Безжичното предаване за доставка на електричество има способността да осигури голям напредък в индустрии и приложения, които разчитат на физическия контакт на конектора. Това от своя страна може да бъде ненадеждно и да доведе до повреда. Безжичното предаване на енергия е демонстрирано за първи път от Никола Тесла през 1890 г. Въпреки това, едва през последното десетилетие технологията беше използвана до степен, в която предлага реални, осезаеми ползи за приложения в реалния свят. По-специално, развитието на резонансни безжични захранващи системи за пазара на потребителска електроника показа, че индуктивното зареждане носи нови нива на удобство за милиони ежедневни устройства.
Въпросната сила е широко известна с много термини. Включително индуктивно предаване, комуникация, резонансна безжична мрежа и същото връщане на напрежението. Всяко от тези условия по същество описва един и същ фундаментален процес. Безжично предаване на електричество или мощност от източника на захранване към напрежението на товара без конектори през въздушна междина. Основата е две намотки - предавател и приемник. Първият се възбужда от променлив ток, за да генерира магнитно поле, което от своя страна индуцира напрежение във втория.
Как работи въпросната система?
Основите на безжичното захранване включват разпределяне на енергия от предавател към приемник чрез осцилиращо магнитно поле. За да се постигне това, постоянният ток, подаван от захранването, се преобразува във високочестотен променлив ток. Използване на специално проектирана електроника, вградена в предавателя. Променливият ток активира намотка от медна жица в дозатора, която генерира магнитно поле. Когато втората (приемаща) намотка е поставена в непосредствена близост. Магнитното поле може да индуцира променлив ток в приемната бобина. Електрониката в първото устройство след това преобразува променливотоковия ток обратно в постоянен ток, което се превръща във входна мощност.
Верига за безжично предаване на енергия
"Мрежовото" напрежение се преобразува в AC сигнал, който след това се изпраща към бобината на предавателя чрез електронна схема. Тече през намотката на разпределителя индуцира магнитно поле. Това от своя страна може да се разпространи към приемната намотка, която е в относителна близост. След това магнитното поле генерира ток, който протича през намотката на приемника. Процесът, чрез който енергията се разпространява между предавателната и приемащата намотки, също се нарича магнитно или резонансно свързване. И това се постига с помощта на двете намотки, работещи на една и съща честота. Токът, протичащ в бобината на приемника, се преобразува в постоянен ток от веригата на приемника. След това може да се използва за захранване на устройството.
Какво означава резонанс?
Разстоянието, на което може да се предаде енергия (или мощност), се увеличава, ако намотките на предавателя и приемника резонират на една и съща честота. Точно както камертонът трепти на определена височина и може да достигне максимална амплитуда. Това се отнася до честотата, с която даден обект естествено вибрира.
Предимства на безжичното предаване
Какви са предимствата? Професионалисти:
- Намалява разходите, свързани с поддържането на прави конектори (като например в традиционния индустриален контактен пръстен);
- по-голямо удобство при зареждане на обикновени електронни устройства;
- сигурно прехвърляне към приложения, които трябва да останат херметически затворени;
- електрониката може да бъде напълно скрита, намалявайки риска от корозия от елементи като кислород и вода;
- Надеждно и постоянно захранване на въртящо се, високомобилно индустриално оборудване;
- Осигурява надежден трансфер на енергия към критични системи във мокра, мръсна и движеща се среда.
Независимо от приложението, премахването на физическата връзка осигурява редица предимства пред традиционните кабелни конектори за захранване.
Ефективност на въпросния енергиен трансфер
Цялостната ефективност на една безжична захранваща система е най-важният фактор при определяне на нейната производителност. Ефективността на системата измерва количеството мощност, прехвърлено между източника на захранване (т.е. стенен контакт) и приемащото устройство. Това от своя страна определя аспекти като скорост на зареждане и обхват на разпространение.
Системите за безжична комуникация варират в зависимост от тяхното ниво на ефективност въз основа на фактори като конфигурация и дизайн на бобина, разстояние на предаване. По-малко ефективно устройство ще генерира повече емисии и ще доведе до по-малко мощност, преминаваща през приемащото устройство. Обикновено технологиите за безжично предаване на енергия за устройства като смартфони могат да постигнат 70% производителност.
Как се измерва ефективността?
В смисъл, като количеството мощност (в проценти), което се предава от източника на енергия към приемащото устройство. Тоест безжичното предаване на енергия за смартфон с ефективност от 80% означава, че 20% от входната мощност се губи между контакта и батерията за зарежданата джаджа. Формулата за измерване на оперативната ефективност е: производителност = изходящ постоянен ток, разделено на входящ, полученият резултат се умножава по 100%.
Безжични методи за пренос на електричество
Мощността може да се разпространява през въпросната мрежа през почти всички неметални материали, включително, но не само. Те включват твърди вещества като дърво, пластмаса, текстил, стъкло и тухли, както и газове и течности. Когато метален или електропроводим материал (т.е. е поставен в непосредствена близост до електромагнитно поле, обектът абсорбира енергия от него и в резултат се нагрява. Това от своя страна влияе върху ефективността на системата. Ето как работи индукционното готвене , например, неефективният трансфер на мощност от котлона създава топлина за готвене.
За да се създаде безжична система за пренос на енергия, е необходимо да се върнем към произхода на разглежданата тема. Или по-точно на успешния учен и изобретател Никола Тесла, който създаде и патентова генератор, способен да поеме ток без различни материалистични проводници. И така, за да се реализира една безжична система, е необходимо да се сглобят всички важни елементи и части, в резултат на което ще се реализира малка.Това е устройство, което създава електрическо полевисоко напрежение във въздуха около него. В същото време има малка входна мощност, осигурява безжичен трансфер на енергия на разстояние.
Един от най-важните методи за пренос на енергия е индуктивното свързване. Използва се главно за близко поле. Характеризира се с това, че при преминаване на ток през единия проводник се индуцира напрежение в краищата на другия. Преносът на мощност се осъществява чрез реципрочност между двата материала. Общ пример- това е трансформатор. Предаването на микровълнова енергия като идея е разработено от Уилям Браун. Цялата концепция включва преобразуване на променливотоково захранване в радиочестотно захранване и предаването му в пространството и повторното му предаване в променливотоково захранване в приемника. В тази система напрежението се генерира с помощта на източници на микровълнова енергия. Като например клистрона. И тази мощност се предава през вълновод, който предпазва от отразена мощност. А също и тунер, който съгласува импеданса на микровълновия източник с други елементи. Приемната секция се състои от антена. Той приема микровълнова мощност и верига за съгласуване на импеданс и филтър. Тази приемна антена, заедно с изправителното устройство, може да бъде дипол. Съответства на изходния сигнал с подобно звуково известяване на токоизправителя. Приемният блок също се състои от подобна секция, състояща се от диоди, които се използват за преобразуване на сигнала в DC аларма. Тази система за предаване използва честоти в диапазона от 2 GHz до 6 GHz.
Безжично предаване на електроенергия с помощта на генератор, използващ подобни магнитни трептения. Долната линия е, че това устройство работи благодарение на три транзистора.
Използване на лазерен лъч за предаване на енергия под формата на светлинна енергия, която се преобразува в електрическа енергия в приемащия край. Самият материал получава енергия от източници като Слънцето или друг генератор на електричество. И съответно реализира фокусирана светлина с висок интензитет. Размерът и формата на лъча се определят от комплекта оптика. И тази предавана лазерна светлина се приема от фотоволтаични клетки, които я преобразуват в електрически сигнали. Обикновено използва оптични кабели за предаване. Както в основна слънчева енергийна система, приемникът, използван при лазерно базирано разпространение, е масив от фотоволтаични клетки или слънчев панел. Те от своя страна могат да преобразуват движението в електричество.
Основни характеристики на устройството
Мощността на намотката на Tesla идва от процес, наречен електромагнитна индукция. Тоест променящото се поле създава потенциал. Той предизвиква протичане на ток. Когато електричеството протича през намотка от тел, то генерира магнитно поле, което изпълва зоната около намотката по определен начин. За разлика от някои други експерименти с високо напрежение, намотката на Тесла издържа много тестове и изпитания. Процесът беше доста трудоемък и отнема много време, но резултатът беше успешен и затова беше успешно патентован от учения. Можете да създадете такава бобина, ако имате определени компоненти. За изпълнение ще ви трябват следните материали:
- дължина 30 см PVC (колкото по-дълго, толкова по-добре);
- емайлирана медна жица (вторична жица);
- брезова дъска за основа;
- транзистор 2222A;
- свързващ (първичен) проводник;
- резистор 22 kOhm;
- ключове и свързващи проводници;
- батерия 9 волта.
Етапи на внедряване на устройството Tesla
Първо трябва да поставите малък прорез горна часттръба, за да увиете единия край на жицата. Навийте намотката бавно и внимателно, като внимавате да не припокривате проводниците или да създавате празнини. Тази стъпка е най-трудната и досадна част, но отделеното време ще произведе много висококачествена и добра макара. На всеки 20 или повече завъртания около намотката се поставят пръстени от маскираща лента. Те действат като бариера. В случай, че намотката започне да се разплита. Когато приключите, трябва да го увиете дебела лентаоколо горната и долната част на намотката и я напръскайте с 2 или 3 слоя емайл.
След това трябва да свържете първичната и вторичната батерия към батерията. След това включете транзистора и резистора. По-малката намотка е първичната намотка, а по-дългата намотка е вторичната намотка. Можете допълнително да монтирате алуминиева сфера на върха на тръбата. Също така свържете отворения край на вторичния към добавения, който ще действа като антена. Всичко трябва да бъде изградено с голямо внимание, за да се избегне докосването на вторичното устройство при захранване.
Ако се използва самостоятелно, съществува риск от пожар. Трябва да завъртите ключа, да инсталирате лампа с нажежаема жичка до устройството за безжично предаване на енергия и да се насладите на светлинното шоу.
Безжично предаване чрез слънчева енергийна система
Традиционните конфигурации за внедряване на кабелна енергия обикновено изискват кабели между разпределени устройства и потребителски модули. Това създава много ограничения, като например разходите за системен кабел. Загуби, възникнали при пренос. А също и отпадъци при разпространение. Самото съпротивление на преносната линия води до загуба на около 20-30% от генерираната енергия.
Една от най-модерните системи за безжичен пренос на енергия се базира на преноса на слънчева енергия микровълнова печкаили лазерен лъч. Сателитът е поставен в геостационарна орбита и се състои от фотоволтаични клетки. Те преобразуват слънчевата светлина в електрически ток, който се използва за захранване на микровълнов генератор. И съответно реализира силата на микровълните. Това напрежение се предава чрез радиокомуникация и се приема в базовата станция. Това е комбинация от антена и токоизправител. И се преобразува обратно в електричество. Изисква AC или DC захранване. Сателитът може да предава до 10 MW радиочестотна мощност.
Ако говорим за DC разпределителна система, тогава дори това е невъзможно. Тъй като това изисква конектор между захранването и устройството. Има картина: система, напълно лишена от кабели, където можете да получите AC захранване в домовете без никакви допълнителни устройства. Където е възможно да зареждате мобилния си телефон, без да се налага да се свързвате физически към контакт. Разбира се, такава система е възможна. И много съвременни изследователи се опитват да създадат нещо модернизирано, докато изучават ролята на разработването на нови методи за безжично предаване на електричество на разстояние. Въпреки че от гледна точка на икономическия компонент няма да е напълно изгодно за държавите, ако такива устройства бъдат въведени навсякъде и стандартното електричество се замени с естествено електричество.
Произход и примери за безжични системи
Тази концепция всъщност не е нова. Цялата тази идея е разработена от Николас Тесла през 1893 г. Когато той разработи система за осветяване на вакуумни тръби, използвайки техники за безжично предаване. Невъзможно е да си представим, че светът би съществувал без различни източници на зареждане, които се изразяват в материална форма. Да направи възможно мобилните телефони, домашните роботи, MP3 плейърите, компютрите, лаптопите и други преносими джаджи да се зареждат самостоятелно, без допълнителни връзки, освобождавайки потребителите от постоянни кабели. Някои от тези устройства може дори да не изискват голямо количествоелементи. Историята на безжичния пренос на енергия е доста богата, най-вече благодарение на разработките на Tesla, Volta и др., но днес това остават само данни във физическата наука.
Основният принцип е да се преобразува променлив ток в постоянно напрежение с помощта на токоизправители и филтри. И след това - да се върнете към първоначалната стойност при висока честота с помощта на инвертори. Това променливотоково захранване с ниско напрежение и големи колебания след това се прехвърля от първичния трансформатор към вторичния. Преобразува в постоянно напрежение с помощта на токоизправител, филтър и регулатор. AC сигналът става директен поради звука на тока. А също и използването на секцията на мостовия токоизправител. Полученият DC сигнал преминава през намотка за обратна връзка, която действа като осцилаторна верига. В същото време той принуждава транзистора да го провежда в първичния преобразувател в посока отляво надясно. Когато токът преминава през намотката за обратна връзка, съответният ток протича към първичната част на трансформатора в посока отдясно наляво.
Ето как работи ултразвуковият метод за пренос на енергия. Сигналът се генерира през първичния преобразувател за двата полупериода на AC алармата. Честотата на звука зависи от количествените показатели на трептенията на генераторните вериги. Този AC сигнал се появява на вторичната намотка на трансформатора. И когато е свързан към първичния преобразувател на друг обект, променливотоковото напрежение е 25 kHz. През него се появява показание в понижаващия трансформатор.
Това AC напрежение се изравнява с помощта на мостов токоизправител. След това се филтрира и регулира, за да се получи 5V изход за задвижване на светодиода. Изходното напрежение от 12 V от кондензатора се използва за захранване на DC мотора на вентилатора, за да го управлява. Така че от гледна точка на физиката преносът на електроенергия е доста развита област. Въпреки това, както показва практиката, безжичните системи не са напълно разработени и подобрени.
Основи на безжичното зареждане
Безжично предаване електрическа енергия(WPT) ни дава шанс да избягаме от тиранията на захранващите кабели. Тази технология вече прониква във всички видове устройства и системи. Нека я разгледаме!
Безжичен начин
Повечето модерни домове и търговски сгради се захранват с променлив ток. Електрическите централи генерират електричество с променлив ток, което се доставя до домовете и предприятията с помощта на електропроводи с високо напрежение и понижаващи трансформатори.
Електричеството отива към разпределителното табло, а след това кабелите пренасят електричеството до оборудването и устройствата, които използваме всеки ден: осветителни тела, кухненски уреди, зарядни устройства и т.н.
Всички компоненти са стандартизирани. Всяко устройство, класифицирано за стандартен ток и напрежение, ще работи от всеки контакт в цялата страна. Въпреки стандартите различни странии се различават едно от друго, в определена електрическа система всяко устройство ще работи в съответствие със стандартите на тази система.
Кабел тук, кабел там... Повечето от нашите електрически уреди имат AC захранващ кабел.
Технология за безжично предаване на енергия
Безжичният пренос на енергия (WPT) позволява захранването да се доставя през въздушна междина без необходимост от електрически кабели. Безжичното предаване на енергия може да осигури променливотоково захранване към съвместими батерии или устройства без физически съединители или кабели. Безжичното предаване на електрическа енергия може да осигури зареждане на мобилни телефони и таблети, безпилотни летателни апарати, автомобили и друго транспортно оборудване. Може дори да направи възможно предаването на електричество, генерирано от слънчеви панели, безжично в космоса.
Безжичното предаване на електрическа енергия започна своето бързо развитие в областта на потребителската електроника, заменяйки кабелните зарядни устройства. На CES 2017 ще бъдат показани много устройства, използващи безжично предаване на енергия.
Концепцията за безжично предаване на електрическа енергия обаче възниква около 1890-те години. Никола Тесла, в лабораторията си в Колорадо Спрингс, може да запали електрическа крушка безжично, използвайки електродинамична индукция (използвана в резонансен трансформатор).
Три електрически крушки, поставени на 60 фута (18 метра) от източника на захранване, бяха запалени и демонстрацията беше документирана. Тесла имаше големи планове; той се надяваше, че неговата кула Wardenclyffe, разположена на Лонг Айлънд, ще предава електрическа енергия безжично през Атлантическия океан. Това така и не се случи поради различни проблеми, включително финансиране и време.
Безжичното предаване на електрическа енергия използва полета, създадени от заредени частици, за пренос на енергия през въздушна междина между предаватели и приемници. Въздушната междина е късо съединение чрез преобразуване на електрическа енергия във форма, която може да се предава по въздуха. Електрическата енергия се преобразува в променливо поле, предава се по въздуха и след това се преобразува в използваем електрически ток от приемник. В зависимост от мощността и разстоянието електрическата енергия може да се предава ефективно чрез електрическо поле, магнитно поле или електромагнитни вълни, като радиовълни, микровълнова радиация или дори светлина.
Следващата таблица изброява различните технологии за безжичен пренос на електрическа енергия, както и формите на пренос на енергия.
| технология | Носител на електрическа енергия | Какво позволява пренос на електрическа енергия |
|---|---|---|
| Индуктивно свързване | Магнитни полета | Навивки на тел |
| Резонансно индуктивно свързване | Магнитни полета | Трептящи вериги |
| Капацитивен куплунг | Електрически полета | Двойки проводими плочи |
| Магнитодинамично свързване | Магнитни полета | Въртене на постоянни магнити |
| Микровълново лъчение | Микровълнови вълни | Фазирани параболични антенни решетки |
| Оптично излъчване | Видима светлина / инфрачервено лъчение / ултравиолетово лъчение | Лазери, фотоклетки |
Qi зареждане, отворен стандарт за безжично зареждане
Въпреки че някои от компаниите, обещаващи безжично захранване, все още работят върху своите продукти, стандартът за зареждане Qi (произнася се „чи“) вече съществува и устройствата, които го използват, вече са налични. Консорциумът за безжична мощност (WPC), създаден през 2008 г., разработи стандарта Qi за зареждане на батерии. Този стандарт поддържа както индуктивни, така и резонансни технологии за зареждане.
Индуктивното зареждане прехвърля електрическа енергия между индуктори в предавател и приемник, разположени на близко разстояние. Индуктивните системи изискват индукторите да са в непосредствена близост и подравнени един спрямо друг; Обикновено устройствата са в пряк контакт с подложката за зареждане. Резонансното зареждане не изисква внимателно подравняване и зарядните устройства могат да открият и заредят устройство на разстояние до 45 mm; по този начин резонансните зарядни устройства могат да бъдат вградени в мебели или инсталирани между рафтове.
Наличието на логото Qi означава, че устройството е регистрирано и сертифицирано от WPC.
В началото Qi зареждането имаше малка мощност, около 5 W. Първите смартфони, използващи Qi зареждане, се появиха през 2011 г. През 2015 г. мощността на зареждане Qi се увеличи до 15 W, което позволява бързо зареждане на устройства.
Следната фигура от Texas Instruments показва какво покрива стандартът Qi.
Гарантирано е, че са съвместими с Qi само устройства, които са изброени в базата данни за регистрация на Qi. В момента съдържа повече от 700 продукта. Важно е да се разбере, че продуктите, носещи логото Qi, са тествани и сертифицирани; и магнитните полета, използвани от тези устройства, няма да причинят проблеми за чувствителни устройства като мобилни телефони или електронни паспорти. Регистрираните устройства ще бъдат гарантирани за работа с регистрирани зарядни устройства.
Физика на безжичното предаване на електрическа енергия
Безжичното предаване на електрическа енергия за битови устройства е нова технология, но принципите, заложени в нея, са известни отдавна. Когато са включени електричество и магнетизъм, уравненията на Максуел все още се управляват и предавателите изпращат енергия към приемниците по същия начин, както при други форми на безжична комуникация. Безжичното предаване на енергия обаче се различава от тях по основната си цел, която е да пренася самата енергия, а не кодираната в нея информация.
Електромагнитните полета, участващи в безжичното предаване на електрическа енергия, могат да бъдат доста силни и следователно трябва да се вземе предвид безопасността на хората. Излагането на електромагнитно излъчване може да причини проблеми, а също така съществува възможност полетата, генерирани от предаватели на електрическа енергия, да попречат на работата на носими или имплантирани медицински устройства.
Предавателите и приемниците се вграждат в устройства за безжичен пренос на електрическа енергия по същия начин, както и батериите, които ще се зареждат от тях. Действителните модели на преобразуване ще зависят от използваната технология. В допълнение към самото предаване на електроенергия, WPT системата трябва да осигурява комуникация между предавателя и приемника. Това гарантира, че приемникът може да уведоми зарядното устройство, че батерията е напълно заредена. Комуникацията също така позволява на предавателя да открие и идентифицира приемника, за да регулира количеството мощност, изпратено към товара, както и да наблюдава, например, температурата на батерията.
При безжичното предаване на електрическа енергия изборът между близко или далечно поле има значение. Технологиите за предаване, количеството енергия, което може да бъде предадено, и изискванията за разстояние влияят върху това дали системата ще използва радиация в близко поле или радиация в далечно поле.
Точките, за които разстоянието от антената е значително по-малко от една дължина на вълната, са в близката зона. Енергията в близкото поле е неизлъчваща, а трептенията на магнитното и електрическото поле са независими едно от друго. Капацитивното (електрическо) и индуктивното (магнитно) свързване могат да се използват за пренос на енергия към приемник, разположен в близкото поле на предавателя.
Точки, за които разстоянието от антената е по-голямо от около две дължини на вълната, са в далечното поле (има преходна област между близкото и далечното поле). Енергията на далечното поле се предава под формата на обикновено електромагнитно излъчване. Преносът на енергия в далечно поле се нарича още енергиен лъч. Примери за предаване в далечно поле са системи, които използват лазери с висока мощност или микровълново лъчение за предаване на енергия на дълги разстояния.
Къде работи безжичното предаване на енергия (WPT)?
Всички WPT технологии в момента са в процес на активно изследване, като повечето са фокусирани върху максимизиране на ефективността на преноса на мощност и проучване на технологии за свързване с магнитен резонанс. Освен това най-амбициозните идеи са помещенията да бъдат оборудвани с WPT система, в която човек да бъде, а устройствата, които носи, да се зареждат автоматично.
Екология на потреблението Технологии: Учени от американската изследователска лаборатория Disney разработиха метод за безжично зареждане, който прави кабелите и зарядните устройства ненужни.
Днешните смартфони, таблети, лаптопи и други преносими устройства имат огромна мощност и производителност. Но освен всички предимства на мобилната електроника, тя има и недостатък - постоянната нужда от презареждане чрез кабели. Въпреки цялата нова технология на батериите, тази необходимост намалява удобството на устройствата и ограничава тяхното движение.
Учените от американската изследователска лаборатория на Дисни намериха решение на този проблем. Те разработиха метод за безжично зареждане, който направи кабелите и зарядните устройства ненужни. Освен това техният метод ви позволява едновременно да зареждате не само джаджи, но и например домакински уреди и осветление.
„Нашите иновативен методправи електрическия ток толкова повсеместен, колкото Wi-Fi“, казва Алансън Семпъл, един от директорите на лабораторията и неин водещ учен. „Това отваря пътя за по-нататъшно развитие на роботиката, което преди беше ограничено от капацитета на батерията. Досега сме демонстрирали работата на инсталацията в малко помещение, но няма пречки да увеличим капацитета й до размерите на склад.“
Система за безжично предаване на електроенергия е разработена през 1890 г. от известния учен Никола Тесла, но изобретението не е получило масово разпространение. Днешните системи за безжично предаване на енергия работят главно в изключително ограничени пространства.
Методът, наречен квазистатичен кухинен резонанс (QSCR), включва прилагане на ток към стените, пода и тавана на помещението. Те от своя страна генерират магнитни полета, които действат върху приемник, съдържащ намотка, свързана към зарежданото устройство. Генерираната по този начин електроенергия се прехвърля към батерията, като преди това е преминала през кондензатори, които изключват влиянието на други полета.
Тестовете показват, че по този начин могат да бъдат предадени до 1,9 киловата мощност през обикновена електрическа мрежа. Тази енергия е достатъчна за едновременно зареждане на до 320 смартфона. Освен това, според учените, подобна технология не е скъпа и лесно може да се установи комерсиално производство.
Тестовете се проведоха в специално създадено помещение от алуминиеви конструкции с размери 5 на 5 метра. Проба подчерта, че металните стени може да не са необходими в бъдеще. Ще бъде възможно да се използват проводими панели или специална боя.
Разработчиците твърдят, че техният метод за предаване на енергия във въздуха не представлява заплаха за човешкото здраве или други живи същества. Безопасността им се осигурява от дискретни кондензатори, които действат като изолатор срещу потенциално опасни електрически полета. публикувани
Безжичното електричество е известно от 1831 г., когато Майкъл Фарадей открива явлението електромагнитна индукция. Той експериментално установи, че променящо се магнитно поле, генерирано от електрически ток, може да индуцира електрически ток в друг проводник. Бяха проведени множество експерименти, благодарение на които се появи първият електрически трансформатор. Въпреки това, само Никола Тесла успя да преведе напълно идеята за предаване на електричество на разстояние в практическо приложение.
На Световното изложение в Чикаго през 1893 г. той демонстрира безжичното предаване на електричество чрез запалване на фосфорни крушки, които са раздалечени. Тесла демонстрира много варианти за предаване на електричество без кабели, мечтаейки, че в бъдеще тази технология ще позволи на хората да предават енергия на дълги разстояния в атмосферата. Но по това време това изобретение на учения се оказа непотърсено. Само век по-късно Intel и Sony, а след това и други компании, се заинтересуваха от технологиите на Никола Тесла.
Как работи
Безжичното електричество буквално се отнася до предаване на електрическа енергия без кабели. Тази технология често се сравнява с предаването на информация, като Wi-Fi, мобилни телефони и радиостанции. Безжичното електричество е сравнително нова и динамично развиваща се технология. Днес се разработват методи за безопасно и ефективно предаване на енергия на разстояние без прекъсване.
Технологията се основава на магнетизма и електромагнетизма и се основава на редица прости принципи на работа. На първо място, това се отнася до наличието на две намотки в системата.
- Системата се състои от предавател и приемник, които заедно генерират променливо магнитно поле с променлив ток.
- Това поле създава напрежение в бобината на приемника, например за зареждане на батерия или захранване на мобилно устройство.
- Когато електрическият ток се изпраща през проводник, около кабела се появява кръгло магнитно поле.
- На намотка от тел, която не получава електрически ток директно, електрическият ток ще започне да тече от първата намотка през магнитното поле, включително втората намотка, осигурявайки индуктивно свързване.
Принципи на трансфер
Доскоро магнитно-резонансната система CMRS, създадена през 2007 г. в Масачузетския технологичен институт, се смяташе за най-модерната технология за пренос на електричество. Тази технология осигурява предаване на ток на разстояние до 2,1 метра. Няколко ограничения обаче попречиха на пускането му в масово производство, например висока честота на предаване, големи размери, сложна конфигурация на бобина, както и висока чувствителност към външни смущения, включително човешко присъствие.
Учени от Южна Корея обаче създадоха нов предавател на електричество, който ще предава енергия до 5 метра. И всички устройства в стаята ще се захранват от един хъб. Резонансната система от DCRS диполни намотки е в състояние да работи до 5 метра. Системата няма редица недостатъци на CMRS, включително използването на доста компактни бобини с размери 10x20x300 cm, които могат да бъдат дискретно монтирани в стените на апартамент.
Експериментът направи възможно предаването на честота от 20 kHz:
- 209 W на 5 m;
- 471 W на 4 m;
- 1403 W на 3 m.
Безжичното електричество ви позволява да захранвате модерни големи LCD телевизори, които изискват 40 W, на разстояние от 5 метра. Единственото, което ще се „изпомпва“ от електрическата мрежа, е 400 вата, но няма да има кабели. Електромагнитната индукция осигурява висока ефективност, но на кратко разстояние.
Има и други технологии, които ви позволяват да предавате електричество безжично. Най-обещаващите от тях са:
- Лазерно лъчение . Осигурява мрежова сигурност, както и по-голям обхват. Изисква се обаче пряка видимост между приемника и предавателя. Вече са създадени работещи инсталации, използващи захранване от лазерен лъч. Lockheed Martin, американски производител военна техникаи самолети, тестваха безпилотния летателен апарат Stalker, който се захранва с лазерен лъч и остава във въздуха 48 часа.
- Микровълново лъчение . Осигурява дълъг обхват, но има висока цена на оборудването. Като предавател на електричество се използва радиоантена, която създава микровълново излъчване. Приемното устройство има ректена, която преобразува полученото микровълново лъчение в електрически ток.
Тази технология позволява значително отдалечаване на приемника от предавателя и няма директна нужда от пряка видимост. Но с увеличаване на обхвата цената и размерът на оборудването се увеличават пропорционално. В същото време микровълновото излъчване с висока мощност, генерирано от инсталацията, може да бъде вредно за околната среда.
Особености
- Най-реалистичната от технологиите е безжичното електричество, базирано на електромагнитна индукция. Но има ограничения. Работи се за мащабиране на технологията, но тук възникват проблеми с безопасността на здравето.
- Технологиите за пренос на електроенергия чрез ултразвук, лазерно и микровълново лъчение също ще се развиват и също ще намерят своите ниши.
- Сателитите в орбита с огромни слънчеви панели изискват различен подход, изискващ целево предаване на електроенергия. Лазерът и микровълновата са подходящи тук. В момента няма идеално решение, но има много опции със своите плюсове и минуси.
- В момента най-големите производители на телекомуникационно оборудване са се обединили в Wireless Electromagnetic Energy Consortium, за да създадат световен стандарт за безжични зарядни устройства, които работят на принципа на електромагнитната индукция. От големите производители поддръжката на стандарта QI на редица техни модели се осигурява от Sony, Samsung, Nokia, Motorola Mobility, LG Electronics, Huawei и HTC. Скоро QI ще стане унифициран стандарт за всички подобни устройства. Благодарение на това ще бъде възможно да се създадат зони за безжично зареждане на джаджи в кафенета, транспортни възли и други обществени места.
Приложение
- Микровълнов хеликоптер. Моделът на хеликоптера имаше ректена и се издигаше на 15 м височина.
- Безжичното електричество се използва за захранване на електрически четки за зъби. Четка за зъбиКорпусът е напълно запечатан и няма конектори, което избягва токов удар.
- Захранване на самолети с помощта на лазери.
- Системи за безжично зареждане на мобилни устройства, които могат да се използват всеки ден, се появиха в продажба. Те работят на базата на електромагнитна индукция.
- Универсална подложка за зареждане. Те ви позволяват да захранвате повечето популярни модели смартфони, които не са оборудвани с модул за безжично зареждане, включително обикновени телефони. В допълнение към самата подложка за зареждане, ще трябва да закупите калъф за приемник за притурката. Свързва се към смартфон чрез USB порт и се зарежда през него.
- В момента на световния пазар се продават над 150 устройства до 5 вата, които поддържат стандарта QI. В бъдеще ще се появи оборудване със средна мощност до 120 вата.
Перспективи
Днес се работи по големи проекти, които ще използват безжично електричество. Това е захранване за електрически превозни средства "по въздуха" и битови електрически мрежи:
- Гъста мрежа от точки за зареждане на автомобили ще позволи намаляване на батериите и значително намаляване на цената на електрическите превозни средства.
- Във всяка стая ще бъдат монтирани захранвания, които ще предават електричество на аудио и видео техника, джаджи и домакински уреди, оборудвани с подходящи адаптери.
Предимства и недостатъци
Безжичното електричество има следните предимства:
- Не са необходими захранвания.
- Пълна липса на проводници.
- Елиминирайте нуждата от батерии.
- Необходима е по-малко поддръжка.
- Огромни перспективи.
Недостатъците също включват:
- Недостатъчно развитие на технологиите.
- Ограничен от разстояние.
- Магнитните полета не са напълно безопасни за хората.
- Висока цена на оборудването.
Човечеството се стреми напълно да се откаже от жиците, тъй като според мнозина те ограничават възможностите и не позволяват на човек да действа напълно свободно. Какво ще стане, ако беше възможно да се направи същото в случай на пренос на електроенергия? Можете да намерите отговора на този въпрос в този преглед, който е посветен на видео за производството на домашна конструкция, която в малък размер представлява възможността за предаване на електричество без директно свързване на проводници.
Ще ни трябва:
- меден проводник с малък диаметър с дължина 7 m;
- цилиндър с диаметър 4 см;
- АА батерия;
- акумулаторна кутия;
- резистор 10 Ohm;
- транзистор C2482;
- Светодиод.
Взимаме тел с дължина 4 метра и я прегъваме наполовина, така че в единия край да останат два проводника, а в другия - огънатата част.
Взимаме един проводник, огъваме го във всяка посока и започваме да го навиваме върху цилиндъра.
Стигайки до средата, ние също оставяме двойната жица във всяка посока и продължаваме да навиваме, докато остане малко парче, което също трябва да се остави.
Полученият пръстен с три края трябва да бъде изваден от цилиндъра и закрепен с изолационна лента.
Сега вземаме второто парче кабел с дължина 3 м и го навиваме по обичайния начин. Тоест, в този случай трябва да получим не три края, както в случая с предишната намотка, а два.
Отново закрепваме получения пръстен с електрическа лента.
Краищата на жицата трябва да бъдат почистени, тъй като са покрити със защитен слой лак.
За да опростим процеса на сглобяване на домашен продукт, представяме на вашето внимание схемата на свързване на автора.
Диаграмата показва, че намотка с три изхода е предназначена за свързване на захранването на резистора и транзистора, а към втората намотка, която има два края, трябва да бъде прикрепен светодиод.
По този начин можете да получите напълно ефектен и интересен домашен продукт, който, ако желаете, може да бъде модернизиран и направен по-мощен, като добавите броя на завоите и експериментирате. Обръщаме внимание и на факта, че светването на LED лампата, която служи и като тестер, зависи от страната на доближаване на бобините една до друга. Това означава, че ако светлината не светне при първото представяне, трябва да опитате да обърнете намотката и да го направите отново.