Le transfert d'énergie sans fil est un processus dans lequel l'énergie électrique est transférée d'un système à un autre système par des ondes électromagnétiques sans utiliser de fils ni de contact physique.

Dans cet article, nous discutons du fonctionnement du transfert d'énergie sans fil ou du transfert d'électricité dans l'air sans utiliser de fils.

Vous avez peut-être déjà rencontré cette technologie et avez peut-être traversé de nombreuses théories connexes sur Internet.

Bien que l'Internet puisse être plein d'articles de ce type expliquant le concept avec des exemples et des vidéos, le lecteur ne comprend généralement pas le principe de base régissant la technologie et ses perspectives d'avenir.

Comment fonctionne le transfert d'électricité sans fil

Dans cet article, nous essaierons en gros de se faire une idée de la façon dont un transfert d'électricité sans fil se produit ou fonctionne ou se déroule et pourquoi l'idée est si difficile à mettre en œuvre sur de grandes distances.

L'exemple le plus courant et le plus classique de transfert d'énergie sans fil est notre ancienne technologie de radio et de télévision qui fonctionne en envoyant des ondes électriques (RF) d'un point à l'autre sans câbles, pour le transfert de données prévu.

La difficulté

Cependant, l'inconvénient de cette technologie est qu'elle est incapable de transférer les ondes avec un courant élevé de sorte que la puissance émise devient significative et utilisable côté réception pour entraîner une charge électrique potentielle.

Ce problème devient difficile car la résistance de l'air pourrait être de l'ordre de millions de méga Ohms et donc extrêmement difficile à couper.

Un autre problème qui rend le transfert longue distance encore plus difficile est la faisabilité de la focalisation de l'alimentation vers la destination.

Si le courant transmis est autorisé à se disperser sur un grand angle, le récepteur de destination pourrait ne pas être en mesure de recevoir la puissance émise, et pourrait éventuellement en acquérir juste une fraction, rendant l'opération extrêmement inefficace.

Cependant, le transfert d'électricité sur de courtes distances sans fil semble beaucoup plus facile et a été mis en œuvre avec succès par beaucoup, simplement parce que sur de courtes distances, les contraintes évoquées ci-dessus ne deviennent jamais un problème.

Pour un transfert de puissance sans fil à courte distance, la résistance de l'air rencontrée est beaucoup plus faible, dans une plage de quelques 1000 mégohms (voire moindre selon le niveau de proximité), et le transfert devient réalisable assez efficacement avec l'incorporation de courant élevé et haute fréquence.

Acquérir une portée optimale

Afin d'acquérir une efficacité distance-courant optimale, la fréquence de transmission devient le paramètre le plus important de l'opération.

Des fréquences plus élevées permettent de couvrir plus efficacement de plus grandes distances, et c'est donc un élément qui doit être suivi lors de la conception d'un appareil de transfert d'énergie sans fil.

Un autre paramètre qui facilite le transfert est le niveau de tension, des tensions plus élevées permettent d'impliquer un courant plus faible et de garder l'appareil compact.

“relation entre la fréquence et la longueur d'onde ”

Essayons maintenant d'appréhender le concept à travers un circuit simple mis en place:

Le circuit mis en place

Liste des pièces

R1 = 10 ohms
L1 = 9-0-9 tours, soit 18 tours avec un robinet central utilisant un fil de cuivre super émaillé 30 SWG.
L2 = 18 tours en utilisant du fil de cuivre super émaillé 30 SWG.
T1 = 2N2222
D1 ---- D4 = 1N4007
C1 = 100 uF / 25 V
3V = 2 cellules AAA 1.5V en série

L'image ci-dessus montre un circuit de transfert de puissance sans fil simple constitué de l'étage émetteur à gauche et de l'étage récepteur à droite de la conception.

Les deux étages peuvent être vus séparés avec un intervalle d'air important pour le déplacement prévu de l'électricité.

Comment ça fonctionne

L'étage émetteur de puissance ressemble à un circuit oscillateur réalisé à travers un circuit de réseau de rétroaction à travers un transistor NPN et une inductance.

Oui c'est vrai, l'émetteur est en effet un étage oscillateur qui fonctionne de manière push-pull pour induire un courant pulsé haute fréquence dans la bobine associée (L1).

Le courant haute fréquence induit développe une quantité correspondante d'ondes électromagnétiques autour de la bobine.

Étant à une fréquence élevée, ce champ électromagnétique est capable de se déchirer à travers l'entrefer autour de lui et d'atteindre une distance qui est autorisée en fonction de son courant nominal.

L'étage récepteur peut être vu constitué uniquement d'une inductance complémentaire L2 assez similaire à L1, qui a pour seul rôle d'accepter les ondes électromagnétiques transmises et de les reconvertir en une différence de potentiel ou en électricité bien qu'à un niveau de puissance inférieur en raison de la transmission impliquée. pertes par l’air.

Les ondes électromagnétiques générées à partir de L1 sont rayonnées tout autour, et L2 se trouvant quelque part dans la ligne est frappée par ces ondes EM. Lorsque cela se produit, les électrons à l'intérieur des fils L2 sont forcés d'osciller au même rythme que les ondes EM, ce qui entraîne finalement une électricité induite à travers L2 également.

L'électricité est redressée et filtrée de manière appropriée par le pont redresseur connecté et C1 constituant une sortie CC équivalente aux bornes de sortie représentées.

En fait, si nous voyons attentivement le principe de fonctionnement du transfert d'énergie sans fil, nous constatons que ce n'est rien de nouveau, mais notre technologie de transformateur séculaire que nous utilisons habituellement dans nos alimentations, nos unités SMPS, etc.

La seule différence étant l'absence du noyau que nous trouvons normalement dans nos transformateurs d'alimentation réguliers. Le noyau aide à maximiser (concentrer) le processus de transfert de puissance et à introduire des pertes minimales, ce qui augmente considérablement l'efficacité.

Sélection du noyau d'inducteur

Le noyau permet également l'utilisation de fréquences relativement plus basses pour le processus, pour être précis autour de 50 à 100 Hz pour les transformateurs à noyau de fer tandis que dans les 100 kHz pour les transformateurs à noyau de ferrite.

Cependant, dans notre article proposé concernant le fonctionnement du transfert d'énergie sans fil, étant donné que les deux sections doivent être entièrement distantes l'une de l'autre, l'utilisation d'un noyau devient hors de question et le système est obligé de fonctionner sans le confort d'un noyau d'assistance.

Sans noyau, il devient essentiel qu'une fréquence relativement plus élevée et également un courant plus élevé soient utilisés pour que le transfert puisse démarrer, ce qui peut être directement dépendant de la distance entre les étages d'émission et de réception.

Résumer le concept

Pour résumer, à partir de la discussion ci-dessus, nous pouvons supposer que pour mettre en œuvre un transfert de puissance optimal par l'air, nous devons inclure les paramètres suivants dans la conception:

Un rapport de bobine correctement adapté par rapport à l'induction de tension prévue.

Une fréquence élevée de l'ordre de 200 kHz à 500 kHz ou plus pour la bobine de l'émetteur.

Et un courant élevé pour la bobine de l'émetteur, en fonction de la distance à laquelle les ondes électromagnétiques rayonnées doivent être transférées.