Drahtlos Energie übertragen , geht das überhaupt ?

erstellt 03.01.2019
Drahtlos Energie übertragen ?
Drahtlos Energie übertragen, geht das überhaupt ? Einer der ersten Versuche drahtlos Energie zu übertragen versuchte wohl Nikolas Tesla im Jahr 1902 worauf auch die Technik nach ihn benannt wurde. Das Prinzip beruht auf einen Oszillator der eine Spule mit der sogenannten Eigenfrequenz ansteuert , diese Spule ist mit einer zweiten Spule lose gekoppelt,was soviel heißt das sich beide Spulen sehr nahe sind aber keine direkte Berührung haben, und auch nicht über einen sogenannten Kern miteinander verbunden sind. Dabei hat die Primärwicklung relativ wenige Windungen im Verhältnis zur Sekundärwicklung. Es ensteht dabei am Ausgang eine hohe Spannung die gleichzeitig auch eine hohe Frequenz aufweist.
Ich baue folgende kleine Schaltung auf (Bild 1). Die Stromaufnahme bei 9 Volt beträgt 530 mA bei einer Frequenz von ca. 1,75 MHz. Zu beachten ist das der Transistor stark erhitzt wird, er sollte also unbedingt mit einem Kühlkörper versehen werden. Zum Test wurde die Schaltung auch erfolgreich mit einen Leistungstransistor vom Typ 2N 3055 betrieben. Die Led 1 fängt an zu leuchten sobald die Schaltung anfängt zu schwingen. Bild 1
Bild 2 zeigt das Signal an der Basis vom Transistor BD 139 bei 5 Volt Betriebsspannung. Bei einer Eingangsspannung von 5 Volt fließt ein Strom von 280 mA. Bild 2
Bild 3 zeigt den Frequenzgang an. P_in = 1,4W P_out = 1,33W Bild 3

In Bild 4 sehen wir die abgeänderte Schaltung mit einen CMOS Transistor, damit genießen wird den Vorteil durch den kleineren Widerstand der Drain - Source Strecke eine damit eingehenden kleineren Verlustleistung und somit weniger Wärmeentwicklung am Transistor. Bild 4
Bild 5 zeigt das Signal am Gate vom CMOS Transistor IRF510 bei 5 Volt Betriebsspannung. Bild 5
Bild 6 zeigt den Frequenzgang mit CMOS Transistor Stromaufnahme bei 5 >Volt 294 mA Aufnahme = 1,47 Watt Ausgang= 0,38 Watt Bild 6

Ab 8 Volt Betriebsspannung wurde der Transistor zerstört, die Drain -Source Strecke wurde dann niederohmig. Eine Messung am Drain Anschluss ergab eine Spannungsdifferenz ( Spitze <> Spitze) von über 130 Volt. Ein Blick ins Datenblatt verriet das der IRF 510 für max. 100 Volt zugelassen ist, also suchte ich nach einer Alternative in meinen Bastelschrank und fand den Typ UF640 der bis 200 Volt zugelassen ist. Es wurde also der IRF 510 gegen den UF 640 ausgetauscht. Bild 7
Messpunkt 1 bei 9 Volt Betriebsspannung Bild 8
Messpunkt 2 bei 9 Volt Betriebsspannung und Stromaufnahme von 821 mA Bild 9
So sieht die Schaltung aufgebaut aus, leider ist die Funktion nur eingeschränkt gewährleistet wenn ich die Betriebsspannung auf ungefähr 14 Volt erhöhe. Ab 14 Volt sieht mann wie ein Funke zwischen Primär und Sekundärspule überspringt . Es muss also noch daran gearbeitet werden, die Spule besser zu isolieren oder aber durch eine Änderung der Anzahl der Windungen die Spannung zu verringern. Bild 10
Empfänger
Mit diesen kleinen Empfänger kann man die vom Sender aussendende Energie auffangen ,wenn die Resonanz der Spule parallel zum Kondensator die gleiche Resonanzfrequenz wie der Sender besitzt auch noch in einigen Zentimeter Abstand sichtbar machen. Die Spule mit Kondensator stellt einen Schwingkreis dar der mit der gleichen Frequenz schwingt wie der Sender. Die aufgefangene Energie in Form einer 1,8843 MHz Schwingung wird mit einer Germaniumdiode gleichgerichtet und mit dem nach folgenden Elko geglättet und dann mit der Leuchtdiode angezeigt. Wenn der Sender nur mit 5 Volt betrieben wird, leuchtet die Diode noch in einigen Zentimeter Abstand. Eine Germaniumdiode deshalb , weil sie eine geringere Durchlassspannung hat als eine Silizium Diode und so mit einen geringeren Spannungsabfall die bessere Wahl zu einer Siliziumdiode ist.
Weil der Empfänger nicht auf der richtigen Resonanzfrequenz empfängt hab ich den Kondensator von 88 auf 77p veringert. Damit komm ich näher an die Frequenz ran , ist aber immer noch nicht genau. Der Sender arbeitet bei 5 Volt Betriebsspannung auf einer Frequenz von 1,893100 MHz. Bei Empfänger lieg ich bei etwa 1,813840 MHz.
Mache also den Versuch eines 2. Empfängers, diesmal mit einer veränderlichen Kapazität. Damit ist dann die Empfangsfrequenz rechnerisch im Bereich von 1,77233-1,96622 MHz einstellbar.

Aktualisiert 10.09.2022