Die drahtlose Energieübertragung ist ein Prozess, bei dem elektrische Energie durch elektromagnetische Wellen von einem System zu einem anderen System übertragen wird, ohne dass Drähte oder physikalische Kontakte verwendet werden müssen.
In diesem Beitrag diskutieren wir, wie die drahtlose Energieübertragung oder die Übertragung von Elektrizität durch Luft ohne Kabel funktioniert.
Möglicherweise sind Sie bereits auf diese Technologie gestoßen und haben viele durchlaufen verwandte Theorien im Internet.
Obwohl das Internet voller solcher Artikel ist, die das Konzept anhand von Beispielen und Videos erläutern, versteht der Leser das Kernprinzip der Technologie und ihre Zukunftsaussichten meist nicht.
So funktioniert die drahtlose Stromübertragung
In diesem Artikel werden wir grob versuchen, eine Vorstellung davon zu bekommen, wie eine drahtlose Stromübertragung stattfindet oder funktioniert oder wie eine Leitung stattfindet und warum die Idee über große Entfernungen so schwierig umzusetzen ist.
Das häufigste und klassischste Beispiel für die drahtlose Energieübertragung ist unsere alte Radio- und Fernsehtechnologie, bei der elektrische Wellen (RF) für die beabsichtigte Datenübertragung ohne Kabel von einem Punkt zum anderen gesendet werden.
Die Schwierigkeit
Der Nachteil dieser Technologie besteht jedoch darin, dass sie die Wellen nicht mit hohem Strom übertragen kann, so dass die übertragene Leistung auf der Empfangsseite sinnvoll und nutzbar wird, um eine potenzielle elektrische Last anzutreiben.
Dieses Problem wird schwierig, da der Luftwiderstand im Bereich von Millionen von Mega-Ohm liegen und daher äußerst schwer zu durchschneiden sein könnte.
Ein weiteres Problem, das die Übertragung über große Entfernungen noch schwieriger macht, ist die Fokussierbarkeit der Leistung zum Ziel.
Wenn sich der gesendete Strom über einen weiten Winkel verteilen darf, kann der Zielempfänger möglicherweise die gesendete Leistung nicht empfangen und kann möglicherweise nur einen Bruchteil davon erfassen, was den Betrieb äußerst ineffizient macht.
Die Übertragung von Elektrizität über kurze Entfernungen ohne Kabel sieht jedoch viel einfacher aus und wurde von vielen erfolgreich implementiert, einfach weil für kurze Entfernungen die oben diskutierten Einschränkungen niemals zu einem Problem werden.
Bei einer drahtlosen Energieübertragung über kurze Entfernungen ist der angetroffene Luftwiderstand innerhalb eines Bereichs von einigen 1000 Megaohm (oder sogar geringer, abhängig von der Nähe) viel geringer, und die Übertragung wird unter Einbeziehung von Hochstrom und Strom ziemlich effizient möglich Hochfrequenz.
Optimale Reichweite erreichen
Um einen optimalen Wirkungsgrad zwischen Abstand und Strom zu erzielen, wird die Übertragungsfrequenz zum wichtigsten Parameter im Betrieb.
Höhere Frequenzen ermöglichen es, größere Entfernungen effektiver zurückzulegen, und daher ist dies ein Element, das bei der Entwicklung einer drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung beachtet werden muss.
Ein weiterer Parameter, der die Übertragung erleichtert, ist der Spannungspegel, höhere Spannungen ermöglichen einen niedrigeren Strom und halten das Gerät kompakt.
Versuchen wir nun, das Konzept anhand einer einfachen Schaltungsanordnung zu erfassen:
Die Schaltung einrichten
Liste der Einzelteile
R1 = 10 Ohm
L1 = 9-0-9 Windungen, dh 18 Windungen mit einem Mittelhahn unter Verwendung eines 30-SWG-Kupferlackdrahtes.
L2 = 18 Windungen mit 30 SWG super emailliertem Kupferdraht.
T1 = 2N2222
D1 ---- D4 = 1N4007
C1 = 100 uF / 25 V.
3 V = 2 AAA 1,5 V-Zellen in Reihe
Das obige Bild zeigt eine einfache drahtlose Energieübertragungsschaltung, die aus der Sendestufe links und der Empfängerstufe rechts im Design besteht.
Beide Stufen sind getrennt mit einem signifikanten Luftspalt für die beabsichtigte Stromverschiebung zu sehen.
Wie es funktioniert
Die Leistungssenderstufe sieht aus wie eine Oszillatorschaltung, die durch eine Rückkopplungsnetzwerkschaltung über einen NPN-Transistor und eine Induktivität hergestellt wird.
Ja, das stimmt, der Sender ist in der Tat eine Oszillatorstufe, die auf Push-Pull-Weise arbeitet, um einen pulsierenden Hochfrequenzstrom in der zugehörigen Spule (L1) zu induzieren.
Der induzierte Hochfrequenzstrom entwickelt eine entsprechende Menge elektromagnetischer Wellen um die Spule.
Bei einer hohen Frequenz kann dieses elektromagnetische Feld durch den Luftspalt um es herum zerreißen und eine Entfernung erreichen, die je nach Nennstrom zulässig ist.
Die Empfangsstufe besteht nur aus einem komplementären Induktor L2, der L1 ziemlich ähnlich ist und die allein die Aufgabe hat, die übertragenen elektromagnetischen Wellen zu akzeptieren und sie aufgrund der beteiligten Übertragung in eine Potentialdifferenz oder Elektrizität umzuwandeln, wenn auch auf einem niedrigeren Leistungsniveau Verluste durch die Luft.
Die von L1 erzeugten elektromagnetischen Wellen werden ringsum abgestrahlt, und L2, das sich irgendwo in der Linie befindet, wird von diesen EM-Wellen getroffen. In diesem Fall werden die Elektronen in den L2-Drähten gezwungen, mit der gleichen Geschwindigkeit wie die EM-Wellen zu schwingen, was schließlich auch zu einer induzierten Elektrizität über L2 führt.
Der Strom wird durch den angeschlossenen Brückengleichrichter und C1, der einen äquivalenten Gleichstromausgang über die gezeigten Ausgangsanschlüsse bildet, entsprechend gleichgerichtet und gefiltert.
Wenn wir uns das Funktionsprinzip der drahtlosen Energieübertragung genau ansehen, stellen wir fest, dass es nichts Neues ist als unsere uralte Transformatortechnologie, die wir normalerweise in unseren Netzteilen, SMPS-Einheiten usw. verwenden.
Der einzige Unterschied ist das Fehlen des Kerns, den wir normalerweise in unseren regulären Netzteiltransformatoren finden. Der Kern hilft, den Energieübertragungsprozess zu maximieren (zu konzentrieren) und minimale Verluste einzuführen, was wiederum die Effizienz in hohem Maße erhöht
Auswahl des Induktorkerns
Der Kern ermöglicht auch die Verwendung relativ niedrigerer Frequenzen für den Prozess, genauer gesagt um 50 bis 100 Hz für Eisenkerntransformatoren, während sie für Ferritkerntransformatoren innerhalb von 100 kHz liegen.
In unserem vorgeschlagenen Artikel über die Funktionsweise der drahtlosen Energieübertragung kommt die Verwendung eines Kerns jedoch nicht in Frage, da die beiden Abschnitte vollständig voneinander entfernt sein müssen, und das System ist gezwungen, ohne den Komfort eines unterstützenden Kerns zu arbeiten.
Ohne Kern wird es wesentlich, dass eine relativ höhere Frequenz und auch ein höherer Strom verwendet werden, damit die Übertragung initiieren kann, was direkt von der Entfernung zwischen der Sende- und der Empfangsstufe abhängen kann.
Das Konzept zusammenfassen
Zusammenfassend können wir aus der obigen Diskussion annehmen, dass zur Implementierung einer optimalen Kraftübertragung durch Luft die folgenden Parameter im Entwurf enthalten sein müssen:
Ein korrekt angepasstes Spulenverhältnis in Bezug auf die beabsichtigte Spannungsinduktion.
Eine hohe Frequenz in der Größenordnung von 200 kHz bis 500 kHz oder höher für die Sendespule.
Und ein hoher Strom für die Sendespule, abhängig davon, wie weit die abgestrahlten elektromagnetischen Wellen übertragen werden müssen.
Für weitere Informationen zur Funktionsweise der drahtlosen Übertragung können Sie gerne einen Kommentar abgeben.
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