كيف يعمل نقل الطاقة اللاسلكي

كيف يعمل نقل الطاقة اللاسلكي

نقل الطاقة اللاسلكي هو عملية يتم فيها نقل الطاقة الكهربائية من نظام إلى نظام آخر من خلال الموجات الكهرومغناطيسية دون استخدام أسلاك أو أي اتصال مادي.



في هذا المنشور ، نناقش كيفية عمل نقل الطاقة اللاسلكية أو نقل الكهرباء عبر الهواء دون استخدام الأسلاك.

ربما تكون قد صادفت هذه التقنية بالفعل وربما مرت بالكثير منها النظريات ذات الصلة على شبكة الانترنت.





على الرغم من أن الإنترنت قد يكون مليئًا بمثل هذه المقالات التي تشرح المفهوم بأمثلة ومقاطع فيديو ، إلا أن القارئ يفشل في الغالب في فهم المبدأ الأساسي الذي يحكم التكنولوجيا وآفاقها المستقبلية.

كيف يعمل نقل الكهرباء اللاسلكي

سنحاول في هذه المقالة تقريبًا الحصول على فكرة حول كيفية حدوث نقل الكهرباء اللاسلكية أو حدوثها أو حدوث التوصيل ولماذا يصعب تنفيذ الفكرة على مسافات كبيرة.



المثال الأكثر شيوعًا وكلاسيكية لنقل الطاقة اللاسلكية هو تقنيتنا القديمة للراديو والتلفزيون التي تعمل عن طريق إرسال موجات كهربائية (RF) من نقطة إلى أخرى بدون كابلات ، لنقل البيانات المقصود.

الصعوبة

ومع ذلك ، فإن العيب وراء هذه التكنولوجيا هو أنها غير قادرة على نقل الموجات ذات التيار العالي بحيث تصبح الطاقة المرسلة ذات مغزى وقابلة للاستخدام على جانب الاستقبال لقيادة حمولة كهربائية محتملة.

تصبح هذه المشكلة صعبة لأن مقاومة الهواء يمكن أن تكون في حدود ملايين ميغا أوم ، وبالتالي يصعب للغاية قطعها.

من المتاعب الأخرى التي تجعل النقل لمسافات طويلة أكثر صعوبة هي جدوى تركيز الطاقة إلى الوجهة.

إذا تم السماح للتيار المرسل بالتشتت على زاوية واسعة ، فقد لا يتمكن جهاز الاستقبال الوجهة من تلقي الطاقة المرسلة ، ويمكن أن يحصل على جزء صغير منها فقط ، مما يجعل العملية غير فعالة للغاية.

ومع ذلك ، فإن نقل الكهرباء عبر مسافات قصيرة بدون أسلاك يبدو أسهل بكثير وقد تم تنفيذه بنجاح من قبل الكثيرين ، وذلك ببساطة لأن القيود التي نوقشت أعلاه لم تصبح مشكلة على مسافات قصيرة.

بالنسبة لنقل الطاقة لاسلكيًا على مسافة قصيرة ، تكون مقاومة الهواء التي تمت مواجهتها أصغر بكثير ، في نطاق بضعة 1000 ميغا أوم (أو حتى أقل اعتمادًا على مستوى القرب) ، ويصبح النقل ممكنًا إلى حد ما بكفاءة مع دمج التيار العالي و تردد عالي.

الحصول على النطاق الأمثل

من أجل الحصول على الكفاءة المثلى للمسافة إلى التيار ، يصبح تردد الإرسال أهم معلمة في العملية.

تسمح الترددات الأعلى بتغطية مسافات أكبر بشكل أكثر فعالية ، وبالتالي فإن هذا أحد العناصر التي يجب اتباعها أثناء تصميم جهاز نقل طاقة لاسلكي.

المعلمة الأخرى التي تساعد على النقل أسهل هي مستوى الجهد ، حيث تسمح الفولتية العالية بإشراك تيار أقل ، وفي الحفاظ على ضغط الجهاز.

الآن دعنا نحاول فهم المفهوم من خلال إعداد دائرة بسيطة:

تم إعداد الدائرة

قائمة الاجزاء

R1 = 10 أوم
L1 = 9-0-9 المنعطفات ، أي 18 دورة مع صنبور مركزي باستخدام سلك نحاسي مصقول فائق SWG 30.
L2 = 18 دورة باستخدام 30 سلك نحاسي مصقول فائق SWG.
T1 = 2N2222
D1 ---- D4 = 1N4007
C1 = 100 فائق التوهج / 25 فولت
3V = خليتان AAA 1.5V على التوالي

تُظهر الصورة أعلاه دائرة نقل طاقة لاسلكية مباشرة تتكون من مرحلة المرسل على اليسار ومرحلة المستقبل على الجانب الأيمن من التصميم.

يمكن رؤية كلتا المرحلتين منفصلين مع وجود فجوة هوائية كبيرة للتحويل المقصود للكهرباء.

كيف تعمل

تبدو مرحلة إرسال الطاقة مثل دائرة مذبذب مصنوعة من خلال دائرة شبكة تغذية مرتدة عبر ترانزستور NPN ومحث.

نعم ، هذا صحيح ، المرسل هو بالفعل مرحلة مذبذب تعمل بطريقة الدفع والسحب لإحداث تيار نابض عالي التردد في الملف المرتبط (L1).

يطور التيار عالي التردد المستحث كمية مقابلة من الموجات الكهرومغناطيسية حول الملف.

كونه بتردد عالٍ فإن هذا المجال الكهرومغناطيسي قادر على التمزق عبر فجوة الهواء حوله والوصول إلى مسافة مسموح بها اعتمادًا على التصنيف الحالي.

يمكن رؤية مرحلة المستقبل تتكون من مغو مكمل L2 مشابه تمامًا لـ L1 ، والذي له دور وحيد في قبول الموجات الكهرومغناطيسية المرسلة وتحويلها مرة أخرى إلى فرق محتمل أو كهرباء وإن كان ذلك عند مستوى طاقة أقل بسبب الإرسال المتضمن خسائر في الهواء.

تنتشر الموجات الكهرومغناطيسية المتولدة من L1 في كل مكان ، ووجود L2 في مكان ما على الخط تصطدم به هذه الموجات الكهرومغناطيسية. عندما يحدث هذا ، تُجبر الإلكترونات الموجودة داخل أسلاك L2 على التذبذب بنفس معدل الموجات الكهرومغناطيسية ، مما ينتج عنه أخيرًا كهرباء مستحثة عبر L2 أيضًا.

يتم تصحيح الكهرباء وتصفيتها بشكل مناسب بواسطة مقوم الجسر المتصل ويشكل C1 ناتجًا مكافئًا للتيار المستمر عبر محطات الإخراج الموضحة.

في الواقع ، إذا رأينا بعناية مبدأ العمل الخاص بنقل الطاقة اللاسلكية ، فسنجد أنه ليس شيئًا جديدًا ولكن تقنية المحولات القديمة التي نستخدمها عادةً في إمدادات الطاقة ووحدات SMPS وما إلى ذلك.

الاختلاف الوحيد هو عدم وجود النواة التي نجدها عادة في محولات إمدادات الطاقة العادية لدينا. يساعد القلب على تعظيم (تركيز) عملية نقل الطاقة ، وإدخال الحد الأدنى من الخسائر التي تؤدي بدورها إلى زيادة الكفاءة إلى حد كبير

اختيار جوهر محث

يسمح النواة أيضًا باستخدام ترددات أقل نسبيًا للعملية ، لتكون دقيقة من 50 إلى 100 هرتز لمحولات قلب الحديد بينما ضمن 100 كيلو هرتز لمحولات قلب الفريت.

ومع ذلك ، في مقالنا المقترح فيما يتعلق بكيفية عمل نقل الطاقة اللاسلكي ، نظرًا لأن القسمين يجب أن يكونا بمعزل تمامًا عن بعضهما البعض ، يصبح استخدام النواة غير وارد ، والنظام مضطر للعمل دون راحة نواة مساعدة.

بدون نواة ، يصبح من الضروري استخدام تردد أعلى نسبيًا وأيضًا تيار أعلى بحيث يمكن بدء النقل ، والذي قد يعتمد بشكل مباشر على المسافة بين مرحلتي الإرسال والاستقبال.

تلخيص المفهوم

للتلخيص ، من المناقشة أعلاه يمكننا أن نفترض أنه لتنفيذ نقل مثالي للطاقة عبر الهواء ، نحتاج إلى تضمين المعلمات التالية في التصميم:

نسبة ملف مطابقة بشكل صحيح فيما يتعلق بتحريض الجهد المقصود.

تردد عالي من 200 كيلو هرتز إلى 500 كيلو هرتز أو أعلى لملف جهاز الإرسال.

والتيار العالي لملف جهاز الإرسال ، اعتمادًا على مقدار المسافة المطلوبة لنقل الموجات الكهرومغناطيسية المشعة.

لمزيد من المعلومات حول كيفية عمل النقل اللاسلكي ، لا تتردد في التعليق.




السابق: حلبة اختبار CDI للسيارات التالي: دائرة شاحن الهاتف المحمول اللاسلكي