שיטת אינדוקציה אלקטרומגנטית בהעברת אנרגיה אלחוטית

שיטה להעברת אנרגיה חשמלית למרחק מבלי להשתמש במדיום מוליך נקראת העברת חשמל אלחוטית. עד 2011 נערכו מספר ניסויים מוצלחים בתחום המיקרוגל בהספקים של כמה עשרות קילוואט, בעוד שהיעילות הייתה כ 40%.

זה קרה לראשונה בשנת 1975 בקליפורניה והפעם השנייה בשנת 1997 באי ראוניון. המרחק הארוך ביותר היה כקילומטר, נערך ניסוי לחקר האפשרויות לחיסכון באנרגיה של כפר אחד ללא שימוש בכבל מסורתי.

מבחינה טכנולוגית, עקרונות העברת הכוח החשמלי לאורך מרחק כוללים, בהתאם למרחק השידור, את הדברים הבאים. במרחקים קצרים בעוצמות נמוכות - שיטות אינדוקציה ותהודה, כגון בתגי RFID וכרטיסים חכמים. במרחקים גדולים ובעוצמות גבוהות - שיטת הקרינה האלקטרומגנטית הכוונת בטווח בין UV למיקרוגל.

בואו נסתכל מקרוב על שיטת האינדוקציה. העברה אלחוטית של אנרגיה באמצעות אינדוקציה אלקטרומגנטית מרמזת על שימוש בשדה האלקטרומגנטי הקרוב למרחקים המתאימים ל -17% מאורך הגל. בשורה התחתונה, האנרגיה של השדה הקרוב אינה מקרינה בפני עצמה, יש רק קרינה קטנה ואובדן התנגדות.

אינדוקציה אלקטרודותראמית פועלת כך. כאשר זרם חשמלי מתחלף עובר דרך הפיתול הראשוני, יש סביבו שדה מגנטי מתחלף, הפועל בו זמנית על הפיתול המשני, וגורם EMF משתנה ובהתאם, זרם חילופי.

כדי להשיג יעילות גבוהה יותר, המיקום היחסי של הפיתולים הראשוניים והמשניים צריך להיות קרוב מספיק. אם בתנאים ניסיוניים, הסיבוב המשני מתחיל להתרחק מהראשון, אז החלק של השדה המגנטי שיגיע לסלילה המשנית וחוצה את תורותיו יהפוך לקטן יותר.

עם הסרת התפתל המשני, אפילו במרחק קטן, צימוד האינדוקציה בין הפיתולים יהפוך בסופו של דבר לקטן כל כך שרוב האנרגיה המועברת על ידי השדה המגנטי תיצרך בצורה לא יעילה ביותר ובאופן כללי לשווא.

מערכת דומה מוצגת בצורתה הפשוטה ביותר. בשנאי חשמלי קלאסי. אחרי הכל, שנאי הוא המכשיר הפשוט ביותר להעברת חשמל אלחוטי, מכיוון שהפיתולים הראשוניים והמשניים שלו אינם קשורים זה לזה באופן גלווני. העברת האנרגיה מהראשוני למשני מיושמת בה באמצעות תהליך שנקרא אינדוקציה הדדית. תפקידו העיקרי של השנאי הוא הגדלת או הפחתת המתח המסופק לסלילה הראשית.

במטענים נטולי מגע לציוד נייד, למברשות שיניים חשמליות ובכיריים אינדוקציה, מיושמות רק שיטות של אינדוקציה אלקטרודינמית. החיסרון בהעברת אנרגיה בדרך זו הוא שהפעולה האפקטיבית היא קטנה מאוד. כדי להשיג יעילות נאותה, יש להציב את המשדר והמקלט מאוד קרוב מאוד אחד לשני, כמעט קרוב לעיקרון שהם יכולים לתקשר זה עם זה ביעילות.

כדי להגביר את היעילות של שיטת האינדוקציה, כדאי להכניס לתופעה של התהודה החשמלית מערכת כזו, שתגדיל את מרחק השידור האפקטיבי. עם תוספת של מעגל מתנד למעגל התהודה, זה על ידי פעולתו מגדיל במידה מסוימת את מרחק השידור האפקטיבי. כדי להתרחש תהודה, יש לכוון את לולאות המשדר והמקלט לאותה תדר נפוץ.

ניתן לשפר עוד יותר את הביצועים של מערכת כזו על ידי תיקון צורת הגל של זרם הבקרה, סטייתו מסינוסואלי למצב מעבר פולשני שאינו סינוסי.

לאחר מכן העברת אנרגית הדופק מתבצעת בכמה מחזורים, וניתן להעביר כוח משמעותי בתנאים כאלה ממעגל LC אחד למשנהו, ועם מקדם צימוד נמוך יותר מבלי להשתמש במעגלי תהודה. צורות הסלילים אינם משתנים, וממילא מדובר בספירלות שטוחות או בסולנואידים בשכבה יחידה עם קבלים המחוברים אליהם, הכרחיים לכוונון האלמנט המקבל לתדר התהודה של המשדר.

באופן מסורתי, אינדוקציה אלקטרודינמית מהדהדת משמשת במטעני סוללות אלחוטיים של מכשירים ניידים, כמו טלפונים סלולריים ושתלים רפואיים, כמו גם בכלי רכב חשמליים. התקני טעינה מקומיים משתמשים בבחירת סליל משדר ספציפי מתוך קבוצה של פיתולי רב שכבתי.

במקרה זה, תופעת התהודה פועלת הן במעגל הלוח המשדר של המטען והן במעגל הקליטה של ​​מודול הטעינה המותקן על מכשיר הטעינה כך שמקסימום יעילות ההעברה וקליטת האנרגיה. הטכנולוגיה של תצורה זו היא אוניברסלית, וניתן להשתמש בה לטעינה אלחוטית של גאדג'טים שונים המצוידים במקלטים מהודדים מתאימים.

הטכניקה של תוכנית זו מאומצת כחלק מתקן הטעינה האלחוטית של צ'י. תקן זה מספק שתי אפשרויות להעברת אנרגיה: הספק נמוך - מ- 0 עד 5 וואט והספק בינוני - עד 10 וואט. התקן פותח לאחר שנת 2008 על ידי ה- Wireless Power Consortium (WPC) להעברת אנרגיה עד 4 ס"מ.

ציוד עם תמיכה בצ'י כולל משדר עם סליל שטוח (הוא ממוקם מאחורי הפלטה), מחובר למקור כוח נייח, ומקלט תואם המותקן בתוך מכשיר הטעינה (גם בצורה של סליל שטוח). עבעת השימוש במטען, המכשיר המחובר ממוקם על לוח המשדר. במקרה זה, העיקרון של אינדוקציה אלקטרומגנטית בין שני הסלילים השטוחים הללו, כמו בשנאי, חל.

צ'י משמש כיום במכשירים מסוימים: Apple, Asus, HTC, Huawei, LG Electronics, Motorola Mobility, Nokia, Samsung, Xiaomi, Sony, Yota Devices. מטרת הקונסורציום היא ליצור סטנדרט יחיד לטכנולוגיית טעינת אינדוקציה כדי להפוך מטענים אלחוטיים לתכונה מוכרת של מקומות ציבוריים, כמו בתי קפה, שדות תעופה, זירות ספורט וכו '.

אינדוקציה אלקטרודינמית של תהודה משמשת גם להפעלת מכשירים באופן אלחוטי ישירות שאין להם סוללות בפנים. אלה כוללים תגי RFID וכרטיסים חכמים ללא מגע. עיקרון דומה להעברת אנרגיה חשמלית חל. בשנאי טסלה - מהמעגל העיקרי - המשרן - לתהודה שנמצא בתוכו. שנאי טסלה עצמו, בתורו, משמש גם כמשדר אנרגיה אלחוטי, רק יותר אלקטרוסטטי מאשר אלקטרומגנטי.