Forskellige typer trådløs strømoverførselsteknologi og deres arbejde

Hvert elektronisk system eller udstyr har brug for elektrisk strøm til at fungere, uanset om det kommer fra din tilsluttede vekselstrømforsyning eller et batteri. Denne elektriske strøm kan ikke lagres uendeligt i nogen genopladelig enhed som batterier, kondensatorer eller superkondensatorer. Så alle bærbare enheder som bærbare computere eller mobiltelefoner er nødvendige for at blive tilsluttet vekselstrømsledninger for at genoplade deres batterier regelmæssigt.

Typisk bruges elektriske kabler til at forbinde disse genopladelige enheder som smartphones, tablets, øretelefoner, Bluetooth-højttalere osv. Til AC-DC-adaptere. Brug af elektroniske ledningskabler til at overføre strøm eller data mellem to systemer er den mest basale og populære måde siden opdagelsen af selve elektriciteten. Og folk er glade for at bruge elektriske kabler indtil nu, men med fremskridt inden for teknologi fører menneskelig sikkerhed og menneskehedens sult til perfektion i skønhed til begreberne Trådløs strømoverførsel (WPT) eller trådløs energitransmission (WET) i billedet, som længe er gået tabt i historien. I nogle af vores tidligere artikler har vi forklaret trådløs strømtransmission i detaljer og også bygget et kredsløb til trådløs overførsel af strømmen for at lyse en LED.

Den første betydelige eksperimentelle ansøgning om trådløs strømoverførsel (WPT) blev udført i begyndelsen af 1890'erne af opfinderen Nikola Tesla. Under eksperimenterne transmitteres elektrisk energi ved induktiv og kapacitiv kobling ved hjælp af gnist-ophidsede radiofrekvensresonanttransformatorer, nu kaldet Tesla-spoler. Selvom disse eksperimenter delvist er vellykkede, er de ikke effektive og kræver høje investeringer. Så senere bliver disse eksperimenter skrottet, og teknologiundersøgelsen blev stagneret i mange års lag. Vi har også bygget en mini tesla-spole til at demonstrere konceptet med Tesla-spoler.

Selvom der endnu ikke er nogen effektiv måde at levere høj effekt trådløst på, er det muligt at designe et kredsløb med de nuværende teknologiske fremskridt for effektivt at overføre lav effekt mellem to systemer. Og de trådløse opladere er designet baseret på dette nyudviklede kredsløb, der gør det muligt at levere strøm til smartphones og andre små elektroniske enheder trådløst.

Forskellig trådløs opladningsteknologi, der anvendes i trådløs oplader

Lige siden begrebet trådløs strømoverførsel blev populært kom både forskere og ingeniører med forskellige måder at realisere dette koncept på. Selvom de fleste af disse eksperimenter førte til fiaskoer eller upraktiske resultater, producerede kun få af disse eksperimenter tilfredsstillende resultater. Disse testede og arbejdsmetoder til opnåelse af trådløs strømoverførsel har deres egne fordele, ulemper og funktioner. Blandt disse forskellige metoder bruges kun et par til at designe trådløse opladere. Mens andre metoder har deres eget anvendelsesområde og fordele.

Nu for bedre forståelse klassificeres disse metoder baseret på afstanden for transmission, maksimal effekt og metode, der bruges til at opnå kraftoverførsel. I nedenstående figur kan vi se forskellige måder, der bruges til at opnå trådløs strømoverførselsteknologi og deres klassificering.

Her,

Den første og vigtigste klassificering er baseret på, hvor langt strømoverførsel er mulig. I de eksperimenterede metoder er nogle i stand til at levere strøm trådløst til belastninger i stor afstand væk, mens andre kun kunne levere strøm til belastninger kun få centimeter væk fra kilden. Så den første division er baseret på, om metoden er af Near Field eller Far Field.
Forskellen i afstandsfunktion kommer baseret på den type fænomen, der bruges af forskellige metoder til at opnå trådløs strømoverførsel. For eksempel, hvis mediet, der anvendes ved metoden til at levere strøm, er elektromagnetisk induktion, kan den maksimale afstand ikke være højere end 5 cm. Dette skyldes, at tabet af magnetisk flux eksponentielt øges med en stigning i afstanden mellem kilde og belastning, hvilket fører til uacceptable effekttab. På den anden side, hvis det medium, der anvendes ved metoden til at levere strøm, er elektromagnetisk strålingså kan den maksimale afstand gå så højt et par meter. Dette skyldes, at EMR kan koncentreres til et brændpunkt, der er meter væk fra kilden. Metoder, der bruger EMR som medium til at levere strøm, har også højere effektivitet sammenlignet med andre.
På de mange måder, der er nævnt ovenfor, er nogle mere populære end andre, og de populære metoder, der anvendes bredt, diskuteres nedenfor.

Der er to populære metoder til trådløs kraftoverførsel, der bruger elektromagnetisk stråling som medium - mikrobølgeovn og laser / lyseffekt

Mikrobølgeovn trådløs strømoverførsel

Da navnet i sig selv giver det væk i denne metode, vil det bruge mikrobølgespektret i EMR til at levere strøm til belastning. Først trækker senderen strøm fra en stikkontakt eller en hvilken som helst anden stabil strømkilde og regulerer derefter denne vekselstrøm til det krævede niveau. Derefter genererer den transmitterede effekt mikrobølger ved at forbruge denne regulerede strømforsyning. Mikrobølgerne bevæger sig gennem luften uden afbrydelse for at nå modtageren eller belastningen. Modtageren vil være udstyret med passende enheder til at modtage denne mikrobølgestråling og konvertere den til elektrisk energi. Denne konverterede elektriske effekt er direkte proportional med mængden af mikrobølgestråling nået til modtageren, og der opnås derfor trådløs strømoverførsel ved hjælp af mikrobølgestråling.

Trådløs overførsel af laserlys trådløst

Enhver person, der beskæftiger sig med elektronik og elektrisk strøm, burde have stødt på et koncept kaldet solenergiproduktion. Og hvis du husker rigtigt, er begrebet solenergiproduktion intet andet end at bruge elektromagnetisk stråling fra solen til genereret elektricitet. Denne konverteringsproces kan være baseret på systemer af solpaneler, solvarme eller andre, og en solcellelader kan let bygges ved hjælp af solpaneler. Men nøgleproblemet her er den energi, som solen overfører til jorden, er i form af elektromagnetisk stråling og er specifikt i det synlige spektrum og overførsel af energi her udført trådløst. Derfor er konceptet med solenergiproduktion i sig selv et mega trådløst strømtransmissionssystem.

Hvis vi nu udskifter solen med en mindre EMR-generator (eller simpelthen en lyskilde), kan vi fokusere den genererede stråling på en belastning, der er hundreder af meter væk fra lyskilden. Når dette fokuserede lys når modtagermodulets (eller belastning) solpanel, konverterer det lysenergien til elektrisk strøm, som er det oprindelige mål med opsætning af trådløs strømtransmission.

Indtil nu diskuterede vi teknikker eller metoder, der er i stand til at levere strøm til belastning, som er få meter væk fra kilden. Selvom disse teknikker har afstandskapacitet, er de omfangsrige og dyre, så de er ikke egnede til design af mobilopladere. De mest praktiske metoder, der kan bruges til design af trådløse opladere, er nemlig ' induktiv koblingstype' og ' magnetisk resonansinduktion '. Dette er de to metoder, der bruger Faradays-loven om elektromagnetisk induktion som princip og magnetisk flux som formeringsfænomen for at opnå trådløs strømoverførsel.

Trådløs kraftoverførsel ved hjælp af induktiv kobling

Opsætningen, der anvendes i induktiv kobling, ligner meget den, der bruges til elektrisk transformer. For bedre forståelse, lad os se på det typiske applikationskredsløb til induktiv kobling trådløs strømoverførselsmetode.

I ovenstående funktionsdiagram har vi to sektioner, den ene er en opsætning af elektrisk kraftoverførsel, og den anden er opsætningen af den elektriske strømmodtager.
Begge sektioner er elektrisk isoleret med hinanden og er adskilt af en isolator med et par centimeter bredde. Selvom begge sektioner ikke har nogen elektrisk interaktion, er der stadig en magnetisk kobling mellem dem.
AC-spændingskilden til stede i transmittermodulet giver strøm til hele systemet.

Arbejd af induktiv koblingstype Trådløs transmission: Fra begyndelsen er der en strøm i lederspolen i sendermodulet, fordi en vekselspændingskilde er forbundet til spolens endeterminaler. Og på grund af denne strømstrøm skal der dannes et magnetfelt omkring lederne af spolen, som er tæt viklet omkring en ferritkerne. På grund af tilstedeværelsen af et medium koncentreres al magnetisk flux af spolen på ferritkernen. Denne flux bevæger sig langs ferritkernens akse og skubbes ud i det frie rum uden for transmissionsmodulet som vist i figuren.

Hvis vi nu bringer modtagermodulet nær senderen, vil den magnetiske flux, der sendes fra senderen, skære spolen til stede i modtagermodulet. Da flux genereret af sendermodulet varierer flux, skal en EMF induceres i lederen, der bringes inden for dets rækkevidde i henhold til Faradays lov om elektromagnetisk induktion. Baseret på denne teori skal en EMF også indføres i modtagerspolen, der oplever den magnetiske flux, der genereres af senderen. Denne genererede spænding vil blive rettet, filtreret og reguleret for at få en ordentlig jævnstrømsspænding, som er meget nødvendigt for systemkontrolleren.

I nogle tilfælde elimineres ferritkerne også for at gøre transmitteren og modtageren mere kompakt og let. Du kan se denne applikation i trådløs mobiltelefonoplader og smartphone-par. Som vi alle kender, konkurrerer industrier på nuværende tidspunkt hals til hals for at frigive højtydende smartphones og andre enheder, der er lettere, slankere og køligere. Designerne har bogstaveligt talt mareridt for at opnå disse funktioner uden at gå på kompromis med ydeevnen, så det er uacceptabelt at gøre enheden klodsede bare for trådløs strømoverførsel. Så designere og teknik kommer med mere slankere og lettere moduler, der kan monteres i smartphones og tablets.

Her kan du se den interne konstruktion af den nyeste trådløse oplader.

Smartphonen med den trådløse strømfunktion har også en lignende spole for at muliggøre den elektromagnetiske induktion. Du kan se i nedenstående figur, hvordan den tynde spole er fastgjort i den nederste ende af Smartphone tæt på batteriet. Du kan se, hvordan ingeniører designet denne trådløse oplader så slank uden at gå på kompromis med dens ydeevne. Arbejdet med denne opsætning svarer til det tilfælde, der er diskuteret ovenfor, bortset fra at det ikke har nogen ferritkerne i midten af viklingen.

Selvom denne måde at transmittere strøm gennem elektromagnetisk induktion på virker let, men det kan ikke sammenlignes med en effektiv metode til at levere strøm gennem kablet.

Magnetisk resonansinduktionsbaseret trådløs strømoverførsel

Magnetisk resonansinduktion er en form for induktiv kobling, hvor strøm overføres af magnetfelter mellem to resonanskredsløb (tunede kredsløb), en i senderen og en i modtageren. På grund af dette skal opsætningen af det magnetiske resonansinduktionskredsløb være meget lig det induktive koblingskredsløb, som vi tidligere diskuterede.

Du kan se i denne figur bortset fra tilstedeværelsen af seriekondensatorer, at hele kredsløbet svarer til det foregående tilfælde.

Arbejde: Funktionen af denne model svarer også meget til det foregående tilfælde, bortset fra at her er kredsløbene i senderen og modtageren indstillet til at fungere ved resonansfrekvensen. Kondensatorerne er specielt forbundet i serie med begge spoler for at opnå denne resonanseffekt.

Som vi alle ved, vil en kondensator i serie med en induktor danne et serie LC-kredsløb som vist i figuren. Og værdien af frekvensen, hvormed dette kredsløb fungerer ved resonans, kan angives som, F _r = 1 / 2ᴫ (LC) ^1/2

Her L = Induktorværdi og C = Kondensatorværdi.

Ved at bruge den samme formel beregner vi værdien af resonansfrekvensen for transmitterkredsløbet og justerer vekselstrømskildefrekvensen til den beregnede værdi.

Når kildefrekvensen er justeret, fungerer senderkredsløbet sammen med modtagerkredsløbet med resonansfrekvensen. Efter dette skal en EMF induceres i modtagerkredsløbet i henhold til Faradays Induction Law som vi diskuterede i det foregående tilfælde. Og denne inducerede EMF vil blive rettet, filtreret og reguleret for at få en ordentlig jævnstrømsspænding som vist i figuren.

Indtil nu diskuterede vi forskellige teknikker, der kan bruges til trådløs strømoverførsel sammen med deres typiske applikationskredsløb. Og vi bruger disse metoder til at udvikle kredsløb til alle de trådløse kraftoverførselssystemer som trådløs oplader, trådløst opladningssystem til elektriske køretøjer, trådløs strømoverførsel til droner, fly osv.

Trådløse strømoverførselsstandarder

Nu med hvert firma, der udvikler sine egne produktioner og ladestationer, er der behov for fælles standarder blandt alle udviklere for at få forbrugeren til at vælge det bedste blandt havets valg. Så et par standarder følges af alle brancher, der arbejder på at udvikle trådløse kraftoverførselssystemer.

Forskellige standarder, der bruges til at udvikle trådløse strømoverførselsenheder som trådløs oplader:

'Qi' standarder - af Wireless Power Consortium:

Teknologi - induktiv, resonant - lav frekvens
Lav effekt - 5W, Medium Power - 15W, Qi Trådløse køkkenapparater fra 100W til 2,4kW
Frekvensområde - 110 - 205 kHz
Produkter - 500+ produkter og brugt i mere end 60 mobiltelefonfirmaer

'PMA' standarder - af Power Matter Alliance:

Teknologi - induktiv, resonant - høj frekvens
Power Out Max fra 3,5W til 50W
Frekvensområde - 277 - 357 kHz
Produkter - kun 2 men 1.00.000 el-måtter distribueres globalt

Fordele ved trådløs oplader

Den trådløse oplader er meget nyttig til opladning af hjemmebaserede enheder som en smartphone, bærbar computer, iPod, notebook, øretelefon osv.
Det giver en bekvem, sikker og effektiv måde at overføre strøm uden noget medium.
Miljøvenlig - Skader eller skader ikke et menneske eller noget levende væsen.
Det kan bruges til at oplade medicinske implantater, hvilket resulterer i en forbedring af livskvaliteten og reducerer risikoen for infektion.
Intet behov for almindelig bekymring for slid på stikket.
Fumbling over strømkabelorientering er slut med brugen af trådløse opladere.

Ulemper ved trådløs oplader

Mindre effektivitet og mere strømtab.
Omkostninger mere end kabelopladeren.
Det er svært at reparere fejlen.
Ikke egnet til levering med høj effekt.
Energitab stiger med belastningen.