Warum erfolgt die drahtlose Energieübertragung zwischen zwei Spulen bei ihrer Eigenresonanzfrequenz?

Bei Eigenresonanz ist die Impedanz sehr hoch, sollte sich die Spule also nicht wie ein offener Stromkreis verhalten?

Für eine parallel abgestimmte Resonanz: -

Der Strom in die Induktivität bei Resonanz hat genau das entgegengesetzte Vorzeichen, ist aber gleich groß wie der Strom in den Kondensator, daher addieren sich diese Ströme, um in der Zuleitung zum abgestimmten Kreis perfekt Null zu werden.

Es ist jedoch immer noch eine Erregungsspannung an den abgestimmten Kreis angeschlossen, und es ist immer noch eine Induktivität an diese Erregungsspannung angeschlossen, daher gibt es immer noch Induktivitäts- und Kondensatorstrom.

Was Sie wahrscheinlich verwirrt, ist, wie Sie aus "Null" -Strom "etwas" Strom machen können. Nun, es beginnt nicht so, wenn Sie zum ersten Mal eine resonante Sinuswelle an einen Parallelschwingkreis anlegen, erhalten Sie nicht sofort eine unendliche Impedanz - Sie müssen dafür sorgen, dass Energie in die beiden reaktiven Komponenten fließt, und dies braucht Zeit, also was Sie haben ist Energie, die der Versorgung entnommen wird.

Sobald die Energie, die an die reaktiven Komponenten geliefert wird, fertig ist, können diese beiden perfekten Komponenten dort sitzen und ihre Spannungen und Ströme hin und her schwingen, selbst wenn die Sinuswelle entfernt wird (genau wie ein Pendel in Bewegung setzen, indem man es drückt).

Die Spule erzeugt also ein Magnetfeld, und wenn dies Wirbelströme in einem lokalen Metallstück induziert, wird Energie entfernt und die Sinuswelle muss die Energie wiederherstellen. Wenn dieses Magnetfeld Energie mit einer anderen Spule koppelt, wird Energie entfernt und diese wird durch die antreibende Sinuswelle wiederhergestellt, daher die Energieübertragung.

Bitte beachten Sie das ideale Transformator-Ersatzschaltbild.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Es gibt keine Verluste, unser idealer Transformator besteht nur aus Induktivitäten. Da die Streuinduktivitäten nichts anderes tun, als Energie im Magnetfeld des freien Raums zu speichern, wollen wir sie klein haben – das erreichen wir durch enge magnetische Kopplung und nur kleine Luftspalte.

Wir müssen also nur über die Hauptinduktivität sprechen. Wir wollen, dass seine Reaktanz riesig ist . Warum? Weil es ein Kurzschluss über unsere Ladung ist! Die Stromquelle muss den gesamten Strom durch die Last liefern, das ist unsere "bezahlte Last", aber sie muss auch den gesamten Magnetisierungsstrom durch die Hauptinduktivität liefern, ein "unnötiger" Strom, für den unsere Versorgung ausgelegt sein muss. Es ist ein reiner Blindstrom, damit keine Energie verloren geht, aber die Versorgung muss größer als nötig sein, wenn die Reaktanz der Hauptinduktivität niedrig ist.

Wenn Sie einen Standard-50/60-Hz-Transformator in Betracht ziehen, wird die Hauptreaktanz riesig gemacht, indem viele Wicklungen auf einen Eisenkern gelegt werden. Das können wir nicht, wenn wir einen riesigen Luftspalt hätten. Unsere Hauptinduktivität ist nicht viel höher als die Streuinduktivitäten. Also müssen wir die Frequenz erhöhen. Aber das hat einen Nachteil, Kapazitäten werden wichtig:

^{Simulieren Sie diese Schaltung}

Wenn wir dies optimieren müssten, ist es leicht zu sehen, dass wir nicht einfach die Frequenz erhöhen können. Weil wir auch den Blindstrom durch die Hauptkapazität liefern mussten, und die Größe unserer Quelle ist das, was wir minimieren wollen. Die Lösung besteht also darin, den Transformator mit der Resonanzfrequenz seiner Hauptinduktivität / -kapazität anzutreiben.

(Die Hauptkapazität ist natürlich auch eine Streukapazität.)

Ich denke, Sie sprechen von Drehtransformatoren, die normalerweise mit 10 KHZ laufen. Sie halten länger als Schleifringe, können aber keine Hunderte von Ampere auf einen Geschützturm in einem Panzer übertragen.

Dann gibt es Näherungstransformatoren, die sich in Design und Reichweite stark unterscheiden. Ihr Handy-Dock in Ihrem Auto oder zu Hause verwendet eine Frequenz, die mit Spulen kompatibel ist, die möglicherweise nicht perfekt ausgerichtet sind. Das Aufladen ist auf diese Weise langsam.

Ich verstehe deine Vorstellung von Eigenresonanz nicht. Die Spulen, die die Leistung übertragen, und die Spulen, die die Leistung empfangen, sind so gewickelt, dass sie zu den verwendeten Frequenzen passen. Man könnte es einen "abgestimmten" Schaltkreis nennen, aber es ist nicht möglich, unter allen Bedingungen eine präzise Resonanz zu implizieren. Wenn es 90% effizient ist, ist das normalerweise gut genug.

Der einzige Eigenresonanzkreis, den ich kenne, wird Tankkreis genannt, normalerweise ein Kondensator parallel zu einer Induktivität. Bei einer idealen Frequenz schwingen sie mit, und das war der Beginn des AM-Radios.

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