Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Обучающие статьи, примеры, технические решения, схемы, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.
 


Схемы подключения | Принципиальные схемы | Электроснабжение
Розетки и выключатели | Автоматы защиты | Кабель и провод | Монтаж электропроводки Ремонт электротехники | Молодому электрику

Электрик Инфо » Электрические приборы и устройства » Метод электромагнитной индукции при беспроводной передаче энергии
Количество просмотров: 21871
Комментарии к статье: 12


Метод электромагнитной индукции при беспроводной передаче энергии


Способ передачи электрической энергии на расстояние без использования токопроводящей среды называется беспроводной передачей электроэнергии.

Считается, что беспроводная передача энергии как альтернатива классической передаче и распределению с использованием электрических линий была впервые предложена и продемонстрирована Николой Тесла.

В 1893 году Тесла демонстрирует беспроводное флуоресцентное освещение на Всемирной выставке Колумба в Чикаго, а в 1894 г. он по беспроводной связи включает лампочку в лаборатории на Пятой авеню, а затем в лаборатории на Хьюстон-стрит в Нью-Йорке, используя «электродинамическую индукцию».

Затем ему удалось зажечь 200 ламп на расстоянии несколько километров от передатчика. Подробнее про его метод я писал ранее здесь: Резонансный метод беспроводной передачи электрической энергии Николы Тесла

Одним из первых метод электромагнитной индукции для беспроводной передачи электрической энергии использовал американский фермер Натан Стаблфилд в своей системе беспроводной связи 1902 - 1908 годов.

9; Метод электромагнитной индукции при беспроводной передаче энергии

Уже к 2011 году было реализовано несколько удачных экспериментов в микроволновом диапазоне с мощностями в несколько десятков киловатт, при этом КПД составил около 40%.

Это произошло сначала в 1975 году в Калифорнии и второй раз - в 1997 году на острове Реюньон. Наибольшая дальность составила около одного километра, эксперимент был проведен с целью исследования возможностей энергосбережения одного поселка без использования традиционного кабеля.

История беспроводной передачи электрической энергии: Беспроводная передача электроэнергии: трудная история становления

Открытая индукционная катушка электрической зубной щетки

Открытая индукционная катушка электрической зубной щетки

Технологически принципы передачи электроэнергии на расстояние включают в себя, в зависимости от расстояния передачи, следующие. На малых расстояния при небольших мощностях — индукционный и резонансный методы, как например в RFID-метках и смарт-картах. На больших расстояниях и при больших мощностях — метод направленного электромагнитного излучения в диапазоне от УФ до СВЧ.

Давайте рассмотрим подробно индукционный метод. Беспроводная передача энергии посредством электромагнитной индукции подразумевает применение ближнего электромагнитного поля на расстояниях соизмеримых с 17% длины волны. Суть в том, что энергия ближнего поля не является излучающей сама по себе, здесь есть лишь небольшие радиационные и резистивные потери.

Метод электромагнитной индукции при беспроводной передаче энергии

Индукционная зарядка для смартфона

Беспроводная зарядка для электробусов

Беспроводная зарядка для электробусов мощностью 200 кВт в США

Электродинамическая индукция работает так. Когда через первичную обмотку проходит переменный электрический ток, вокруг нее существует переменное магнитное поле, которое одновременно действует и на вторичную обмотку, наводя в ней переменную ЭДС и соответственно переменный ток.

Чтобы получить более высокую эффективность, взаимное расположение первичной и вторичной обмоток должно быть достаточно тесным. Если в условиях эксперимента начать отдалять вторичную обмотку от первичной, то часть магнитного поля, достигающего вторичной обмотки и пересекающего ее витки, будет становиться все меньше.

По мере удаления вторичной обмотки, даже на небольшом расстоянии индукционная связь между обмотками в конце концов станет настолько малой, что большая часть передаваемой магнитным полем энергии будет расходоваться чрезвычайно неэффективно и вообще впустую.

Подобная система в простейшем виде представлена в классическом электрическом трансформаторе. Ведь трансформатор — простейшее устройство для беспроводной передачи электроэнергии, поскольку его первичная и вторичная обмотки не связаны гальванически друг с другом.

Передача энергии от первичной обмотки ко вторичной реализована в нем посредством процесса, называемого взаимная индукция. Главная функция трансформатора — повышение или понижение напряжения, подаваемого на первичную обмотку.

В бесконтактных зарядниках для мобильной техники, для электрических зубных щеток и в индукционных плитках, реализованы как раз методы электродинамической индукции. Недостаток при передаче энергии таким путем заключается в очень небольшом расстоянии эффективного действия.

Для достижения надлежащей эффективности передатчик и приемник необходимо размещать очень-очень близко друг к другу, практически вплотную, чтобы они впринципе могли эффективно взаимодействовать между собой.

Беспроводная передача электроэнергии

Прохождение тока через передающую катушку создает магнитное поле, которое индуцирует ток в приемной катушке

Чтобы повысить эффективность индукционного метода, полезно внедрить в такую систему явление электрического резонанса, который позволит увеличить расстояние эффективной передачи. С добавлением в резонансную цепь колебательного контура, он своим действием в некоторой степени увеличивает расстояние эффективной передачи. Чтобы возник резонанс, передающий и приемный контур должны быть настроены на одну общую частоту.

Схема прямого беспроводного питания устройств

Еще больше улучшить производительность такой системы можно коррекцией формы волны управляющего тока, отклонив ее от синусоидальной к переходной несинусоидальной, импульсной.

Импульсная передача энергии производится тогда за несколько циклов, и существенная мощность может быть в таких условиях передана от одного LC-контура - к другому, и с меньшим коэффициентом связи чем без использования резонансных контуров. Формы катушек не изменяются, и в любом случае представляют собой плоские спирали либо однослойные соленоиды с подключенными к ним конденсаторами, необходимыми для настройки принимающего элемента на резонансную частоту передатчика.

Беспроводная передача энергии. Эксперименты своими руками. Резонансная индуктивная связь:

 

Традиционно резонансная электродинамическая индукция используется в беспроводных зарядниках аккумуляторов мобильных устройств, наподобие сотовых телефонов и медицинских имплантатов, а также в электромобилях. В устройствах локализованной зарядки используется выбор определенной катушки передатчика из набора многослойных обмоток.

Явление резонанса работает при этом как в контуре передающей панели зарядного устройства, так и в принимающем контуре зарядного модуля, установленном на заряжаемом устройстве, дабы эффективность передачи и приема энергии получилась максимальной. Технология данной конфигурации универсальна, и может использоваться для беспроводной зарядки различных гаджетов, оснащенных соответствующими резонансными приемниками.

Cтандарт беспроводной зарядки Qi

Техника такого плана принята в качестве части стандарта беспроводной зарядки Qi. Этот стандарт предусматривает два варианта передачи энергии: низкой мощности — от 0 до 5 Ватт и средней мощности — до 10 Ватт. Стандарт разработан после 2008 года Консорциумом беспроводной электромагнитной энергии (Wireless Power Consortium, WPC) для индукционной передачи энергии на расстояние до 4 см.

Аппаратура с поддержкой Qi включает в себя передатчик с плоской катушкой (она расположена за пластиной), подключаемый к стационарному источнику энергии, и совместимый приёмник, который установлен внутри заряжаемого устройства (также в форме плоской катушки). При использовании зарядника, подключаемое устройство размещают на пластине передатчика. При этом действует принцип электромагнитной индукции между этими двумя плоскими катушками, как в трансформаторе.

Зарядное устройство с поддержкой Qi

Qi используется сегодня в некоторых устройствах: Apple, Asus, HTC, Huawei, LG Electronics, Motorola Mobility, Nokia, Samsung, Xiaomi, Sony, Yota Devices. Цель консорциума — создание единого стандарта для технологии индукционной зарядки, чтобы сделать беспроводные зарядные устройства привычным атрибутом публичных мест, таких как кафе, аэропорты, спортивные арены и т. д.

Электродинамическая индукция с резонансом также используется для прямого беспроводного питания устройств, вовсе не имеющих аккумуляторов внутри. К ним относятся RFID-метки и бесконтактные смарт-карты. Схожий принцип передачи электрической энергии действует в трансформаторе Тесла - от первичного контура - индуктора — к расположенному внутри него резонатору. Сам трансформатор Тесла, в свою очередь, тоже служит беспроводным передатчиком энергии, только более электростатическим, нежели электромагнитным.

Дороги для беспроводной зарядки в Норвегии:

Другие примеры использования беспроводной передачи электроэнергии:

Беспроводные зарядные устройства для телефонов

Комната для беспроводной зарядки устройств Disney

Технология передачи электроэнергии по Wi-Fi

Беспроводное электропитание на промышленных предприятиях

Андрей Повный

Популярные публикации:

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрические приборы и устройства

Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика 

О сайте Электрик Инфо и авторах статей



Поделитесь этой статьей с друзьями:


Другие статьи с сайта Электрик Инфо:

  • Стандарт беспроводного питания электронных устройств Qi
  • Как устроена и работает беспроводная зарядка для телефона
  • Резонансный метод беспроводной передачи электрической энергии Николы Тесла
  • Способы беспроводной передачи электроэнергии
  • Беспроводная передача электроэнергии - проект Хуррама Африди
  • Технология передачи электроэнергии по Wi-Fi
  • Комната для беспроводной зарядки устройств Disney - как это работает
  • Беспроводная радиосвязь, электромагнитное поле, электромагнитные волны и их ...
  • Беспроводная передача электроэнергии: трудная история становления
  • Метаматериал для усиления магнитных полей
  • Категория: Электрические приборы и устройства

    Xiaomi, Трансформаторы, Электрическая энергия, Беспроводная передача энергии, Андрей Повный – все статьи

      Комментарии:

    #1 написал: Игорь |

    Уже многие и достаточно давно, пользуются такими зарядками, ведь єто гораздо удобней. А сейчас их можно купить даже сразу на несколько устройств. Но, как это работает прочел впервые, ранее даже и не интересовался, хотя сам пользуюсь подобной. Как это работает, я уж понял, но кто-то изучал, как это влияет на человеческий организм, если зарядка находиться рядом? Хотелось бы увидеть статью и на эту тему.

      Комментарии:

    #2 написал: Дмитрий Коновалов |

    Беспроводные устройства можно заряжать тремя основными способами: индуктивная зарядка, радиозарядка и резонансная зарядка. В настоящее время электромобили в основном тестируют систему индукционной зарядки . Однако индукционная зарядка создает относительно сильное электромагнитное поле, влияние которого на здоровье еще полностью не исследовано. Недостатком также является использование относительно сложных катушек - как в передатчике, так и в приемнике. Жалко еще, что нигде не сказано, как решаются помехи от систем беспроводной зарядки. 

      Комментарии:

    #3 написал: Сергей |

    Как обычно, отличная и основательная работа! 

      Комментарии:

    #4 написал: Даниил |

    Система Qi основана на электромагнитной индукции между двумя поверхностными катушками. Система состоит из двух устройств: зарядной площадки, в которую подается электрический ток и которая с помощью встроенной катушки создает переменное магнитное поле в окружающем воздухе, и зарядного устройства, в катушке которого переменный электрический ток вторично индуцируется снова. Заряженное портативное устройство выпрямляет его и сохраняет переданную энергию в своем аккумуляторе. Система Qi также включает в себя механизмы связи и управления: зарядная база определяет, находится ли потребляющее устройство в пределах досягаемости, как на основе потока энергии, здесь мощность индукции, так и на основе обмена данными с зарядными устройствами, и регулирует интенсивность его индукционное поле в зависимости от ситуации. На практике это означает, что если зарядное устройство уже заряжено и больше не потребляет энергию, или в радиусе действия зарядного устройства нет источника питания, его система распознает это и снижает мощность до минимума для экономии электроэнергии — в этом режиме ожидания. режим беспроводных зарядных устройств с входной мощностью всего 0,0001 Вт по сравнению с 0,12 Вт с обычными зарядными устройствами. Точно так же зарядные устройства контролируют состояние своего заряда и могут иметь возможность проактивно сообщать зарядной базе об изменениях энергоснабжения, изменениях поля возбуждения. Если мобильный телефон не поддерживает беспроводную зарядку Qi, в некоторых случаях это можно решить, купив специальную наклейку или чехол. В общем и целом, индуктивная зарядка обеспечивает КПД примерно до 75%, в то время как обычная зарядка примерно на 10% выше. Альтернативный стандарт резонансной электромагнитной зарядки был принят и разрабатывается компанией AirFuel. Он работает на промышленной частоте 6,58 МГц и позволяет подключать до 8 устройств и передавать мощность до 50 Вт на расстояние до 5 см. В то же время AirFuel разрабатывает свой стандарт беспроводной радиочастотной мощности ближнего поля, подходящий для миниатюрных устройств.

      Комментарии:

    #5 написал: Михаил Иванов |

    Индукционное зарядное устройство использует катушку для создания переменного электромагнитного полюса зарядной базы. Кроме того, в портативном устройстве есть индукционная катушка, которая берет энергию из электромагнитного поля и преобразует ее обратно в электрический ток для зарядки аккумулятора. Энергия передается между катушками за счет явления взаимной индукции, аналогичного действию трансформатора. Эта технология, когда-то считавшаяся невозможной, теперь используется в телефонах и даже в промышленном оборудовании.

      Комментарии:

    #6 написал: Мира |

    Этот метод беспроводной передачи основан на использовании магнитного поля, создаваемого электрическим током, для индуцирования тока во втором проводнике. Этот эффект возникает в ближнем электромагнитном поле, когда вторичная обмотка находится в непосредственной близости от первичной. Разрабатываемые в настоящее время технологии достигают лучших результатов, основанные на резонансной связи между излучателем и приемником. Несомненно, будущее технологическое развитие сделает эти системы более дешевыми и эффективными и, возможно, позволит использовать их на дорогах, по которым мы путешествуем, в наших офисах и домах. Возможно, в этом будущем не будет необходимости в устройствах с батареями, и так же, как они получают информацию через Wi-Fi, они будут получать энергию и заряжаться только дома, без всякой розетки.

      Комментарии:

    #7 написал: Роберт |

    Уже есть способы беспроводной подзарядки некоторых устройств, и некоторые из них — электрические зубные щетки. Однако он будет перезаряжаться с помощью индуктивной системы связи. В этой системе используются магнитные поля, которые являются естественной частью токов, протекающих по проводу. Всякий раз, когда электрический ток движется по проводу, он создает круговое магнитное поле вокруг провода. Сгибание проволоки в катушку усиливает магнитное поле. Чем больше витков катушки, тем больше поле. Если вторую катушку поместить в созданное вами магнитное поле, поле может индуцировать ток в проводе. По сути, так работает трансформатор, и электрическая зубная щетка сама себя перезаряжает. Тот же принцип можно использовать для одновременной подзарядки нескольких устройств. 

      Комментарии:

    #8 написал: Макс |

    Я хотел установить старое беспроводное зарядное устройство в свой автомобиль. Входное напряжение на беспроводном зарядном устройстве заявлено как 12,9 или 5 вольт. Насколько мне известно, iPhone можно заряжать только при напряжении 5 или 9 вольт по кабелю. Будет ли беспроводное зарядное устройство по-прежнему заряжать iPhone, если я подключу его напрямую к аккумулятору (12 вольт) или мне нужно добавить преобразователь постоянного тока? Я предполагаю, что это может сработать, потому что беспроводному зарядному устройству все равно придется преобразовывать его в переменный ток для зарядки.

      Комментарии:

    #9 написал: Олег |

    Беспроводная зарядка использует технологию индукции для передачи электрической энергии от одного устройства к другому. Основным компонентом для осуществления беспроводной зарядки является приемник и источник электромагнитных волн. Когда телефон помещается на зарядную поверхность, источник электромагнитных волн посылает волны в приемник, который преобразует их в электричество. Затем электричество поступает в аккумулятор вашего устройства и начинает заряжать его.

      Комментарии:

    #10 написал: Dagma |

    Какие ограничения существуют для беспроводной передачи энергии методом электромагнитной индукции и как они могут быть преодолены?

      Комментарии:

    #11 написал: Dagma |

    Какие другие методы беспроводной передачи энергии существуют помимо метода электромагнитной индукции, и как они отличаются друг от друга? 

      Комментарии:

    #12 написал: Андрей Повный |

    Цитата: Игорь
    Уже многие и достаточно давно, пользуются такими зарядками, ведь єто гораздо удобней. А сейчас их можно купить даже сразу на несколько устройств. Но, как это работает прочел впервые, ранее даже и не интересовался, хотя сам пользуюсь подобной. Как это работает, я уж понял, но кто-то изучал, как это влияет на человеческий организм, если зарядка находиться рядом?

    Некоторые исследования свидетельствуют о том, что продолжительное воздействие электромагнитных полей на человеческий организм может вызывать различные заболевания, такие как головные боли, бессонница, повышенный уровень стресса и т.д.

    Однако, на сегодняшний день, научное сообщество не пришло к единому мнению относительно того, насколько эти электромагнитные поля опасны для человека и как именно они влияют на организм. Некоторые исследования говорят о том, что опасность невелика, если зарядка находится на расстоянии от человека, а другие говорят о возможности вредного воздействия и на более больших расстояниях.

    Если использовать зарядку в соответствии с инструкциями производителя и соблюдать основные меры предосторожности, то риск возникновения каких-либо проблем должен быть минимальным.

    Цитата: Дмитрий Коновалов
    Жалко еще, что нигде не сказано, как решаются помехи от систем беспроводной зарядки. 

    Макс,
    Действительно, индукционная зарядка может создавать сильное электромагнитное поле, и хотя существуют некоторые исследования, свидетельствующие о возможных вредных последствиях таких полей на здоровье, их точный эффект на человеческий организм еще не полностью изучен. Также следует учитывать, что любое электромагнитное поле может создавать помехи в других электронных устройствах.

    Чтобы решить проблему помех, связанных с беспроводной зарядкой, производители обычно применяют несколько мер. Например, системы беспроводной зарядки могут использовать защиту от электромагнитных помех, а также системы контроля качества и проверки работоспособности для обнаружения неисправностей в зарядных устройствах и предотвращения возникновения помех.

    Кроме того, при проектировании беспроводных зарядных устройств также учитывается потенциальное влияние на здоровье, и многие из них имеют соответствующие сертификаты безопасности.

    Однако, как и в любой другой области технологий, всегда существует риск возникновения непредвиденных проблем и необходимости дополнительных исследований для того, чтобы полностью оценить потенциальные риски и разработать соответствующие меры предосторожности.
    Макс, Если вы подключите беспроводное зарядное устройство напрямую к аккумулятору автомобиля (который имеет выходное напряжение 12 вольт), то устройство не будет работать. Входное напряжение на беспроводном зарядном устройстве заявлено как 12,9 или 5 вольт, что означает, что устройство не может принимать напряжение 12 вольт.

    Для того, чтобы подключить беспроводное зарядное устройство к аккумулятору автомобиля, вам нужно будет использовать преобразователь постоянного тока на постоянный ток (DC-DC преобразователь), который преобразует 12 вольт от аккумулятора в напряжение, которое подходит для зарядки вашего устройства. Некоторые беспроводные зарядные устройства уже включают в себя встроенные преобразователи напряжения, что позволяет им работать с различными входными напряжениями, но это не гарантировано для всех моделей.

    Поэтому перед подключением беспроводного зарядного устройства к аккумулятору автомобиля, вам необходимо убедиться в том, что устройство может работать с напряжением 12 вольт через использование преобразователя постоянного тока на постоянный ток.

    Цитата: Dagma
    Какие ограничения существуют для беспроводной передачи энергии методом электромагнитной индукции и как они могут быть преодолены?

    Беспроводная передача энергии методом электромагнитной индукции имеет некоторые ограничения. Одним из них является расстояние передачи, так как чем больше расстояние между передатчиком и приемником, тем ниже эффективность передачи. Также важным фактором является частота, на которой работает передатчик. Если эта частота находится вблизи частоты радиочастотного диапазона, то это может вызвать помехи на других устройствах, что ограничит использование беспроводной передачи энергии.

    Однако существуют способы преодоления этих ограничений. Например, можно использовать более высокие частоты, что может снизить влияние на другие устройства. Также возможно использование более совершенных систем управления, которые позволяют более точно контролировать передачу энергии и повышать ее эффективность. Кроме того, исследования проводятся над более продвинутыми материалами для создания катушек, которые могут улучшить процесс передачи энергии.

    Цитата: Dagma
    Какие другие методы беспроводной передачи энергии существуют помимо метода электромагнитной индукции, и как они отличаются друг от друга?

    Помимо метода электромагнитной индукции, существует несколько других методов беспроводной передачи энергии:

    • Метод радиоволновой передачи (RF): данный метод основан на передаче энергии через радиоволны, как правило, в диапазоне частот от 100 кГц до 2 МГц. Этот метод широко используется для зарядки небольших устройств, таких как смартфоны и другие мобильные устройства.
    • Метод ультразвуковой передачи: данный метод основан на передаче энергии с помощью ультразвука. Этот метод может быть использован для зарядки устройств, находящихся на небольших расстояниях, но он не особенно эффективен для зарядки более крупных устройств.
    • Метод передачи энергии через магнитные поля (MPT): данный метод основан на передаче энергии через магнитные поля между двумя катушками, одна из которых находится на передающей стороне, а другая на принимающей стороне. Этот метод может быть использован для зарядки больших устройств, таких как электромобили, но требует специального оборудования и может быть менее эффективным, чем другие методы.
    • Метод передачи энергии с помощью лазеров: данный метод основан на использовании лазеров для передачи энергии через оптические волокна. Этот метод может быть использован для передачи энергии на большие расстояния, но требует специального оборудования и может быть менее эффективным, чем другие методы.

    Все эти методы отличаются друг от друга по эффективности, дальности передачи, размеру устройств, которые могут быть заряжены, и требованиям к оборудованию. Каждый метод может быть наиболее эффективен в определенных ситуациях, и выбор метода зависит от конкретных требований пользователя.

    Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:

    ВКонтакте | Facebook | Одноклассники | Электрик Инфо на Яндекс Дзен

     

    Популярные разделы сайта:

    Электрика дома  Электрообзоры  Энергосбережение
    Секреты электрика Источники света Делимся опытом
    Домашняя автоматика Электрика для начинающих
    Практическая электроника Электротехнические новинки
    Андрей Повный - все статьи автора



    Copyright © 2009-2024 Электрик Инфо - Electrik.info, Андрей Повный
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
    За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.