Эта технология использует электромагнитную индукцию для беспроводной передачи энергии от одного устройства к другому. Она основывается на взаимодействии магнитных полей, генерируемых катушками, которые находятся вблизи друг друга. Принцип работы — как в трансформаторах, где переменный ток в одной катушке создает изменяющееся магнитное поле, которое индуцирует напряжение в другой катушке.
Принцип работы системы индуктивной передачи энергии
- Передающая катушка. На передающей стороне (например, в зарядном устройстве) катушка подключена к источнику питания, который подает переменный ток на катушку. Это создает магнитное поле вокруг катушки.
- Приемная катушка. На принимающей стороне (например, в зарядке устройства или беспроводной лампе) находится катушка, расположенная в пределах магнитного поля, создаваемого передающей катушкой. Магнитное поле индуцирует ток в этой катушке, который затем преобразуется в электрическую энергию, подходящую для питания устройства.
- Резонанс. Чтобы улучшить эффективность передачи, катушки на передатчике и приемнике настраиваются на одинаковую частоту (резонанс). Это позволяет максимизировать энергию, передаваемую между катушками.
Компоненты системы индуктивной передачи энергии
- Передающая катушка. Обычно это катушка проводника (медь, алюминий и др.), которая соединена с источником переменного тока. Часто такая катушка используется в сочетании с осциллятором, который генерирует переменные сигналы на высокой частоте (50-200 кГц).
- Приемная катушка. Она должна быть расположена так, чтобы попасть в зону действия магнитного поля от передающей катушки. Она воспринимает магнитное поле и преобразует его в электрический ток.
- Выпрямитель и фильтры. После того как электрический ток индуцирован в приемной катушке, он обычно представляет собой переменный ток. Для питания постоянным током, который подходит для работы, например, светодиодов, этот ток выпрямляется с помощью диодов и сглаживается с помощью конденсаторов.
- Резонансная настройка. Чтобы передача энергии была максимально эффективной, обе катушки (передающая и приемная) должны работать на резонансной частоте. Это означает, что частота работы осциллятора на передающем устройстве и частота, на которой работает приемная катушка, должны совпадать или быть близкими.
Преимущества индуктивной передачи энергии
- Отсутствие проводов. Нет необходимости в проводах, что упрощает конструкцию и повышает удобство использования. Особенно удобно для зарядки мобильных устройств, беспроводных ламп или других гаджетов.
- Быстрая зарядка. При правильной настройке катушек можно достичь высокой скорости передачи энергии и зарядки.
- Безопасность. Меньше вероятность короткого замыкания или повреждения проводов, так как система работает без прямого контакта.
- Удобство использования. Устройства, поддерживающие индуктивную передачу энергии, могут заряжаться или работать в любом положении относительно передающей катушки, пока находятся в пределах ее магнитного поля.
Ограничения индуктивной передачи энергии
- Диапазон передачи. Передача энергии возможна только на небольшие расстояния, обычно до нескольких сантиметров. Чем дальше находятся катушки друг от друга, тем слабее будет сигнал и тем менее эффективной будет передача.
- Эффективность. Потери энергии увеличиваются с расстоянием и с изменением ориентации катушек. Индуктивная передача становится менее эффективной, если катушки плохо выровнены.
- Размер катушек. Для получения высокой мощности передачи требуется использовать более крупные катушки, что увеличивает размер и стоимость устройства.
Пример схемы индуктивной передачи энергии
Для создания системы индуктивной передачи энергии можно использовать два основных элемента: передающую и приемную катушки. Рассмотрим создание простого проекта, в котором индуктивно передается энергия для питания светодиода.
Компоненты:
- Передающая катушка (10-20 витков провода диаметром 0,5-1 мм).
- Приемная катушка (10-20 витков провода аналогичного диаметра).
- Источник питания для передающей катушки (например, аккумулятор 5 В или адаптер).
- Выпрямительный мост и конденсаторы на приемной стороне для преобразования переменного тока в постоянный.
- Светодиод с ограничивающим резистором.
Схема передатчика:
На передающем устройстве мы создаем переменный ток с помощью генератора. Например, можно использовать микроконтроллер (например, Arduino) для генерации сигнала с высокой частотой (100-200 кГц).
Этот сигнал подключается к катушке передатчика, которая начинает генерировать переменное магнитное поле.
Схема приемника:
Приемная катушка будет находиться в пределах магнитного поля, создаваемого передающим устройством.
Ток, индуцированный в катушке, преобразуется в постоянный с помощью выпрямительного моста и фильтрующих конденсаторов.
После выпрямления, ток подается на светодиод через резистор.
Пример простого кода для генерации сигнала на Arduino для передающей катушки:
Пример схемы для приемной стороны:
- Катушка приемника подключена к диодному мосту, который выпрямляет переменный ток.
- Конденсатор сглаживает пульсации, а светодиод подключен через резистор для защиты от излишнего тока.
Заключение
Индуктивная передача энергии — крутая технология, удобная для беспроводной зарядки и питания устройств. Она основывается на создании переменного магнитного поля, которое индуцирует ток в соседней катушке. Такая передача используется в зарядных устройствах для мобильной техники: некоторых смартфонов, роботов-пылесосов, электрощеток, фонариков. Ее также можно применять для упрощения зарядки более крупной техники, например, электромобилей или электрических вилочных погрузчиков.
Автор: Сергей Дроздов, инженер-электрик
Приглашаем в наш телеграм-канал
Заявки на конструкторские и технологические работы размещайте здесь:
https://complexcad.ru/#modal-project
+7 (495) 127-72-03
С уважением, команда "Комплекс КАД"