Tìm hiểu về công nghệ truyền điện không dây – EvnBamBo

Tìm hiểu về công nghệ truyền điện không dây

Ý tưởng về truyền nguồn năng lượng điện không dây ( Wireless power transfer : WPT ) được đề xuất kiến nghị lần đầu vào năm 1890 bởi Nikola Tesla. Ông đã tạo ra được những cuộn dây tesla khổng lồ để truyền nguồn năng lượng điện không cần dây dẫn vào những năm 1900. Sau đó, từ những năm 1960 tới nay là sự tăng trưởng của công nghệ tiên tiến truyền điện không dây văn minh. Nó hoàn toàn có thể chia thành 2 quy trình tiến độ :Giai đoạn đầu là những năm 1960 – 1970 với sự mở màn là những nghiên cứu và điều tra của NASA cơ quan hàng không và ngoài hành tinh của Mỹ. Những chủ đều lôi cuốn nhiều sự chăm sóc của NASA như thua thập nguồn năng lượng mặt trời trong khoảng trống rồi truyền về toàn cầu, hoặc dự án Bất Động Sản cung ứng nguồn năng lượng điện không dây trong khoảng trống, … Trong quy trình tiến độ này sẽ tập chung đa phần tăng trưởng công nghệ tiên tiến truyền không dây dùng sóng điện từ phát xạ ( sóng do radio hoặc viba ) để truyền nguồn năng lượng điện không dây với khoảng cách truyền xa lên tới vài trăm km. Cho tới ngày này, công nghệ tiên tiến này vẫn đang được liên tục tăng trưởng, nhưng do sử dụng sóng với tần số rất cao nên nó cũng có giá thành rất cao. Hiệu suất truyền thấp và ảnh hưởng tác động không tốt tới mối trường. Chính do đó nên công nghệ tiên tiến này chỉ sử dụng trong 1 số nghành nghề dịch vụ đặc trưng như những thiết bị sử dụng trong công nghệ tiên tiến ngoài hành tinh. Trong quân đội hoặc khi hiệu suất rất nhỏ, giá tiền thấp hơn và không tác động ảnh hưởng tới môi trường tự nhiên xung quanh như : trong những thiết bị y tế sử dụng để cấp điện không dây cho những thiết bị được đưa vào khung hình người .Giai đoạn tăng trưởng thứ 2 của công nghệ tiên tiến truyền điện không dây tân tiến được mở màn từ cuối những năm 1970 cho tới nay. Với những điều tra và nghiên cứu về công nghệ tiên tiến truyền điện không dây không phát xạ, hay còn gọi là truyền điện không dây trường gần ( near – gield WPT ). Công nghệ này sử dụng điện trường ( capacitive coupling ) hoặc từ trường ( inductve coupling ) để truyền nguồn năng lượng điện. Khoảng cách truyền không dây hoàn toàn có thể đạt từ vài milimet tới vài mét. Với việc sử dụng tần số thao tác thấp từ kHz tới MHz nên công nghệ tiên tiến truyền điện không dây trường gần thuận tiện đạt được hiệu suất truyền lớn. Hiệu suất cao, giá tiền rẻ và bảo đảm an toàn hơn so với con người. Vì thế lúc bấy giờ, công nghệ tiên tiến này được điều tra và nghiên cứu và tăng trưởng can đảm và mạnh mẽ để ứng dụng vào công nghiệp cũng như trong đời sống hàng ngày. Trong đời sống hàng ngày, tất cả chúng ta đã từng thấy công nghẹ này được thương mại kinh doanh hóa trên những chiếc bàn chải đánh răng bằng điện được sạc không dây, hay bộ sạc Qi không dây trên những mẫu điện thoại di động hạng sang. Và gần đây là những bộ sạc không day cho xe hơi điện đã có những loại sản phẩm hoàn thành xong tiên phong như bộ sạc không dây của Witricity, Nissan, Toshiba, … Công nghệ truyền điện không dây mang lại nhiều tiện nghi cũng như sẽ thay đỏi đời sống của con người một cách can đảm và mạnh mẽ trong tương lai gần .

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

Năm 1819, lần tiên phong nhà khoa học Hans Christan Oersted đã mày mò ra hiện tượng kỳ lạ dòng điện sinh ra từ trường bao quanh dây dẫn. Rồi sau đó tới nam 1831, Michael Faraday lại phát hiện ra hiện tượng kỳ lạ cảm ứng điện từ khi làm tha đổi từ trường qua 1 vòng dây kín thì có 1 dòng điện sinh ra trong vòng dây đó, nó được gọi là dòng điện cảm ứng. Các hiện tượng kỳ lạ này đã được ứng dụng từ lâu trong kỹ thuật điện để tạo ra những loại máy phát điện, động cơ điện, nam châm hút điện và máy biến áp điện. Máy biến áp điện chính là 1 dạng sơ khai nhất của công nghệ tiên tiến truyền nguồn năng lượng điện không dây dùng từ trường. Cấu tạo máy biến áp gồm 2 cuộn dây cơ cấp và thứ cấp cùng quấn quanh 1 lõi thép kĩ thuật như mổ tả trên hình 1. Sau đó, khi cho dòng điện biến thiên ( dòng điện có sự đổi khác theo thời hạn như dòng điện xoay chiều hoặc dạng xung ) chạy qua cuộn sơ cấp của máy biến áp. Sẽ sinh ra một từ trường biến tiên xung quanh cuộn sơ cấp. Từ trường này được phong cách thiết kế để khép vòng trong lõi thép kỹ thuật, sau đó từ trường biến thiên trong lõi thép sẽ sinh ra 1 dòng điện cảm ứng biến thiên trong cuộn thứ cấp của máy biến áp. Thông qua đó nguồn năng lượng điện đã được truyền không tiếp xúc từ cuộn sơ cấp sang cuộn thứ cấp của máy biến áp. Trong trường hợp truyền điện không dây này, cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp phải link với nhau qua lõi thép biến áp, và không tách rời nhau được .

Giống như nguyên tắc truyền nguồn năng lượng điện trong máy biến áp. Các tiết bị gia nhiệt cảm ứng như nhà bếp từ, lò nấu thép trung tần, thiết bị tối cao tần cũng có nguyên tắc như vậy. Nhưng, trong những trường hợp này, không có lõi thép kĩ thuật để dẫn từ trường và cuộn thứ cấp là 1 vật dẫn điện ( chính là vật cần gia nhiệt ). Từ trường biến thiên tần số cao được sinh ra bởi dòng điện tần số cao chạy qua cộn dây của những thiết bị gia nhiệt cảm ứng. Nó sẽ sinh ra 1 dòng điện cảm ứng biến thiên trong vật dẫn, dòng điện này chính là dòng ngắn mạch trong vật dẫn ( dòng Fu – cô ) nên sẽ sinh ra nhiệt làm nóng vật dẫn. Nguyên lý của công nghệ tiên tiến này được miêu tả trên hình 2. Đây là ứng dụng gần hơn với công nghệ tiên tiến truyền nguồn năng lượng điện không dây trường gần. Khi đó, phần sơ cấp và thứ cấp được tách rời nhau. Ở những ứng dụng này, khoảng cách truyền không dây rất ngắn, cỡ vài milimet cho tới vài centimet. Khi khoảng cách truyền tăng lên thì hiệu suất cao truyền sẽ được giảm đi rất nhanh .

Nguyên lý của công nghệ tiên tiến truyền điện không dây trường gân ằng cảm ứng điện từ ngày nay là 1 dạng tăng trưởng cao hơn của 2 ứng dụng kể trên. Để hoàn toàn có thể tách rời cuộn sơ cấp và thứ cấp với khoảng cách xa hơn mà vẫn đạt hiệu suất truyền cao. Hiện tượng cộng hưởng đã được ứng dụng tích hợp với hiện tượng kỳ lạ cảm ứng điện từ, được gọi là cộng hưởng từ. Khi cuộn thứ cấp được đặt trong từ trường biến thiên tạo ra bởi cuộn sơ cấp, trên cuộn thứ cấp sẽ sinh ra dòng điện cảm ứng biến thiên. Khác với trường hợp dòng ngắn mạch như trong những thiết bị gia nhiệt cảm ứng. Trong trường hợp này, cuộn thứ cấp được phong cách thiết kế phối hợp với mạch tải để tạo nên 1 mạch điện cộng hưởng với cùng tần số của dòng điện cảm ứng đó. Giúp cho dòng điện cảm ứng được duy trì thuận tiện hơn ngay cả khi cuộn thứ cấp được đặt ở xa cuộn sơ cấp nơi có từ trường yếu. Ở chiều ngược lại, dòng điện chạy trong cuộn thứ cấp được đặt ở xa cuộn sơ cấp từ trường biến thiên xung quanh nó và công dụng ngược lại cuộn sơ cấp. Và để đạt được sự cộng hưởng giữa 2 cuộn dây thì cuộn sơ cấp cần được phong cách thiết kế phối hợp với những tụ điện để tạo được mạch cộng hưởng có cùng tần số. Khi đó, từ trường sinh ra bởi 2 cuộn dây có cùng tần số và nó cộng hưởng với nhau, gọi là từ trường cộng hưởng. Nguyên lý này được diễn đạt trên hình 3. Để tạo ra mạch cộng hưởng cho cả cuộn sơ cấp và thứ cấp, những tụ điện được thêm vào cả 2 phía của mạng lưới hệ thống. Khi đó những mạch thêm vào được gọi là những mạch bù ( compensation network ). Về cơ bản thì có 4 loại mạch vù được miêu tả trên sơ đồ tương tự như hình 4 ( a-d ). Hình 4 ( e ) diễn đạt swo đồ tương tự tổng quát của mạng lưới hệ thống WPT 2 cuộn dây. Trên hình 4 ( e ) thông số hỗ cảm giữa 2 cuộn dây không được định nghĩa theo công thức ( 1 ) .Trong đó, L1 L2 là giá trị điện cảm tự cảm ( self-inductance ) của 2 cuộn dây sơ cấp và thứ cấp ; M là điện cảm hỗ cảm giữa 2 cuộn dây ( Mutual inductance ) .

Khi đó, điện áp trên cuộn thứ cấp hoàn toàn có thể được tính theo công thức ( 2 )

Công thức ( 4 ) bộc lộ hiệu suất truyền sẽ tăng lên khi thông số chất lượng của cuộn dây Q. và thông số hỡ cảm không tăng lên. Vì thế, để tăng hiệu suất truyền ở khoảng cách xa ( cũng đồng nghĩa tương quan với việc tăng khoảng cách truyền không dây ), tần số thao tác cả mạng lưới hệ thống được tăng lên từ vài chục KHz cho tới hàng chục MHz. Nhưng, khi tần số thao tác của mạng lưới hệ thống tăng lên thì những tổn hao trong mạch của mạng lưới hệ thống cũng tăng lên như tổn hao đóng cắt trong những bộ biến hóa thao tác cùng mạng lưới hệ thống, tổn hao trong những cuộn dây do những hiệu ứng của dòng điện tần số cao gây ra ( skin effect và proximiti effect ). Vì vậy, việc lựa chọn tần số thao tác cho mạng lưới hệ thống WPT là sự thỏa hiệp giữa hiệu suất truyền không dây và tổn hao trong những mạch điện để đạt được hiệu suất cao cao nhất cho mạng lưới hệ thống .Hiện nay, những điều tra và nghiên cứu về công nghệ tiên tiến truyền điện không dây thường sẽ sử dụng 2 vùng tần số cho những ứng dụng khác nhau. Với những ứng dụng cần tuyền không dây có hiệu suất lớn ( hàng chục tới vài trăm Kw ) và khoảng cách truyền ngắn ( dưới 25 cm ) như : sạc không dây cho xe hơi điện, xe bus điện, cấp điện cho tàu điện, … Tần số thao tác thường sẽ được cọn từ vài chục kHz cho tới hàng trăm kHz ( chuẩn J2954 vận dụng cho mạng lưới hệ thống sạc không dây cho xe hơi điện chọn tần số thao tác TT là 85 kHz ). Ở tần số thao tác thấp, mạng lưới hệ thống WPT với 2 cuộn dây phía sơ cấp và thứ cấp được sử dụng cùng những tụ điện cộng hưởng được đưa thêm vào như đã diễn đạt ở hình 4. Với công nghệ tiên tiến hiện tại hiệu suất của mạng lưới hệ thống này hoàn toàn có thể đạt tới MW, hiệu suất trên 90 %. Nhưng do tần số thao tác thấp nên khoảng cách truyền không dây chỉ đạt được ở mức xung quanh 20 cm, và kích cỡ những cuộn dây rất lớn ( 2 ) .Với những ứng dụng cần tiếp thị quảng cáo không dây với hiệu suất thấp ( dưới 10K w ). Khoảng cách truyền xa hoặc nhu yếu kích cỡ nhỏ gọn như ứng dụng sạc không dây cho mạng lưới hệ thống xe điện tự hành ( AGV ) trong công nghiệp. Xe điện sử dụng trong sân golf, những ứng dụng gia dụng như tivi, tủ lạnh, những thiết bị phòng bếp, thiết bị y tế được đưa vào bên trong khung hình người, … Tần số thao tác của mạng lưới hệ thống WPT thường được chọn từ hàng Mhz tới hàng Ghz. Khi tần số thao tác tăng lên cỡ hàng chục Mhz, khoảng cách truyền không dây hoàn toàn có thể đạt được vài mét ( 3 ). Ở tần số cao, điện áp thao tác trên những tụ điện cộng hưởng tăng lên rất cao ( hàng chục kV ). Các tụ điện được sản xuất ra với công nghệ tiên tiến văn minh, không rheer thao tác ở tần số cùng điện áp cao như vậy. Vì vậy, mạng lưới hệ thống 4 cuộn dây được sử dụng để sản xuất ra những tụ điện cộng hưởng trên cơ sở những tụ điện kí sinh trên những cuộn dây .

Hệ thống này được yêu cầu bởi nhóm nghiên cưu của MIT năm 2007 ( 3 ). Điểm đặc biệt quan trọng của nó là cuộn truyền nguồn năng lượng và cuộn nhận nguồn năng lượng trong mạng lưới hệ thống thường được phong cách thiết kế chỉ 1 vòng dây ( link coil ). Còn lại cuộn dây cộng hưởng phía truyền và phía nhận là những cuộn dây gồm nhiều vòng dây nhưng là cuộn dây hở hai đầu ( resonant coil ). Tần số thao tác của mạng lưới hệ thống MHz thường được chọn 1M hz, 6.67 Mhz, 13.56 Mhz, 27.12 Mhz, … ( ISM band ). Làm việc ở tần số cao, kích cỡ cùng khối lượng của những cuộn dây giảm đi đáng kể. Nhưng, với công nghệ tiên tiến hiện tại, mạng lưới hệ thống WPT thao tác ở tần số MHz bị hạn chế về hiệu suất truyền. Do tần số chuyển mạch của những bộ đổi khác thao tác trong mạng lưới hệ thống quá cao dẫn tới tổn hao chuyến mạc rất lớn. Đồng thời, tổn hao này do những hiệu ứng của dòng điện tần số cao gây ra trong những cuộn dây cũng ảnh hưởng tác động rất lớn tợi hiệu suất của mạng lưới hệ thống .

Để tăng khoảng cách truyền không dây của mạng lưới hệ thống WPT, những cuộn dây cộng hưởng cũng được sử dụng đặt vào giữa phía sơ cấp và thứ cấp. Nó có công dụng như cáp bộ lặp, hay những cầu nối từ trường. Ngoài ra thì mạng lưới hệ thống WPT nhiều cuộn dây cũng được tăng trưởng để ứng dụng trong trường hợp cung ứng nguồn năng lượng cùng lúc cho nhiều thông tin tài khoản. Khi đó thì những cuộn dây có công dụng tương hỗ nhau và cũng hoàn toàn có thể làm tăng khoảng cách truyền. Nhưng việc nghiên cứu và phân tích cùng phong cách thiết kế mạng lưới hệ thống rất phức tạp .

Công nghệ sạc điện không dây cho ô tô điện

Hiện nay, xe hơi điện được coi là phương tiện đi lại giao thông vận tải thân thiện với môi trường tự nhiên, nó đang ngày càng tăng trưởng và trở nên thông dụng. Các đơn vị sản xuất xe hơi lớn trên quốc tế đều đã tăng trưởng ra những mẫu xe xe hơi điện cho riêng mình với 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, Kia Soul EV, … và đặc biệt quan trọng không hề không kể đến những mẫu xe điện của Tesla. Cùng với việc tăng trưởng không ngừng những công nghệ tiên tiến trên xe điện thì việc kiến thiết xây dựng mạng lưới hệ thống hạ tầng để xạc điện cho xe cũng đang được góp vốn đầu tư nghiên cứu và điều tra rất can đảm và mạnh mẽ .

Kiểu sạc dùng không dây dẫn cho xe hơi điện sẽ luôn sống sót nhiều điểm yếu kém, phải kể tới tiên phong đó chính là yếu tố bảo đảm an toàn. Đặc biệt trong thiên nhiên và môi trường khí ẩm. Các bộ sạc lắp ráp tại những hộ mái ấm gia đình đều sử dụng nguồn điện laqf 110V hoặc 220V. Đồng thời nó cần thời hạn khoảng chừng 8 tới 10 h để sạc đầy cho mạng lưới hệ thống ắc quy của xe hơi điện. Trong những trạm sạc nhanh thì với hiệu suất lớn hơn, thời hạn sạc cũng được rút ngắn đi nhiều lần. Nhưng việc sạc nhanh làm giảm bớt tuổi thọ của ắc quy và làm cho những trạm sạc nhanh cần rất nhiều diện tích quy hoạnh để sạc cho số lượng lớn những xe tại đây. Đồng thời những dâ sạc hoặc đầu cắm hoàn toàn có thể thuận tiện bị đánh cắp hoặc làm hỏng bở những yếu tố chủ quan, khách quan. So với công nghệ tiên tiến sạc thường thì sử dụng dây dẫn, công nghệ tiên tiến sạc không dây có nhiều ưu điểm tiêu biểu vượt trội về tính tiện lợi, bảo đảm an toàn vì không có sự tiếp xúc trực tiếp với nguồn điện. Với những bộ sạc hoàn toàn có thể lắp ráp dưới sàn nhà hoặc hoặc nền đường nên giúp nó tiết kiệm ngân sách và chi phí diện tích quy hoạnh .Cấu trúc của mạng lưới hệ thống sạc điện không dây cho xe hơi điện trong điều tra và nghiên cứu của tác giả được miêu tả trong hình 7. Trong cấu trúc này, nguồn điện xoay chiều từ lưới được đưa vào mạng lưới hệ thống thứ nhất sẽ được đổi khác thành nguồn điện 1 chiều bằng việc sử dụng bộ chỉnh lưu có kiểm soát và điều chỉnh thông số hiệu suất ( Rectifer PFC ). Sau đó, 1 bộ nghịch lưu tần số cao ( high frequency inverter ) sử dụng để tạo ra nguồn điện xoay tần số cao và cấp điện cho phía sơ cấp của hệ thóng WPT. Năng lượng điện được truyền không dây từ phía sơ cấp sang phía thứ cấp của mạng lưới hệ thống WPT, rồi dòng điện tần số cao của bên thứ cấp được chuyển biến ngược thành nguồn điện 1 chiều trải qua bộ chỉnh lưu tần số cao. Phía sau của bộ chuyển biến tần số cao là bộ chuyển đổi DC / DC dùng để điều khiển và tinh chỉnh phối hợp trở kháng trong mạng lưới hệ thống WPT để đạt được hiệu suất truyền cao nhất. Đồng thời nó điều khiển và tinh chỉnh quy trình sạc ắc quy trên xe xe hơi điện ( Impedance catching and charging control ) .Các nghiên cứu và điều tra trong mạng lưới hệ thống gồm có việc điều tra và nghiên cứu phong cách thiết kế những bộ đổi khác cùng những cuộn dây trong mạng lưới hệ thống WPT. Đây chính là sự tích hợp ngặt nghèo giữa điện tử hiệu suất để tinh chỉnh và điều khiển / biến hóa dòng nguồn năng lượng điện chạy trong những mạch điện với sự cộng hưởng của từ trường giữa những cuộn dây để đạt được hiệu suất truyền cao nhất. Hiện nay, với mạng lưới hệ thống sạch tĩnh, hiệu suất của nó hoàn toàn có thể đạt tới 90 %, hoàn toàn có thể so sánh với mạng lưới hệ thống sạc có dây thường thì .

Ngoài việc ứng dụng xạc không dây cho xe hơi điện khi đứng yên thì mạng lưới hệ thống WPT còn đang được pát triển để xạc cho xe điện ngay cả khi đạng chạy ở trên đường, nó được gọi là sạc tự động hóa. Với mạng lưới hệ thống này thì xe hơi điện không cần phải dừng lại để sạc, vì khoảng cách chạy của xe với 1 lần sạc được tăng lên đáng kể cùng số ượng ắc quy thiết yếu cho xe cũng giảm đi. Để làm được điều đó, nhiều cuộn sơ cấp được sắp xếp dọc trên đường, và khi xe vận động và di chuyển nguồn năng lượng điện sẽ được truyền không dây từ những cuộn sơ cấp trên đường đến cuộn thứ cấp trên xe điện để sạc điện cho xe. Trong mạng lưới hệ thống này việc nghiên cứu và điều tra phong cách thiết kế và sắp xếp những cuộn dây trên đường sao cho đạt được hiệu suất cao truyền cao nhất là một thử thách. Ngoài ra khi xe chuyển dời những thông số kỹ thuật trong mạng lưới hệ thống WPT sẽ biến hóa liên tục, việc tinh chỉnh và điều khiển phối hợp dòng nguồn năng lượng trong những mạch sơ cấp và thứ cấp của mạng lưới hệ thống để đạt được hiệu suất cao truyền cao cũng là một thử thách lớn với những điều tra và nghiên cứu về điện tử hiệu suất .

Lời kết

Công nghệ truyền điện không dây sẽ là một công nghệ tiên tiến được ứng dụng thông dụng trong tương lai. Và nó sẽ biến hóa đời sống con người can đảm và mạnh mẽ nhất. Không những ứng dụng trong công nghệ tiên tiến sạc không dây cho xe hơi điện thì công nghệ WPT còn được ứng dụng trong nhiều nghành khác nhau như trong công nghiệp và trong đời sống hàng ngày. Trong tương lai thì những thiết bị điện trong mái ấm gia đình cũng không còn cần phải cắm điện nữa. Các thiết bị di dộng cầm tay cũng sẽ không còn quá nặng do pin và cũng không cần sạc pin mỗi ngày mà nó sẽ được cấp điện trực tiếp hoặc sạc ngay cả khi sử dụng trên tay người dùng .Các mạng lưới hệ thống robot hay xe tự lái sẽ tự động hóa doàn toàn khi việc sạc nguồn năng lượng sẽ thuận tiện được tự động hóa. Trong mạng lưới hệ thống y tế, những thiết bị điện được cấy trong cơ tể con người hoàn toàn có thể được cấp điên jtrwcj tiếp từ bên ngoài mà không cần bất kể tiếp xúc nào. Đây cũng chính là công nghệ tiên tiến tiềm năng trong tương lai, yên cầu cho việc nghiên cứu và điều tra và tăng trưởng ở mức độ cao .Với điều kiện kèm theo tại Nước Ta, nếu như được góp vốn đầu tư những thiết bị điện thiết yếu, tất cả chúng ta trọn vẹn hoàn toàn có thể làm chủ và tăng trưởng công nghệ tiên tiến này trong tương lai. Hi vọng qua bài viết này, hoàn toàn có thể đưa tới cho bạn ddowcj 1 cái nhìn cơ bản về công nghệ tiên tiến truyền điện không dây. Đồng thời tác giả cũng hy vọng có nhiều nhà nghiên cứu Nước Ta sẽ chăm sóc đồng thời tăng trưởng công nghệ tiên tiến này khi lúc bấy giờ tại Nước Ta, công nghệ tiên tiến truyền điện không dây còn rất mới mẻ và lạ mắt và chưa có những nghiên cứu và điều tra chuyên nghiệp và bài bản nào được công bố .

Có thể bạn quan tâm

Dây cáp điện CadisunĐại lý dây cáp điện Cadivi miền BắcDây cáp điện Ls Vina

Source: https://mindovermetal.org
Category: Ứng dụng hay