विभिन्न प्रकार की वायरलेस पॉवर ट्रांसफर प्रौद्योगिकियां और उनके कार्य

हर इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम या डिवाइस को संचालित करने के लिए इलेक्ट्रिक पावर की आवश्यकता होती है, चाहे वह आपकी दीवारों की एसी आपूर्ति या बैटरी से हो। इस इलेक्ट्रिक पावर को बैटरी, कंडेनसर या सुपरकैपेसिटर जैसे किसी भी रिचार्जेबल डिवाइस में असीम रूप से संग्रहीत नहीं किया जा सकता है। इसलिए किसी भी पोर्टेबल डिवाइस जैसे लैपटॉप या मोबाइल फोन को अपनी बैटरी को नियमित रूप से रिचार्ज करने के लिए एसी पावर लाइनों से कनेक्ट करने की आवश्यकता होती है।

आमतौर पर इलेक्ट्रिक केबल का उपयोग इन रिचार्जेबल उपकरणों जैसे स्मार्टफोन, टैबलेट, ईयरफोन, ब्लूटूथ स्पीकर आदि को एसी-डीसी एडेप्टर से जोड़ने के लिए किया जाता है। दो प्रणालियों के बीच बिजली या डेटा को स्थानांतरित करने के लिए इलेक्ट्रॉनिक कंडक्टर केबलों का उपयोग करना, बिजली की खोज के बाद से ही सबसे बुनियादी और लोकप्रिय तरीका है। और लोग अब तक बिजली के तारों का उपयोग करके खुश हैं, लेकिन प्रौद्योगिकी की प्रगति के साथ, मानव सुरक्षा और सुंदरता में पूर्णता के लिए मानव जाति की भूख वायरलेस पावर ट्रांसफर (डब्ल्यूपीटी) या वायरलेस एनर्जी ट्रांसमिशन (डब्ल्यूईटी) की अवधारणाओं को चित्र में ले जाती है जो लंबे समय तक खो जाती है इतिहास में। हमारे पिछले कुछ लेखों में, हमने वायरलेस पावर ट्रांसमिशन के बारे में विस्तार से बताया है और एलईडी को चमकाने के लिए पावर को वायरलेस ट्रांसफर करने के लिए एक सर्किट भी बनाया है।

वायरलैस पॉवर ट्रांसफर (WPT) के लिए पहला काफी प्रयोगात्मक प्रयोग आविष्कारक निकोला टेस्ला द्वारा 1890 के दशक में किया गया था। प्रयोगों के दौरान, स्पार्क-उत्तेजित रेडियो आवृत्ति गुंजयमान ट्रांसफार्मर, जिसे अब टेस्ला कॉइल कहा जाता है, का उपयोग करके विद्युत शक्ति को आगमनात्मक और कैपेसिटिव युग्मन द्वारा प्रेषित किया जाता है। हालांकि ये प्रयोग आंशिक रूप से सफल हैं, वे कुशल नहीं हैं और उच्च निवेश की आवश्यकता है। इसलिए, बाद में, इन प्रयोगों को हटा दिया गया और कई वर्षों की परत के लिए प्रौद्योगिकी अध्ययन को रोक दिया गया। हमने टेस्ला कॉइल्स की अवधारणा को प्रदर्शित करने के लिए एक मिनी टेस्ला कॉइल भी बनाया है।

यद्यपि अब भी उच्च शक्ति को वायरलेस तरीके से वितरित करने का कोई प्रभावी तरीका नहीं है, फिर भी दो प्रणालियों के बीच कम शक्ति को प्रभावी ढंग से स्थानांतरित करने के लिए वर्तमान तकनीकी प्रगति के साथ एक सर्किट डिजाइन करना संभव है। और वायरलेस चार्जर इस नए विकसित सर्किट के आधार पर डिज़ाइन किए गए हैं जो इसे स्मार्टफ़ोन और अन्य छोटे इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को वायरलेस तरीके से बिजली देने में सक्षम बनाता है।

वायरलेस चार्जर में विभिन्न वायरलेस चार्जिंग टेक्नोलॉजी का उपयोग किया जाता है

जब से वायरलेस पावर ट्रांसफर की अवधारणा लोकप्रिय हुई, वैज्ञानिक और इंजीनियर दोनों इस अवधारणा को साकार करने के लिए विभिन्न तरीकों से सामने आए। हालाँकि इनमें से अधिकांश प्रयोगों में विफलताओं या अव्यवहारिक परिणामों के कारण, इन प्रयोगों में से कुछ ने संतोषजनक परिणाम दिए। वायरलेस पावर ट्रांसफर को प्राप्त करने के लिए इन परीक्षणों और काम करने के तरीकों के अपने फायदे, नुकसान और विशेषताएं हैं। इन विभिन्न तरीकों में, केवल एक जोड़े का उपयोग वायरलेस चार्जर्स को डिजाइन करने में किया जाता है। Whiles अन्य तरीकों का अपना आवेदन क्षेत्र और फायदे हैं।

अब बेहतर समझ के लिए, इन तरीकों को पारेषण की दूरी, अधिकतम शक्ति, और पॉवर ट्रांसमिशन को प्राप्त करने के लिए उपयोग की जाने वाली विधि के आधार पर वर्गीकृत किया जाता है। नीचे दिए गए आंकड़े में हम वायरलेस पावर ट्रांसफर तकनीक और उनके वर्गीकरण को प्राप्त करने के लिए उपयोग किए जाने वाले विभिन्न तरीकों को देख सकते हैं ।

यहाँ,

• पहला और सबसे महत्वपूर्ण वर्गीकरण इस बात पर आधारित है कि बिजली हस्तांतरण कितना संभव है । प्रयोग किए गए तरीकों में, कुछ बड़ी दूरी पर लोड करने के लिए वायरलेस तरीके से बिजली पहुंचाने में सक्षम हैं, जबकि अन्य केवल स्रोत से कुछ सेंटीमीटर दूर लोड करने के लिए बिजली पहुंचा सकते हैं। तो पहला विभाजन इस पर आधारित है कि क्या विधि नियर फील्ड या सुदूर क्षेत्र की है।
• दूरी क्षमता में अंतर वायरलेस पावर ट्रांसफर को प्राप्त करने के लिए विभिन्न तरीकों द्वारा उपयोग की जाने वाली घटना के प्रकार के आधार पर आता है । उदाहरण के लिए, यदि बिजली पहुंचाने के लिए विधि द्वारा उपयोग किया जाने वाला माध्यम इलेक्ट्रो-मैग्नेटिक इंडक्शन है तो अधिकतम दूरी 5 सेमी से अधिक नहीं हो सकती है। इसका कारण यह है कि स्रोत और भार के बीच की दूरी में वृद्धि के साथ चुंबकीय प्रवाह का नुकसान तेजी से बढ़ता है जिससे अस्वीकार्य बिजली नुकसान होता है। दूसरी ओर, यदि बिजली पहुंचाने के लिए विधि द्वारा उपयोग किया जाने वाला माध्यम इलेक्ट्रो मैग्नेटिक रेडिएशन हैतब अधिकतम दूरी कुछ मीटर तक जा सकती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि EMR को एक केंद्र बिंदु पर केंद्रित किया जा सकता है जो स्रोत से मीटर की दूरी पर है। इसके अलावा, ईएमआर का उपयोग करने वाली विधियाँ दूसरों की तुलना में शक्ति प्रदान करने के लिए एक माध्यम के रूप में उच्च दक्षता रखती हैं।
• ऊपर वर्णित कई तरीकों में, कुछ दूसरों की तुलना में अधिक लोकप्रिय हैं और व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले लोकप्रिय तरीकों की चर्चा नीचे की गई है।

वायरलेस पावर ट्रांसमिशन के लिए दो लोकप्रिय तरीके हैं जो एक माध्यम के रूप में इलेक्ट्रो मैग्नेटिक विकिरण का उपयोग करते हैं- माइक्रोवेव पावर और लेजर / लाइट पावर

माइक्रोवेव वायरलेस पावर ट्रांसफर

जैसा कि नाम ही इसे इस विधि से दूर करता है, यह लोड करने के लिए बिजली देने के लिए EMR के माइक्रोवेव स्पेक्ट्रम का उपयोग करेगा। सबसे पहले, ट्रांसमीटर एक आउटलेट या किसी अन्य स्थिर बिजली स्रोत से बिजली खींचेगा और फिर इस एसी बिजली को आवश्यक स्तर तक नियंत्रित करेगा। उसके बाद, संचारित बिजली इस विनियमित बिजली की आपूर्ति का उपभोग करके माइक्रोवेव उत्पन्न करेगी। रिसीवर या लोड तक पहुंचने के लिए माइक्रोवेव बिना किसी रुकावट के हवा में यात्रा करते हैं। यह माइक्रोवेव विकिरण प्राप्त करने और इसे विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए रिसीवर उपयुक्त उपकरणों से लैस होगा। यह परिवर्तित विद्युत शक्ति सीधे माइक्रोवेव विकिरण की मात्रा के अनुपात में होती है जो रिसीवर तक पहुंच जाती है और इसलिए माइक्रोवेव विकिरण का उपयोग करके वायरलेस पावर ट्रांसफर प्राप्त किया जाता है।

लेजर लाइट वायरलेस पावर ट्रांसफर

कोई भी व्यक्ति जो इलेक्ट्रॉनिक्स और इलेक्ट्रिक पावर से संबंधित है, को सौर ऊर्जा उत्पादन नामक एक अवधारणा पर आना चाहिए । और अगर आपको सही ढंग से याद है कि सौर ऊर्जा उत्पादन की अवधारणा कुछ और नहीं है, बल्कि विद्युत उत्पन्न करने के लिए सूर्य के विद्युत चुम्बकीय विकिरण का उपयोग करना है। यह रूपांतरण प्रक्रिया सौर पैनलों, सौर हीटिंग या किसी अन्य के सिस्टम पर आधारित हो सकती है और सौर पैनलों का उपयोग करके आसानी से सौर ऊर्जा चार्जर का निर्माण किया जा सकता है। लेकिन यहां प्रमुख मुद्दा सूर्य द्वारा पृथ्वी को हस्तांतरित ऊर्जा इलेक्ट्रो मैग्नेटिक रेडिएशन के रूप में है और विशेष रूप से दृश्य स्पेक्ट्रम में है और यहां ऊर्जा का हस्तांतरण वायरलेस तरीके से किया जाता है। इसलिए सौर ऊर्जा उत्पादन की अवधारणा अपने आप में एक मेगा वायरलेस पावर ट्रांसमिशन सिस्टम है।

अब, यदि हम सूर्य को एक छोटे ईएमआर जनरेटर (या बस एक प्रकाश स्रोत) से बदलते हैं तो हम एक लोड पर उत्पन्न विकिरण पर ध्यान केंद्रित कर सकते हैं जो प्रकाश स्रोत से सैकड़ों मीटर दूर है। एक बार जब यह केंद्रित प्रकाश रिसीवर मॉड्यूल (या लोड) के सौर पैनल तक पहुंच जाता है, तो यह प्रकाश ऊर्जा को विद्युत शक्ति में परिवर्तित करता है जो वायरलेस पावर ट्रांसमिशन सेटअप का मूल लक्ष्य है।

अब तक, हमने उन तकनीकों या तरीकों पर चर्चा की जो स्रोत से कुछ मीटर की दूरी पर लोड करने के लिए बिजली देने में सक्षम हैं । यद्यपि इन तकनीकों में दूरी क्षमता है, वे भारी हैं और महंगी हैं इसलिए वे मोबाइल चार्जर डिजाइन के लिए उपयुक्त नहीं हैं। वायरलेस चार्जर्स के डिजाइन के लिए उपयोग किए जा सकने वाले सबसे व्यावहारिक तरीके हैं, जिनका नाम है ' इंडक्टिव कैपलिंग टाइप' और ' मैग्नेटिक रेजोनेंट इंडक्शन '। ये दो विधियां हैं जो वायरलेस पावर ट्रांसमिशन को प्राप्त करने के लिए प्रचार के रूप में सिद्धांत और चुंबकीय प्रवाह के रूप में फारेम लॉ ऑफ इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंडक्शन का उपयोग करती हैं।

इंडिक्टिव कपलिंग का उपयोग कर वायरलेस पावर ट्रांसमिशन

Inductive कपलिंग में उपयोग किया जाने वाला सेटअप इलेक्ट्रिकल ट्रांसफार्मर के लिए उपयोग किए जाने वाले उपकरण के समान है। बेहतर समझ के लिए, आइए हम इंडक्टिव कपलिंग वायरलेस पावर ट्रांसफर पद्धति के विशिष्ट एप्लिकेशन सर्किट में देखें।

• उपर्युक्त कार्यात्मक आरेख में, हमारे पास दो खंड हैं एक विद्युत शक्ति संचरण सेटअप है, और दूसरा विद्युत शक्ति रिसीवर सेटअप है।
• दोनों खंड एक-दूसरे के साथ विद्युत रूप से अलग-थलग हैं और कुछ सेंटीमीटर चौड़ाई के एक इन्सुलेटर द्वारा अलग किए गए हैं। हालांकि दोनों वर्गों में कोई विद्युत संपर्क नहीं है, फिर भी उनके बीच एक चुंबकीय युग्मन है।
• ट्रांसमीटर मॉड्यूल में मौजूद एसी वोल्टेज स्रोत पूरे सिस्टम को शक्ति प्रदान करता है।

इंडिक्टिव कपलिंग प्रकार वायरलेस ट्रांसमिशन का कार्य: शुरुआत से, कंडक्टर कॉइल में एक वर्तमान प्रवाह ट्रांसमीटर मॉड्यूल में मौजूद है क्योंकि एक एसी वोल्टेज स्रोत कॉइल के अंतिम टर्मिनलों से जुड़ा हुआ है। और इस वर्तमान प्रवाह के कारण, कुंडल के कंडक्टरों के चारों ओर एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न होना चाहिए जो एक फेराइट कोर के आसपास कसकर घाव होता है। एक माध्यम की उपस्थिति के कारण, कॉइल के सभी चुंबकीय प्रवाह फेराइट कोर पर केंद्रित हो जाते हैं। यह प्रवाह फेराइट कोर की धुरी के साथ चलता है और आंकड़ा के रूप में ट्रांसमिशन मॉड्यूल के बाहर मुक्त स्थान में पहुंच जाता है।

अब, यदि हम रिसीवर मॉड्यूल को ट्रांसमीटर के पास लाते हैं, तो ट्रांसमीटर द्वारा उत्सर्जित चुंबकीय प्रवाह रिसीवर मॉड्यूल में मौजूद कॉइल को काट देगा। चूंकि ट्रांसमीटर मॉड्यूल द्वारा उत्पन्न प्रवाह अलग-अलग होता है, तो इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंडक्शन के फारेन लॉ के अनुसार इसकी सीमा में लाए गए कंडक्टर में एक ईएमएफ को प्रेरित किया जाना चाहिए। इस सिद्धांत के आधार पर एक ईएमएफ को रिसीवर कॉइल में भी शामिल किया जाना चाहिए जो ट्रांसमीटर द्वारा उत्पन्न चुंबकीय प्रवाह का अनुभव कर रहा है। इस उत्पन्न वोल्टेज को एक उचित डीसी वोल्टेज प्राप्त करने के लिए ठीक किया जाएगा, फ़िल्टर किया जाएगा, और विनियमित किया जाएगा जो सिस्टम नियंत्रक के लिए बहुत आवश्यक है।

कुछ मामलों में, ट्रांसमीटर और रिसीवर को अधिक कॉम्पैक्ट और हल्का बनाने के लिए फेराइट कोर को भी समाप्त कर दिया जाता है। आप इस एप्लिकेशन को वायरलेस मोबाइल फोन चार्जर और स्मार्टफ़ोन जोड़ी में देख सकते हैं। जैसा कि हम सभी जानते हैं कि वर्तमान में प्रतिस्पर्धा करने वाले गर्दन से गर्दन तक उच्च-प्रदर्शन वाले स्मार्टफोन और अन्य डिवाइस जो लाइटर, स्लिमर और कूलर हैं, जारी करने के लिए। डिजाइनरों को शाब्दिक रूप से प्रदर्शन से समझौता किए बिना इन सुविधाओं को प्राप्त करने के लिए बुरे सपने आ रहे हैं, इसलिए डिवाइस को केवल वायरलेस पावर ट्रांसमिशन के लिए भारी बनाना अस्वीकार्य है। इसलिए डिजाइनर और इंजीनियरिंग अधिक स्लिमर और लाइटर मॉड्यूल के साथ आ रहे हैं जिन्हें स्मार्टफोन और टैबलेट में फिट किया जा सकता है।

यहां आप नवीनतम वायरलेस चार्जर के आंतरिक निर्माण को देख सकते हैं ।

वायरलेस पावर क्षमता वाले स्मार्टफोन में विद्युत चुम्बकीय प्रेरण को संभव बनाने के लिए एक समान कॉइल भी होगा। आप नीचे दिए गए आंकड़े में देख सकते हैं कि बैटरी के पास स्मार्टफ़ोन के निचले छोर पर स्लिम कॉइल कैसे जुड़ी हुई है। आप देख सकते हैं कि इंजीनियरों ने अपने प्रदर्शन में समझौता किए बिना इस वायरलेस चार्जर को इतना पतला कैसे डिजाइन किया। इस सेटअप का कार्य ऊपर चर्चा किए गए मामले के समान है, सिवाय इसके कि यह विंडिंग के केंद्र में फेराइट कोर नहीं है।

हालांकि विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के माध्यम से बिजली संचारित करने का यह तरीका आसान लगता है, लेकिन यह केबल के माध्यम से बिजली पहुंचाने के एक कुशल तरीके से तुलनीय नहीं है।

मैग्नेटिक रेजोनेंट इंडक्शन बेस्ड वायरलेस पावर ट्रांसफर

मैग्नेटिक रेजोनेंट इंडक्शन इंडक्टिव कपलिंग का एक रूप है जिसमें पावर को दो रेजोनेंट सर्किट (ट्यून्ड सर्किट), ट्रांसमीटर में एक और रिसीवर में एक के बीच चुंबकीय क्षेत्र द्वारा स्थानांतरित किया जाता है। इस वजह से, मैग्नेटिक रेसोनेंट इंडक्शन सर्किट का सेटअप इंडक्टिव कपलिंग सर्किट के समान होना चाहिए, जिस पर हमने पहले चर्चा की थी।

आप इस आंकड़े में देख सकते हैं कि श्रृंखला कैपेसिटर की उपस्थिति के अलावा पूरा सर्किट पिछले मामले के समान है।

कार्य करना: इस मॉडल का काम भी पिछले मामले के समान है सिवाय इसके कि ट्रांसमीटर और रिसीवर में मौजूद सर्किट को गुंजयमान आवृत्ति पर संचालित करने के लिए ट्यून किया गया है। कैपेसिटर विशेष रूप से इस गुंजयमान प्रभाव को प्राप्त करने के लिए दोनों कॉइल के साथ श्रृंखला में जुड़े हुए हैं।

जैसा कि हम सभी जानते हैं कि एक प्रारंभ करनेवाला के साथ श्रृंखला में एक संधारित्र एक श्रृंखला LC सर्किट बनाएगा जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। और आवृत्ति का मान जिस पर यह सर्किट अनुनाद पर काम करेगा, उसे निम्न प्रकार दिया जा सकता है, एफ _आर = 1 / 2ᴫ (एलसी) ^1/2

यहाँ L = Inductor value और C = Capacitor value।

उसी सूत्र का उपयोग करके हम पावर ट्रांसमीटर सर्किट के लिए गुंजयमान आवृत्ति के मूल्य की गणना करेंगे और उस गणना मूल्य पर एसी पावर स्रोत आवृत्ति को समायोजित करेंगे।

एक बार स्रोत आवृत्ति समायोजित हो जाती है तो रिसीवर सर्किट के साथ ट्रांसमीटर सर्किट गुंजयमान आवृत्ति पर काम करेगा। इसके बाद, एक ईएमएफ को रिसीवर सर्किट में प्रेरित किया जाना चाहिए फारस लॉ ऑफ इंडक्शन के अनुसार जैसा कि हमने पिछले मामले में चर्चा की थी। और यह प्रेरित ईएमएफ ठीक किया जाएगा, फ़िल्टर किया जाएगा और एक उचित डीसी वोल्टेज प्राप्त करने के लिए विनियमित किया जाएगा जैसा कि आंकड़े में दिखाया गया है।

अब तक, हमने विभिन्न तकनीकों पर चर्चा की, जिनका उपयोग उनके विशिष्ट अनुप्रयोग सर्किट के साथ वायरलेस पॉवर ट्रांसमिशन के लिए किया जा सकता है। और हम सभी वायरलेस पॉवर ट्रांसमिशन सिस्टम जैसे वायरलेस चार्जर, वायरलेस इलेक्ट्रिक व्हीकल चार्जिंग सिस्टम, ड्रोन, विमानों के लिए वायरलेस पॉवर ट्रांसफर आदि के लिए सर्किट विकसित करने के लिए इन तरीकों का उपयोग करते हैं।

वायरलेस पावर ट्रांसफर मानक

अब प्रत्येक कंपनी अपने स्वयं के निर्माण और चार्जिंग स्टेशनों को विकसित करने के साथ, सभी डेवलपर्स के बीच सामान्य मानकों की आवश्यकता है ताकि उपभोक्ता को विकल्पों के सागर के बीच सबसे अच्छा चुन सकें। इसलिए सभी उद्योगों द्वारा कुछ मानकों का पालन किया जाता है जो वायरलेस पावर ट्रांसमिशन सिस्टम विकसित करने पर काम कर रहे हैं।

वायरलेस चार्जर जैसे वायरलेस पावर ट्रांसफर डिवाइस विकसित करने के लिए उपयोग किए जाने वाले विभिन्न मानक:

'क्यूई' मानक - वायरलेस पावर कंसोर्टियम द्वारा:

• प्रौद्योगिकी - प्रेरक, गुंजयमान - कम आवृत्ति
• कम बिजली - 5W, मध्यम शक्ति - 15W, क्यूई ताररहित रसोई उपकरण 100W से 2.4kW तक
• फ्रीक्वेंसी रेंज - 110 - 205 kHz
• उत्पाद - 500+ उत्पाद और 60 से अधिक सेलुलर फोन कंपनियों में उपयोग किए जाते हैं

'पीएमए' मानक - पावर मैटर एलायंस द्वारा:

• प्रौद्योगिकी - प्रेरक, गुंजयमान - उच्च आवृत्ति
• पावर आउट मैक्स 3.5W से 50W तक
• फ्रीक्वेंसी रेंज - 277 - 357 kHz
• उत्पाद - केवल 2 लेकिन 1,00,000 पावर मैट इकाइयां विश्व स्तर पर वितरित की जाती हैं

वायरलेस चार्जर के फायदे

• वायरलेस चार्जर घर-आधारित उपकरणों जैसे स्मार्टफोन, लैपटॉप, आईपॉड, नोटबुक, ईयरफोन आदि को चार्ज करने के लिए बहुत उपयोगी है।
• यह बिना किसी माध्यम के सत्ता हस्तांतरण का एक सुविधाजनक, सुरक्षित और प्रभावी तरीका प्रदान करता है।
• पर्यावरण के अनुकूल - मानव या किसी भी जीवित प्राणी को नुकसान या चोट नहीं पहुंचाता है।
• इसका उपयोग चिकित्सा प्रत्यारोपण को चार्ज करने के लिए किया जा सकता है जिसके परिणामस्वरूप जीवन की गुणवत्ता में सुधार होता है और संक्रमण का खतरा कम होता है।
• बिजली जैक के पहनने और आंसू के बारे में सामान्य चिंता की कोई आवश्यकता नहीं है।
• वायरलेस चार्जर के उपयोग के साथ पावर केबल ओरिएंटेशन पर फंबल खत्म हो गया है।

वायरलेस चार्जर का नुकसान

• कम दक्षता और अधिक बिजली नुकसान।
• केबल चार्जर की तुलना में अधिक लागत।
• गलती पर मरम्मत करना मुश्किल है।
• उच्च शक्ति वितरण के लिए उपयुक्त नहीं है।
• भार से ऊर्जा की हानि बढ़ती है।