korrekt effektivitet måste sändaren och mottagaren placeras mycket, mycket nära varandra, nästan nära principen att de effektivt kan interagera med varandra.

För att öka effektiviteten hos induktionsmetoden är det användbart att införa fenomenet elektrisk resonans i ett sådant system, vilket kommer att öka det effektiva överföringsavståndet. Med tillägget av en oscillerande krets till resonanskretsen ökar den genom sin verkan till viss del det effektiva överföringsavståndet. För att resonans ska inträffa måste sändar- och mottagarslingorna vara inställda på samma vanliga frekvens.

Prestandan hos ett sådant system kan förbättras ytterligare genom att korrigera styrströmens vågform, avviker från en sinusformad till en övergångsfri icke-sinusformad, pulserad.

Pulsenergiöverföring utförs sedan i flera cykler, och betydande kraft kan överföras under sådana förhållanden från en LC-krets till en annan, och med en lägre kopplingskoefficient än utan att använda resonanskretsar. Spolarnas former förändras inte, och i alla fall är de plana spiraler eller enskikts-solenoider med kondensatorer anslutna till dem, nödvändiga för att ställa in mottagningselementet till sändarens resonansfrekvens.

Traditionellt används resonanselektrodynamisk induktion i trådlösa batteriladdare på mobila enheter, som mobiltelefoner och medicinska implantat, liksom i elektriska fordon. Lokaliserade laddningsanordningar använder valet av en specifik sänderspole från en uppsättning flerskiktslindningar.

I detta fall fungerar resonansfenomenet både i laddarens sändningspanel och i mottagningskretsen för laddningsmodulen monterad på laddningsanordningen så att effektiviteten för överföring och mottagning av energi maximeras. Tekniken för denna konfiguration är universell och kan användas för att trådlöst ladda olika prylar utrustade med lämpliga resonansmottagare.

Tekniken för denna plan används som en del av Qi trådlös laddningsstandard. Denna standard ger två alternativ för energiöverföring: låg effekt - från 0 till 5 watt och medeleffekt - upp till 10 watt. Standarden utvecklades efter 2008 av Wireless Power Consortium (WPC) för induktion överföring av energi upp till 4 cm.

Utrustning med Qi-stöd inkluderar en sändare med en platt spole (den är placerad bakom plattan) ansluten till en stationär strömkälla och en kompatibel mottagare som är installerad inuti laddningsanordningen (även i form av en platt spole). PNär du använder laddaren placeras den anslutna enheten på sändarplattan. I detta fall gäller principen om elektromagnetisk induktion mellan dessa två platta spolar, som i en transformator.

Qi används idag på vissa enheter: Apple, Asus, HTC, Huawei, LG Electronics, Motorola Mobility, Nokia, Samsung, Xiaomi, Sony, Yota Devices. Målet med konsortiet är att skapa en enda standard för induktionsladdningsteknologi för att göra trådlösa laddare till ett bekant attribut för offentliga platser, såsom kaféer, flygplatser, idrottsarenor, etc.

Elektrodynamisk induktion med resonans används också för direkt trådlös strömförsörjning av enheter som inte har batterier inuti. Dessa inkluderar RFID-taggar och kontaktlösa smartkort. En liknande princip för överföring av elektrisk energi gäller. i Tesla-transformator - från primärkretsen - induktorn - till resonatorn som finns inuti den. Själva Tesla-transformatorn fungerar i sin tur också som en trådlös energisändare, bara mer elektrostatisk än elektromagnetisk.