Transfert d'énergie sans fil : fondamentaux et avantages

À propos du circuit de transfert d'énergie sans fil, indéniablement, certains d'entre nous ont fait face à des pertes de puissance lors de la transmission de l'énergie électrique. La perte, qui parfois约 24 % (selon l'Institut des Ressources Mondiales), se produit en raison de la résistance dans les fils du réseau. Le concept d'un système de Transfert d'Énergie Sans Fil (WPT) (tel qu'introduit par Nikola Tesla) vise à transmettre l'électricité via une méthode d'induction électromagnétique. Dans le processus, vous combattrez la perte d'énergie électrique et atteindrez un transfert d'énergie efficace.

La technologie WPT utilise trois systèmes, à savoir la résonance, les cellules solaires et la transmission de puissance par micro-ondes.

1. Qu'est-ce qu'un circuit de transfert d'énergie sans fil ?

Une transmission d'énergie sans fil / transfert d'énergie sans fil fait référence à la transmission d'énergie électrique d'une source d'énergie vers une charge électrique ou un dispositif récepteur sans utiliser de fils de connexion ou de lien physique. Non seulement c'est rapide et fiable, mais vous pouvez également l'utiliser pour des transmissions à courte ou longue portée.

La technologie de transfert d'énergie sans fil est recommandable pour charger des appareils comme les dispositifs sans fil, par exemple les ordinateurs portables, car elle a une isolation galvanique. Ainsi, il y a un risque plus faible de choc électrique.

Principe de fonctionnement

Les systèmes de transfert d'énergie sans fil comprennent un émetteur, un milieu et un récepteur fonctionnant sous un principe de transmission de puissance par couplage inductif.

Émetteur : Majoritairement, nous appliquons l'énergie électrique (sous forme d'énergie électromagnétique en ondes, lumière ou champ magnétique variable). Ensuite, l'émetteur transmet l'énergie électrique sous une autre forme d'énergie, résultant en un niveau de puissance électrique approprié.

Milieu : Deuxièmement, nous avons le milieu qui permet le passage de l'énergie transmise. Il peut être soit dans le vide, l'air, ou sous forme solide. Veuillez ne pas utiliser un milieu métallique car il n'autorisera pas le passage de l'énergie électrique pour la génération de chaleur.

Récepteur : Finalement, le récepteur recevra la puissance transmise puis la convertira en électricité. Et maintenant, votre dispositif d'énergie sans fil est prêt à l'emploi.

Composants requis

• Ligne électromagnétique 20-30 (fil de cuivre)
• Une batterie - 1,5 V
• Transistor (2N2222)
• LED
• Résistances – 1,2k
• Plaques d'essai (breadboards)

Quelques conseils sur la conception du circuit de transmission d'énergie sans fil :

Premièrement, lorsque vous traitez avec l'émetteur, vous devriez avoir un enroulement de fil à 17 tours, une boucle pour la connexion de prise centrale puis encore 17 tours de bobinage. Au contraire, le récepteur ne devrait avoir que 34 tours de bobinage mais pas de connexion de prise centrale.

Structure du circuit

Le circuit simple ci-dessous a deux parties : récepteur et émetteur.

Circuit émetteur et fonctionnement

Une source CA est l'alimentation qui pilote la bobine d'émetteur pour créer un champ électromagnétique autour d'elle. Plus tard, lorsque la bobine de cuivre est prise au centre, les deux côtés commenceront à avoir une certaine charge. D'après le diagramme, vous pouvez voir qu'un côté de la bobine de cuivre a une connexion à la borne de collecteur du transistor NPN tandis que l'autre se connecte à la résistance.

Lorsque le système charge, la résistance de base commencera à conduire puis alimentera le transistor. Par la suite, le transistor décharge l'inductance pendant la connexion de l'émetteur à la masse. La charge et la décharge simultanées génèrent un signal AC/oscillation de haute fréquence, menant à une transmission de champ magnétique.

Circuit récepteur et fonctionnement

La bobine de récepteur examine le champ magnétique de haute fréquence de l'émetteur. Par la suite, elle commence à générer une tension FEM qui finit par allumer la ampoule LED. La loi d'induction de Faraday régit le fonctionnement de la bobine de récepteur.

2. Circuit de transfert d'énergie sans fil — Efficacité de la transmission d'énergie sans fil

En ce qui concerne l'efficacité, un WPT a une estimation de 10 % ou moins d'efficacité. La formule pour calculer l'efficacité est :

Efficacité = (Puissance de sortie / Puissance d'entrée) x 100%

Puissance = Tension x Courant

La perte d'efficacité énorme explique pourquoi il est facile d'appliquer les circuits de transmission d'énergie sans fil dans les applications à faible puissance, comme une brosse à dents électrique, et pas dans les machines à haute puissance, comme les voitures électriques. De plus, les dispositifs technologiques alimentés sans fil ne sont pas écologiques si un large public les utilise constamment. Vous devrez appliquer jusqu'à 10 fois la puissance pour démarrer le dispositif électrique. Par conséquent, la production d'énergie électrique augmentera puis deviendra dangereuse pour la planète et le corps humain. Heureusement, tous les types de transmission d'énergie sans fil ont des réglementations qui favorisent l'utilisation par les êtres humains.

3. Avantages et inconvénients du circuit de transmission d'énergie sans fil

Avantages

Les mérites d'un transfert d'énergie sans fil sont :

• Premièrement, c'est rentable.
• Ensuite, vous pouvez concevoir facilement le circuit car c'est un processus simple.
• Aussi, sa fréquence de courant de fonctionnement est basse.
• De plus, le WPT vous permet de fabriquer un produit étanche car vous n'aurez pas besoin de port d'alimentation pour charger votre appareil.
• Encore, vous pouvez augmenter la longévité de votre produit avec un WPT. C'est parce que vous éviterez tout dommage physique direct aux produits via l'insertion du chargeur dans les ports ou connecteurs.
• Enfin, sa conception de circuit convient aux courtes distances (communication en champ proche).

Inconvénients

Comme avec tout concept technologique, le WPT a aussi des démérites. Ils incluent :

• Malheureusement, il est inefficace pour les longues distances. Cependant, pour éliminer le défi de la distance, vous pouvez augmenter le nombre de tours de bobine.
• Il a aussi une faible efficacité que vous pouvez résoudre en utilisant de meilleurs circuits intégrés de driver de transmission sans fil. Alternativement, vous pouvez utiliser des MOSFETs ou des transistors pour construire des topologies push-pull.
• De plus, vous subirez une perte d'énergie/puissance élevée, ce qui n'est pas sûr pour l'environnement.
• Enfin, ses caractéristiques sont de non-directionnalité / parité-temps non-linéaire.

4. Application du circuit de transmission d'énergie sans fil

Le circuit de transmission d'énergie sans fil a une large gamme d'applications. Ils incluent les suivants :

• Modélisation ingénierie,
• L'industrie du transport, par exemple dans les véhicules électriques,
• Ingénierie industrielle,
• Dispositifs médicaux / implants biomédicaux,
• Applications prothétiques rétiniennes,
• Électronique grand public, et
• Secteur du chauffage et de la ventilation.

Conclusion

Pour conclure, l'article d'aujourd'hui se concentre sur les bases d'un transfert d'énergie sans fil ainsi que sur quelques-uns de ses défis, applications et avantages. Vous pouvez utiliser le WPT dans divers systèmes technologiques tels que la charge de véhicules électriques, dispositifs portables et appareils mobiles comme les téléphones portables.

De plus, atteindre une transmission d'énergie sans fil efficace et robuste est possible grâce à l'amplificateur à mode de commutation à haut rendement énergétique. L'amplificateur a une rétroaction de détection de courant dans une puissante symétrie parité-temps. Par conséquent, il aide à résoudre la non-directionnalité.

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