Различите врсте технологија бежичног преноса снаге и њихов рад

За рад сваког електронског система или уређаја потребна је електрична енергија, било да је из зидног напајања наизменичном струјом или из батерије. Ова електрична снага не може се бескрајно чувати ни у једном пуњивом уређају попут батерија, кондензатора или суперкондензатора. Дакле, сви преносни уређаји попут лаптопа или мобилних телефона потребни су за повезивање на мрежне наизменичне струје како би се редовно пунили.

Обично се електрични каблови користе за повезивање ових пуњивих уређаја попут паметних телефона, таблета, слушалица, Блуетоотх звучника итд. Са АЦ-ДЦ адаптерима. Коришћење електронских проводничких каблова за пренос снаге или података између два система је најосновнији и најпопуларнији начин од самог открића електричне енергије. И људи су до сада били задовољни коришћењем електричних каблова, али са напретком технологије, људска сигурност и глад човечанства за савршенством у лепоти доводе до концепата бежичног преноса снаге (ВПТ) или бежичног преноса енергије (ВЕТ) у слику која је давно изгубљена у историји. У неким од наших претходних чланака детаљно смо објаснили бежични пренос снаге, а такође смо направили и склоп за бежични пренос снаге за сијање ЛЕД-а.

Прву значајну експерименталну апликацију за бежични пренос снаге (ВПТ) извео је почетком 1890-их изумитељ Никола Тесла. Током експеримената, електрична снага се преноси индуктивним и капацитивним спрезањем помоћу радио фреквентних резонантних трансформатора побуђених искром, који се данас називају Теслин завојнице. Иако су ови експерименти делимично успешни, нису ефикасни и захтевају велика улагања. Дакле, касније, ови експерименти се прекидају и технолошка студија је стагнирала дуги низ година. Такође смо направили мини тесла калем како бисмо демонстрирали концепт Теслиних калема.

Иако ни сада не постоји ефикасан начин бежичне испоруке велике снаге, могуће је дизајнирати коло са садашњим технолошким достигнућима за ефикасан пренос мале снаге између два система. А бежични пуњачи су дизајнирани на основу овог новоразвијеног кола који му омогућава бежично напајање паметних телефона и других малих електронских уређаја.

Разна технологија бежичног пуњења која се користи у бежичном пуњачу

Откако је концепт бежичног преноса снаге постао популаран, и научници и инжењери пронашли су разне начине да реализују овај концепт. Иако је већина ових експеримената довела до неуспеха или непрактичних резултата, мало њих је дало задовољавајуће резултате. Ови тестирани и радни начини за постизање бежичног преноса снаге имају своје предности, недостатке и карактеристике. Међу овим разним методама, само неколико се користи у дизајнирању бежичних пуњача. Остале методе имају своје подручје примене и предности.

Сада су за боље разумевање ове методе класификоване на основу удаљености преноса, максималне снаге и методе која се користи за постизање преноса снаге. На доњој слици можемо видети разне начине који се користе за постизање технологије бежичног преноса снаге и њихову класификацију.

Ево,

Прва и најважнија класификација заснива се на томе колико је могућ пренос снаге. У експериментисаним методама, неки су способни да бежично испоручују напајање теретима на великој удаљености, док су други могли испоручивати снагу само оптерећењима удаљеним само неколико центиметара од извора. Дакле, прва подела се заснива на томе да ли је метода Блиско или Далеко поље.
Разлика у могућности даљине долази на основу врсте феномена који се користи различитим методама за постизање бежичног преноса снаге. На пример, ако је медијум који се користи за испоручивање енергије електромагнетна индукција, тада максимално растојање не може бити веће од 5 цм. То је зато што се губитак магнетног флукса експоненцијално повећава са повећањем удаљености између извора и оптерећења, што доводи до неприхватљивих губитака снаге. С друге стране, ако је медијум који се користи за испоручивање енергије електромагнетно зрачењетада максимална удаљеност може да достигне и неколико метара. То је зато што се ЕМР може концентрисати до жаришне тачке која је удаљена неколико метара од извора. Такође, методе које користе ЕМР као медијум за испоруку снаге имају већу ефикасност у поређењу са другима.
На више горе поменутих начина, неки су популарнији од других, а у наставку се говори о популарним методама које се широко користе.

Постоје две популарне методе за бежични пренос снаге које користе електромагнетно зрачење као средњу - Микроталасна снага и Ласерска / светлосна снага

Микроталасни бежични пренос снаге

Како га само име одаје у овој методи, користиће микроталасни спектар ЕМР за испоруку снаге за оптерећење. Прво, предајник ће напајати струју из утичнице или било ког другог стабилног извора напајања, а затим ће регулисати ову снагу наизменичне струје до потребног нивоа. Након тога, одашиљана снага ће генерирати микроталасе трошећи ово регулисано напајање. Микроталаси путују ваздухом без икаквих прекида да би дошли до пријемника или терета. Пријемник ће бити опремљен одговарајућим уређајима за пријем овог микроталасног зрачења и његово претварање у електричну енергију. Ова претворена електрична снага је директно пропорционална количини микроталасног зрачења доспелог до пријемника и тиме је постигнут бежични пренос снаге помоћу микроталасног зрачења.

Ласер Лигхт бежични пренос снаге

Свака особа која се бави електроником и електричном енергијом требало је да наиђе на концепт који се назива соларна енергија. И ако се добро сећате, концепт соларне производње електричне енергије није ништа друго него коришћење електромагнетног зрачења сунца за генерисану електричну енергију. Овај процес конверзије може се заснивати на системима соларних панела, соларном грејању или било којем другом, а пуњач соларне енергије може се лако изградити помоћу соларних панела. Али овде је кључно питање енергија коју сунце пребацује на земљу у облику електромагнетног зрачења и посебно у видљивом спектру и пренос енергије овде се врши бежично. Отуда је концепт соларне производње енергије сам по себи мега бежични систем за пренос енергије.

Сада, ако заменимо сунце мањим ЕМР генератором (или једноставно извором светлости), онда можемо усмерити настало зрачење на терет који је стотинама метара удаљен од извора светлости. Једном када ово фокусирано светло дође до соларне плоче модула пријемника (или оптерећења), претвара светлосну енергију у електричну енергију што је првобитни циљ подешавања бежичног преноса снаге.

До сада смо разговарали о техникама или методама које су способне да испоруче снагу за оптерећење удаљено неколико метара од извора. Иако ове технике имају даљину, гломазне су и скупе па нису погодне за дизајн мобилних пуњача. Најпрактичније методе које се могу користити за дизајн бежичних пуњача су „ Индуктивни спој“ и „ Магнетна резонантна индукција “. То су две методе које користе Фарадејев закон електромагнетне индукције као принцип, а магнетни ток као пропагацијски феномен за постизање бежичног преноса снаге.

Бежични пренос снаге помоћу индуктивног спајања

Поставка која се користи у индуктивној спрези врло је слична оној која се користи за електрични трансформатор. Да бисмо боље разумели, погледајмо типично апликационо коло методе бежичног преноса снаге индуктивне спреге.

У горњем функционалном дијаграму имамо два одељка, један је подешавање преноса електричне енергије, а други подешавање пријемника електричне енергије.
Оба дела су међусобно електрично изолована и одвојена су изолатором ширине неколико центиметара. Иако оба одељка немају никакву електричну интеракцију, ипак постоји магнетна спрега између њих.
Извор наизменичног напона присутан у модулу предајника даје напајање целом систему.

Рад бежичног преноса са индуктивном спојницом: Од почетка је у модулу предајника присутан проток струје у завојници проводника, јер је извор наизменичног напона повезан са крајњим стезаљкама завојнице. И због овог струјног тока, требало би да се генерише магнетно поље око проводника калема који је чврсто намотан око феритног језгра. Због присуства медијума, сав магнетни ток калема концентрише се на феритно језгро. Овај ток се креће дуж осе феритног језгра и избацује се у слободни простор изван преносног модула, као што је приказано на слици.

Ако приближимо модул пријемника у близини предајника, тада ће магнетни ток који емитује предајник пресећи завојницу која се налази у модулу пријемника. С обзиром да је флукс генерисан од модула предајника променљив флукс, тада се у проводник доведени ЕМФ мора унети у његов опсег према Фарадејевом закону о електромагнетној индукцији. На основу ове теорије ЕМФ такође мора бити индукован у калем пријемника који доживљава магнетни ток генерисан од предајника. Овај генерисани напон ће се исправити, филтрирати и регулисати да би се добио одговарајући једносмерни напон који је пријеко потребан системском контролеру.

У неким случајевима, феритно језгро се такође елиминише да би предајник и пријемник били компактнији и лаганији. Ову апликацију можете видети у бежичном пуњачу за мобилни телефон и у пару паметних телефона. Као што сви знамо индустрије које се тренутно надмећу у избацивању паметних телефона високих перформанси и других уређаја који су лакши, тањи и хладнији. Дизајнери буквално сањају ноћне море како би постигли ове карактеристике без угрожавања перформанси, па је неприхватљиво учинити уређај гломазним само ради бежичног преноса снаге. Тако дизајнери и инжењерство долазе са више тањих и лакших модула који се могу уградити у паметне телефоне и таблете.

Овде можете видети унутрашњу конструкцију најновијег бежичног пуњача.

Паметни телефон са бежичним напајањем такође ће имати сличну завојницу како би омогућио електромагнетну индукцију. На доњој слици можете видети како је танка завојница причвршћена на доњем крају паметног телефона близу батерије. Можете видети како су инжењери дизајнирали овај бежични пуњач тако танак без компромиса у перформансама. Рад ове поставке је сличан горе поменутом случају, осим што нема ниједно феритно језгро у центру намотаја.

Иако се овај начин преноса снаге путем електромагнетне индукције чини лаким, али није упоредив са ефикасним начином испоруке снаге кроз кабл.

Бежични пренос снаге заснован на магнетној резонантној индукцији

Магнетна резонантна индукција је облик индуктивног спрезања у коме се снага преноси магнетним пољима између два резонантна кола (подешена кола), једног у предајнику и једног у пријемнику. Због тога, подешавање круга магнетне резонантне индукције мора бити врло слично кругу индуктивног спајања о којем смо претходно разговарали.

На овој слици можете видети, осим присуства серијских кондензатора, читав круг је сличан претходном случају.

Рад: Рад овог модела је такође врло сличан претходном случају, осим што су овде склопови присутни у предајнику и пријемнику подешени да раде на резонантној фреквенцији. Кондензатори су посебно повезани у серију са обе завојнице да би се постигао овај резонантни ефекат.

Као што сви знамо, кондензатор у серији са пригушницом формираће серијски ЛЦ круг као што је приказано на слици. А вредност фреквенције на којој ће ово коло радити у резонанцији може се дати као, Ф _р = 1 / 2ᴫ (ЛЦ) ^1/2

Овде је Л = вредност индуктора и Ц = вредност кондензатора.

Користећи исту формулу израчунаћемо вредност резонантне фреквенције за круг предајника снаге и прилагодити фреквенцију извора напајања наизменичном струјом на ту израчунату вредност.

Једном када се подеси фреквенција извора, тада ће предајничко коло заједно са кругом пријемника радити на резонантној фреквенцији. После тога, ЕМФ мора да се индукује у кругу пријемника у складу са Фарадејевим законом индукције као што смо дискутовали у претходном случају. И овај индуковани ЕМФ ће бити исправљен, филтриран и регулисан да би добио одговарајући једносмерни напон као што је приказано на слици.

До сада смо разговарали о разним техникама које се могу користити за бежични пренос снаге заједно са њиховим типичним апликационим круговима. А ми користимо ове методе за развој кола за све бежичне системе за пренос снаге као што су бежични пуњач, бежични систем за пуњење електричних возила, бежични пренос снаге за дронове, авионе итд.

Стандарди бежичног преноса снаге

Сада када свака компанија развија сопствену производњу и станице за пуњење, потребни су заједнички стандарди међу свим програмерима како би потрошачи одабрали најбоље међу океаном избора. Дакле, неколико стандарда прате све индустрије које раде на развоју система бежичног преноса енергије.

Разни стандарди који се користе за развој уређаја за бежични пренос снаге попут бежичног пуњача:

„Ки“ стандарди - Вирелесс Повер Цонсортиум:

Технологија - индуктивна, резонантна - ниска фреквенција
Мала снага - 5В, средња снага - 15В, Ки бежични кухињски уређаји од 100В до 2,4кВ
Фреквенцијски опсег - 110 - 205 кХз
Производи - 500+ производа који се користе у више од 60 компанија које се баве мобилним телефонима

„ПМА“ стандарди - од стране Повер Маттер Аллианце:

Технологија - индуктивна, резонантна - висока фреквенција
Излаз снаге макс. Од 3,5 В до 50 В
Фреквенцијски опсег - 277 - 357 кХз
Производи - глобално се дистрибуира само 2, али 1.000.000 простирки

Предности бежичног пуњача

Бежични пуњач је веома користан за пуњење кућних уређаја као што су паметни телефон, лаптоп, иПод, нотебоок, слушалице итд.,
Пружа прикладан, сигуран и ефикасан начин преноса снаге без икаквог медија.
Еколошки прихватљиво - Не штети нити повређује човека или било које живо биће.
Може се користити за пуњење медицинских имплантата што резултира побољшањем квалитета живота и смањује ризик од инфекције.
Нема потребе за уобичајеном бригом због хабања утичнице.
Преметање оријентације кабла за напајање је готово помоћу бежичних пуњача.

Мане бежичног пуњача

Мања ефикасност и већи губитак снаге.
Кошта више од пуњача за каблове.
Поправак квара је тежак.
Није погодно за испоруку велике снаге.
Губици енергије се повећавају са оптерећењем.