Kablosuz enerji transferinde elektromanyetik indüksiyon yöntemi

Elektrik enerjisini iletken bir ortam kullanmadan bir mesafeye iletme yöntemine kablosuz elektrik iletimi denir. 2011 yılına gelindiğinde, mikrodalga aralığında birkaç on kilowattlık kapasite ile birkaç başarılı deney gerçekleştirilmişken, verimlilik yaklaşık% 40 olmuştur.

Bu ilk olarak 1975'te Kaliforniya'da, ikinci kez 1997'de Reunion Adası'nda oldu. En uzun mesafe yaklaşık bir kilometre idi, geleneksel bir kablo kullanmadan bir köyün enerji tasarrufu olanaklarını incelemek için bir deney yapıldı.

Teknolojik olarak, bir mesafedeki elektrik enerjisi iletiminin prensipleri, iletim mesafesine bağlı olarak aşağıdakileri içerir. Düşük güçlerde kısa mesafelerde - indüksiyon ve rezonans yöntemleri, örneğin RFID etiketlerinde ve akıllı kartlar. Büyük mesafelerde ve yüksek güçlerde - UV'den mikrodalgaya kadar yönlü elektromanyetik radyasyon yöntemi.

İndüksiyon yöntemine daha yakından bakalım. Elektromanyetik indüksiyon yoluyla enerjinin kablosuz iletimi, dalga boyunun% 17'si ile orantılı mesafelerde yakın elektromanyetik alanın kullanımını ima eder. Sonuç olarak, yakın alanın enerjisi kendi içinde yayılmıyor, sadece küçük radyasyon ve direnç kayıpları var.

Elektrodinamik indüksiyon böyle çalışır. Birincil elektrik akımı birincil sargıdan geçtiğinde, etrafında aynı anda ikincil sargıya etki eden, değişken bir EMF'yi ve buna bağlı olarak alternatif akımı indükleyen alternatif bir manyetik alan vardır.

Daha yüksek verim elde etmek için, birincil ve ikincil sargıların göreceli konumu yeterince yakın olmalıdır. Deneysel koşullar altında, ikincil sargı birincilden uzaklaşmaya başlarsa, manyetik alanın ikincil sargıya ulaşan ve dönüşlerini geçen kısmı daha küçük olacaktır.

İkincil sargı çıkarıldığında, küçük bir mesafede bile, sargılar arasındaki endüksiyon bağlantısı sonunda o kadar küçük olur ki manyetik alan tarafından iletilen enerjinin çoğu son derece verimsiz ve genellikle boşuna tüketilir.

Benzer bir sistem en basit haliyle sunulmaktadır. klasik bir elektrik transformatöründe. Sonuçta, bir transformatör, kablosuz güç iletimi için en basit cihazdır, çünkü birincil ve ikincil sargılar birbirine galvanik olarak bağlı değildir. Birincilden ikinciye enerjinin transferi, içinde karşılıklı indüksiyon adı verilen bir süreçle gerçekleştirilir. Transformatörün ana işlevi, birincil sargıya verilen voltajı arttırmak veya azaltmaktır.

Mobil cihazlar için temassız şarj cihazlarında, elektrikli diş fırçaları ve indüksiyon ocaklarında, sadece elektrodinamik indüksiyon yöntemleri uygulanır. Enerjinin bu şekilde aktarılmasındaki dezavantaj, etkili eylemin çok küçük olmasıdır. Uygun verimliliği elde etmek için, verici ve alıcı birbirine çok, çok yakın, birbirleriyle etkili bir şekilde etkileşime girebilecekleri ilkesine neredeyse yakın yerleştirilmelidir.

İndüksiyon yönteminin verimliliğini arttırmak için, etkili iletim mesafesini artıracak böyle bir sisteme elektrik rezonansı fenomenini dahil etmek yararlıdır. Rezonans devresine bir salınım devresi eklenmesi ile, etkisiyle etkili iletim mesafesini bir dereceye kadar arttırır. Rezonans oluşması için verici ve alıcı döngülerinin aynı ortak frekansa ayarlanması gerekir.

Böyle bir sistemin performansı, kontrol akımının dalga biçimini düzelterek, bir sinüzoidalden bir geçiş sinüzoidal olmayan nabzına saptırarak daha da geliştirilebilir.

Darbeli enerji transferi daha sonra birkaç döngüde gerçekleştirilir ve bu koşullar altında bir LC devresinden diğerine ve rezonant devreleri kullanmadan daha düşük bir bağlantı katsayısına sahip önemli güç aktarılabilir. Bobinlerin şekilleri değişmez ve her durumda, alıcı elemanı vericinin rezonans frekansına ayarlamak için gerekli kapasitörlere sahip düz spiraller veya tek katmanlı solenoidlerdir.

Geleneksel olarak, rezonant elektrodinamik indüksiyon, cep telefonları ve tıbbi implantlar gibi mobil cihazların kablosuz pil şarj cihazlarında ve elektrikli araçlarda kullanılır. Yerel şarj cihazları, bir dizi çok katmanlı sargıdan belirli bir verici bobininin seçimini kullanır.

Bu durumda, rezonans fenomeni hem şarj cihazının verici panelinin devresinde hem de şarj cihazına monte edilmiş şarj modülünün alıcı devresinde çalışır, böylece enerji iletim ve alım verimliliği en üst düzeye çıkarılır. Bu yapılandırmanın teknolojisi evrenseldir ve uygun rezonans alıcılarıyla donatılmış çeşitli cihazları kablosuz olarak şarj etmek için kullanılabilir.

Bu planın tekniği Qi kablosuz şarj standardının bir parçası olarak benimsenmiştir. Bu standart enerji transferi için iki seçenek sunar: düşük güç - 0 ila 5 watt ve orta güç - 10 watt. Standart, 2008'den sonra 4 cm'ye kadar enerjinin indüksiyon transferi için Kablosuz Güç Konsorsiyumu (WPC) tarafından geliştirilmiştir.

Qi desteğine sahip ekipman, sabit bir güç kaynağına bağlı düz bir bobine (plakanın arkasında bulunur) ve şarj cihazının içine (ayrıca düz bir bobin şeklinde) monte edilmiş uyumlu bir alıcıya sahip bir verici içerir. PŞarj cihazını kullanırken, bağlı cihaz verici plakasına yerleştirilir. Bu durumda, bir transformatörde olduğu gibi bu iki düz bobin arasında elektromanyetik indüksiyon prensibi geçerlidir.

Qi bugün bazı cihazlarda kullanılmaktadır: Apple, Asus, HTC, Huawei, LG Electronics, Motorola Mobility, Nokia, Samsung, Xiaomi, Sony, Yota Cihazları. Konsorsiyumun amacı, kablosuz şarj cihazlarını kafeler, havaalanları, spor alanları gibi halka açık yerlerde tanıdık bir özellik haline getirmek için indüksiyon şarj teknolojisi için tek bir standart oluşturmaktır.

Rezonans elektrodinamik indüksiyonu, içinde bataryası olmayan cihazlara doğrudan kablosuz olarak güç sağlamak için de kullanılır. Bunlar arasında RFID etiketleri ve temassız akıllı kartlar bulunur. Elektrik enerjisinin transferi için de benzer bir prensip geçerlidir. Tesla transformatöründe - birincil devreden - indüktörden - içinde bulunan rezonatöre. Tesla transformatörün kendisi de elektromanyetikten daha elektrostatik olan bir kablosuz enerji vericisi olarak hizmet eder.