Cómo funciona la transferencia de energía inalámbrica

Cómo funciona la transferencia de energía inalámbrica

La transferencia de energía inalámbrica es un proceso en el que la energía eléctrica se transfiere de un sistema a otro a través de ondas electromagnéticas sin utilizar cables ni ningún contacto físico.



En esta publicación discutimos sobre cómo funciona la transferencia de energía inalámbrica o la transferencia de electricidad a través del aire sin usar cables.

Es posible que ya se haya encontrado con esta tecnología y haya pasado por muchos teorías relacionadas En Internet.





Aunque Internet puede estar lleno de artículos de este tipo que explican el concepto con ejemplos y videos, el lector en su mayoría no comprende el principio básico que rige la tecnología y sus perspectivas futuras.

Cómo funciona la transferencia de electricidad inalámbrica

En este artículo trataremos de hacernos una idea aproximada de cómo se produce o funciona una transferencia de electricidad inalámbrica o se lleva a cabo la conducción y por qué la idea es tan difícil de implementar en grandes distancias.



El ejemplo más común y clásico de transferencia de energía inalámbrica es nuestra antigua tecnología de radio y televisión que funciona enviando ondas eléctricas (RF) de un punto a otro sin cables, para la transferencia de datos deseada.

La dificultad

Sin embargo, el inconveniente de esta tecnología es que no puede transferir las ondas con alta corriente de modo que la potencia transmitida se vuelve significativa y utilizable en el lado receptor para impulsar una carga eléctrica potencial.

Este problema se vuelve difícil ya que la resistencia del aire podría estar en el rango de millones de mega ohmios y, por lo tanto, extremadamente difícil de cortar.

Otro problema que dificulta aún más la transferencia de larga distancia es la viabilidad de enfocar la energía al destino.

Si se permite que la corriente transmitida se disperse en un gran angular, es posible que el receptor de destino no pueda recibir la potencia enviada y posiblemente adquiera solo una fracción de ella, lo que hace que la operación sea extremadamente ineficaz.

Sin embargo, la transferencia de electricidad en distancias cortas sin cables parece mucho más fácil y muchos la han implementado con éxito, simplemente porque para distancias cortas las restricciones mencionadas anteriormente nunca se convierten en un problema.

Para una transferencia de energía inalámbrica de corta distancia, la resistencia del aire encontrada es mucho menor, dentro de un rango de unos pocos 1000 megaohmios (o incluso menor dependiendo del nivel de proximidad), y la transferencia se vuelve factible de manera bastante eficiente con la incorporación de alta corriente y alta frecuencia.

Adquirir un rango óptimo

Para adquirir una eficiencia óptima de distancia a corriente, la frecuencia de transmisión se convierte en el parámetro más importante de la operación.

Las frecuencias más altas permiten cubrir distancias más grandes de manera más efectiva y, por lo tanto, este es un elemento que debe seguirse al diseñar un aparato de transferencia de energía inalámbrico.

Otro parámetro que facilita la transferencia es el nivel de voltaje, voltajes más altos permiten involucrar menor corriente y mantener el dispositivo compacto.

Ahora intentemos comprender el concepto a través de una configuración de circuito simple:

La configuración del circuito

Lista de partes

R1 = 10 ohmios
L1 = 9-0-9 vueltas, es decir 18 vueltas con una llave central usando un alambre de cobre súper esmaltado 30 SWG.
L2 = 18 vueltas usando alambre de cobre súper esmaltado 30 SWG.
T1 = 2N2222
D1 ---- D4 = 1N4007
C1 = 100 uF / 25 V
3 V = 2 pilas AAA de 1,5 V en serie

La imagen de arriba muestra un sencillo circuito inalámbrico de transferencia de energía que consta de la etapa del transmisor a la izquierda y la etapa del receptor en el lado derecho del diseño.

Ambas etapas se pueden ver separadas con un espacio de aire significativo para el cambio de electricidad previsto.

Cómo funciona

La etapa del transmisor de potencia parece un circuito oscilador hecho a través de un circuito de red de retroalimentación a través de un transistor NPN y un inductor.

Sí, es cierto, el transmisor de hecho es una etapa de oscilador que funciona de manera push-pull para inducir una corriente pulsante de alta frecuencia en la bobina asociada (L1).

La corriente de alta frecuencia inducida desarrolla una cantidad correspondiente de ondas electromagnéticas alrededor de la bobina.

Al estar en una frecuencia alta, este campo electromagnético puede romperse a través del espacio de aire que lo rodea y alcanzar una distancia que sea permisible dependiendo de su clasificación actual.

Se puede ver que la etapa del receptor consiste solo en un inductor complementario L2 bastante similar a L1, que tiene la única función de aceptar las ondas electromagnéticas transmitidas y convertirlas de nuevo en una diferencia de potencial o electricidad, aunque a un nivel de potencia menor debido a la transmisión involucrada. pérdidas a través del aire.

Las ondas electromagnéticas generadas a partir de L1 se irradian por todas partes, y L2 que se encuentra en algún lugar de la línea es golpeada por estas ondas EM. Cuando esto sucede, los electrones dentro de los cables L2 se ven obligados a oscilar al mismo ritmo que las ondas EM, lo que finalmente da como resultado una electricidad inducida a través de L2 también.

La electricidad es rectificada y filtrada apropiadamente por el puente rectificador conectado y C1 constituye una salida de CC equivalente a través de los terminales de salida mostrados.

En realidad, si observamos detenidamente el principio de funcionamiento de la transferencia de energía inalámbrica, encontramos que no es nada nuevo más que nuestra antigua tecnología de transformadores que usamos normalmente en nuestras fuentes de alimentación, unidades SMPS, etc.

La única diferencia es la ausencia del núcleo que normalmente encontramos en nuestros transformadores de alimentación habituales. El núcleo ayuda a maximizar (concentrar) el proceso de transferencia de energía e introducir pérdidas mínimas, lo que a su vez aumenta la eficiencia en gran medida.

Selección del núcleo del inductor

El núcleo también permite el uso de frecuencias relativamente más bajas para el proceso, con una precisión de alrededor de 50 a 100 Hz para transformadores con núcleo de hierro, mientras que dentro de los 100 kHz para transformadores con núcleo de ferrita.

Sin embargo, en nuestro artículo propuesto sobre cómo funciona la transferencia de energía inalámbrica, dado que las dos secciones deben estar completamente alejadas entre sí, el uso de un núcleo queda fuera de discusión y el sistema se ve obligado a funcionar sin la comodidad de un núcleo de asistencia.

Sin un núcleo, resulta esencial que se emplee una frecuencia relativamente más alta y también una corriente más alta para que la transferencia pueda iniciarse, lo que puede depender directamente de la distancia entre las etapas de transmisión y recepción.

Resumiendo el concepto

Para resumir, de la discusión anterior podemos asumir que para implementar una transferencia de potencia óptima a través del aire, necesitamos tener los siguientes parámetros incluidos en el diseño:

Una relación de bobina correctamente adaptada con respecto a la inducción de voltaje prevista.

Una frecuencia alta del orden de 200 kHz a 500 kHz o superior para la bobina del transmisor.

Y una alta corriente para la bobina del transmisor, dependiendo de la distancia a la que se requiera transferir las ondas electromagnéticas radiadas.

Para obtener más información sobre cómo funciona la transferencia inalámbrica, no dude en comentar.




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