La transferència de potència sense fils és un procés en el qual l'energia elèctrica es transfereix d'un sistema a un altre mitjançant ones electromagnètiques sense utilitzar cables ni cap contacte físic.
En aquest post discutim sobre com funciona la transferència d’energia sense fils o la transferència d’electricitat a través de l’aire sense utilitzar cables.
És possible que ja hagueu trobat aquesta tecnologia i que hagueu passat per moltes teories relacionades a Internet.
Tot i que Internet pot estar ple d’aquests articles que expliquen el concepte amb exemples i vídeos, la majoria del lector no entén el principi bàsic que regula la tecnologia i les seves perspectives de futur.
Com funciona la transferència d'electricitat sense fils
En aquest article, aproximadament, intentarem fer-nos una idea de com es produeix o funciona una transferència sense fils d’electricitat o de la conducció i per què la idea és tan difícil d’implementar a grans distàncies.
L’exemple més comú i clàssic de transferència d’energia sense fils és la nostra antiga tecnologia de ràdio i televisió que funciona enviant ones elèctriques (RF) d’un punt a l’altre sense cables per a la transferència de dades prevista.
La dificultat
No obstant això, l'inconvenient d'aquesta tecnologia és que no és capaç de transferir les ones amb un corrent elevat, de manera que la potència transmesa esdevé significativa i útil en el costat receptor per conduir una potencial càrrega elèctrica.
Aquest problema es fa difícil, ja que la resistència de l'aire pot estar en el rang de milions de mega ohms i, per tant, extremadament difícil de solucionar.
Una altra molèstia que dificulta encara més la transferència de llarga distància és la viabilitat d'enfocament de l'energia cap a la destinació.
Si es permet que el corrent transmès es dispersi a gran angular, el receptor de destinació podria no ser capaç de rebre la potència enviada i possiblement en podria adquirir només una fracció, cosa que fa que l'operació sigui extremadament ineficient.
No obstant això, la transferència d’electricitat a distàncies curtes sense cables sembla molt més fàcil i ha estat implementada amb èxit per molts, simplement perquè per a distàncies curtes les limitacions comentades mai no esdevenen un problema.
Per a una transferència de potència sense fils a curta distància, la resistència de l’aire trobada és molt menor, dins d’un rang d’uns 1000 meg ohmis (o fins i tot menor segons el nivell de proximitat), i la transferència es fa factible de manera força eficient amb la incorporació de corrent elevat i alta freqüència.
Adquirint un rang òptim
Per tal d’adquirir una eficiència òptima entre distància i corrent, la freqüència de transmissió es converteix en el paràmetre més important de l’operació.
Les freqüències més altes permeten cobrir distàncies més grans de manera més efectiva i, per tant, aquest és un element que cal seguir mentre es dissenya un aparell de transferència de potència sense fils.
Un altre paràmetre que facilita la transferència és el nivell de voltatge, les tensions més altes permeten un corrent inferior i mantenen el dispositiu compacte.
Ara intentem copsar el concepte mitjançant un senzill circuit configurat:
Configuració del circuit
Llista de peces
R1 = 10 ohm
L1 = 9-0-9 voltes, és a dir, 18 voltes amb una aixeta central mitjançant un fil de coure super esmaltat de 30 SWG.
L2 = 18 voltes utilitzant 30 filferro de coure super esmaltat SWG.
T1 = 2N2222
D1 ---- D4 = 1N4007
C1 = 100uF / 25V
3V = 2 cèl·lules AAA 1,5V en sèrie
La imatge superior mostra un senzill circuit de transferència de potència sense fils que consisteix en l’etapa del transmissor a l’esquerra i l’escenari del receptor al costat dret del disseny.
Les dues etapes es poden veure separades amb una bretxa d’aire significativa per al canvi previst d’electricitat.
Com funciona
L'etapa del transmissor de potència sembla un circuit oscil·lador realitzat a través d'un circuit de xarxa de retroalimentació a través d'un transistor NPN i un inductor.
Sí, és cert, el transmissor és, efectivament, un escenari oscil·lador que funciona de manera push-pull per induir un corrent pulsador d’alta freqüència a la bobina associada (L1).
El corrent d'alta freqüència induït desenvolupa una quantitat corresponent d'ones electromagnètiques al voltant de la bobina.
Al tenir una freqüència elevada, aquest camp electromagnètic és capaç de trencar-se a través de la bretxa d’aire que l’envolta i d’arribar fins a una distància que sigui admissible en funció de la seva capacitat actual.
Es pot veure l’etapa receptora que consisteix només en un inductor complementari L2 bastant similar a L1, que té l’únic paper d’acceptar les ones electromagnètiques transmeses i convertir-les de nou en una diferència de potencial o electricitat encara que a un nivell de potència inferior a causa de la transmissió implicada. pèrdues per l'aire.
Les ones electromagnètiques generades a partir de L1 s’irradien per tot arreu i L2, en algun lloc de la línia, és afectada per aquestes ones EM. Quan això passa, els electrons a l'interior dels cables L2 es veuen obligats a oscil·lar al mateix ritme que les ones EM, el que finalment resulta en una inducció d'electricitat a través de L2 també.
L'electricitat és rectificada i filtrada adequadament pel rectificador de pont connectat i C1 que constitueix una sortida de CC equivalent a través dels terminals de sortida mostrats.
En realitat, si veiem detingudament el principi de funcionament de la transferència d’energia sense fils, no trobem que sigui una novetat, sinó la nostra antiga tecnologia de transformadors que normalment fem servir a les nostres fonts d’alimentació, unitats SMPS, etc.
L'única diferència és l'absència del nucli que normalment trobem en els nostres transformadors d'alimentació regulars. El nucli ajuda a maximitzar (concentrar) el procés de transferència d’energia i a introduir pèrdues mínimes que al seu torn augmenten l’eficiència en gran mesura
Selecció del nucli d’inductor
El nucli també permet l'ús de freqüències relativament baixes per al procés, amb precisió al voltant de 50 a 100 Hz per als transformadors de nucli de ferro, mentre que a 100 kHz per als transformadors de nucli de ferrita.
Tanmateix, en el nostre article proposat sobre com funciona la transferència d’energia sense fils, ja que les dues seccions han d’estar completament separades, l’ús d’un nucli queda fora de qüestió i el sistema es veu obligat a treballar sense la comoditat d’un nucli assistent.
Sense un nucli es fa imprescindible que s’utilitzi una freqüència relativament més alta i també un corrent més elevat perquè la transferència pugui iniciar-se, que pot dependre directament de la distància entre les etapes de transmissió i recepció.
Resumint el concepte
Per resumir, a partir de la discussió anterior podem suposar que per implementar una transferència òptima de potència a través de l’aire, hem de tenir inclosos els següents paràmetres al disseny:
Una relació de bobina correctament ajustada respecte a la inducció de tensió prevista.
Una freqüència alta de l’ordre de 200 kHz a 500 kHz o superior per a la bobina del transmissor.
I un corrent elevat per a la bobina del transmissor, en funció de la distància que cal transferir les ones electromagnètiques irradiades.
Per obtenir més informació sobre el funcionament de la transferència sense fils, no dubteu a fer comentaris.
Anterior: Circuit de proves CDI per a automòbils Següent: Circuit de carregador de mòbil sense fils
