Kablosuz Enerji Transferi İle Floresan Aydınlatması

Kablosuz Enerji Transferi İle Floresan Aydınlatması: Bu çalışmada manyetik alanlar hakkında kısaca bilgi verildikten sonra , gerçekleştirilen kablosuz enerji transferi işlemi , bu işlemde kullanılan elemanlar ve kablosuz enerji transferinin sağlanması için uygulanan işlemler ve çalışma prensipleri ve kablosuz enerji transferi ile floresan aydınlatması hakkında kısaca bilgi verilmiştir.

kablosuz enerji transferi ile floresan aydınlatması

Kablosuz Enerji Transferi İle Floresan Aydınlatması – İndüktif Kuplaj

Elektrik insanların yaşamını çoğu yönden kolaylaştırırken diğer taraftan kablolar yüzünden mevcut hali daha da zorlaştırabilir. Eğer kablolama işlemi düzgün yapılmadıysa bulunduğunuz ortam kablo çöplüğüne dönebilir. Bu sebepledir ki bilim adamları bu durum için yani kablo ile iletimi ortadan kaldırmak için çalışmalar yapmaktadır. Belki bu çalışmalar size ütopik gelebilir ancak bu işlem daha önceki yıllarda çoğu kez denenmiştir.

Nikola Tesla’nın bu deneyi herkesi etkilemiştir ancak kullanım açısından bakıldığında pekte Pratik bir yöntem değildir. Bu fikrin size pekte ütopik gelmemesi lazım. Elektrikli bir diş fırçasında bu yöntemi zaten her gün kullanmaktayız.

Diş fırçası her kullanımda su ile temas halindedir. Su ile temas eden her cihaz yalıtımı iyice yapılmadıysa potansiyel bir tehlikedir. Elektrik bağlantılarının su ile temasında kısa devre durumu ortaya çıkar. Bu yüzden bunun önüne geçmek adına tasarlanan diş fırçaları indüktif kuplaj yöntemi ile şarj edilir.

kablosuz enerji transferi ile floresan aydınlatması

Bu yöntem diş fırçalarının şarj olma yöntemi dışında aynı zamanda transformatörlerin de çalışma yöntemidir. Üç temel adımdan oluşmaktadır.

# Şebekeden gelen akım şarj ünitesinde ki bobine doğru akar. Transformatörlerde bu bobine primer sargısı denir.

# Diş fırçasını şarj etmek için şarj ünitesine koyduğunuzda manyetik alan diğer bobin üzerine bir akım indükler. Bu bobine ise sekonder sargı denir.
# İndüklenen bu akım ise bataryaları tekrardan şarj eder.

 İndüktif Kuplaj Nasıl Yapılır?

Bir telden akım geçerse o tel etrafın manyetik alan oluşur. Eğer bu tel bir bobini sararsa oluşan manyetik alan güçlenip büyüyecektir. Eğer oluşturulan bu manyetik alan içinde ikinci bir bobini eklersek bu alan bu ikinci bobin üzerinde bir elektrik akımı oluşturur.

Kablosuz Enerji Transferi İle Floresan Aydınlatması – Rezonans ve Kablosuz Enerji

Ev cihazları tasarlanırken fazla manyetik alan yayacak şekilde tasarlanmaz. Bu tasarımlar yapılırken insan sağlığı vb. Durumlar düşünüldüğü için bu manyetik alan minimum yakın olacak şekilde tasarlanır. Şarj cihazlarının akım indüklemesi için ise şarj ünitine yakın konumda olması gerekir. Daha geniş ve büyük bir manyetik alan daha uzak mesafelere iletim sağlayabilir ancak bu insan sağlığı içinde olumsuz bir yöntemdir.

Kablosuz Elektrik Aktarımı

Bobin üzerinde ki manyetik alan aynı frekenasta rezonans yaparsa iki bobin arasında ki mesafe biraz daha açılabilir. Elektrikli diş fırçalarında nasılsa bu gibi sistemlerde iki bobin üzerine temellenmiştir.

Kablosuz Enerji Transferinde Kullanılan Devreler

Bu projede kablosuz enerji aktarımı için kullandığımız devreler aşağıdadır. Güç kaynağı devrelerini uygulamak zorunda değilsiniz. Pil ile çalıştırmak veya mevcut güç kaynağım ile deneme yapmak istiyorum diyorsanız direk 3.Adıma yönlenebilirsiniz.

  1. 0-30V Ayarlanabilir kısa devre korumalı güç kaynağı devresi
  2. +5 V , -5 V , +12 V , -12 V besleme devresi
  3. TIP31C Çift bobin sürücü devresi
  4. TIP41C Üç bobin sürücü devresi

0-30V Kısa Devre Korumalı Ayarlı Güç Kaynağı

Şebeke geriliminden DC gerilim sağlayan devrelere “Güç kaynağı” denir.

Güç kaynağı 4 ana bölümden oluşur.

# AC/AC dönüştürücü (Transformatör)

# AC/DC dönüştürücü (Doğrultma devresi)

# Filtre Devresi (Kondansatörlü)

# Regüle Devresi (Zener Diyotlu)

Temel bir güç kaynağı katmanları:

kablosuz enerji transferi ile floresan aydınlatması

Devrenin Çalışma Prensibi

Şebekeden alınan 220V’luk gerilimi 30V’a düşüren devre elemanına transformatör denir. Köprü Diyot yardımıyla akım tek yönlü geçmektedir. Transformatör çıkışlarındaki sinüsoidal gerilimi tam olarak doğrultmasa da zamana bağlı olarak yönün hep aynı olmasını sağlar.

Kondansatörün devredeki faktörü ise, gerilimin sabit bir değerde kalması için filtreleme görevi yapmaktadır. Potansiyometre yardımıyla T3 trasnsistörün Ib akımı altırılıp azaltarak gerilim ayarlaması yapılır. Led devrede gerilimin olup olmadığını anlamak için bir sinyal görevi yapar. Ona bağlı seri direnç ise led’ in yanmaması için gerilim bölücü görevi yapmaktadır.

kablosuz enerji transferi ile floresan aydınlatması

Transformatör Hesaplamaları

kablosuz enerji transferi ile floresan aydınlatması

Doğrultma Devresi (AC/DC Dönüştürücü) Kısmı

kablosuz enerji transferi ile floresan aydınlatması

Yukarıdaki şekilde, sinyalin pozitif alternansınında 1nolu sekonder ucu 2 nolu sekonder ucuna göre daha pozitif olacağından D1 ve D2 diyotu iletimde , D3 ve D4 diyotları kesimde olur. Ry yük direnci üzerinden bir akım geçişi D1 ve D2 diyotları üzerinden sağlanır.

 Girişin negatif alternansında 2 nolu sekonder ucu 1 nolu sekonder uca göre daha pozitif olacağından D3 ve D4 diyotları iletimde , D1 ve D2 diyotları kesimdedir.Ry yük direnci üzerinde birinci durumdaki akım yönü aynı kalmak koşuluyla D3 ve D4 diyotları üzerinden akım geçişi sağlanır.

Filtre Devresi (Kondansatörlü) Kısmı

Filtre devreleri ,doğrultucu çıkışındaki nabazanlı DC gerilimini tam DC gerilimine çevirmek için kullanılır.

kablosuz enerji transferi ile floresan aydınlatması

Regüle Devresi (Zener Diyotlu) Kısmı

Filtre devresi çıkısında elde edilen DC gerilimde azda olsa dalgalanmalar vardır.Ayrıca , doğrultma ve filtre işlemi ne kadar iyi olursa olsun iki nedenden dolayı filtre devresi çıkışındaki DC gerilim ve akım değişir.

# DC çıkış gerilim ve akımı sabit iken yük değişirse DC çıkış gerilimi değişir.

# Yük sabit iken şebeke gerilimi değişirse DC çıkış gerilimi değişir.

Gerilim kararlılığı istenen tüm devrelerde yük akım ve ve geriliminin kesinlikle değişmemesi istenir.Bu amaçla regüle devreleri kullanılır.

kablosuz enerji transferi

Gerilim Ayar Kısmı

Bu kısımda potansiyometre yardımıyla T3 transistörünün beyz ne giren Ib akımını ayarlamak suretiyle T3 transistörün Ie akımı artar ve çıkışdaki gerilimde buna bağlı olarak artar.

kablosuz enerji transferi ile floresan aydınlatması

Hesaplamalar

T1 ve T2 transistor leri darlington çiftini oluşturuyor.Bu sayede yük akımı artar.

kablosuz enerji transferi ile floresan aydınlatması

Kısa Devre Koruma Kısmı

Devreyi aşırı yük akımından korumak için R4 ,R5 direçleri ve T4 trasistörü kullanılmıştır.Burada esas görev R4 direnci üzerindedir.T4 ün Vbe gerilimi bu direncin üzerine düşen akım sayesinde oluşur.T4 transistörünü iletime geçirir ve devreyi aşırı yük akımından korur.

kablosuz enerji transferi ile floresan aydınlatması

Devre Şeması

kablosuz enerji transferi ile floresan aydınlatması

Devre Elemanları
  • 220/30 V luk transformatör
  • Köprü tipi diyot D1=B80 C5000/3300
  • C1=2200µf / 63V elektrolitik kondansatör
  • ZD=30V zener diyot
  • Transistörler T1 =2N3055 , T2=T4=BD239 , T3=BC141
  • Direçler : R1=1K5 (2W) , R2= 470 , R3=680 , R4=22 , R5=120 , R6=1K (2W)
  • 5mm Kırmızı LED
Baskı Devre Yapımı

Önce devrenin baskılı devresi çıkartılır. Bakır levhanın üzerine baskı devresi çizilir. Permanet kalemle çizilen devre üzerinden geçirilir. Daha sonra 1/3 oranında perhidral ile tuzruhu karıştırılır. Bol suyla yıkanır. Tiner veya cif(temizlik malzemesi) ile temizlenip kurulanır. Sonrada devre elemanlarının takılacağı yerler matkapla delinir. Son olarak da devre elemanları plaket üzerine lehimlenir.

kablosuz enerji transferi ile floresan aydınlatması

+5V , -5V , +12V , -12V Güç Kaynağı Devresi

kablosuz enerji transferi

Devrenin Çalışması

Şebeke gerilimi transformatör yardımıyla 2 kol olarak 15Vrms seviyesine düşürülüyor. 4 adet 1N4001 devrede köprü diyot görevindedir. Transformatörün çıkışı AC gerilim olduğundan, köprü diyotlar sayesinde DC gerilime doğrultulur. Bu elde edilen DC gerilimimiz tam olarak doğrusal değildir.

Buradaki ripple (dalgalanma) yok denilecek kadar az bir seviyeye düşürmek için C1 ve C3 kondansatörleri kullanılmıştır. Biz çıkışımızın sabit +12V ve –12V olmasını istediğimizden dolayı sabit gerilim çıkışlı lineer tümdevre (regüle entegresi) kullanıldı. Regüle entegrelerinin girişinde çok az bir DC gerilimin dalgalandığını kabul edersek bu durum entegrenin çıkışına yansıyacağından çıkışlarımıza C2 ve C4 kondansatörleri ile çıkış değerlerini sabitlemiş olduk.

Transformatör: Şebeke gerilimini düşürmek için kullanılmıştır.

4 ADET 1N4001 : Köprü diyotu oluşturmak için Yani DC gerilim elde etmek için kullanıldı.

C1 ve C3 kondansatörlerinin neden o değerlerde kullanıldığı: Filtre olarak kullanılan kondansatörün kapasite değeri büyük olursa çıkıştan alınan DC daha düzgün olur. Doğrultmaç devrelerinde alıcının çektiği akım göz önüne alınarak 470 – 38.000 µF arası kapasiteye sahip, elektrolitik tip kondansatörler kullanılır.

Pratikte, 1 A çıkış verebilen bir doğrultmaç devresinin çıkışına 1000-2200 µF’ lık kondansatör bağlanmaktadır. Yani, kullanılacak kondansatörün kapasite değeri alıcının çektiği akıma bağlıdır. Bu nedenden dolayı 1000 µF seçilmiştir.

7812: +12V için

7912: -12V için

7805: +5V için

7905: -5V için

Diğer Kondansatörler: Çıkışa bağlanmış olan küçük kapasiteli (100 nF) kondansatörler, çıkış gerilimindeki parazitleri (salınım, gerilimde istenmeyen yükselme ve yüksek frekanslı sinyalleri) yok etmeye yarar. Bu nedenden dolayı 100 nF seçilmiştir.

Baskı Devre Şeması

kablosuz enerji transferi

TIP31C Çift Bobin Sürücü Devresi

kablosuz enerji transferi

Çalışma Prensibi ve Ön Bilgi

Devre hava özlü bir dönüştürücü olup düşük dc voltajı yüksek AC voltaja çevirir. Bobin etrafında oluşan manyetik alan , floresan ve neon lambaların yanmasını sağlar. Bu tesla bobinine oldukça benzemektedir.

Devre birkaç parçadan oluşmaktadır:

# Güç kaynağı voltaj ve akım sağlar.

# Sürücü devresi güç kaynağından elektriği alır ve dönüşüm için hazırlar.

# Primer sargı kısmı manyetik alan oluşturur.

# Sekonder sargı ise bu manyetik alanı çok yüksek bir gerilim gücüne tekrar çevirir.

# Kablosuz enerji transferi ile floresan aydınlatması projesinin en önemli rolü taşıyan malzemesi üst yüktür. Üst yük bir kapasitör gibi davranır ve elektromanyetik alan gücünü arttırır.

kablosuz enerji transferi

Devre 5-18 volt ile beslenir , transistör önüne yüksek akımı sınırlamak için bir direnç yerleştirilir (R1) . Eğer transistorün beyzine yüksek akım gelirse bu aşırı ısınmaya ve dolasılıyla devrenin zarar görmesini sağlar.

Sekonder sarımın ucu transistörün beyz ucuna bağlanır bunu yapmamızın nedeni transistörun salınımlar ile beslemektir . Burada ki iki diyot (D1 VE D2) salınımların doğrudan toprağa gitmesini engellemektir.

Transistör üç bölümden oluşmaktadır . Bunlar emiter ,kollektör ve beyzdir . Eğer bunu bi bahçe hortumu tıkacı olarak düşünürsek , kollektör su deposu olur , emiter hortum olacak ve beyzde rezerviora ( kollektör ) su sağlayan valf olacaktır.Bu transistörun çalışma prensibini gösteren bir örnektir.

Beyz küçük bir akım aldığında devre kapanır ve elektriğin birincil bobin üzerinden akmasına izin verilir.Fakat elektrik en az dirençli olan yolu tercih eder bu yüzden kollektörden emitere elektrik akışına izin verildiğinde elektriğin beyze akışı duracak çünkü o anda beyz üzerinde 47.000 ohm direnç olur . Beyze elektrik akışı durduğunda ,   direnç kollektör emiter yolundan daha az dirençli yolu tercih edene kadar beyz devreyi tekrar açacaktır.

kablosuz enerji transferi ile floresan aydınlatması

Bu işlem her bir saniye içinde kendisini birçok kez tekrar edecektir.

Primer bobinine akan elektrik durduğunda , primer bobini açılır kapanır hale gelir, bu olduğunda sekonder bobini üzerinde manyetik alan toplanır ve bu süreç içinde 1000 volta kadar yükseltilen gerilim geri dönüşür. Üst yük kapasitör gibi davranır ve sekonder çıkışında artışa neden olur bunun nedeni havadaki elektronların hareketlenmesidir .Devreden maksimum çıkış sağlamak amacı ile ikincil bobindeki salınımlar transistörün içinden geri beslenir. Bu şekilde kablosuz enerji transferi ile floresan aydınlatması projesi sağlanmış olur.

TIP41C Üç Bobin Sürücü Devresi

TIP41C Üç Bobin Sürücü Devresi

Devrenin çalışma mantığı TIP31C çift bobin devresi ile aynıdır. Tek fark burada fazladan sarılmış 3. bobindir.

L2 bobininin oluşturduğu manyetik alanı L1 bobini yükseltir. Burada fazladan sarılmış L3 bobini ise L1 bobininden etkilenir ve manyetik alanı arttırır böylece daha parlak ve biraz daha uzun mesafeden enerji iletimini sağlar.

TIP41C Üç Bobin Sürücü Devresi

  SONUÇ VE ÖNERİLER

Son yıllarda yapılan çalışmalar neticesinde kablosuz enerji transferi ile floresan aydınlatması günlük hayatımıza yavaş yavaş girmeye başlamaktadır. Bu tez çalışması kapsamında, enerjiyi kablosuz olarak iletiminin sağlandığı ve bobin yerleşimlerinin verimi etkilediği görülmüştür.

Deney düzeneğinin yapısı itibariyle beklenenden daha düşük verim elde edilmesi dışında bobinlerin davranışının farklı olmadığı tespit edilmiştir. Gönderici ve alıcı arasına başka bir bobin yerleştirilince verimin ve dolayısıyla maksimum transfer mesafesinin arttığı sonucuna varılmıştır. Eğer sistemde iki tane gönderici devre var ise alıcı devre her iki kaynağın sağladığı enerjinin tamamını üstüne alabilmektedir.

Deneylerde elde edilen sonuçlar ele alındığında en iyi verimi elde etmek için gönderici ve alıcı taraflarda yük konumundaki dirençlerin olabildiğince küçük tutulması gerektiği saptanmış ancak direnç değerleri transistörleri fazla etkilemiyecek şekilde alınmıştır. Bu yazımızda sizlere kablosuz enerji transferi ile floresan aydınlatması hakkında bilgiler verdik. Umarım faydalı olabilmişizdir.

Yazımızı beğendiyseniz hemen alttaki Sosyal medya butonlarından arkadaşlarınızla paylaşabilirsiniz. Öneri veya eleştirilerinizi alttaki yorumlar bölümünden yapabilirsiniz. Elektroniktasarımlar.com ailesi olarak bir çok yeni içerik eklemeye devam edeceğiz. Bizi takip etmeyi unutmayın. Okuduğunuz için teşekkür ederiz.

Paylaşın, Herkes Faydalansın!

Yorum Ekle

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir