Drahtlose Energieübertragung ermöglicht es Geräten, Strom in einem elektronischen Netzwerk ohne Kabel zu senden. Elektromagnetische Kopplungsmechanismen eignen sich übrigens zur drahtlosen Energieübertragung. Bei der drahtlosen Energieübertragung können viele Arten von elektromagnetischer Kopplung verwendet werden. Es kann eine induktive Kopplung oder eine kapazitive Kopplung sein. Werfen wir einen genaueren Blick auf die Definition der elektromagnetischen Kopplung, ihre Funktionsweise und ihre Arten.
Elektromagnetische Kopplung Definition
Die Leute nennen die elektromagnetische Kopplung eine Transformatorwirkung. Es ist das elektromagnetische Feld, das durch den Stromfluss in einem unter Spannung stehenden Leiter erzeugt wird. Das von ihm erzeugte elektromagnetische Feld steht im rechten Winkel zum Leiter. Der im Leiter fließende Strom ändert in einem Wechselstromnetz ständig die Richtung. Dieses Phänomen wirkt sich auf das elektromagnetische Feld um einen stromdurchflossenen Leiter aus. Sie dehnen sich aus und ziehen sich zusammen. Solange elektromagnetische Kraftlinien durch einen anderen Leiter verlaufen, können wir in diesem Leiter eine Spannung induzieren. Es ist ein einfaches Funktionsprinzip. Dieses Prinzip gilt für die Arbeit von Leistungstransformatoren, Lichtmaschinen und Generatoren.
Ein anderer Name für elektromagnetische Kopplung ist Gegeninduktivitätskopplung. Dies bedeutet, dass zwischen zwei Stromkreisen eine Gegeninduktivität besteht. Eine Stromänderung in einem Stromkreis beeinflusst den anderen durch gegenseitige Induktivität. Zwischen zwei oder mehr Schaltungselementen oder elektrischen Netzwerken besteht eine freundschaftliche Beziehung. Sie passen eng zusammen und interagieren zwischen Eingang und Ausgang miteinander. Sie übertragen Energie von einer Seite zur anderen durch Wechselwirkung. Diese Kette von Phänomenen ist die elektromagnetische Kopplung. Vereinfacht ausgedrückt misst die Kopplung die gegenseitige Abhängigkeit zweier Entitäten voneinander.
Funktionsprinzip der elektromagnetischen Kopplung
Elektromagnetische Kopplung kann in einem oder mehreren Stromkreisen auftreten. Es ist die Reaktion eines elektromagnetischen Feldes in einem Stromkreis auf ein solches Ereignis. Sie induzieren Ladungen oder Spannungen in anderen Stromkreisen. Diese Ladungen oder Ströme wirken sich absichtlich oder unabsichtlich auf Schaltkreise aus. Sie alle beeinflussen die Schaltung. Wenn die elektromagnetische Kopplung unbeabsichtigt erzeugt wird, ist sie schädlich. Elektromagnetische Störungen sind ein klassisches Beispiel für diese unbeabsichtigten elektromagnetischen Kopplungen.
Eine absichtliche elektromagnetische Kopplung ist oft vorteilhaft für Menschen. Die drahtlose Energieübertragung basiert auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion. Dieses Prinzip ist mit elektromagnetischer Kopplung verbunden. In dem zwei Kreise gekoppelt sind, um ein Magnetfeld zu erzeugen. Das elektromagnetische Feld des Quellkreises ändert sich erheblich. Dadurch besteht die Möglichkeit der Übertragung zwischen ihm und dem Lastkreis. Sie können durch die Kraft des elektromagnetischen Kopplungsmechanismus übertragen werden. Ihre Leistung unterstützt die Übertragung vom Quellkreis zum Lastkreis. Es sind auch keine Kabel oder physischer Kontakt während der Übertragung erforderlich.
Vorteile der elektromagnetischen Kopplung
Ein bedeutender Vorteil der elektromagnetischen Kopplung ist ihre Fähigkeit, in der Transformatoraktion aufgerufen zu werden. Eine an die Primärwicklung angelegte Wechselspannung erzeugt im Transformator ein magnetisches Wechselfeld. An diesem Punkt erscheint die Sekundärwicklung im magnetischen Wechselfeld. Diese Wicklung wird auch magnetisch mit der Primärwicklung gekoppelt. Dann erscheint in der Sekundärwicklung ein elektrisches Potential. Die Vorteile der elektromagnetischen Kopplung in Transformatoranwendungen sind vielfältig. Die elektromagnetische Kopplung ermöglicht es ihnen, eine elektrische Trennung und eine magnetische Kopplung zu erreichen.
Die elektromagnetische Kupplung kann in verschiedenen Branchen eingesetzt werden:
- Automotive-Bereich. Es wird im Allgemeinen zum Laden von Batterien in Elektrofahrzeugen verwendet.
- Bereich Luft- und Raumfahrt. Menschen können damit Energie auf bewegliche Teile übertragen.
- Unterhaltungselektronik. Es kann helfen, Mobiltelefone und Laptops drahtlos aufzuladen.
- Biomedizinisch. Es wird hauptsächlich verwendet, um implantierbare Geräte mit Strom zu versorgen.
- Industrialisierung. Es ist eine effektive Möglichkeit, mit rauen und explosiven Umgebungen umzugehen.
Gefahren einer unbeabsichtigten elektromagnetischen Kopplung
Unbeabsichtigte elektromagnetische Kopplung führt normalerweise zu Personenschäden. Es erzeugt elektromagnetische Störungen. Geräte und Systeme sind anfällig, wenn sie elektromagnetischen Störungen ausgesetzt sind. Sie können beschädigt oder funktionsunfähig werden. Beispielsweise gab es in der Geschichte der Vereinigten Staaten Unfälle aufgrund elektromagnetischer Störungen. Elektromagnetische Störungen verursachten die versehentliche Abschaltung des Kernkraftwerks.
Unbeabsichtigte elektromagnetische Kopplung kann in einem bestimmten Zustand ein Übersprechen in den Quelldateien eines Geräts verursachen. Dieser Zustand ist im Allgemeinen das Leiten oder Abstrahlen von elektromagnetischen Wellen. Sie können gleichzeitig Komponenten im selben Stromkreis oder in benachbarten Stromkreisen stören. In bestimmten Schaltungen hat diese Kopplung weniger Auswirkungen als HF-Schaltungen. Diese spezielle Schaltung bezieht sich hauptsächlich auf DC-Schaltungen und Niederfrequenzschaltungen. Das Gegenteil ist die unbeabsichtigte elektromagnetische Kopplung bei hohen Frequenzen. Es wird einen großen Einfluss haben. Störquellen und Opferkomponenten strahlen elektromagnetische Signale in die Umgebung ab. Sie leiten unerwünschte elektromagnetische Signale über Übertragungsleitungen an benachbarte Komponenten.
Art der elektromagnetischen Kopplung
Leitfähige Kopplung
Konduktive Kopplung ist die Kopplungsmethode, bei der elektromagnetische Störungen über einen leitenden Pfad an die gestörten Geräte übertragen werden. Elektromagnetisches Rauschen liegt hier in Form von Spannung oder Strom vor. Das Rauschen wird über Metalldrähte oder passive Komponenten an die gestörte Ausrüstung gekoppelt. Die leitungsgebundene Kopplung ist einer unserer häufigsten Störpfade. Die leitungsgebundene Kopplung kann weiter in die folgenden zwei Kopplungsarten unterteilt werden.
Direkte leitende Kopplung ist ein direktes Interferenzsignal durch die Grundkomponenten, die mit der Art der Interferenzausrüstung gekoppelt sind. Diese grundlegenden Komponenten können Drähte, Metallkörper, Widerstände, Kondensatoren oder Transformatoren sein.
Die leitungsgebundene Kopplung mit gemeinsamer Impedanz bezieht sich speziell auf einige Rauschquellen und Signalquellen mit einer leitungsgebundenen Kopplung mit gemeinsamer Impedanz. Die Kopplung tritt auf, wenn der Strom zweier Kreise durch eine gemeinsame Impedanz fließt. Aufgrund einer schlechten Erdung wirkt sich der Spannungsabfall eines Stroms in der Impedanz auf den anderen Stromkreis aus. Die gemeinsame Impedanzkopplung hat im Allgemeinen zwei Arten: gemeinsame Masse und Leistungsimpedanz. Das erste ist Stromversorgungsrauschen, das durch die gemeinsame Erdungsimpedanz gekoppelt wird, die durch den gemeinsamen Sicherheitserdungsdraht der Ausrüstung erzeugt wird. Es kann auch durch die gemeinsame Masseimpedanz des Netzwerks erfolgen. Das zweite ist das durch die gemeinsame Leistungsimpedanz der Stromversorgung gekoppelte Rauschen, das durch die gemeinsame Leistungsimpedanz erzeugt wird. Diese Netzteile sind AC und DC.
Kapazitive Kopplung
Die kapazitive Kopplung nutzt hauptsächlich die Kapazität zwischen Schaltkreisen, um Energie zu übertragen. Es überträgt das Wechselstromsignal von einem Stromkreis zum anderen durch Kapazität. Schwankungen der Kopplungskapazität und -spannung wirken sich auch auf elektromagnetische Interferenzen aus.
Induktive Kopplung
Sie wird auch magnetische Kopplung genannt. Dieses Magnetfeld ändert sich, wenn die Störquelle als Stromquelle in zwei sich gegenseitig induktiven Stromkreisen vorhanden ist. Dies ist der Fall, wenn das vom Strom erzeugte Magnetfeld durch magnetische Kopplung Interferenzen mit benachbarten Signalen verursacht. Induktive Kopplung ist das Funktionsprinzip vieler Instrumente. Dazu gehören Instrumente wie Transformatoren, Metalldetektoren und Induktionsherde.
Strahlungskopplung
Strahlungskopplung bezieht sich auf die Störquelle, die durch die Form von Weltraumstrahlung zu den gestörten Geräten gestört wird. Der Störer und das gestörte Gerät sind wie zwei Funkantennen. Das gestörte Gerät empfängt die von der Störquelle abgestrahlten elektromagnetischen Wellen. Das gestörte Gerät wird beschädigt und beeinträchtigt seinen normalen Betrieb.
Zu den verschiedenen Arten von Störquellen gehören:
| Art der Störquelle | Störquelle Quelle |
| Hochfrequenzemission | Drahtlose Kommunikationssysteme (Radio, TV, drahtloses Telefon)Radar |
| Elektronische Geräte | Hochleistungs-Industrieausrüstung (Induktionsofen, Schweißmaschine)Büroausrüstung (Computer, Fotokopien)Entladungslampen (Neon, Leuchtstoff)Elektromechanische Komponenten (Relais, Schütze) |
| Stromversorgungssystem | Übertragungs- und VerteilungssystemeElektrisches Transportsystem |
| Andere | BlitzElektrostatische Entladung (ESD)Elektromagnetischer Kernimpuls (EMNP) |
Was ist der Unterschied zwischen induktiver Kopplung und elektromagnetischer Kopplung?
Die induktive Kopplung ist eine Art der elektromagnetischen Kopplung, die auftritt, wenn ein sich änderndes Magnetfeld einen elektrischen Strom in einem nahegelegenen Leiter induziert. Mit anderen Worten beinhaltet die induktive Kopplung die Übertragung von Energie oder Information zwischen zwei Objekten durch ein Magnetfeld. Die elektromagnetische Kopplung hingegen bezieht sich auf die Übertragung von Energie oder Informationen zwischen zwei Objekten durch elektrische und magnetische Felder. Während die induktive Kopplung ein spezifischer Typ der elektromagnetischen Kopplung ist, kann die elektromagnetische Kopplung auch durch andere Mechanismen wie kapazitive Kopplung und elektromagnetische Strahlung erfolgen. Zusammenfassend ist die induktive Kopplung eine Teilmenge der elektromagnetischen Kopplung, die speziell die Übertragung von Energie oder Informationen durch ein Magnetfeld beinhaltet.
Arten von elektromagnetischen Kopplungen, die bei der drahtlosen Energieübertragung verwendet werden können
Bei der drahtlosen Energieübertragung können viele Arten der Zellkopplung verwendet werden. Hier konzentrieren wir uns auf zwei Arten der drahtlosen Energieübertragung, Nahfeld und Fernfeld. Und der elektromagnetische Kopplungsmechanismus, den sie verwenden würden.
Drahtlose Nahfeld-Energieübertragung
Die meisten Menschen beziehen sich auf drahtlose Nahfeld-Energieübertragung als strahlungslose Energieübertragung. Die elektromagnetische Nahfeldkopplung zur Energieübertragung tritt normalerweise nur über kurze Entfernungen auf. Die elektromagnetische Kopplung kann in dieser Übertragungsumgebung entweder induktiv oder kapazitiv sein. Induktiv gekoppelte zeitlich veränderliche Magnetfelder führen zu einer drahtlosen Energieübertragung in der Induktionsspule. Die kapazitive Kopplung hat ein zeitlich veränderliches elektrisches Feld. Zeitveränderliche elektrische Felder können zur drahtlosen Energieübertragung zwischen Metallelektroden angelegt werden.
Es gibt einen anderen Namen für die Verwendung der induktiven Kopplung bei der drahtlosen Nahfeld-Energieübertragung. Die Leute nennen es oft induktiv gekoppelte drahtlose Energieübertragung. Induktive Spulen werden verwendet, um Energie in einer induktiv gekoppelten drahtlosen Energieübertragung zu senden. Die Spulen senden Strom zwischen der Stromquelle und dem Lastkreis. Und in dem zwei Spulen sie senden. Diese beiden Spulen sind die Senderspule und die Empfängerspule. Zwischen diesen Spulen besteht eine magnetische Kopplung. Es ermöglicht dem zeitlich veränderlichen Magnetfeld in der Sendespule, die Spannung im Empfänger zu erfassen. Der Kopplungskoeffizient zwischen den Spulen beeinflusst auch die Effizienz der Leistungsübertragung. Eine enge Kopplung macht die Leistungsübertragung schneller und effizienter als lose gekoppelte Induktionsspulen.
Der Schlüsselparameter für die kapazitiv gekoppelte drahtlose Energieübertragung ist die Kopplungskapazität. Die kapazitiv gekoppelte drahtlose Energieübertragung ermöglicht zwei Metallelektroden für die Energieübertragung. Das zeitlich veränderliche elektrische Feld in der Senderelektrode induziert auch eine Spannung in der Empfängerelektrode.
Drahtlose Fernfeld-Energieübertragung
Die drahtlose Fernfeld-Energieübertragung verwendet hauptsächlich elektromagnetische Strahlung. Die elektromagnetische Strahlung wird in größerer Entfernung an den Empfänger gekoppelt. Diese elektromagnetische Fernfeldkopplung ist als leistungsstarke Strahl- oder Strahlungstechnologie bekannt.
Was sind die Anwendungen der elektromagnetischen Kopplung?
Die elektromagnetische Kopplung hat viele Anwendungen, insbesondere in der Kommunikation und Datenübertragung. Es wird häufig in medizinischen Geräten wie MRT-Geräten, Satelliten, Mobiltelefonen, Elektromotoren und elektrischen Generatoren verwendet. Darüber hinaus können Sie es in Anwendungen mit geringem Stromverbrauch wie Unterhaltungselektronikgeräten, Haushaltsgeräten und Verbraucher-Wearables verwenden.
Elektromagnetische Kopplung ist eine sehr wichtige Präsenz für Menschen. Es hilft Menschen, die drahtlose Energieübertragung besser zu nutzen. Die unbeabsichtigte elektromagnetische Kopplung kann jedoch den normalen Betrieb vieler Geräte und Systeme stören. Die Kenntnis dieses Dokuments hilft Unternehmen bei der Planung zur Minderung oder Abschirmung der Kopplung.
Allgemeine Fragen und Antworten zur elektromagnetischen Kopplung
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Was ist elektromagnetische Kopplung?
Elektromagnetische Kopplung überträgt Energie oder Informationen zwischen zwei oder mehr Objekten durch elektrische und magnetische Felder. Es kann zwischen Objekten in der Nähe oder in der Ferne auftreten.
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Wie funktioniert die elektromagnetische Kopplung?
Die elektromagnetische Kopplung funktioniert durch das Zusammenwirken von elektrischen und magnetischen Feldern. Wenn sich elektrisch geladene Teilchen bewegen, erzeugen sie ein Magnetfeld; Wenn sich ein Magnetfeld ändert, erzeugt es ein elektrisches Feld. Diese Felder können mit anderen Objekten interagieren, die geladen sind oder geladen werden können, wodurch Energie oder Informationen übertragen werden.
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Was ist der Unterschied zwischen elektromagnetischer Kopplung und elektromagnetischer Induktion?
Elektromagnetische Kopplung und elektromagnetische Induktion sind eng verwandte, aber unterschiedliche Konzepte. Elektromagnetische Kopplung bezieht sich auf die Übertragung von Energie oder Informationen zwischen zwei Objekten durch elektrische und magnetische Felder. Im Gegensatz dazu bezieht sich elektromagnetische Induktion speziell auf die Erzeugung einer elektromotorischen Kraft in einem Leiter durch ein sich änderndes Magnetfeld.
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Wie kann elektromagnetische Kopplung gemessen werden?
Die elektromagnetische Kopplung kann mit Oszilloskopen, Spektrumanalysatoren und Nahfeldsonden gemessen werden. Diese Instrumente können die Stärke, Frequenz und Richtung elektromagnetischer Felder erkennen und analysieren.
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Wie wirkt sich die elektromagnetische Kopplung auf elektronische Geräte und Systeme aus?
Elektromagnetische Kopplung kann elektronische Geräte und Systeme beeinträchtigen, indem sie Interferenzen, Rauschen oder andere unerwünschte Effekte verursacht. Dies kann zu Fehlern, Fehlfunktionen oder einer reduzierten Leistung elektronischer Geräte und Systeme führen. Die richtige Konstruktion und Abschirmung kann dazu beitragen, die Auswirkungen der elektromagnetischen Kopplung auf elektronische Geräte und Systeme zu minimieren.
