Truyền Điện Không Dây

  -  

Tìm hiểu về công nghệ truyền năng lượng điện không dây

Ý tưởng về truyền năng lượng điện không dây (Wireless power nguồn transfer: WPT) được lời khuyên lần đầu vào thời điểm năm 1890 bởi vì Nikola Tesla. Ông đã tạo thành được những cuộn dây tesla kếch xù để truyền tích điện điện không đề nghị dây đưa vào những năm 1900. Sau đó, từ những năm 1960 tới nay là sự phát triển của công nghệ truyền điện không dây hiện đại. Nó có thể tạo thành 2 giai đoạn:

Giai đoạn đầu là trong những năm 1960 – 1970 với sự bắt đầu là các nghiên cứu và phân tích của NASA ban ngành hàng không với vũ trụ của Mỹ. Phần đa chủ đông đảo thu hút những sự thân mật của NASA như thua thảm thập tích điện mặt trời trong không khí rồi truyền về trái đất, hoặc dự án cung cấp năng lượng điện không dây trong ko gian,… Trong tiến độ này đang tập chung đa số phát triển công nghệ truyền không dây sử dụng sóng năng lượng điện từ phạt xạ (sóng vì radio hoặc viba) nhằm truyền năng lượng điện không dây với khoảng cách truyền xa lên tới mức vài trăm km. Tính đến ngày nay, technology này vẫn đang được liên tiếp phát triển, nhưng lại do thực hiện sóng cùng với tần số không hề nhỏ nên nó cũng có ngân sách rất cao. Năng suất truyền thấp và tác động không xuất sắc tới côn trùng trường. Cũng chính vì thế nên công nghệ này chỉ sử dụng trong 1 số nghành đặc thù như những thiết bị sử dụng trong technology vũ trụ. Vào quân đội hoặc khi công suất rất nhỏ, ngân sách chi tiêu thấp hơn cùng không ảnh hưởng tới môi trường xung quanh xung xung quanh như: trong những thiết bị y tế thực hiện để cấp điện ko dây cho những thiết bị được gửi vào khung người người.

Bạn đang xem: Truyền điện không dây

Giai đoạn phát triển thứ 2 của technology truyền năng lượng điện không dây tân tiến được bắt đầu từ cuối trong năm 1970 cho tới nay. Với các nghiên cứu về công nghệ truyền năng lượng điện không dây không phát xạ, hay còn được gọi là truyền năng lượng điện không dây trường sát (near- gield WPT). Technology này thực hiện điện ngôi trường (capacitive coupling) hoặc từ trường sóng ngắn (inductve coupling) nhằm truyền tích điện điện. Khoảng cách truyền không dây hoàn toàn có thể đạt tự vài milimet tới vài mét. Cùng với việc thực hiện tần số thao tác thấp trường đoản cú kHz tới MHz nên technology truyền năng lượng điện không dây ngôi trường gần dễ dàng đạt được công suất truyền lớn. Năng suất cao, chi tiêu rẻ và bình yên hơn so với con người. Vì vậy hiện nay, công nghệ này được nghiên cứu và phân tích và phát triển mạnh khỏe để áp dụng vào công nghiệp cũng như trong cuộc sống đời thường hàng ngày. Trong cuộc sống hàng ngày, bọn họ đã từng thấy công nghẹ này được dịch vụ thương mại hóa trên các cái bàn chải tiến công răng bằng điện được sạc ko dây, hay bộ sạc Qi ko dây trên các mẫu điện thoại thông minh di động cao cấp. Và vừa mới đây là các bộ sạc không day cho xe hơi điện đã bao gồm những thành phầm hoàn thiện trước tiên như bộ sạc không dây của Witricity, Nissan, Toshiba,… technology truyền điện không dây mang về nhiều nhân tiện lợi tương tự như sẽ gắng đỏi cuộc sống của con tín đồ một cách trẻ trung và tràn đầy năng lượng trong sau này gần.

*

Nguyên lý cơ bản của công nghệ truyền điện không dây gần bằng từ trường

Năm 1819, lần thứ nhất nhà kỹ thuật Hans Christan Oersted đã mày mò ra hiện tượng kỳ lạ dòng điện có mặt từ trường bao bọc dây dẫn. Rồi sau đó tới nam giới 1831, Michael Faraday lại phát hiện ra hiện tượng chạm màn hình điện trường đoản cú khi làm tha đổi từ trường sang một vòng dây bí mật thì có 1 dòng điện sinh ra trong tầm dây đó, nó được gọi là dòng điện cảm ứng. Những hiện tượng này đã có ứng dụng từ khóa lâu trong kỹ thuật điện để tạo thành những nhiều loại máy phát điện, động cơ điện, nam châm hút điện cùng máy thay đổi áp điện. Máy biến chuyển áp điện đó là 1 dạng sơ khai tuyệt nhất của technology truyền tích điện điện ko dây dùng từ trường. Cấu trúc máy phát triển thành áp gồm 2 cuộn dây cơ cung cấp và thứ cấp cho cùng quấn quanh 1 lõi thép kinh nghiệm như phẫu thuật tả bên trên hình 1. Sau đó, khi cho cái điện phát triển thành thiên (dòng điện gồm sự biến hóa theo thời hạn như mẫu điện luân phiên chiều hoặc dạng xung) chạy qua cuộn sơ cấp của máy biến áp. Sẽ sinh ra một tự trường đổi thay tiên bao bọc cuộn sơ cấp. Sóng ngắn này có phong cách thiết kế để khép vòng trong lõi thép kỹ thuật, sau đó từ trường biến thiên trong lõi thép sẽ có mặt 1 cái điện cảm ứng biến thiên vào cuộn sản phẩm cấp của máy biến áp. Trải qua đó năng lượng điện đã có truyền không tiếp xúc tự cuộn sơ cấp cho sang cuộn sản phẩm cấp của máy biến áp. Trong trường vừa lòng truyền năng lượng điện không dây này, cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp phải link với nhau qua lõi thép trở thành áp, với không bóc rời nhau được.

*

Giống như nguyên lý truyền tích điện điện trong máy biến hóa áp. Các tiết bị gia nhiệt cảm ứng như nhà bếp từ, lò nấu thép trung tần, thiết bị tối cao tần cũng có thể có nguyên lý như vậy. Nhưng,trong những trường hòa hợp này, không tồn tại lõi thép kĩ thuật nhằm dẫn từ bỏ trường và cuộn sản phẩm cấp là 1 trong vật dẫn năng lượng điện (chính là vật yêu cầu gia nhiệt). Tự trường biến chuyển thiên tần số cao được sinh ra bởi dòng năng lượng điện tần số cao chạy qua cộn dây của các thiết bị gia nhiệt cảm ứng. Nó sẽ sinh ra 1 dòng điện cảm ứng biến thiên trong thiết bị dẫn, loại điện này chính là dòng ngắn mạch trong vật dụng dẫn (dòng Fu- cô) yêu cầu sẽ hiện ra nhiệt có tác dụng nóng đồ vật dẫn. Nguyên tắc của technology này được biểu đạt trên hình 2. Đây là áp dụng gần hơn với technology truyền tích điện điện không dây trường gần. Lúc đó, phần sơ cấp và thứ cấp được bóc rời nhau. Ở các ứng dụng này, khoảng cách truyền không dây cực kỳ ngắn, độ lớn vài milimet cho tới vài centimet. Khi khoảng cách truyền tạo thêm thì tác dụng truyền sẽ tiến hành giảm đi vô cùng nhanh.

*

Nguyên lý của technology truyền điện không dây ngôi trường gân ằng chạm màn hình điện từ ngày nay là 1 dạng trở nên tân tiến cao hơn của 2 ứng dụng kể trên. Để bao gồm thể bóc tách rời cuộn sơ cung cấp và thứ cấp cho với khoảng cách xa hơn mà lại vẫn đạt ngưỡng truyền cao. Hiện tượng kỳ lạ cộng hưởng đã được ứng dụng kết hợp với hiện tượng chạm màn hình điện từ, được điện thoại tư vấn là cộng hưởng từ. Khi cuộn thứ cung cấp được đặt trong trường đoản cú trường phát triển thành thiên tạo nên bởi cuộn sơ cấp, bên trên cuộn thứ cấp sẽ sinh ra mẫu điện cảm ứng biến thiên. Khác với ngôi trường hợp loại ngắn mạch như trong các thiết bị gia sức nóng cảm ứng. Vào trường phù hợp này, cuộn vật dụng cấp được thiết kế với kết phù hợp với mạch tải để tạo nên 1 mạch điện cùng hưởng với thuộc tần số của chiếc điện chạm màn hình đó. Giúp cho dòng điện chạm màn hình được duy trì dễ dàng hơn trong cả khi cuộn thứ cấp được đặt ở xa cuộn sơ cấp nơi tất cả từ trường yếu. Ở chiều ngược lại, loại điện chạy trong cuộn thứ cấp cho được đặt ở xa cuộn sơ cấp cho từ trường vươn lên là thiên bao quanh nó và chức năng ngược lại cuộn sơ cấp. Và để đạt được sự cộng hưởng giữa 2 cuộn dây thì cuộn sơ cung cấp cần được thiết kế theo phong cách kết hợp với các tụ điện để tạo nên mạch cộng hưởng tất cả cùng tần số. Khi đó, từ trường sóng ngắn sinh ra bởi 2 cuộn dây gồm cùng tần số với nó cùng hưởng cùng với nhau, gọi là từ bỏ trường cộng hưởng. Nguyên lý này được mô tả trên hình 3. Để tạo ra mạch cộng hưởng cho cả cuộn sơ cấp và trang bị cấp, những tụ điện đạt thêm vào cả hai phía của hệ thống. Khi đó các mạch cung cấp được call là các mạch bù (compensation network). Về cơ bạn dạng thì bao gồm 4 các loại mạch vù được mô tả trên sơ đồ tương tự như hình 4 (a-d). Hình 4(e) diễn đạt swo đồ tương đương tổng quát của hệ thống WPT 2 cuộn dây. Trên hình 4 (e) hệ số hỗ cảm giữa 2 cuộn dây không được định nghĩa theo cách làm (1).

Trong đó, L1 L2 là giá trị điện cảm từ cảm (self-inductance) của 2 cuộn dây sơ cấp cho và thiết bị cấp; M là năng lượng điện cảm hỗ cảm giữa 2 cuộn dây (Mutual inductance).

*

Khi đó, điện áp bên trên cuộn sản phẩm cấp có thể được tính theo phương pháp (2)

*

*

Công thức (4) thể hiện công suất truyền sẽ tạo thêm khi hệ số quality của cuộn dây Q và thông số hỡ cảm không tăng lên. Bởi thế, để tăng năng suất truyền ở khoảng cách xa (cũng đồng nghĩa tương quan với việc tăng khoảng cách truyền ko dây), tần số thao tác làm việc cả khối hệ thống được tạo thêm từ vài chục KHz cho tới hàng chục MHz. Nhưng, lúc tần số làm việc của hệ thống tăng lên thì các tổn hao vào mạch của khối hệ thống cũng tăng lên như tổn hao đóng cắt trong các bộ chuyển đổi làm vấn đề cùng hệ thống, tổn hao trong những cuộn dây do các hiệu ứng của dòng điện tần số cao gây nên (skin effect và proximiti effect). Vì chưng vậy, câu hỏi lựa chọn tần số làm việc cho khối hệ thống WPT là sự việc thỏa hiệp giữa năng suất truyền ko dây và tổn hao trong các mạch điện để dành được hiệu quả cao nhất cho hệ thống.

Hiện nay, các nghiên cứu và phân tích về technology truyền năng lượng điện không dây thường vẫn sử dụng 2 vùng tần số cho các ứng dụng không giống nhau. Cùng với những áp dụng cần tuyền ko dây có công suất lớn (hàng chục cho tới vài trăm Kw) và khoảng cách truyền ngắn (dưới 25cm) như: sạc ko dây cho xe hơi điện, xe bus điện, cấp cho điện mang đến tàu điện,… Tần số thao tác thường sẽ được cọn từ vài chục kHz cho tới hàng trăm kHz (chuẩn J2954 vận dụng cho khối hệ thống sạc không dây cho ô tô điện lựa chọn tần số thao tác trung trung ương là 85 kHz). Ở tần số làm việc thấp, khối hệ thống WPT cùng với 2 cuộn dây phía sơ cấp cho và thứ cung cấp được sử dụng cùng những tụ điện cộng hưởng được đưa tiếp tế như đã biểu lộ ở hình 4. Với technology hiện tại năng suất của hệ thống này hoàn toàn có thể đạt cho tới MW, năng suất trên 90%. Nhưng vị tần số thao tác làm việc thấp nên khoảng cách truyền ko dây chỉ đạt ngưỡng được ở mức xung xung quanh 20cm, và form size các cuộn dây không nhỏ (2).

Với những ứng dụng cần media không dây với công suất thấp (dưới 10Kw). Khoảng cách truyền xa hoặc yêu cầu kích thước nhỏ gọn như ứng dụng sạc ko dây cho hệ thống xe năng lượng điện tự hành (AGV) vào công nghiệp. Xe pháo điện áp dụng trong sân golf, những ứng dụng gia dụng như tivi, tủ lạnh, các thiết bị đơn vị bếp, trang bị y tế được gửi vào bên trong cơ thể người,… Tần số thao tác làm việc của khối hệ thống WPT hay được lựa chọn từ sản phẩm Mhz tới hàng Ghz. Khi tần số thao tác tăng lên cỡ hàng chục Mhz, khoảng cách truyền ko dây có thể đạt được vài ba mét (3). Ở tần số cao, năng lượng điện áp làm việc trên các tụ điện cộng hưởng tăng lên rất cao (hàng chục kV). Các tụ điện được tiếp tế ra với công nghệ hiện đại, không rheer thao tác làm việc ở tần số cùng điện áp cao như vậy. Do vậy, hệ thống 4 cuộn dây được thực hiện để sản xuất ra những tụ điện cùng hưởng bên trên cơ sở những tụ điện kí sinh trên những cuộn dây.

*

Hệ thống này được lời khuyên bởi team nghiên cưu của MIT năm 2007 (3). Điểm quan trọng của nó là cuộn truyền năng lượng và cuộn nhận tích điện trong khối hệ thống thường có thiết kế chỉ 1 vòng dây (link coil). Còn lại cuộn dây cùng hưởng phía truyền cùng phía dìm là các cuộn dây với nhiều vòng dây cơ mà là cuộn dây hở nhì đầu (resonant coil). Tần số làm việc của hệ thống MHz thường xuyên được chọn 1Mhz, 6.67Mhz, 13.56Mhz, 27.12Mhz,… (ISM band). Thao tác ở tần số cao, kích thước cùng trọng lượng của các cuộn dây sụt giảm đáng kể. Nhưng, với technology hiện tại, hệ thống WPT làm việc ở tần số MHz bị tinh giảm về công suất truyền. Bởi vì tần số chuyển mạch của các bộ đổi khác làm câu hỏi trong hệ thống quá cao mang tới tổn hao chuyến mạc khôn cùng lớn. Đồng thời, tổn hao này do các hiệu ứng của chiếc điện tần số cao tạo ra trong những cuộn dây cũng tác động rất to tợi hiệu suất của hệ thống.

Xem thêm: Pha Chế Rượu 2 4H - Game Pha Chế Đồ Uống: The Right Mix

*

Để tăng khoảng cách truyền ko dây của hệ thống WPT, những cuộn dây cộng hưởng cũng rất được sử dụng đặt vào giữa phía sơ cung cấp và vật dụng cấp. Nó có tính năng như cáp cỗ lặp, hay những cầu nối từ trường. Bên cạnh đó thì khối hệ thống WPT nhiều cuộn dây cũng rất được phát triển để ứng dụng trong ngôi trường hợp cung ứng năng lượng cùng lúc cho các tài khoản. Lúc ấy thì những cuộn dây có tác dụng hỗ trợ nhau với cũng rất có thể làm tăng khoảng cách truyền. Nhưng việc phân tích thuộc thiết kế hệ thống rất phức tạp.

Công nghệ sạc điện không dây cho xe hơi điện

Hiện nay, ô tô điện được xem là phương nhân thể giao thông thân mật với môi trường, nó vẫn ngày càng trở nên tân tiến và trở đề xuất phổ biến. Các nhà sản xuất ô tô lớn trên trái đất đều đã trở nên tân tiến ra đều mẫu xe xe hơi điện mang lại riêng mình với tương đối nhiều cái tên như: BMW i3, Mercedes B-Class Electric Drive, Volkswagen E-Golf, Ford Focus Electric, Nissan Leaf, mitsubishi i-MiEV, Chevrolet Bolt, Hyundai Ioniq, cơ Soul EV,… và quan trọng không thể không nói tới các mẫu xe năng lượng điện của Tesla. Cùng rất việc cải tiến và phát triển không hoàn thành các công nghệ trên xe năng lượng điện thì bài toán xây dựng hệ thống hạ tầng để xạc điện đến xe đang dần được chi tiêu nghiên cứu rất mạnh khỏe mẽ.

*

Kiểu sạc sử dụng không dây dẫn cho ô tô điện sẽ luôn luôn tồn tại các nhược điểm, yêu cầu kể tới thứ nhất đó đó là vấn đề an toàn. Đặc biệt trong môi trường thiên nhiên ẩm ướt. Các bộ sạc lắp đặt tại các hộ mái ấm gia đình đều sử dụng nguồn điện laqf 110V hoặc 220V. Đồng thời nó cần thời hạn khoảng 8 tới 10h nhằm sạc đầy cho hệ thống ắc quy của ô tô điện. Trong các trạm sạc nhanh thì với công suất lớn hơn, thời gian sạc cũng khá được rút ngắn đi những lần. Nhưng việc sạc nhanh làm giảm bớt tuổi thọ của ắc quy với làm cho các trạm sạc nhanh cần không ít diện tích nhằm sạc cho con số lớn các xe trên đây. Đồng thời những dâ pin hoặc đầu cắm rất có thể dễ dàng bị đánh tráo hoặc làm hỏng bở các yếu tố công ty quan, khách hàng quan. So với công nghệ sạc thông thường sử dụng dây dẫn, công nghệ sạc không dây có không ít ưu điểm quá trội về tính tiện dụng, an ninh vì không có sự xúc tiếp trực tiếp với nguồn điện. Cùng với những bộ sạc rất có thể lắp đặt dưới sàn bên hoặc hoặc nền đường cần giúp nó tiết kiệm diện tích.

Cấu trúc của hệ thống sạc điện không dây cho xe hơi điện trong phân tích của tác giả được diễn đạt trong hình 7. Trong kết cấu này, nguồn điện áp xoay chiều từ lưới được chuyển vào hệ thống trước tiên đã được đổi khác thành mối cung cấp điện một chiều bằng việc áp dụng bộ chỉnh giữ có kiểm soát và điều chỉnh hệ số hiệu suất (Rectifer PFC). Sau đó, 1 bộ nghịch lưu giữ tần số cao (high frequency inverter) thực hiện để tạo ra nguồn điện xoay tần số cao và cấp điện mang đến phía sơ cấp của hệ thóng WPT. Năng lượng điện được truyền ko dây từ phía sơ cấp cho sang phía thứ cung cấp của hệ thống WPT, rồi dòng điện tần số cao của bên thứ cung cấp được chuyển biến ngược thành điện áp nguồn 1 chiều trải qua bộ chỉnh lưu lại tần số cao. Phía sau của bộ chuyển đổi thay tần số cao là bộ chuyển đổi DC/DC dùng làm điều khiển phối kết hợp trở kháng trong khối hệ thống WPT để có được hiệu suất truyền cao nhất. Đồng thời nó điều khiển quy trình sạc ắc quy bên trên xe xe hơi điện (Impedance catching & charging control).

Các nghiên cứu trong hệ thống bao gồm việc nghiên cứu xây đắp các bộ biến đổi cùng các cuộn dây trong hệ thống WPT. Đây chính là sự kết hợp ngặt nghèo giữa năng lượng điện tử năng suất để điều khiển/ thay đổi dòng tích điện điện chạy trong số mạch điện với sự cộng tận hưởng của sóng ngắn giữa các cuộn dây để đã có được hiệu suất truyền cao nhất. Hiện nay nay, với hệ thống sạch tĩnh, năng suất của nó có thể đạt cho tới 90%, có thể so sánh với khối hệ thống sạc tất cả dây thông thường.

*

Ngoài việc ứng dụng xạc không dây cho xe hơi điện lúc đứng yên ổn thì hệ thống WPT còn đang được pát triển nhằm xạc cho xe điện ngay cả khi đạng chạy ngơi nghỉ trên đường, nó được hotline là pin tự động. Với khối hệ thống này thì xe hơi điện không bắt buộc phải tạm dừng để sạc, vì khoảng cách chạy của xe với 1 lần pin sạc được tạo thêm đáng kể thuộc số ượng ắc quy quan trọng cho xe cũng bớt đi. Để làm cho được điều đó, nhiều cuộn sơ cấp được bố trí dọc bên trên đường, với khi xe dịch chuyển năng lượng điện sẽ được truyền ko dây từ các cuộn sơ cấp trên đường đến cuộn thứ cung cấp trên xe cộ điện để sạc điện mang đến xe. Trong hệ thống này vấn đề nghiên cứu xây dựng và bố trí các cuộn dây trên đường làm thế nào cho đạt được kết quả truyền tối đa là một thách thức. Hình như khi xe dịch chuyển các thông số trong hệ thống WPT sẽ biến đổi liên tục, việc điều khiển phối hợp dòng năng lượng trong các mạch sơ cấp cho và thứ cấp của khối hệ thống để đạt được kết quả truyền cao cũng là một thử thách lớn cùng với các nghiên cứu và phân tích về điện tử công suất.

Lời kết

Công nghệ truyền điện không dây vẫn là một technology được ứng dụng phổ cập trong tương lai. Và nó sẽ chuyển đổi cuộc sống bé người trẻ trung và tràn đầy năng lượng nhất. Không những ứng dụng trong technology sạc ko dây cho xe hơi điện thì công nghệ WPT còn được ứng dụng trong không ít lĩnh vực khác nhau như trong công nghiệp với trong cuộc sống hàng ngày. Sau này thì những thiết bị điện trong gia đình cũng không còn cần bắt buộc cắm điện nữa. Các thiết bị di dộng chũm tay cũng trở nên không còn vượt nặng do pin và cũng không buộc phải sạc pin hàng ngày mà nó sẽ tiến hành cấp điện trực tiếp hoặc sạc trong cả khi áp dụng trên tay người dùng.

Các hệ thống robot tuyệt xe trường đoản cú lái sẽ tự động hóa hóa doàn toàn khi việc sạc năng lượng sẽ dễ ợt được tự động hóa. Trong hệ thống y tế, các thiết bị điện được cấy trong cơ tể con người có thể được cung cấp điên jtrwcj tiếp từ bên phía ngoài mà ko cần bất kỳ tiếp xúc nào. Đây cũng đó là công nghệ tiềm năng trong tương lai, yên cầu cho việc nghiên cứu và phân tích và cải tiến và phát triển ở mức độ cao.

Xem thêm: Ai Cũng Có Những Cuộc Tình Yêu Thoáng Qua " (Kiếm Được 200 Bài)

Với điều kiện tại Việt Nam, nếu như được chi tiêu các thiết bị điện bắt buộc thiết, họ hoàn toàn có thể quản lý và vạc triển công nghệ này trong tương lai. Hi vọng qua bài viết này, có thể đưa tới cho chính mình ddowcj 1 tầm nhìn cơ bạn dạng về công nghệ truyền năng lượng điện không dây. Đồng thời người sáng tác cũng hi vọng có tương đối nhiều nhà phân tích Việt nam sẽ vồ cập đồng thời vạc triển technology này khi bây giờ tại Việt Nam, công nghệ truyền điện không dây còn rất mớ lạ và độc đáo và chưa có các nghiên cứu bài bản nào được công bố.