Metode for elektromagnetisk induksjon i trådløs energioverføring

En metode for å overføre elektrisk energi til en avstand uten å bruke et ledende medium kalles trådløs overføring av elektrisitet. I 2011 ble det gjennomført flere vellykkede eksperimenter i mikrobølgeovnområdet med kapasiteter på flere titalls kilowatt, mens virkningsgraden var omtrent 40%.

Dette skjedde først i 1975 i California og for andre gang i 1997 på Reunion Island. Den lengste avstanden var omtrent en kilometer, et eksperiment ble utført for å studere energisparemulighetene i en landsby uten å bruke en tradisjonell kabel.

Teknologisk inkluderer prinsippene for kraftoverføring over en avstand, avhengig av overføringsavstand, følgende. På korte avstander med lave krefter - induksjons- og resonansmetoder, som i RFID-brikker og smartkort. På store avstander og ved høye krefter - metoden for retningsbestemt elektromagnetisk stråling i området fra UV til mikrobølgeovn.

La oss se nærmere på induksjonsmetoden. Trådløs overføring av energi gjennom elektromagnetisk induksjon innebærer bruk av det nær elektromagnetiske feltet på avstander som tilsvarer 17% av bølgelengden. Hovedpoenget er at energien i nærområdet ikke stråler i seg selv, det er bare liten stråling og resistive tap.

Elektrodynamisk induksjon fungerer slik. Når en vekslende elektrisk strøm går gjennom primærviklingen, er det et vekslende magnetfelt rundt seg, som samtidig virker på sekundærviklingen, induserer en variabel EMF og følgelig vekselstrøm.

For å oppnå høyere effektivitet, bør den relative posisjonen til primær- og sekundærviklingene være nær nok. Hvis den sekundære viklingen under eksperimentelle forhold begynner å bevege seg fra den primære, vil den delen av magnetfeltet som når sekundærviklingen og krysse svingene bli mindre.

Når sekundærviklingen fjernes, selv på en liten avstand, vil induksjonskoblingen mellom viklingene til slutt bli så liten at mesteparten av energien som overføres av magnetfeltet vil bli forbrukt ekstremt ineffektivt og generelt forgjeves.

Et lignende system presenteres i sin enkleste form. i en klassisk elektrisk transformator. Tross alt er en transformator den enkleste enheten for trådløs kraftoverføring, siden dens primære og sekundære viklinger ikke er galvanisk koblet til hverandre. Overføring av energi fra primær til sekundær implementeres i den gjennom en prosess som kalles gjensidig induksjon. Hovedfunksjonen til transformatoren er å øke eller redusere spenningen som tilføres primærviklingen.

I kontaktløse ladere for mobilt utstyr, for elektriske tannbørster og i induksjonstopp, implementeres bare metoder for elektrodynamisk induksjon. Ulempen med å overføre energi på denne måten er at den effektive handlingen er veldig liten. For å oppnå riktig effektivitet, må senderen og mottakeren plasseres veldig, veldig nær hverandre, nesten nær prinsippet om at de effektivt kan samhandle med hverandre.

For å øke effektiviteten av induksjonsmetoden er det nyttig å innføre fenomenet elektrisk resonans i et slikt system, noe som vil øke den effektive transmisjonsavstanden. Ved tilsetning av en oscillerende krets til resonanskretsen øker den ved sin virkning til en viss grad den effektive transmisjonsavstanden. For at resonans skal oppstå, må sender- og mottakerløkkene være innstilt til samme vanlige frekvens.

Ytelsen til et slikt system kan forbedres ytterligere ved å korrigere bølgeformen til kontrollstrømmen, avvike den fra en sinusformet til en overgangs ikke-sinusformet, pulserende en.

Pulsenergioverføring utføres deretter i flere sykluser, og betydelig kraft kan overføres under slike forhold fra en LC-krets til en annen, og med en lavere koblingskoeffisient enn uten å bruke resonanskretser. Formene på spolene endrer seg ikke, og i alle fall er de flate spiraler eller enkeltlags solenoider med kondensatorer koblet til dem, som er nødvendige for å innstille mottakerelementet til resonansfrekvensen til senderen.

Tradisjonelt brukes resonanselektrodynamisk induksjon i trådløse batteriladere av mobile enheter, som mobiltelefoner og medisinske implantater, så vel som i elektriske kjøretøy. Lokaliserte ladeenheter bruker valget av en spesifikk senderspole fra et sett med flerlagsviklinger.

I dette tilfellet fungerer resonansfenomenet både i kretsen til senderpanelet til laderen og i mottakerkretsen til lademodulen installert på ladeanordningen, slik at effektiviteten til overføring og mottak av energi blir maksimal. Teknologien til denne konfigurasjonen er universell og kan brukes til å lade forskjellige dingser utstyrt med passende resonansmottakere trådløst.

Teknikken til denne planen er tatt i bruk som en del av trådløs Qi-ladestandard. Denne standarden gir to alternativer for energioverføring: lav effekt - fra 0 til 5 watt og middels kraft - opp til 10 watt. Standarden ble utviklet etter 2008 av Wireless Power Consortium (WPC) for induksjon overføring av energi opp til 4 cm.

Utstyr med Qi-støtte inkluderer en sender med en flat spole (den er plassert bak platen), koblet til en stasjonær strømkilde, og en kompatibel mottaker som er installert inne i ladeenheten (også i form av en flat spole). PNår du bruker laderen, plasseres den tilkoblede enheten på senderplaten. I dette tilfellet gjelder prinsippet om elektromagnetisk induksjon mellom disse to flate spolene, som i en transformator.

Qi brukes i dag på noen enheter: Apple, Asus, HTC, Huawei, LG Electronics, Motorola Mobility, Nokia, Samsung, Xiaomi, Sony, Yota Devices. Målet med konsortiet er å lage en enkelt standard for induksjonladeteknologi for å gjøre trådløse ladere til en kjent egenskap av offentlige steder, som kafeer, flyplasser, sportsarenaer, etc.

Elektrodynamisk induksjon med resonans brukes også for direkte trådløs strømforsyning til enheter som ikke har batterier inne. Disse inkluderer RFID-brikker og kontaktløse smartkort. Et lignende prinsipp for overføring av elektrisk energi gjelder. i Tesla transformator - fra primærkretsen - induktoren - til resonatoren som er plassert inni den. Selve Tesla-transformatoren fungerer også som en trådløs energisender, bare mer elektrostatisk enn elektromagnetisk.