مدار انتقال برق به صورت بی سیم (آموزش کامل)

این رویای نیکولا تسلا بود که انرژی را به صورت بی سیم از یک نیروگاه برق از راه دور به خانه ها و کارخانه ها در سراسر جهان منتقل کند. هنوز تکنولوژی انتقال برق بیسیم برای انتقال مقادیر زیاد نیرو در فواصل طولانی وجود ندارد اما ما می توانیم انرژی را به صورت بی سیم در فواصل کوتاهتر انتقال دهیم.

در این آموزش، یک فرستنده و گیرنده برق بی سیم می سازیم که می تواند انرژی کافی برای شارژ یک باتری 3.7 ولتی را انتقال دهد.

انتقال برق بی سیم چگونه کار می کند؟

در یک فرستنده برق بی سیم، توان ورودی به یک سیگنال نوسانی با فرکانس بالا تبدیل می شود. این جریان نوسانی سپس به سیم پیچ ارسال می شود. جریان الکتریکی که از یک حلقه سیم عبور می کند یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند، بنابراین جریان نوسانی یک میدان مغناطیسی ضربانی در اطراف سیم پیچ انتقال دهنده ایجاد می کند.

گیرنده برق دارای سیم پیچ دیگری است که وقتی در نزدیکی فرستنده قرار می گیرد میدان مغناطیسی را از فرستنده می گیرد. از آنجایی که یک میدان مغناطیسی متغیر جریان الکتریکی را در یک حلقه سیم ایجاد می کند، میدان مغناطیسی ارسال شده در سیم پیچ گیرنده به جریان الکتریکی تبدیل می شود.

مدار فرستنده برق بیسیم

تصویر زیر شماتیک یک فرستنده برق بی سیم ساده است:

نوسان ساز از فرکانس تشدید مدار مخزن تنظیم شده تشکیل شده از L1 و ظرفیت ترانزیستور (چند هزار pF) ایجاد می شود.

فرکانس نوسانگر را می توان با استفاده از این فرمول محاسبه کرد:

جایی که:

• L: اندوکتانس L1
• C: ظرفیت انگلی ترانزیستور

سلف L1 را می توان با پیچاندن 20 دور سیم مگنت بر روی یک شکل دهنده به قطر 11 سانتی متر ساخت. تپ وسط باید در میانه پیچ 10 در وسط اضافه شود. این سیم پیچ یک اندوکتانس در حدود 80uH ایجاد می کند که با ظرفیت انگلی ترانزیستور در حدود 260 کیلوهرتز تشدید می شود.

من از ترانزیستور قدرت سیلیکونی MRF475 NPN استفاده کردم، اما می توان از ترانزیستورهای قدرت دیگر نیز استفاده کرد. با این حال، این ترانزیستورها به یک هیت سینک کوچک نیاز دارند زیرا بسیار داغ هستند.

پتانسیومتر R2 جریان ترانزیستور را تغییر می دهد که ظرفیت موثر را تغییر می دهد و باعث می شود فرکانس نوسان ساز کمی جابجا شود. ما می توانیم از آن برای تنظیم فرکانس خروجی برای مطابقت با فرکانس تشدید سیم پیچ گیرنده استفاده کنیم و در نتیجه راندمان انتقال قدرت را بهبود دهیم.

هنگامی که مدار با منبع تغذیه 12 ولت تغذیه می شود، مدار فرستنده 1 آمپر جریان می گیرد، بنابراین خروجی برق 12 ولت * 1 آمپر = 12 وات است.

مدار گیرنده جریان الکتریکی بی سیم

در تصویر زیر شماتیک مدار گیرنده برق بی سیم آمده است:

سیم پیچ (L1) را می توان با پیچاندن 18 دور سیم مگنت به دور یک دستگاه 11 سانتی متری درست کرد. تپ مرکزی باید در پیچ 9 در وسط اضافه شود.

هنگامی که سیم پیچ فرستنده و سیم پیچ گیرنده نزدیک به یکدیگر قرار می گیرند و برای رزونانس با پتانسیومتر R2 تنظیم می شوند، LED روی گیرنده باید روشن شود تا نشان دهد که برق در حال انتقال است.

پس از تجزیه و تحلیل مدار گیرنده، متوجه شدم که LED حدود 2.3 ولت دارد و جریانی حدود 20 میلی آمپر از آن عبور می کند. توان در LED را می توان با این معادله محاسبه کرد:

W = V * A

جایی که

• W: توان (بر حسب وات)
• V: ولتاژ (بر حسب ولت)
• A: جریان (در آمپر)

بنابراین توان الکتریکی در LED من این است:

W = 2.3V * 20mA

W = 46mW

با توجه به خروجی فرستنده برق 12 وات، راندمان این سیستم تنها 0.046W / 12W = 0.38٪ است.

اکنون می‌توانیم ببینیم که چرا ایده‌های نیکولا تسلا هنوز راه درازی در پیش دارند!

اضافه کردن شارژر باتری

اگرچه راندمان انتقال برق بی سیم کم است، اما گاهی اوقات مزایای داشتن دستگاهی که می تواند به صورت بی سیم شارژ شود بیشتر از هزینه های مصرف برق است.

این پروژه به دستگاه گیرنده برق اجازه می دهد تا یک باتری لیتیومی 3.7 ولتی را شارژ کند. وقتی سیم پیچ گیرنده در نزدیکی سیم پیچ فرستنده قرار می گیرد، باتری با ماژول شارژر باتری لیتیوم یون TP4056 شارژ می شود.

در تصویر زیر شماتیک مدار آورده شده است:

دیود D2 یک دیود زنر 5.1 ولت و D1 یک LED است.

اگرچه رویای رسیدن برق با واحد کیلووات به خانه شما به صورت بی سیم هنوز محقق نشده است، اما کاربردهای بسیار دیگری برای انتقال بی سیم وجود دارد که از مهمترین آنها می توان به قابلیت شارژ بی سیم دستگاه ها بدون نیاز به کابل شارژ اشاره کرد.

اگر در مورد این پروژه سوالی دارید، حتماً در زیر نظر خود را بنویسید!