- Απαιτούμενα στοιχεία
- Διάγραμμα κυκλώματος
- Κατασκευή του κυκλώματος ασύρματης μετάδοσης ισχύος
- Λειτουργία του ασύρματου κυκλώματος μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας
- Περιορισμός του κυκλώματος
- Εφαρμογές ασύρματης μετάδοσης ισχύος
Η έννοια της ασύρματης μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας δεν είναι νέα. Για πρώτη φορά αποδείχθηκε από τη Nikola Tesla το έτος 1890. Η Nikola Tesla εισήγαγε επαγωγική ηλεκτροδυναμική ή επαγωγική επαγωγική ζεύξη φωτίζοντας τρεις λαμπτήρες από απόσταση 60 ποδιών από την πηγή ισχύος. Έχουμε επίσης κατασκευάσει ένα Mini Tesla Coil για να μεταφέρουμε την ενέργεια.
Η ασύρματη μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας ή το WET είναι μια διαδικασία παροχής ισχύος μέσω ενός κενού αέρα χωρίς τη χρήση καλωδίων ή φυσικής σύνδεσης. Σε αυτό το ασύρματο σύστημα, η συσκευή πομπού δημιουργεί ένα χρονικά μεταβαλλόμενο ή υψηλής συχνότητας ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, το οποίο μεταδίδει ισχύ στη συσκευή δέκτη χωρίς φυσική σύνδεση. Η συσκευή δέκτη εξάγει ισχύ από το μαγνητικό πεδίο και την τροφοδοτεί σε ηλεκτρικό φορτίο. Επομένως, για τη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, δύο πηνία χρησιμοποιούνται ως πηνίο πομπού και πηνίο δέκτη. Το πηνίο του πομπού τροφοδοτείται με εναλλασσόμενο ρεύμα και δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο, το οποίο μετατρέπεται περαιτέρω σε χρησιμοποιήσιμη τάση κατά μήκος του πηνίου δέκτη.
Σε αυτό το έργο, θα κατασκευάσουμε ένα βασικό κύκλωμα ασύρματου πομπού χαμηλής ισχύος για να ανάβουμε ένα LED.
Απαιτούμενα στοιχεία
- Τρανζίστορ π.Χ. 549
- LED
- Πίνακες ψωμιού
- Συνδέστε τα καλώδια
- 1.2k αντιστάσεις
- Σύρματα χαλκού
- Μπαταρία 1.5V
Διάγραμμα κυκλώματος
Τα σχήματα, για την ασύρματη μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας για να ανάβουν ένα LED, είναι απλό και μπορείτε να το δείτε στην παρακάτω εικόνα. Διαθέτει δύο μέρη, πομπό και δέκτη.
Στην πλευρά του πομπού, τα πηνία συνδέονται κατά μήκος του συλλέκτη του τρανζίστορ, 17 περιστρέφονται και στις δύο πλευρές. Και ο δέκτης κατασκευάζεται χρησιμοποιώντας τρία εξαρτήματα - τρανζίστορ, αντίσταση και έναν κεντρικό πυρήνα επαγωγέα πυρήνα αέρα ή ένα χαλκό πηνίο. Η πλευρά του δέκτη έχει ένα LED συνδεδεμένο σε 34 σπείρες χαλκού.
Κατασκευή του κυκλώματος ασύρματης μετάδοσης ισχύος
Εδώ το τρανζίστορ που χρησιμοποιείται είναι NPN Transistor, οποιοδήποτε βασικό τρανζίστορ NPN μπορεί να χρησιμοποιηθεί εδώ όπως το BC547.
Το Coil είναι το κρίσιμο μέρος της ασύρματης μεταφοράς ενέργειας και πρέπει να κατασκευαστεί προσεκτικά. Σε αυτό το έργο, τα πηνία κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας σύρμα χαλκού 29AWG. Ο κεντρικός σχηματισμός πηνίου γίνεται στην πλευρά του πομπού. χρησιμοποιείται και ένα κυλινδρικό περιτύλιγμα πηνίου όπως σωλήνας PVC απαιτείται για την περιέλιξη του πηνίου.
Για τον πομπό, τυλίξτε το καλώδιο μέχρι 17 στροφές, στη συνέχεια ο βρόχος για σύνδεση με κεντρική βρύση και κάντε ξανά 17 στροφές. Και για τον δέκτη, κάντε 34 στροφές περιέλιξης χωρίς την κεντρική βρύση.
Λειτουργία του ασύρματου κυκλώματος μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας
Και τα δύο κυκλώματα είναι κατασκευασμένα στο breadboard και τροφοδοτούνται με μπαταρία 1,5V. Το κύκλωμα δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για παροχή ρεύματος άνω των 1,5 volt, καθώς το τρανζίστορ μπορεί να θερμανθεί για υπερβολική απορρόφηση ισχύος. Ωστόσο, για περισσότερη βαθμολογία, απαιτούνται επιπλέον κυκλώματα οδήγησης.
Αυτή η ασύρματη μετάδοση ηλεκτρικής ενέργειας βασίζεται στην τεχνική επαγωγικής ζεύξης. Το κύκλωμα αποτελείται από δύο μέρη - πομπό και δέκτη.
Στην ενότητα πομπού, το τρανζίστορ παράγει ρεύμα εναλλασσόμενου ρεύματος υψηλής συχνότητας κατά μήκος του πηνίου και το πηνίο δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο γύρω από αυτό. Καθώς το πηνίο είναι κεντρικό, οι δύο πλευρές του πηνίου αρχίζουν να φορτίζονται. Η μία πλευρά του πηνίου συνδέεται με την αντίσταση και η άλλη πλευρά συνδέεται με τον ακροδέκτη συλλέκτη του τρανζίστορ NPN. Κατά τη διάρκεια της κατάστασης φόρτισης, η αντίσταση βάσης αρχίζει να λειτουργεί, η οποία τελικά ενεργοποιεί το τρανζίστορ. Το τρανζίστορ εκφορτώνει τότε τον επαγωγέα καθώς ο πομπός συνδέεται με τη γείωση. Αυτή η φόρτιση και εκφόρτιση του επαγωγέα παράγει ένα σήμα ταλάντωσης πολύ υψηλής συχνότητας το οποίο μεταδίδεται περαιτέρω ως μαγνητικό πεδίο.
Από την πλευρά του δέκτη, αυτό το μαγνητικό πεδίο μεταφέρεται στο άλλο πηνίο, και από τον νόμο επαγωγής του Faraday, το πηνίο δέκτη αρχίζει να παράγει τάση EMF η οποία χρησιμοποιείται περαιτέρω για να ανάψει το LED.
Το κύκλωμα δοκιμάζεται στο breadboard με ένα LED συνδεδεμένο στον δέκτη. Λεπτομερής λειτουργία του κυκλώματος μπορεί να δει στο βίντεο που δίνεται στο τέλος.
Περιορισμός του κυκλώματος
Αυτό το μικρό κύκλωμα μπορεί να λειτουργήσει σωστά, αλλά έχει τεράστιο περιορισμό. Αυτό το κύκλωμα δεν είναι κατάλληλο για παροχή υψηλής ισχύος και έχει περιορισμό τάσης εισόδου. Η απόδοση είναι επίσης πολύ κακή. Για να ξεπεραστεί αυτός ο περιορισμός, μπορούν να κατασκευαστούν τοπολογίες push-pull χρησιμοποιώντας τρανζίστορ ή MOSFET. Ωστόσο, για καλύτερη και βελτιστοποιημένη απόδοση, είναι προτιμότερο να χρησιμοποιείτε σωστά IC ασύρματου προγράμματος οδήγησης μετάδοσης.
Για να βελτιώσετε την απόσταση μετάδοσης, τυλίξτε το πηνίο σωστά και αυξήστε το όχι. στροφών στο πηνίο.
Εφαρμογές ασύρματης μετάδοσης ισχύος
Η ασύρματη μεταφορά ισχύος (WPT) είναι ένα θέμα που συζητείται ευρέως στη βιομηχανία ηλεκτρονικών. Αυτή η τεχνολογία αναπτύσσεται ραγδαία στην αγορά ηλεκτρονικών ειδών ευρείας κατανάλωσης για smartphone και φορτιστές.
Υπάρχουν αμέτρητα οφέλη του WPT. Μερικά από αυτά εξηγούνται παρακάτω:
Πρώτον, στη σύγχρονη περιοχή απαιτήσεων ισχύος, το WPT μπορεί να εξαλείψει το παραδοσιακό σύστημα φόρτισης αντικαθιστώντας τις ενσύρματες λύσεις φόρτισης. Οποιαδήποτε φορητά καταναλωτικά αγαθά απαιτούν το δικό τους σύστημα φόρτισης, η ασύρματη μεταφορά ισχύος μπορεί να λύσει αυτό το πρόβλημα παρέχοντας μια καθολική ασύρματη λύση ισχύος για όλες αυτές τις φορητές συσκευές. Υπάρχουν ήδη πολλές συσκευές διαθέσιμες στην αγορά με ενσωματωμένη ασύρματη λύση ισχύος όπως smartwatch, smartphone κ.λπ.
Ένα άλλο πλεονέκτημα του WPT είναι ότι επιτρέπει στον σχεδιαστή να κατασκευάζει εντελώς αδιάβροχο προϊόν. Καθώς η λύση ασύρματης φόρτισης δεν χρειάζεται τη θύρα τροφοδοσίας, έτσι η συσκευή μπορεί να κατασκευαστεί με τρόπο που είναι ανθεκτικό στο νερό.
Προσφέρει επίσης ένα ευρύ φάσμα λύσεων φόρτισης με αποτελεσματικό τρόπο. Η παροχή ισχύος κυμαίνεται έως και 200W, με πολύ χαμηλή απώλεια μεταφοράς ενέργειας.
Ένα σημαντικό πλεονέκτημα της ασύρματης μετάδοσης ισχύος είναι ότι η διάρκεια ζωής του προϊόντος μπορεί να αυξηθεί αποτρέποντας τις φυσικές ζημιές λόγω της εισαγωγής φορτιστή στους συνδέσμους ή στις θύρες. Μπορούν να φορτιστούν πολλές συσκευές από μία μόνο βάση. Το ηλεκτρονικό όχημα μπορεί επίσης να φορτιστεί χρησιμοποιώντας ασύρματη μεταφορά ισχύος κατά τη στάθμευση του αυτοκινήτου.
Η ασύρματη μεταφορά ενέργειας μπορεί να έχει τεράστιες εφαρμογές και πολλές μεγάλες εταιρείες όπως η Bosch, το IKEA, η Qi εργάζονται σε ορισμένες φουτουριστικές λύσεις χρησιμοποιώντας ασύρματη μετάδοση ισχύος.
