Como funciona a transferência de energia sem fio

Transferência de energia sem fio é um processo no qual a energia elétrica é transferida de um sistema para outro através de ondas eletromagnéticas sem o uso de cabos ou qualquer contato físico.

Neste post, discutiremos como a transferência de energia sem fio ou a transferência de eletricidade no ar funciona sem o uso de cabos.

Você já deve ter encontrado essa tecnologia e passado por muitas teorias relacionadas na Internet.

Embora a Internet possa estar cheia de artigos que explicam o conceito com exemplos e vídeos, a maioria do leitor não entende o princípio básico que governa a tecnologia e suas perspectivas futuras.

Como funciona a transferência de eletricidade sem fio

Neste artigo, tentaremos ter uma idéia de como ocorre ou funciona uma transferência sem fio de eletricidade ou se a condução é realizada e por que a idéia é tão difícil de implementar em longas distâncias.

O exemplo mais comum e clássico de transferência de energia sem fio é a nossa antiga tecnologia de rádio e televisão que funciona enviando ondas elétricas (RF) de um ponto para outro sem fio, para a transferência de dados pretendida.

A dificuldade

No entanto, a desvantagem por trás dessa tecnologia é que ela não pode transferir ondas com alta corrente; portanto, a energia transmitida se torna significativa e utilizável no lado receptor para conduzir uma potencial carga elétrica.


Esse problema se torna difícil, pois a resistência do ar pode estar na faixa de milhões de megaegohms e, portanto, é extremamente difícil de atravessar.

Outro incômodo que dificulta ainda mais a transferência de longa distância é a viabilidade da energia focada no destino.

Se a corrente transmitida puder se dispersar em um grande ângulo, o receptor de destino poderá não ser capaz de receber a energia enviada e poderá adquirir apenas uma fração dela, tornando a operação extremamente ineficiente.

No entanto, a transferência de eletricidade por curtas distâncias sem fios parece muito mais fácil e foi implementada com sucesso por muitos, simplesmente porque, por curtas distâncias, as restrições acima mencionadas nunca se tornam um problema.

Para transferência de energia sem fio a curta distância, a resistência do ar encontrada é muito menor, dentro de um intervalo de cerca de 1000 meg ohms (ou até menos, dependendo do nível de proximidade), e a transferência se torna viável com eficiência. incorporando alta corrente e alta frequência.

Aquisição ideal da faixa

Para alcançar a eficiência ideal entre distância e corrente, a frequência de transmissão se torna o parâmetro mais importante em operação.

As frequências mais altas permitem cobrir maiores distâncias de maneira mais eficaz e, portanto, esse é um elemento a ser seguido ao projetar um dispositivo de transferência de energia sem fio.

Outro parâmetro que ajuda a facilitar a transferência é o nível de tensão, as tensões mais altas permitem uma corrente mais baixa e mantêm o dispositivo compacto.

Agora vamos tentar entender o conceito através de um circuito configurado simples:

O circuito estabelecido

Lista de peças

R1 = 10 ohms
L1 = 9-0-9 voltas, isto é, 18 voltas com uma derivação central usando fio de cobre super-esmaltado 30 SWG.
L2 = 18 voltas usando 30 SWG de fio de cobre super esmaltado.
T1 = 2N2222
D1 —- D4 = 1N4007
C1 = 100uF / 25V
3V = 2 células AAA 1.5V em série

A imagem acima mostra um circuito direto de transferência de energia sem fio que consiste no estágio do transmissor à esquerda e no estágio do receptor no lado direito do projeto.

Ambos os estágios podem ser vistos separados com uma lacuna de ar significativa para a mudança de eletricidade planejada.

Como funciona

O estágio do transmissor de energia parece um circuito oscilador feito através de um circuito de rede de feedback através de um transistor NPN e um indutor.

Sim, é verdade, o transmissor é um estágio de oscilador que funciona de maneira push-pull para induzir uma corrente de alta frequência pulsante na bobina associada (L1).

A corrente de alta frequência induzida desenvolve uma quantidade correspondente de ondas eletromagnéticas ao redor da bobina.

Por estar em alta frequência, esse campo eletromagnético é capaz de romper o espaço aéreo ao seu redor e atingir uma distância permitida, dependendo da sua classificação atual.

Pode-se observar que o estágio do receptor consiste apenas em um indutor complementar L2 bastante semelhante ao L1, que tem o único papel de aceitar as ondas eletromagnéticas transmitidas e convertê-las de volta em uma diferença de potencial ou eletricidade, embora em um nível de potência mais baixo Devido à transmissão, houve perdas por via aérea.

As ondas eletromagnéticas geradas a partir de L1 são irradiadas em todos os lugares, e essas ondas EM atingem L2 em algum lugar da linha. Quando isso acontece, os elétrons dentro dos cabos L2 são forçados a oscilar na mesma velocidade que as ondas EM, resultando em eletricidade induzida por L2 também.

A eletricidade é corretamente retificada e filtrada pela ponte retificadora conectada e C1, que constitui uma saída CC equivalente através dos terminais de saída mostrados.

Na verdade, se observarmos atentamente o princípio de funcionamento da transferência de energia sem fio, descobrimos que não é novidade, mas nossa antiga tecnologia de transformadores que normalmente usamos em nossas fontes de alimentação, unidades SMPS etc.

A única diferença é a ausência do núcleo que normalmente encontramos em nossos transformadores de fonte de alimentação regulares. O núcleo ajuda a maximizar (concentrar) o processo de transferência de energia e a introduzir perdas mínimas que, por sua vez, aumentam consideravelmente a eficiência

Seleção do núcleo do indutor

O núcleo também permite que o uso de frequências relativamente mais baixas para o processo, seja preciso em torno de 50 a 100 Hz para transformadores de núcleo de ferro, enquanto dentro de 100 kHz para transformadores de núcleo de ferrite.

No entanto, em nosso artigo proposto sobre como funciona a transferência de energia sem fio, uma vez que as duas seções devem ser completamente separadas uma da outra, o uso de um núcleo está fora de questão e o sistema é forçado a trabalhar sem a conveniência de um núcleo auxiliar.

Sem um núcleo, é essencial que uma frequência relativamente mais alta e também uma corrente mais alta sejam empregadas para a transferência iniciar, o que pode depender diretamente da distância entre os estágios de transmissão e recepção.

Resumindo o conceito

Para resumir, da discussão acima, podemos assumir que, para implementar uma transferência de energia ideal por via aérea, precisamos ter os seguintes parâmetros incluídos no projeto:

Uma relação de bobina correspondida adequadamente à indução de tensão prevista.

Uma alta frequência da ordem de 200 kHz a 500 kHz ou mais para a bobina do transmissor.

E uma corrente alta para a bobina do transmissor, dependendo da distância necessária para transferir as ondas eletromagnéticas irradiadas.

Para obter mais informações sobre como a transferência sem fio funciona, fique à vontade para comentar.



FONTE

Nota: Este foi traduzido do Inglês para português (auto)

Pode conter erros de tradução

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Veja na FONTE até ser revisado o post.

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