Metode til elektromagnetisk induktion i trådløs energioverførsel

En metode til transmission af elektrisk energi til en afstand uden at bruge et ledende medium kaldes trådløs transmission af elektricitet. I 2011 blev der udført adskillige vellykkede eksperimenter i mikrobølgeområdet med en kapacitet på flere titusind kilowatt, mens effektiviteten var ca. 40%.

Dette skete først i 1975 i Californien og anden gang i 1997 på Reunion Island. Den længste afstand var omkring en kilometer, der blev udført et eksperiment for at undersøge energibesparelsesmulighederne i en landsby uden at bruge et traditionelt kabel.

Teknologisk inkluderer principperne for transmission af elektrisk kraft over en afstand, afhængigt af transmissionsafstanden, følgende. På korte afstande ved lave kræfter - induktions- og resonansmetoder, såsom i RFID-tags og smartkort. I store afstande og ved store kræfter - metoden til retningsbestemt elektromagnetisk stråling i området fra UV til mikrobølgeovn.

Lad os se nærmere på induktionsmetoden. Trådløs transmission af energi gennem elektromagnetisk induktion indebærer anvendelse af det næsten elektromagnetiske felt i afstande, der svarer til 17% af bølgelængden. Hovedpunkterne er, at energien i det nære felt ikke stråler i sig selv, der kun er små stråling og resistive tab.

Elektrodynamisk induktion fungerer som dette. Når en vekslende elektrisk strøm passerer gennem den primære vikling, er der et vekslende magnetfelt omkring det, som samtidig virker på den sekundære vikling, hvilket inducerer en variabel EMF og følgelig vekselstrøm.

For at opnå højere effektivitet skal den relative placering af de primære og sekundære viklinger være tæt nok. Hvis den sekundære vikling under eksperimentelle forhold begynder at bevæge sig væk fra den primære, bliver den del af magnetfeltet, der når sekundærviklingen og krydser dens sving, mindre.

Når den sekundære vikling fjernes, selv i en lille afstand, vil induktionskoblingen mellem viklingerne til sidst blive så lille, at det meste af energien, der overføres af magnetfeltet, vil forbruges ekstremt ineffektivt og generelt forgæves.

Et lignende system præsenteres i sin enkleste form. i en klassisk elektrisk transformer. Når alt kommer til alt er en transformer den enkleste enhed til trådløs strømtransmission, da dens primære og sekundære viklinger ikke er galvanisk forbundet med hinanden. Overførslen af ​​energi fra det primære til det sekundære implementeres i det gennem en proces kaldet gensidig induktion. Transformatorens hovedfunktion er at øge eller formindske den spænding, der leveres til den primære vikling.

I kontaktløse opladere til mobilt udstyr, til elektriske tandbørster og i induktionskogeplader implementeres bare metoder til elektrodynamisk induktion. Ulempen ved at overføre energi på denne måde er, at den effektive handling er meget lille. For at opnå korrekt effektivitet skal senderen og modtageren placeres meget, meget tæt på hinanden, næsten tæt på princippet om, at de effektivt kan interagere med hinanden.

For at øge effektiviteten af ​​induktionsmetoden er det nyttigt at introducere fænomenet elektrisk resonans i et sådant system, hvilket vil øge den effektive transmissionsafstand. Med tilføjelsen af ​​et oscillerende kredsløb til resonanskredsløbet øger det ved dens handling til en vis grad den effektive transmissionsafstand. For at der kan optræde resonans, skal sender- og modtagerløkkerne være indstillet til den samme fælles frekvens.

Ydelsen af ​​et sådant system kan forbedres yderligere ved at korrigere bølgeformen for kontrolstrømmen, afvige det fra en sinusformet til en overgangs ikke-sinusformet, pulseret en.

Pulsenergioverførsel udføres derefter i flere cyklusser, og betydelig effekt kan overføres under sådanne forhold fra et LC-kredsløb til et andet og med en lavere koblingskoefficient end uden anvendelse af resonanskredsløb. Formerne på spolerne ændrer sig ikke, og under alle omstændigheder er det flade spiraler eller enkeltlags solenoider med kondensatorer forbundet til dem, nødvendige for at indstille modtagerelementet til transmitterens resonansfrekvens.

Traditionelt bruges resonanselektrodynamisk induktion i trådløse batteriopladere til mobile enheder, som mobiltelefoner og medicinske implantater såvel som i elektriske køretøjer. Lokaliserede opladningsenheder bruger valget af en bestemt transmissionsspole fra et sæt flerlagsviklinger.

I dette tilfælde fungerer resonansfænomenet både i kredsløbet på transmitterpanelet på opladeren og i modtagekredsløbet for lademodulet monteret på opladningsindretningen, så effektiviteten af ​​transmission og modtagelse af energi maksimeres. Teknologien i denne konfiguration er universel og kan bruges til trådløst opladning af forskellige gadgets udstyret med passende resonansmodtagere.

Teknikken for denne plan er vedtaget som en del af Qi trådløs opladningsstandard. Denne standard giver to muligheder for energioverførsel: lav effekt - fra 0 til 5 watt og medium effekt - op til 10 watt. Standarden blev udviklet efter 2008 af Wireless Power Consortium (WPC) til induktion overførsel af energi op til 4 cm.

Udstyr med Qi-understøttelse inkluderer en sender med en flad spole (den er placeret bag pladen), forbundet til en stationær strømkilde og en kompatibel modtager, der er installeret inde i opladningsindretningen (også i form af en flad spole). PNår du bruger opladeren, placeres den tilsluttede enhed på transmitterpladen. I dette tilfælde gælder princippet om elektromagnetisk induktion mellem disse to flade spoler som i en transformer.

Qi bruges i dag på nogle enheder: Apple, Asus, HTC, Huawei, LG Electronics, Motorola Mobility, Nokia, Samsung, Xiaomi, Sony, Yota Devices. Målet med konsortiet er at skabe en enkelt standard for induktionsladningsteknologi for at gøre trådløse opladere til en velkendt egenskab af offentlige steder, såsom cafeer, lufthavne, sportsarenaer osv.

Resonanselektrodynamisk induktion bruges også til direkte trådløs strømforsyning til enheder, der ikke har batterier inde. Disse inkluderer RFID-tags og kontaktløse smartkort. Et lignende princip for overførsel af elektrisk energi gælder. i Tesla-transformer - fra det primære kredsløb - induktoren - til resonatoren, der er placeret inde i den. Selve Tesla-transformeren fungerer også som en trådløs energisender, kun mere elektrostatisk end elektromagnetisk.