Transmettre de l'électricité sans fils

De Centre de Ressources Numériques - Labomedia
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Historique

Nicolas Tesla est sans conteste un scientifique précurseur en la matière, voir ce brevet

Projets artistiques

"Light bulb" BE.AST - a levitating wirelessly powered lightbulb

http://bea.st/sight/lightbulb/

"EM Table" Florian Dussopt

http://www.floriandussopt.com/projects/article/em-table

"Field" - Richard Box

07fields.jpg01.jpg

http://richardbox.com/field.htm

Techniques

Un article de Futurama sur les différentes techniques de transmission d'électricité sans fils

Ressources issues de la liste artsens (merci !)

Du rève à la réalité: les prototypes Labomedia

Proto 1

Démarche prudente car on doutait de la faisabilité, de la facilité technique du projet (construire et mesurer des selfs par exemple). D'où un premier "proto" sur la base de la vidéo précédente (où on voyait déjà que ça pouvait marcher). Mais dans quelles conditions, avec quelles performances?

Ensuite, ayant vu que ça fonctionnait, mais avec des performances décevantes (du moins dans notre imagination débordante), il fallait approfondir la question et étudier comment on pouvait améliorer la technique. Dans les liens précédents, le site futura-sciences nous a grandement aidé, en particulier le lien (merci à Tropique!): http://forums.futura-sciences.com/projets-electroniques/463768-transmission-denergie-fil-wireless-power.html. La qualité technique des explications est manifeste et très pédagogique et cela vaut le coup de passer du temps pour bien comprendre la théorie (Voir aussi les liens en fin de chapitre). Quand à la pratique, c'est pas toujours évident..... On a déjà commencé par essayer de reproduire ce qu'on peut voir sur la vidéo.
Le schéma (capture de la video): Capture du 2014-08-04 16-13-26.png

L'émetteur

Mosfet IRFU4620 (200V 24A 0,064Ohm), obligatoirement sur radiateur.
Relié aux Gates: Resistances: 2x330Ohm 2W - Diodes: 2xMR852 (Rapides).
Selfs reliées à L1 et au + 19V: sur bâton ferrite diam. 10mm: 2 couches de 25 spires fil émaillé 10/10.
La ferrite vient d'une antenne cadre d'un vieux poste radio GO/PO, le filé émaillé d'un vieux (gros) transfo.
A part les Mosfet (dimensionnés par la puissance envisagée), tout est récupéré des fonds de tiroirs.
Les diodes sont (sur)dimensionnées au hasard.
Boucle L1 ("Antenne"): trois spires de fil électrique 1,5mm sur un diamètre 33cm.
Le condensateur d'accord C1 est constitué de plusieurs condensateurs en // (leur valeur s'ajoute) car il supporte une très grosse charge (ça chauffe et ça peut même exploser!). Après moult essais on a opté pour des condensateurs de type FKP qui chauffent mais résistent à la charge: 2 x 0,1MF + 0,047MF ≈ 0,250MF (1250V- 600V~ marque WIMA - difficiles à trouver et pas donnés). Le tout fonctionne avec une alimentation 30V, conso à vide 0,55A, fréquence 110KHz, oscillogrammes bien sinusoïdaux (attention on a des crêtes de 128V sur gate et 160V sur drain, mais pas de surtensions parasite!).

Le récepteur

Boucle L2 idem boucle L1 donc le condensateur a la même valeur car il est nécessaire que les deux circuits oscillants LC soient le mieux accordés possible. Le meilleur moyen de le faire est de brancher le circuit LC sur l'électronique de l'émetteur et de vérifier à l'oscilloscope qu'on a la même fréquence qu'avec l'antenne émettrice. Note: les condensateurs sont moins critiques mais mettre au moins des condensateurs de 160V et faire un essai rapide sur l'émetteur car ça chauffe très vite!

Avec tout cela on allume une lampe 12V 5W, 250V 25W (pas totalement!) à environ 30cm (si les deux boucles sont bien en face!), on a donc une estimation de la puissance transmise. On peut même griller la lampe 12V si les deux boucles sont très rapprochées (la conso de l'émetteur monte au fur et à mesure qu'on se rapproche et peut atteindre 2A).
A environ 50cm, on peut aussi allumer une série de led's 30mA en plaçant un régulateur (5V - low drop 2940).
On n'a pas pu allumer un petit néon de 15cm en réalisant un transfo élévateur de tension, problème de compétence de réalisation sans doute.
Attention, on n'est pas dans les très hautes tension, mais on peut recevoir des petites "châtaignes"!

Bref, un peu décevant quand à la distance et la puissance, illustration quand même:

Royer-2-1.jpg Royer-2-3.jpg

Proto 1 suite

Test de réduction de l'antenne réceptrice

  • Un bobinage plus serré, permet d'alimenter des led's (même avec neige!) à environ 50cm:

Antenne-2.JPG Royer-2-2.jpg Lumiere-ss-fils1.JPG

  • Seconde antenne pas du tout efficace!

Antenne-3.JPG

  • Grande antenne avec circuit "Voleur de joule": ne marche pas! (mais le circuit marche très bien sur piles - à garder!):

Voleur joules-R.jpg

Bilan

Les rendements ne sont pas terribles et dépendent:
- un peu de la tension d'alimentation de l'émetteur (on voit une différence entre 18V et 30V)
- beaucoup de la qualité de l'accord des antennes émetteur/récepteur
- beaucoup de la qualité de l'antenne réceptrice: pertes minimales (gros fil), surface maximale possible
Attention aux surtensions à la réception proche, mettre des protections: résistance, diode zener, régulateur de tension (en comptant la chute de tension inhérente)

PROTO 2 (On essaye de faire mieux)

Non sans avoir vu les montages précédents du sujet de futura-sciences, on passe directement au montage Royer2.

Construction

C'est là que commencent les difficultés.
D'abord le montage ne marche pas (pas d'oscillations).
Essais très longs, de modifications pas à pas, grillage de condensateurs, de Mosfet, etc...
Remplacé les Mosfet IFZ44 par ceux du Proto1.
Finalement ça oscille, mais le signal n'est pas très propre, les surtensions parasite plombent fortement la puissance consommée sans amélioration de l'efficacité, voir moins bonne que le montage précédent. Des images:

Royer2-1-1.jpg Royer2-1-OscB.jpg

L'"antenne" est un peu spéciale: deux antennes en demi-cercles de diamètre 35cm chacune commandée en alternance par un Mosfet (1/2 =fréquence moitié).
Sur l'oscillogramme, en vert: tension sur une gate, en jaune: tension sur un drain. Les tensions sont à multiplier par 10.
On voit très bien les surtensions sur les fronts montants et descendants des drains.
Question posée sur le forum Futura-Sciences.... pas de réponse!
Sur les articles traitant des Mosfet, ce phénomène pourrait être dû aux capacités parasites du circuit et surtout des Mosfet.

Bilan

Abandon du projet par lassitude et manque de compétences. Et puis le proto1 est bien plus simple et on a des doutes sur l'amélioration! Si quelqu'un a une idée....

Liens

Quelques liens:
http://translate.google.com/translate?hl=en&sl=de&u=http://www.mikrocontroller.net/articles/Royer_Converter&prev=/search%3Fq%3D
http://www.mikrocontroller.net/articles/Royer_Converter%26client%3Diceweasel-a%26rls%3Dorg.mozilla:en-US:unofficial
http://en.wikipedia.org/wiki/Royer_oscillator
http://www.youtube.com/channel/UCP6EEu4DG22gg-6l0L4ATJA
http://4hv.org/e107_plugins/forum/forum_viewtopic.php?74096.0

Sur les Mosfet (peut servir pour d'autres montages: commande moteurs, inverters....):
http://www.irf.com/technical-info/appnotes/an-936.pdf
http://www.astuces-pratiques.fr/electronique/les-transistors-mosfet-de-puissance
http://www.electronics-tutorials.ws/transistor/tran_7.html

Industrie

Liens

http://www.idt.com/products/power-management/wireless-charging-ics-wireless-power-ics

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