Come funziona Wireless Power Transfer

Prova Il Nostro Strumento Per Eliminare I Problemi





Il trasferimento di potenza wireless è un processo in cui l'energia elettrica viene trasferita da un sistema a un altro sistema tramite onde elettromagnetiche senza l'utilizzo di cavi o alcun contatto fisico.

In questo post discuteremo di come funziona il trasferimento di potenza wireless o il trasferimento di elettricità attraverso l'aria senza usare cavi.



Potresti aver già incontrato questa tecnologia e averne sperimentate molte teorie correlate su internet.

Sebbene Internet possa essere pieno di articoli di questo tipo che spiegano il concetto con esempi e video, il lettore per lo più non riesce a comprendere il principio fondamentale che governa la tecnologia e le sue prospettive future.



Come funziona il trasferimento wireless di elettricità

In questo articolo proveremo approssimativamente a farci un'idea di come avviene o funziona un trasferimento di elettricità wireless o avviene la conduzione e perché l'idea è così difficile da implementare su grandi distanze.

L'esempio più comune e classico di trasferimento di potenza wireless è la nostra vecchia tecnologia radio e TV che funziona inviando onde elettriche (RF) da un punto all'altro senza cavi, per il trasferimento dati previsto.

La difficoltà

Tuttavia lo svantaggio dietro questa tecnologia è che non è in grado di trasferire le onde con corrente elevata in modo tale che la potenza trasmessa diventa significativa e utilizzabile sul lato ricevente per pilotare un potenziale carico elettrico.

Questo problema diventa difficile poiché la resistenza dell'aria potrebbe essere dell'ordine di milioni di mega Ohm e quindi estremamente difficile da tagliare.

Un altro problema che rende ancora più difficile il trasferimento a lunga distanza è la fattibilità della messa a fuoco della potenza verso la destinazione.

Se si lascia che la corrente trasmessa si disperda su un ampio angolo, il ricevitore di destinazione potrebbe non essere in grado di ricevere la potenza inviata, e potrebbe eventualmente acquisirne solo una frazione, rendendo l'operazione estremamente inefficiente.

Tuttavia, il trasferimento di elettricità su brevi distanze senza fili sembra molto più semplice ed è stato implementato con successo da molti, semplicemente perché per brevi distanze i vincoli sopra discussi non diventano mai un problema.

Per un trasferimento di potenza wireless a breve distanza, la resistenza dell'aria incontrata è molto più piccola, entro un raggio di qualche 1000 megaohm (o anche inferiore a seconda del livello di prossimità), e il trasferimento diventa fattibile in modo piuttosto efficiente con l'incorporazione di alta corrente e alta frequenza.

Acquisizione della portata ottimale

Per acquisire un'ottimale efficienza distanza-corrente, la frequenza di trasmissione diventa il parametro più importante del funzionamento.

Frequenze più alte consentono di coprire distanze maggiori in modo più efficace, e quindi questo è un elemento che deve essere seguito durante la progettazione di un apparato di trasferimento di potenza wireless.

Un altro parametro che facilita il trasferimento è il livello di tensione, tensioni più elevate consentono di coinvolgere una corrente inferiore e di mantenere compatto il dispositivo.

Ora proviamo a cogliere il concetto attraverso un semplice circuito predisposto:

La configurazione del circuito

Elenco delle parti

R1 = 10 ohm
L1 = 9-0-9 giri, ovvero 18 giri con un rubinetto centrale utilizzando un filo di rame super smaltato 30 SWG.
L2 = 18 spire utilizzando filo di rame super smaltato 30 SWG.
T1 = 2N2222
D1 ---- D4 = 1N4007
C1 = 100uF / 25V
3V = 2 celle AAA da 1,5 V in serie

L'immagine sopra mostra un semplice circuito di trasferimento di potenza wireless costituito dallo stadio trasmettitore a sinistra e dallo stadio ricevitore sul lato destro del progetto.

Entrambe le fasi possono essere viste separate da un traferro significativo per il trasferimento di elettricità previsto.

Come funziona

Lo stadio del trasmettitore di potenza si presenta come un circuito oscillatore realizzato attraverso un circuito di rete di feedback su un transistor NPN e un induttore.

Sì, è vero, il trasmettitore è in effetti uno stadio oscillatore che funziona in modo push-pull per indurre una corrente pulsante ad alta frequenza nella bobina associata (L1).

La corrente indotta ad alta frequenza sviluppa una quantità corrispondente di onde elettromagnetiche attorno alla bobina.

Essendo ad alta frequenza, questo campo elettromagnetico è in grado di lacerarsi attraverso il traferro che lo circonda e raggiungere una distanza che è consentita a seconda della sua corrente nominale.

Lo stadio ricevitore può essere visto costituito solo da un induttore complementare L2 abbastanza simile a L1, che ha il solo ruolo di accettare le onde elettromagnetiche trasmesse e riconvertirle in una differenza di potenziale o elettricità anche se a un livello di potenza inferiore a causa della trasmissione coinvolta perdite nell'aria.

Le onde elettromagnetiche generate da L1 vengono irradiate tutt'intorno e L2, che si trova da qualche parte nella linea, viene colpito da queste onde EM. Quando ciò accade, gli elettroni all'interno dei fili L2 sono costretti a oscillare alla stessa velocità delle onde EM, il che alla fine si traduce in un'elettricità indotta anche su L2.

L'elettricità viene rettificata e filtrata in modo appropriato dal ponte raddrizzatore collegato e C1 che costituisce un'uscita CC equivalente attraverso i terminali di uscita mostrati.

In realtà, se osserviamo attentamente il principio di funzionamento del trasferimento di potenza wireless, scopriamo che non è niente di nuovo, ma la nostra vecchia tecnologia di trasformatori che usiamo normalmente nei nostri alimentatori, unità SMPS ecc.

L'unica differenza è l'assenza del nucleo che normalmente troviamo nei nostri normali trasformatori di alimentazione. Il nucleo aiuta a massimizzare (concentrare) il processo di trasferimento di potenza e introdurre perdite minime che a loro volta aumentano l'efficienza in larga misura

Selezione del nucleo dell'induttore

Il nucleo consente anche l'uso di frequenze relativamente più basse per il processo, per essere precisi da circa 50 a 100 Hz per i trasformatori con nucleo in ferro mentre entro 100 kHz per i trasformatori con nucleo in ferrite.

Tuttavia, nel nostro articolo proposto su come funziona il trasferimento di potenza wireless, poiché le due sezioni devono essere completamente separate l'una dall'altra, l'uso di un nucleo diventa fuori questione e il sistema è costretto a funzionare senza il comfort di un nucleo di assistenza.

Senza un nucleo diventa essenziale che venga impiegata una frequenza relativamente più alta e anche una corrente più alta in modo che il trasferimento possa iniziare, il che può dipendere direttamente dalla distanza tra gli stadi di trasmissione e di ricezione.

Riassumendo il concetto

Per riassumere, dalla discussione sopra possiamo supporre che per implementare un trasferimento di potenza ottimale attraverso l'aria, abbiamo bisogno di includere i seguenti parametri nel progetto:

Un rapporto della bobina correttamente abbinato rispetto all'induzione di tensione prevista.

Un'alta frequenza nell'ordine da 200 kHz a 500 kHz o superiore per la bobina del trasmettitore.

E una corrente elevata per la bobina del trasmettitore, a seconda della distanza che le onde elettromagnetiche irradiate devono essere trasferite.

Per ulteriori informazioni sul funzionamento del trasferimento wireless, non esitare a commentare.




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