การถ่ายโอนพลังงานแบบไร้สายเป็นกระบวนการที่พลังงานไฟฟ้าถูกถ่ายโอนจากระบบหนึ่งไปยังอีกระบบหนึ่งผ่านคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าโดยไม่ต้องใช้สายไฟหรือการสัมผัสทางกายภาพใด ๆ

ในโพสต์นี้เราจะพูดถึงวิธีการทำงานของการถ่ายโอนพลังงานแบบไร้สายหรือการถ่ายโอนไฟฟ้าผ่านอากาศโดยไม่ใช้สาย

คุณอาจเคยเจอเทคโนโลยีนี้มาแล้วและอาจจะผ่านหลาย ๆ ทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง ในอินเตอร์เน็ต.

แม้ว่าอินเทอร์เน็ตอาจเต็มไปด้วยบทความดังกล่าวที่อธิบายแนวคิดพร้อมตัวอย่างและวิดีโอ แต่ผู้อ่านส่วนใหญ่ไม่เข้าใจหลักการสำคัญที่ควบคุมเทคโนโลยีและแนวโน้มในอนาคต

การโอนไฟฟ้าแบบไร้สายทำงานอย่างไร

ในบทความนี้เราจะพยายามทำความเข้าใจเกี่ยวกับวิธีการถ่ายโอนไฟฟ้าแบบไร้สายที่เกิดขึ้นหรือทำงานหรือการนำไฟฟ้าและเหตุใดแนวคิดจึงยากที่จะนำไปใช้ในระยะทางไกล

ตัวอย่างทั่วไปและคลาสสิกของการถ่ายโอนพลังงานแบบไร้สายคือเทคโนโลยีวิทยุและทีวีเก่าของเราซึ่งทำงานโดยการส่งคลื่นไฟฟ้า (RF) จากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งโดยไม่ต้องใช้สายเคเบิลสำหรับการถ่ายโอนข้อมูลที่ต้องการ

ความยาก

อย่างไรก็ตามข้อเสียเปรียบที่อยู่เบื้องหลังเทคโนโลยีนี้คือไม่สามารถถ่ายโอนคลื่นที่มีกระแสไฟฟ้าสูงได้ทำให้พลังงานที่ส่งผ่านมีความหมายและสามารถใช้งานได้ที่ด้านรับเพื่อขับเคลื่อนภาระไฟฟ้าที่อาจเกิดขึ้น

ปัญหานี้กลายเป็นเรื่องยากเนื่องจากความต้านทานของอากาศอาจอยู่ในช่วงล้านเมกะโอห์มจึงยากที่จะตัดผ่าน

ความยุ่งยากอีกประการหนึ่งที่ทำให้การถ่ายโอนทางไกลยากยิ่งขึ้นคือความเป็นไปได้ในการโฟกัสของพลังงานไปยังปลายทาง

หากกระแสไฟฟ้าที่ส่งผ่านได้รับอนุญาตให้กระจายไปในมุมกว้างเครื่องรับปลายทางอาจไม่สามารถรับกำลังส่งและอาจได้รับเพียงเศษเสี้ยวของกระแสไฟฟ้าทำให้การดำเนินการไม่มีประสิทธิภาพอย่างมาก

อย่างไรก็ตามการถ่ายโอนกระแสไฟฟ้าในระยะทางสั้น ๆ โดยไม่ใช้สายไฟนั้นดูง่ายกว่ามากและหลาย ๆ คนสามารถนำไปใช้งานได้สำเร็จเพียงเพราะในระยะทางสั้น ๆ ข้อ จำกัด ที่กล่าวถึงข้างต้นไม่เคยเป็นปัญหา

สำหรับการถ่ายโอนพลังงานแบบไร้สายระยะทางสั้นความต้านทานอากาศที่พบจะน้อยกว่ามากภายในช่วงไม่กี่ 1,000 เมกะโอห์ม (หรือน้อยกว่านั้นขึ้นอยู่กับระดับความใกล้เคียง) และการถ่ายโอนจะเป็นไปได้ค่อนข้างมีประสิทธิภาพด้วยการรวมกันของกระแสไฟฟ้าสูงและ ความถี่สูง.

การรับช่วงที่เหมาะสมที่สุด

เพื่อให้ได้มาซึ่งประสิทธิภาพระยะทางต่อกระแสที่เหมาะสมความถี่ของการส่งข้อมูลจะกลายเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุดในการทำงาน

ความถี่ที่สูงขึ้นช่วยให้ครอบคลุมระยะทางที่กว้างขึ้นได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นดังนั้นนี่จึงเป็นองค์ประกอบหนึ่งที่ต้องปฏิบัติตามในขณะที่วางแผนอุปกรณ์ถ่ายโอนพลังงานแบบไร้สาย

อีกพารามิเตอร์หนึ่งที่ช่วยให้การถ่ายโอนง่ายขึ้นคือระดับแรงดันไฟฟ้าแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นช่วยให้กระแสไฟฟ้าลดลงและทำให้อุปกรณ์มีขนาดกะทัดรัด

“วิธีทำอีควอไลเซอร์ ”

ตอนนี้เรามาลองทำความเข้าใจแนวคิดผ่านการตั้งค่าวงจรง่ายๆ:

การตั้งค่าวงจร

ส่วนรายการ

R1 = 10 โอห์ม
L1 = 9-0-9 รอบนั่นคือ 18 รอบด้วยการแตะตรงกลางโดยใช้ลวดทองแดงเคลือบ 30 SWG
L2 = 18 รอบโดยใช้ลวดทองแดงเคลือบซุปเปอร์ 30 SWG
T1 = 2N2222
D1 ---- D4 = 1N4007
C1 = 100uF / 25V
3V = 2 AAA 1.5V เซลล์ในอนุกรม

ภาพด้านบนแสดงวงจรถ่ายโอนพลังงานแบบไร้สายที่ตรงไปตรงมาซึ่งประกอบด้วยสเตจเครื่องส่งสัญญาณทางด้านซ้ายและสเตจเครื่องรับทางด้านขวาของการออกแบบ

สามารถมองเห็นทั้งสองขั้นตอนโดยมีช่องว่างอากาศที่สำคัญสำหรับการเปลี่ยนกระแสไฟฟ้าที่ตั้งใจไว้

มันทำงานอย่างไร

ขั้นตอนของเครื่องส่งกำลังมีลักษณะเหมือนวงจรออสซิลเลเตอร์ที่สร้างผ่านวงจรเครือข่ายป้อนกลับผ่านทรานซิสเตอร์ NPN และตัวเหนี่ยวนำ

ใช่ถูกต้องเครื่องส่งสัญญาณเป็นเวทีออสซิลเลเตอร์ซึ่งทำงานในลักษณะผลักดึงเพื่อกระตุ้นกระแสความถี่สูงแบบกะพริบในขดลวดที่เกี่ยวข้อง (L1)

กระแสความถี่สูงที่เหนี่ยวนำจะพัฒนาคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในปริมาณที่สอดคล้องกันรอบขดลวด

การอยู่ที่ความถี่สูงสนามแม่เหล็กไฟฟ้านี้สามารถฉีกออกจากช่องว่างอากาศรอบ ๆ และเข้าถึงระยะทางที่อนุญาตขึ้นอยู่กับการจัดอันดับปัจจุบัน

อาจเห็นขั้นตอนการรับสัญญาณประกอบด้วยเพียงตัวเหนี่ยวนำเสริม L2 ที่ค่อนข้างคล้ายกับ L1 ซึ่งมีหน้าที่เพียงอย่างเดียวในการรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ส่งผ่านและแปลงกลับเป็นความต่างศักย์หรือกระแสไฟฟ้าแม้ว่าจะอยู่ในระดับพลังงานที่ต่ำกว่าเนื่องจากการส่งผ่านที่เกี่ยวข้อง การสูญเสียทางอากาศ

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่สร้างจาก L1 ถูกแผ่ออกไปรอบ ๆ และ L2 ที่อยู่ที่ไหนสักแห่งในเส้นจะถูกคลื่น EM เหล่านี้ตี เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นอิเล็กตรอนภายในสาย L2 จะถูกบังคับให้แกว่งในอัตราเดียวกับคลื่น EM ซึ่งสุดท้ายก็ส่งผลให้เกิดกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำทั่ว L2 ด้วย

กระแสไฟฟ้าได้รับการแก้ไขและกรองอย่างเหมาะสมโดยวงจรเรียงกระแสสะพานที่เชื่อมต่อและ C1 ซึ่งเป็นเอาต์พุต DC ที่เท่ากันข้ามขั้วเอาต์พุตที่แสดง

จริงๆแล้วถ้าเราดูหลักการทำงานของการถ่ายโอนพลังงานแบบไร้สายอย่างถี่ถ้วนเราจะพบว่าไม่มีอะไรใหม่นอกจากเทคโนโลยีหม้อแปลงรุ่นเก่าของเราที่เรามักใช้ในอุปกรณ์จ่ายไฟหน่วย SMPS เป็นต้น

ข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือการไม่มีแกนซึ่งโดยปกติเราจะพบในหม้อแปลงจ่ายไฟปกติของเรา แกนกลางช่วยเพิ่ม (เข้มข้น) กระบวนการถ่ายโอนพลังงานและแนะนำการสูญเสียขั้นต่ำซึ่งจะเพิ่มประสิทธิภาพในระดับที่ดี

การเลือกแกนตัวเหนี่ยวนำ

แกนกลางยังช่วยให้สามารถใช้ความถี่ที่ค่อนข้างต่ำกว่าสำหรับกระบวนการได้โดยแม่นยำประมาณ 50 ถึง 100 Hz สำหรับหม้อแปลงแกนเหล็กในขณะที่ภายใน 100kHz สำหรับหม้อแปลงแกนเฟอร์ไรต์

อย่างไรก็ตามในบทความที่นำเสนอของเราเกี่ยวกับฟังก์ชั่นการถ่ายโอนพลังงานแบบไร้สายเนื่องจากทั้งสองส่วนจำเป็นต้องอยู่ห่างกันโดยสิ้นเชิงการใช้คอร์จึงไม่เป็นปัญหาและระบบบังคับให้ทำงานโดยไม่ต้องใช้แกนช่วยเหลือ

หากไม่มีแกนกลางจำเป็นต้องใช้ความถี่ที่ค่อนข้างสูงกว่าและกระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้นด้วยเพื่อให้การถ่ายโอนสามารถเริ่มต้นได้ซึ่งอาจขึ้นอยู่กับระยะห่างระหว่างการส่งและขั้นตอนการรับโดยตรง

สรุปแนวคิด

ในการสรุปผลจากการสนทนาข้างต้นเราสามารถสรุปได้ว่าในการใช้การถ่ายเทพลังงานที่เหมาะสมที่สุดผ่านอากาศเราจำเป็นต้องมีพารามิเตอร์ต่อไปนี้รวมอยู่ในการออกแบบ: