¿Por qué se realiza la transferencia de energía inalámbrica entre dos bobinas en su frecuencia auto-resonante?

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Estaba leyendo este artículo sobre la transferencia de energía inalámbrica a través de resonancia magnética fuertemente acoplada:

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Entiendo que la potencia se transfiere de manera más eficiente entre dos bobinas (las bobinas del transmisor y la del receptor) cuando están en resonancia, es decir, cuando tienen la misma frecuencia. Estoy bien con esto.

Pero luego el informe menciona que las dos bobinas operan a la frecuencia de auto resonancia, que es cuando el componente inductivo de una bobina es igual a su capacidad parásita. ¿No significa esto que los componentes inductivos y capacitivos de la bobina transmisora se anulan entre sí y la bobina transmisora no produce ningún campo magnético?

    
pregunta DigiNin Gravy

3 respuestas

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en la auto-resonancia hay una impedancia muy alta, por lo que no debería   ¿La bobina se comporta como un circuito abierto?

Para una resonancia sintonizada en paralelo: -

La corriente en el inductor en la resonancia es exactamente opuesta en signo pero igual en magnitud a la corriente en el condensador, por lo que esas corrientes se agregan para convertirse en cero en el cable de alimentación al circuito sintonizado.

Sin embargo, todavía hay un voltaje de excitación conectado al circuito sintonizado y todavía hay un inductor conectado a ese voltaje de excitación, por lo que todavía hay corriente de inductor y capacitor.

Probablemente lo que te confunde es que, ¿cómo puedes hacer que una corriente de "algo actual" de "cero"? Bueno, no comienza de esa manera, cuando aplica por primera vez una onda sinusoidal resonante a un circuito sintonizado en paralelo, no obtiene instantáneamente una impedancia infinita, tiene que hacer que la energía fluya hacia los dos componentes reactivos y esto lleva tiempo, así que lo que tenga Es la energía extraída del suministro.

Una vez que la energía suministrada a los componentes reactivos está terminada, esos dos componentes perfectos pueden permanecer allí agitando su voltaje y las corrientes hacia adelante y hacia atrás, incluso si se elimina la onda sinusoidal (al igual que para poner un péndulo en movimiento empujándolo). ).

Entonces, la bobina produce un campo magnético y si esto induce corrientes de Foucault en una pieza de metal local, entonces se elimina la energía y la onda sinusoidal tiene que restaurar la energía. Si este campo magnético acopla energía a otra bobina, entonces se elimina la energía y esto será restaurado por la onda sinusoidal de arrastre, por lo tanto, la transferencia de potencia.

    
respondido por el Andy aka
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Consulte el circuito equivalente del transformador ideal.

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

No hay pérdidas, nuestro transformador ideal es solo inductancias. Como las inductancias parásitas no hacen nada más que almacenar energía en el campo magnético del espacio libre, queremos que sean pequeñas, lo hacemos mediante un acoplamiento magnético estrecho y solo pequeños huecos de aire.

Así que la principal inductancia es todo lo que tenemos que hablar. Queremos que su reactancia sea enorme . ¿Por qué? ¡Porque es un corto a través de nuestra carga! La fuente de alimentación tiene que suministrar toda la corriente a través de la carga, esa es nuestra "carga pagada", pero también tiene que suministrar toda la corriente de magnetización a través de la inductancia principal, una corriente "innecesaria" para la que debe construirse nuestro suministro. Es una corriente puramente reactiva, por lo que la energía no se pierde, pero el suministro debe ser mayor de lo necesario si la reactancia de la inductividad principal es baja.

Si considera un transformador estándar de 50/60 Hz, la reactancia principal se hace enorme al colocar muchos devanados en un núcleo de hierro. No podemos hacer eso si tuviéramos una gran brecha de aire. Nuestra inductancia principal no es mucho más alta que las inductancias parásitas. Así que tenemos que aumentar la frecuencia. Pero esto tiene una caída, las capacidades se vuelven importantes:

simular este circuito

Si tuviéramos que optimizar esto, es fácil ver que no podemos simplemente aumentar la frecuencia. Porque también tuvimos que suministrar la corriente reactiva a través de la capacitancia principal, y el tamaño de nuestra fuente es lo que queremos minimizar. Entonces, la solución es impulsar el transformador a la frecuencia de resonancia de su principal inductancia / capacitancia.

(La capacitancia principal en otros términos también es una capacitancia perdida, por supuesto).

    
respondido por el Janka
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Creo que estás hablando de transformadores rotativos que normalmente funcionan a 10 KHZ. Duran más que los anillos de deslizamiento, pero no pueden transferir cientos de amperios a una torreta en un tanque.

Luego hay transformadores de proximidad que varían mucho en diseño y alcance. Su base para teléfono celular en su automóvil o en su hogar utiliza una frecuencia compatible con bobinas que pueden no estar perfectamente alineadas. La carga es lenta de esta manera.

No entiendo tu noción de auto-resonancia. Las bobinas que transmiten la potencia y las bobinas que reciben la potencia se enrollan para coincidir con las frecuencias utilizadas. Podría llamarlo un circuito "sintonizado", pero no es posible implicar una resonancia precisa en todas las condiciones. Si es 90% eficiente, generalmente es suficiente.

El único circuito auto-resonante que conozco se llama un circuito de tanque, generalmente un capacitor en paralelo con un inductor. En alguna frecuencia ideal resuenan, y ese fue el comienzo de la radio AM.

Hay muchas variaciones de los circuitos de resonancia RCL. Busque en Google con 'RCL' y obtendrá mucho para leer.

    
respondido por el Sparky256

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