انتقال برق بی سیم DIY. ما انتقال بی سیم برق را انجام می دهیم. رزونانس به چه معناست

انتقال بی سیم برای تحویل برق توانایی ارائه پیشرفت های عمده در صنعت و کاربردهایی را دارد که به تماس فیزیکی یک کانکتور بستگی دارد. به نوبه خود، می تواند غیر قابل اعتماد باشد و منجر به شکست شود. انتقال برق بی سیم اولین بار توسط نیکولا تسلا در دهه 1890 نشان داده شد. با این حال، تنها در دهه گذشته است که فناوری تا حدی مورد استفاده قرار گرفته است که مزایای واقعی و ملموس را برای برنامه های کاربردی در دنیای واقعی ارائه می دهد. به طور خاص، توسعه یک سیستم قدرت بی سیم رزونانس برای بازار لوازم الکترونیکی مصرفی نشان داده است که شارژ القایی سطوح جدیدی از راحتی را برای میلیون ها دستگاه روزمره به ارمغان می آورد.

قدرت مورد بحث به طور گسترده با اصطلاحات بسیاری شناخته شده است. از جمله انتقال القایی، ارتباط، شبکه بی سیم رزونانس و همان بازگشت ولتاژ. هر یک از این شرایط اساساً فرآیند اساسی یکسانی را توصیف می کند. انتقال بی سیم برق یا نیرو از منبع تغذیه به بارگذاری ولتاژ بدون اتصال دهنده از طریق شکاف هوا. اساس دو سیم پیچ است - یک فرستنده و یک گیرنده. اولی توسط یک جریان متناوب برای تولید یک میدان مغناطیسی تحریک می شود که به نوبه خود ولتاژی را در دومی القا می کند.

نحوه عملکرد سیستم مورد نظر

اصول اولیه برق بی سیم شامل توزیع توان از فرستنده به گیرنده از طریق یک میدان مغناطیسی نوسانی است. برای رسیدن به این هدف، جریان مستقیم عرضه شده توسط منبع تغذیه به جریان متناوب فرکانس بالا تبدیل می شود. با وسایل الکترونیکی طراحی شده ویژه که در فرستنده تعبیه شده است. جریان متناوب سیم پیچی از سیم مسی را در دیسپنسر فعال می کند که میدان مغناطیسی ایجاد می کند. هنگامی که سیم پیچ دوم (دریافت کننده) در مجاورت نزدیک قرار می گیرد. میدان مغناطیسی می تواند جریان متناوب را در سیم پیچ دریافت کننده القا کند. سپس قطعات الکترونیکی در اولین دستگاه، جریان متناوب را به DC تبدیل می‌کند که به ورودی برق تبدیل می‌شود.

طرح انتقال برق بی سیم

ولتاژ اصلی به سیگنال AC تبدیل می شود و سپس از طریق یک مدار الکترونیکی به سیم پیچ فرستنده ارسال می شود. جریان از طریق سیم پیچ توزیع کننده، باعث ایجاد میدان مغناطیسی می شود. به نوبه خود می تواند به سیم پیچ گیرنده که در مجاورت نسبی قرار دارد گسترش یابد. سپس میدان مغناطیسی جریانی را ایجاد می کند که از سیم پیچ دستگاه گیرنده عبور می کند. فرآیندی که توسط آن انرژی بین سیم پیچ های فرستنده و گیرنده توزیع می شود به عنوان جفت مغناطیسی یا رزونانسی نیز نامیده می شود. و با کمک هر دو سیم پیچ که در فرکانس یکسان کار می کنند به دست می آید. جریان جاری در سیم پیچ گیرنده توسط مدار گیرنده به DC تبدیل می شود. سپس می توان از آن برای تغذیه دستگاه استفاده کرد.

رزونانس به چه معناست

اگر سیم پیچ فرستنده و گیرنده در یک فرکانس طنین انداز شوند، فاصله ای که انرژی (یا توان) می تواند از طریق آن منتقل شود افزایش می یابد. درست مانند یک چنگال تنظیم در ارتفاع مشخصی نوسان می کند و می تواند به حداکثر دامنه خود برسد. به فرکانس ارتعاش طبیعی یک جسم اشاره دارد.

مزایای انتقال بی سیم

مزایای آن چیست؟ طرفداران:

• هزینه های مربوط به حفظ اتصالات مستقیم (به عنوان مثال، در یک حلقه لغزش صنعتی سنتی) را کاهش می دهد.
• راحتی بیشتر برای شارژ دستگاه های الکترونیکی معمولی؛
• انتقال ایمن به برنامه هایی که باید به صورت هرمتیک مهر و موم شده باقی بمانند.
• الکترونیک را می توان کاملاً پنهان کرد که خطر خوردگی ناشی از عناصری مانند اکسیژن و آب را کاهش می دهد.
• منبع تغذیه قابل اعتماد و ثابت برای تجهیزات صنعتی دوار و بسیار متحرک؛
• انتقال توان قابل اعتماد را به سیستم های حیاتی در محیط های مرطوب، کثیف و متحرک فراهم می کند.

صرف نظر از کاربرد، حذف اتصال فیزیکی مزایای زیادی نسبت به کانکتورهای برق کابلی سنتی دارد.

راندمان انتقال انرژی در نظر گرفته شده

راندمان کلی یک سیستم قدرت بی سیم تنها مهم ترین عامل در تعیین عملکرد آن است. راندمان سیستم میزان توان انتقال یافته بین منبع برق (یعنی پریز دیوار) و دستگاه گیرنده را اندازه گیری می کند. این به نوبه خود جنبه هایی مانند سرعت شارژ و محدوده انتشار را تعیین می کند.

سیستم های ارتباطی بی سیم بر اساس عواملی مانند پیکربندی و طراحی سیم پیچ، فاصله انتقال از نظر سطح کارایی متفاوت هستند. یک دستگاه با کارایی کمتر، انتشار بیشتری تولید می کند و منجر به عبور انرژی کمتر از دستگاه گیرنده می شود. به طور معمول، فناوری‌های انتقال انرژی بی‌سیم برای دستگاه‌هایی مانند گوشی‌های هوشمند می‌تواند به ۷۰ درصد کارایی برسد.

چگونه کارایی اندازه گیری می شود

به این معنا که به عنوان مقدار توان (بر حسب درصد) که از منبع تغذیه به دستگاه گیرنده منتقل می شود. یعنی انتقال برق بی سیم برای یک گوشی هوشمند با راندمان 80 درصد به این معنی است که 20 درصد از برق ورودی بین پریز دیوار و باتری گجت در حال شارژ از بین می رود. فرمول اندازه گیری راندمان کار به این صورت است: عملکرد = جریان مستقیم خروجی تقسیم بر ورودی، نتیجه به دست آمده در 100٪ ضرب می شود.

روش های بی سیم انتقال نیرو

تقریباً در تمام مواد غیر فلزی، از جمله، اما نه محدود به، می توان نیرو را از طریق شبکه مورد بررسی توزیع کرد. اینها جامداتی مانند چوب، پلاستیک، منسوجات، شیشه و آجر و همچنین گازها و مایعات هستند. هنگامی که یک ماده فلزی یا رسانای الکتریکی (یعنی در مجاورت میدان الکترومغناطیسی قرار می‌گیرد)، جسم انرژی را از آن جذب می‌کند و در نتیجه گرم می‌شود. این به نوبه خود بر کارایی سیستم تأثیر می‌گذارد. برای مثال، پخت القایی اینگونه عمل می‌کند. انتقال انرژی ناکارآمد از اجاق گاز باعث ایجاد گرما برای پخت و پز می شود.

برای ایجاد یک سیستم انتقال برق بی سیم، بازگشت به مبدا موضوع مورد بررسی ضروری است. یا، به طور دقیق تر، به دانشمند و مخترع موفق نیکولا تسلا، که ژنراتوری را ایجاد و ثبت کرد که می تواند بدون هادی های مادی مختلف قدرت را در دست بگیرد. بنابراین برای پیاده سازی یک سیستم بی سیم باید تمام عناصر و قطعات مهم را جمع آوری کرد که در نتیجه کوچکی محقق می شود.این وسیله ای است که ایجاد می کند میدان الکتریکیولتاژ بالا در هوای اطرافش در همان زمان، یک توان ورودی کوچک وجود دارد، انتقال بی سیم انرژی را از راه دور فراهم می کند.

یکی از مهم ترین راه های انتقال انرژی، جفت القایی است. این عمدتا برای میدان نزدیک استفاده می شود. مشخصه آن این است که وقتی جریان از یک سیم عبور می کند، ولتاژی در انتهای سیم دیگر القا می شود. انتقال نیرو به صورت متقابل بین دو ماده انجام می شود. یک مثال رایج ترانسفورماتور است. انتقال انرژی مایکروویو، به عنوان یک ایده، توسط ویلیام براون توسعه داده شد. کل مفهوم شامل تبدیل برق AC به برق RF و انتقال آن در فضا و بازگشت مجدد به برق AC در گیرنده است. در این سیستم ولتاژ با استفاده از منابع انرژی مایکروویو تولید می شود. مانند کلیسترون. و این نیرو از طریق موجبر منتقل می شود که از قدرت بازتابی محافظت می کند. و همچنین تیونری که امپدانس منبع مایکروویو را با سایر عناصر مطابقت می دهد. بخش دریافت از یک آنتن تشکیل شده است. توان مایکروویو و مدار تطبیق امپدانس و فیلتر را می پذیرد. این آنتن گیرنده همراه با دستگاه یکسو کننده ممکن است دوقطبی باشد. مربوط به سیگنال خروجی با هشدار صوتی مشابه واحد یکسو کننده است. بلوک گیرنده همچنین از یک بخش مشابه متشکل از دیودهایی تشکیل شده است که برای تبدیل سیگنال به هشدار DC استفاده می شود. این سیستم انتقال از فرکانس هایی در محدوده 2 گیگاهرتز تا 6 گیگاهرتز استفاده می کند.

انتقال بی سیم برق که با کمک آن ژنراتور با استفاده از نوسانات مغناطیسی مشابه متوجه شد. نکته اصلی این است که این دستگاه به لطف سه ترانزیستور کار می کند.

استفاده از پرتو لیزر برای انتقال نیرو به صورت انرژی نوری که در انتهای گیرنده به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. این ماده مستقیماً با استفاده از منابعی مانند خورشید یا هر ژنراتور برق تغذیه می شود. و بر این اساس، یک نور متمرکز با شدت بالا را اجرا می کند. اندازه و شکل پرتو توسط مجموعه اپتیک تعیین می شود. و این نور لیزر ارسالی توسط سلول های فتوولتائیک دریافت می شود که آن را به سیگنال های الکتریکی تبدیل می کند. معمولا از کابل های فیبر نوری برای انتقال استفاده می کند. همانند سیستم پایه انرژی خورشیدی، گیرنده مورد استفاده در انتشار مبتنی بر لیزر، مجموعه ای از سلول های فتوولتائیک یا یک پنل خورشیدی است. آنها به نوبه خود می توانند ناهماهنگ را به برق تبدیل کنند.

ویژگی های ضروری دستگاه

قدرت سیم پیچ تسلا در فرآیندی به نام القای الکترومغناطیسی نهفته است. یعنی میدان در حال تغییر پتانسیل ایجاد می کند. باعث جاری شدن جریان می شود. هنگامی که الکتریسیته از طریق یک سیم پیچ جریان می یابد، میدان مغناطیسی ایجاد می کند که اطراف سیم پیچ را به روش خاصی پر می کند. برخلاف برخی دیگر از آزمایش‌های ولتاژ بالا، سیم پیچ تسلا در بسیاری از آزمایش‌ها و آزمایش‌ها مقاومت کرده است. این فرآیند بسیار پر زحمت و طولانی بود، اما نتیجه موفقیت آمیز بود، و بنابراین با موفقیت توسط دانشمند به ثبت رسید. شما می توانید چنین سیم پیچی را در حضور اجزای خاصی ایجاد کنید. مواد زیر برای اجرا مورد نیاز است:

1. طول 30 سانتی متر PVC (هرچه بیشتر بهتر)؛
2. سیم مسی میناکاری شده (سیم ثانویه)؛
3. تخته توس برای پایه؛
4. ترانزیستور 2222A;
5. سیم اتصال (اولیه)؛
6. مقاومت 22 کیلو اهم؛
7. سوئیچ ها و سیم های اتصال؛
8. باتری 9 ولت.

مراحل پیاده سازی دستگاه تسلا

ابتدا باید یک شکاف کوچک در آن قرار دهید قسمت بالاییلوله هایی برای پیچیدن یک سر سیم به اطراف. سیم پیچ را به آرامی و با احتیاط بپیچید و مراقب باشید که سیم ها روی هم قرار نگیرند یا شکاف ایجاد نکنید. این مرحله سخت ترین و خسته کننده ترین قسمت است، اما زمان صرف شده سیم پیچ بسیار با کیفیت و خوبی را ارائه می دهد. هر 20 دور یا بیشتر چرخش، حلقه هایی از نوار پوششی در اطراف سیم پیچ قرار می گیرد. آنها به عنوان یک مانع عمل می کنند. در صورتی که سیم پیچ شروع به باز شدن کند. وقتی تمام شد، بپیچید نوار ضخیمدور بالا و پایین سیم پیچ و روی آن را با 2 یا 3 لایه مینا اسپری کنید.

سپس باید باتری اولیه و ثانویه را به باتری وصل کنید. پس از - ترانزیستور و مقاومت را روشن کنید. سیم پیچ کوچکتر سیم پیچ اولیه و سیم پیچ طولانی تر سیم پیچ ثانویه است. می توانید به صورت اختیاری یک کره آلومینیومی را در بالای لوله نصب کنید. همچنین انتهای باز ثانویه را به قسمت اضافه شده وصل کنید که به عنوان آنتن عمل می کند. شما باید همه چیز را با دقت زیادی ایجاد کنید تا هنگام روشن کردن برق، دستگاه ثانویه را لمس نکنید.

در صورت فروش توسط خودتان خطر آتش سوزی وجود دارد. باید سوئیچ را بچرخانید، یک لامپ رشته ای در کنار دستگاه انتقال برق بی سیم نصب کنید و از نمایش نور لذت ببرید.

انتقال بی سیم از طریق سیستم انرژی خورشیدی

پیکربندی های توزیع برق سیمی سنتی معمولاً به سیم بین دستگاه های توزیع شده و واحدهای مصرف کننده نیاز دارند. این امر محدودیت های زیادی را به عنوان هزینه کابل کشی سیستم ایجاد می کند. خسارات وارده در انتقال و همچنین زباله در توزیع. مقاومت خط انتقال به تنهایی منجر به از دست دادن حدود 20 تا 30 درصد انرژی تولید شده می شود.

یکی از پیشرفته‌ترین سیستم‌های انتقال انرژی بی‌سیم مبتنی بر انتقال انرژی خورشیدی است اجاق مایکروویویا پرتو لیزر این ماهواره در مدار زمین ثابت قرار دارد و از سلول های فتوولتائیک تشکیل شده است. آنها نور خورشید را به جریان الکتریکی تبدیل می کنند که برای تغذیه یک ژنراتور مایکروویو استفاده می شود. و بر این اساس، به قدرت مایکروویوها پی می برد. این ولتاژ با استفاده از ارتباط رادیویی منتقل شده و در ایستگاه پایه دریافت می شود. این ترکیبی از آنتن و یکسو کننده است. و دوباره به برق تبدیل می شود. به برق AC یا DC نیاز دارد. این ماهواره می تواند تا 10 مگاوات توان RF را منتقل کند.

اگر در مورد یک سیستم توزیع DC صحبت کنیم، حتی این غیرممکن است. از آنجایی که به یک رابط بین منبع تغذیه و دستگاه نیاز دارد. چنین تصویری وجود دارد: سیستم کاملاً فاقد سیم است، جایی که می توانید برق متناوب را در خانه ها بدون هیچ وسیله اضافی دریافت کنید. جایی که امکان شارژ تلفن همراه بدون نیاز به اتصال فیزیکی به پریز وجود دارد. البته چنین سیستمی امکان پذیر است. و بسیاری از محققان مدرن در حالی که در حال مطالعه نقش توسعه روش‌های جدید انتقال بی‌سیم برق از راه دور هستند، سعی در ایجاد چیزی مدرن دارند. اگر چه از نظر مؤلفه اقتصادی، اگر چنین وسایلی در همه جا معرفی شوند و برق استاندارد را با برق طبیعی جایگزین کنند، برای دولت ها کاملاً مفید نخواهد بود.

خاستگاه ها و نمونه هایی از سیستم های بی سیم

این مفهوم واقعاً جدید نیست. کل این ایده توسط نیکلاس تسلا در سال 1893 ایجاد شد. زمانی که او سیستمی برای روشن کردن لوله های خلاء با استفاده از تکنیک های انتقال بی سیم توسعه داد. غیرممکن است تصور کنیم که جهان بدون منابع مختلف شارژ وجود دارد که به شکل مادی بیان می شود. تا امکان شارژ تلفن همراه، ربات‌های خانگی، پخش‌کننده‌های MP3، رایانه‌ها، لپ‌تاپ‌ها و سایر ابزارهای قابل حمل به تنهایی و بدون اتصال اضافی وجود داشته باشد و کاربران از سیم‌های ثابت آزاد شوند. برخی از این دستگاه ها ممکن است حتی به تعداد زیادی عنصر نیز نیاز نداشته باشند. تاریخچه انتقال برق بی سیم کاملاً غنی است و عمدتاً به لطف پیشرفت های تسلا، ولتا و دیگران است، اما امروزه تنها داده در علم فیزیکی باقی مانده است.

اصل اساسی تبدیل برق متناوب به ولتاژ DC با استفاده از یکسو کننده ها و فیلترها است. و سپس - در بازگشت به مقدار اصلی در فرکانس بالا با استفاده از اینورتر. این برق متناوب با ولتاژ کم و نوسانی بالا سپس از ترانسفورماتور اولیه به ترانسفورماتور ثانویه منتقل می شود. با استفاده از یکسو کننده، فیلتر و رگولاتور به ولتاژ DC تبدیل می شود. سیگنال AC به دلیل صدای جریان مستقیم می شود. و همچنین استفاده از بخش یکسو کننده پل. سیگنال DC دریافتی از یک سیم پیچ بازخوردی عبور می کند که به عنوان یک مدار نوسانگر عمل می کند. در همان زمان، ترانزیستور را مجبور می کند تا آن را در جهت از چپ به راست به مبدل اولیه هدایت کند. هنگامی که جریان از سیم پیچ بازخورد عبور می کند، جریان مربوطه به سمت اصلی ترانسفورماتور در جهت از راست به چپ جریان می یابد.

انتقال انرژی اولتراسونیک به این صورت است. سیگنال از طریق سنسور برای هر دو نیم چرخه هشدار AC تولید می شود. فرکانس صدا به شاخص های کمی ارتعاشات مدارهای ژنراتور بستگی دارد. این سیگنال AC روی سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور ظاهر می شود. و هنگامی که به مبدل یک جسم دیگر متصل می شود، ولتاژ AC 25 کیلوهرتز است. یک قرائت از طریق آن در یک ترانسفورماتور کاهنده ظاهر می شود.

این ولتاژ AC توسط یک یکسو کننده پل برابر می شود. و سپس فیلتر و تنظیم می شود تا خروجی 5 ولت برای درایو LED دریافت شود. ولتاژ خروجی 12 ولت از خازن برای تغذیه موتور فن DC برای راه اندازی آن استفاده می شود. بنابراین، از نقطه نظر فیزیک، انتقال الکتریسیته یک منطقه نسبتاً توسعه یافته است. با این حال، همانطور که تمرین نشان می دهد، سیستم های بی سیم به طور کامل توسعه یافته و بهبود نیافته اند.

اصول شارژ بی سیم

انتقال بی سیم انرژی الکتریکی(WPT) به ما فرصتی می دهد تا از ظلم کابل های برق خلاص شویم. این فناوری اکنون در انواع دستگاه ها و سیستم ها نفوذ کرده است. بیایید نگاهی به او بیندازیم!

راه بی سیم

اکثر ساختمان های مسکونی و تجاری مدرن با برق AC تغذیه می شوند. نیروگاه ها برق AC تولید می کنند که با استفاده از خطوط انتقال ولتاژ بالا و ترانسفورماتورهای کاهنده به خانه ها و ادارات تحویل داده می شود.

برق وارد تابلو برق می شود و سپس سیم کشی برق، برق را به تجهیزات و وسایلی که ما هر روز از آن ها استفاده می کنیم می رساند: چراغ ها، لوازم آشپزخانه، شارژرها و غیره.

تمامی قطعات استاندارد شده اند. هر دستگاهی که برای جریان و ولتاژ استاندارد رتبه بندی شده باشد از هر پریز در سراسر کشور کار خواهد کرد. اگرچه استانداردها کشورهای مختلفو با یکدیگر متفاوت باشند، در یک سیستم الکتریکی خاص، هر دستگاهی با رعایت استانداردهای این سیستم کار خواهد کرد.

یک کابل اینجا، یک کابل آنجا... اکثر وسایل برقی ما سیم برق دارند.

فناوری انتقال برق بی سیم

انتقال برق بی سیم (WPT) اجازه می دهد تا برق از طریق شکاف هوا بدون نیاز به سیم برق اعمال شود. انتقال برق بی‌سیم می‌تواند برق AC را برای باتری‌ها یا دستگاه‌های سازگار بدون اتصالات فیزیکی یا سیم فراهم کند. انتقال بی سیم انرژی الکتریکی می تواند شارژ تلفن های همراه و رایانه های لوحی، وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین، اتومبیل ها و سایر تجهیزات حمل و نقل را فراهم کند. حتی می‌تواند انتقال بی‌سیم الکتریسیته از صفحات خورشیدی در فضا را ممکن کند.

انتقال بی سیم انرژی الکتریکی توسعه سریع خود را در زمینه لوازم الکترونیکی مصرفی آغاز کرد و جایگزین شارژرهای سیمی شد. نمایشگاه CES 2017 دستگاه های بسیاری را با استفاده از انتقال برق بی سیم به نمایش می گذارد.

با این حال، مفهوم انتقال بی سیم انرژی الکتریکی در حدود دهه 1890 سرچشمه گرفت. نیکولا تسلا در آزمایشگاه خود در کلرادو اسپرینگز می‌توانست با استفاده از القای الکترودینامیکی (که در ترانسفورماتور رزونانس استفاده می‌شود) یک لامپ را به صورت بی‌سیم روشن کند.

سه لامپ روشن شد، در فاصله 60 فوتی (18 متری) از منبع برق قرار گرفت و تظاهرات مستند شد. تسلا برنامه های بزرگی داشت، او امیدوار بود که برج Wardenclyffe او، واقع در لانگ آیلند، انرژی الکتریکی را به صورت بی سیم در سراسر اقیانوس اطلس منتقل کند. این اتفاق به دلیل مشکلات مختلف از جمله بودجه و زمان بندی هرگز رخ نداد.

انتقال بی سیم انرژی الکتریکی از میدان های ایجاد شده توسط ذرات باردار برای انتقال انرژی در یک شکاف هوایی بین فرستنده ها و گیرنده ها استفاده می کند. شکاف هوا با تبدیل انرژی الکتریکی به شکلی که می تواند از طریق هوا منتقل شود، اتصال کوتاه پیدا می کند. انرژی الکتریکی به یک میدان متناوب تبدیل می شود، از طریق هوا منتقل می شود و سپس توسط گیرنده به جریان الکتریکی قابل استفاده تبدیل می شود. بسته به قدرت و فاصله، انرژی الکتریکی می تواند به طور موثر از طریق یک میدان الکتریکی، میدان مغناطیسی یا امواج الکترومغناطیسیمانند امواج رادیویی، تشعشعات مایکروویو یا حتی نور.

جدول زیر فن آوری های مختلف برای انتقال بی سیم برق و همچنین اشکال انتقال نیرو را فهرست می کند.

فناوری‌های انتقال برق بی‌سیم (WPT)

فن آوری	حامل انرژی الکتریکی	چه چیزی انتقال انرژی الکتریکی را ممکن می کند
جفت القایی	میدانهای مغناطیسی	سیم پیچ
جفت القایی تشدید	میدانهای مغناطیسی	مدارهای نوسانی
کوپلینگ خازنی	میدان های الکتریکی	جفت صفحات رسانا
اتصال مغناطیسی دینامیکی	میدانهای مغناطیسی	چرخش آهنرباهای دائمی
تشعشعات مایکروویو	امواج مایکروویو	آرایه های فازی آنتن های سهمی
تابش نوری	نور مرئی / مادون قرمز / فرابنفش	لیزر، فتوسل

شارژ Qi، یک استاندارد باز برای شارژ بی سیم

در حالی که برخی از شرکت‌هایی که قول انتقال برق بی‌سیم را می‌دهند هنوز روی محصولات خود کار می‌کنند، استاندارد شارژ Qi (تلفظ «چی») از قبل وجود دارد و دستگاه‌هایی که از آن استفاده می‌کنند در حال حاضر در دسترس هستند. کنسرسیوم برق بی سیم (WPC) که در سال 2008 تأسیس شد، استاندارد Qi را برای شارژ باتری ایجاد کرد. این استاندارد از فناوری های شارژ القایی و رزونانسی پشتیبانی می کند.

در شارژ القایی، انرژی الکتریکی بین سلف های فرستنده و گیرنده در فاصله نزدیک منتقل می شود. سیستم‌های القایی نیاز دارند که سلف‌ها در مجاورت و همسو با یکدیگر باشند. دستگاه ها معمولاً در تماس مستقیم با پد شارژ هستند. شارژ رزونانسی نیازی به تراز دقیق ندارد و شارژرها می توانند دستگاهی را تا فاصله 45 میلی متری شناسایی و شارژ کنند. بنابراین شارژرهای رزونانسی را می توان در مبلمان تعبیه کرد یا بین قفسه ها قرار داد.

وجود آرم Qi به این معنی است که دستگاه توسط کنسرسیوم انرژی الکترومغناطیسی بی سیم WPC ثبت و تایید شده است.

در ابتدای Qi، شارژ قدرت کمی داشت، حدود 5 وات. اولین گوشی های هوشمند با استفاده از شارژ Qi در سال 2011 ظاهر شدند. در سال 2015، قدرت شارژ Qi به 15 وات افزایش یافت که امکان شارژ سریع دستگاه ها را فراهم می کند.

شکل زیر از Texas Instruments نشان می دهد که استاندارد Qi چه چیزی را پوشش می دهد.

فقط دستگاه های فهرست شده در پایگاه داده ثبت Qi را می توان تضمین کرد که با Qi سازگار هستند. در حال حاضر شامل بیش از 700 محصول است. درک این نکته مهم است که محصولات دارای آرم Qi تست و تایید شده اند. و میدان های مغناطیسی استفاده شده توسط این دستگاه ها برای دستگاه های حساس مانند تلفن همراه یا ePasport مشکلی ایجاد نمی کند. دستگاه های ثبت شده تضمین می شوند که با شارژرهای ثبت شده کار کنند.

فیزیک انتقال بی سیم انرژی الکتریکی

انتقال بی سیم انرژی الکتریکی برای لوازم خانگی یک فناوری جدید است، اما اصول زیربنای آن برای مدت طولانی شناخته شده است. در جایی که الکتریسیته و مغناطیس درگیر هستند، معادلات ماکسول همچنان حاکم است و فرستنده ها مانند سایر اشکال ارتباط بی سیم، نیرو را به گیرنده ها ارسال می کنند. با این حال، انتقال بی سیم برق با آنها در هدف اصلی که انتقال خود انرژی است، و نه اطلاعات رمزگذاری شده در آن، متفاوت است.

میدان های الکترومغناطیسی درگیر در انتقال بی سیم انرژی الکتریکی می تواند بسیار قوی باشد و بنابراین ایمنی انسان باید در نظر گرفته شود. قرار گرفتن در معرض تشعشعات الکترومغناطیسی می تواند مشکلاتی ایجاد کند و همچنین این احتمال وجود دارد که میدان های تولید شده توسط فرستنده های انرژی الکتریکی در عملکرد دستگاه های پزشکی پوشیدنی یا کاشته شده اختلال ایجاد کند.

فرستنده ها و گیرنده ها در دستگاه هایی برای انتقال بی سیم انرژی الکتریکی مانند باتری هایی که توسط آنها شارژ می شود، تعبیه شده اند. طرح های تبدیل واقعی به فناوری استفاده شده بستگی دارد. علاوه بر خود انتقال نیرو، سیستم WPT باید ارتباط بین فرستنده و گیرنده را فراهم کند. این تضمین می کند که گیرنده می تواند شارژر را از شارژ کامل باتری مطلع کند. ارتباطات همچنین به فرستنده اجازه می دهد تا گیرنده را شناسایی و شناسایی کند تا میزان توان تحویلی به بار را تنظیم کند و همچنین دمای باتری را برای مثال نظارت کند.

در انتقال بی سیم انرژی الکتریکی، انتخاب مفهوم میدان نزدیک یا میدان دور اهمیت دارد. فن‌آوری‌های انتقال، مقدار توانی که می‌تواند منتقل شود، و نیازهای فاصله بر روی اینکه یک سیستم از تابش میدان نزدیک یا تابش میدان دور استفاده می‌کند، تأثیر می‌گذارد.

نقاطی که فاصله آنها از آنتن به طور قابل توجهی کمتر از یک طول موج است در میدان نزدیک هستند. انرژی در ناحیه نزدیک غیر تابشی است و نوسانات میدان مغناطیسی و الکتریکی مستقل از یکدیگر هستند. کوپلینگ خازنی (الکتریکی) و القایی (مغناطیسی) می تواند برای انتقال نیرو به گیرنده ای که در میدان نزدیک فرستنده قرار دارد استفاده شود.

نقاطی که فاصله آنها از آنتن بیشتر از دو طول موج است در ناحیه دور هستند (یک ناحیه گذار بین مناطق دور و نزدیک وجود دارد). انرژی در میدان دور به شکل تابش الکترومغناطیسی معمولی منتقل می شود. به انتقال انرژی در میدان دور پرتو انرژی نیز می گویند. نمونه هایی از انتقال میدان دور، سیستم هایی هستند که از لیزرهای پرقدرت یا امواج مایکروویو برای انتقال انرژی در فواصل طولانی استفاده می کنند.

انتقال برق بی سیم (WPT) کجا کار می کند؟

تمام فناوری‌های WPT در حال حاضر تحت تحقیقات فعال هستند، بیشتر آنها بر به حداکثر رساندن راندمان انتقال توان و تحقیق در مورد فناوری‌های جفت رزونانس مغناطیسی متمرکز شده‌اند. علاوه بر این، بلندپروازانه ترین ایده های تجهیز WPT به سیستم اتاق هایی است که یک فرد در آن قرار می گیرد و دستگاه های پوشیده شده توسط او به طور خودکار شارژ می شوند.

زیست‌محیطی مصرف. فن‌آوری‌ها: دانشمندان آزمایشگاه تحقیقاتی دیزنی آمریکا روشی برای شارژ بی‌سیم ایجاد کرده‌اند که سیم‌ها و شارژرها را غیرضروری می‌کند.

گوشی های هوشمند، تبلت ها، لپ تاپ ها و سایر دستگاه های قابل حمل امروزی قدرت و عملکرد فوق العاده ای دارند. اما، علاوه بر تمام مزایای الکترونیک موبایل، یک نقطه ضعف نیز دارد - نیاز دائمی به شارژ مجدد از طریق سیم. با وجود تمام فناوری های جدید باتری، این نیاز باعث کاهش راحتی دستگاه ها و محدود شدن حرکت آنها می شود.

دانشمندان آزمایشگاه تحقیقاتی دیزنی آمریکا راه حلی برای این مشکل پیدا کرده اند. آنها یک روش شارژ بی سیم ابداع کردند که سیم ها و شارژرها را غیر ضروری می کرد. علاوه بر این، روش آنها به شما امکان می دهد نه تنها ابزارها، بلکه به عنوان مثال، لوازم خانگی و روشنایی را به طور همزمان شارژ کنید.

یکی از مدیران آزمایشگاه و دانشمند ارشد، آلنسون سمپل، می‌گوید: «روش ابداعی ما باعث می‌شود جریان الکتریکی به اندازه وای‌فای در همه جا حاضر شود. - راه را برای پیشرفت های بیشتر در زمینه رباتیک باز می کند که قبلاً با ظرفیت باتری محدود شده بود. تاکنون عملکرد این کارخانه را در یک اتاق کوچک نشان داده‌ایم، اما هیچ مانعی برای افزایش ظرفیت آن به اندازه یک انبار وجود ندارد.»

سیستم انتقال برق بی سیم در دهه 1890 توسط دانشمند معروف نیکولا تسلا توسعه یافت، اما این اختراع توزیع انبوه دریافت نکرد. سیستم های انتقال برق بی سیم امروزی عمدتاً در فضاهای بسیار محدود کار می کنند.

این روش که تشدید حفره شبه استاتیک (QSCR) نامیده می شود، شامل اعمال جریان به دیوارها، کف و سقف یک اتاق است. اینها به نوبه خود میدان های مغناطیسی ایجاد می کنند که روی گیرنده ای که به دستگاه در حال شارژ متصل است و حاوی یک سیم پیچ است، عمل می کند. الکتریسیته تولید شده از این طریق به باتری منتقل می شود و قبلاً از خازن هایی عبور کرده است که اثرات میدان های دیگر را حذف می کند.

آزمایشات نشان داده است که تا 1.9 کیلووات توان را می توان از طریق یک شبکه الکتریکی معمولی از این طریق منتقل کرد. این انرژی برای شارژ همزمان 320 گوشی هوشمند کافی است. علاوه بر این، به گفته دانشمندان، این فناوری گران نیست و می توان به راحتی عرضه تجاری آن را ترتیب داد.

این آزمایش ها در اتاقی به ابعاد 5 در 5 متر انجام شد که به طور خاص از سازه های آلومینیومی ساخته شده بود. سمپل تاکید کرد که دیوارهای فلزی ممکن است در آینده ضروری نباشند. استفاده از پانل های رسانا یا رنگ مخصوص امکان پذیر خواهد بود.

توسعه دهندگان اطمینان می دهند که روش آنها برای انتقال انرژی از طریق هوا هیچ تهدیدی برای سلامت انسان و سایر موجودات زنده ایجاد نمی کند. ایمنی آنها توسط خازن های مجزا تضمین می شود که به عنوان عایق برای میدان های الکتریکی بالقوه خطرناک عمل می کنند. منتشر شده

الکتریسیته بی سیم از سال 1831، زمانی که مایکل فارادی پدیده القای الکترومغناطیسی را کشف کرد، شناخته شده است. او به طور تجربی ثابت کرد که یک میدان مغناطیسی در حال تغییر ایجاد شده توسط یک جریان الکتریکی می تواند جریان الکتریکی را در رسانای دیگری القا کند. آزمایش های متعددی انجام شد که به لطف آنها اولین ترانسفورماتور الکتریکی ظاهر شد. با این حال، تنها نیکولا تسلا توانست ایده انتقال برق از راه دور را در کاربرد عملی به طور کامل تحقق بخشد.

در نمایشگاه جهانی شیکاگو در سال 1893، او انتقال بی سیم الکتریسیته را با روشن کردن لامپ های فسفری که از هم فاصله داشتند نشان داد. تسلا تغییرات زیادی را در انتقال برق بدون سیم نشان داده است و آرزو می کند که در آینده این فناوری به مردم اجازه می دهد انرژی را در جو در فواصل طولانی منتقل کنند. اما در این زمان معلوم شد که این اختراع دانشمند بی ادعا بوده است. تنها یک قرن بعد، اینتل و سونی به فناوری های نیکولا تسلا و سپس شرکت های دیگر علاقه مند شدند.

چگونه کار می کند

برق بی سیم به معنای واقعی کلمه انتقال انرژی الکتریکی بدون سیم است. اغلب این فناوری با انتقال اطلاعات، به عنوان مثال، با Wi-Fi، تلفن های همراه و رادیو مقایسه می شود. برق بی سیم یک فناوری نسبتا جدید و به طور پویا در حال توسعه است. امروزه روش هایی برای انتقال ایمن و کارآمد انرژی در فاصله ای بدون وقفه در حال توسعه است.

این فناوری مبتنی بر مغناطیس و الکترومغناطیس است و بر اساس تعدادی از اصول عملیاتی ساده است. اول از همه، این مربوط به وجود دو سیم پیچ در سیستم است.

• این سیستم از یک فرستنده و گیرنده تشکیل شده است که با هم یک میدان مغناطیسی متناوب و غیر ثابت تولید می کنند.
• این میدان ولتاژی را در سیم پیچ گیرنده ایجاد می کند، به عنوان مثال، برای شارژ باتری یا تغذیه یک دستگاه تلفن همراه.
• هنگامی که جریان الکتریکی از طریق یک سیم هدایت می شود، یک میدان مغناطیسی دایره ای در اطراف کابل ظاهر می شود.
• روی سیم پیچی که مستقیماً با جریان الکتریکی تغذیه نمی شود، جریان الکتریکی از سیم پیچ اول از طریق میدان مغناطیسی، از جمله سیم پیچ دوم، شروع به جریان می کند و اتصال القایی را فراهم می کند.

اصول انتقال

تا همین اواخر، سیستم تشدید مغناطیسی CMRS که در سال 2007 در موسسه فناوری ماساچوست ایجاد شد، به عنوان پیشرفته ترین فناوری برای انتقال برق در نظر گرفته می شد. این فناوری انتقال جریان را تا فاصله 2.1 متری فراهم می کرد. با این حال، برخی محدودیت ها مانع از راه اندازی آن به تولید انبوه شد، به عنوان مثال، فرکانس انتقال بالا، ابعاد بزرگ، پیکربندی پیچیده سیم پیچ، و حساسیت بالا به تداخل خارجی، از جمله حضور یک فرد.

با این حال، دانشمندان کره جنوبی یک فرستنده الکتریسیته جدید ساخته اند که اجازه می دهد تا انرژی تا 5 متر منتقل شود. و تمام وسایل موجود در اتاق از یک هاب واحد تغذیه می شوند. سیستم تشدید کویل های دوقطبی DCRS قادر به کار تا 5 متر است. این سیستم فاقد تعدادی از معایب CMRS است، از جمله استفاده از کویل های نسبتا فشرده با ابعاد 10x20x300 سانتی متر، آنها را می توان به طور محتاطانه در دیوارهای آپارتمان نصب کرد.

این آزمایش امکان ارسال در فرکانس 20 کیلوهرتز را فراهم کرد:

1. 209 وات در 5 متر؛
2. 471 وات در 4 متر؛
3. 1403 W در 3 متر.

برق بی سیم به شما این امکان را می دهد که تلویزیون های ال سی دی بزرگ مدرن را که به 40 وات نیاز دارند از فاصله 5 متری تغذیه کنید. تنها چیزی که از شبکه اصلی 400 وات "پمپ" می شود، اما هیچ سیمی وجود نخواهد داشت. القای الکترومغناطیسی بازده بالایی را ارائه می دهد، اما در فاصله کوتاه.

فن آوری های دیگری وجود دارد که به شما امکان می دهد برق را بدون سیم منتقل کنید. امیدوار کننده ترین آنها عبارتند از:

• تابش لیزر . امنیت شبکه و همچنین برد طولانی را فراهم می کند. با این حال، خط دید بین گیرنده و فرستنده مورد نیاز است. تاسیسات کاری با پرتو لیزر قبلا ایجاد شده اند. لاکهید مارتین، سازنده آمریکایی تجهیزات نظامی و هواپیما، هواپیمای بدون سرنشین استالکر را آزمایش کرده است که با پرتو لیزر نیرو می گیرد و به مدت 48 ساعت در هوا می ماند.
• تشعشعات مایکروویو . برد طولانی را ارائه می دهد، اما هزینه تجهیزات بالایی دارد. از آنتن رادیویی به عنوان فرستنده الکتریسیته استفاده می شود که تشعشعات مایکروویو را ایجاد می کند. روی دستگاه گیرنده یک رکتنا قرار دارد که تابش مایکروویو دریافتی را به جریان الکتریکی تبدیل می کند.

این فناوری حذف قابل توجه گیرنده از فرستنده را امکان پذیر می کند، از جمله عدم نیاز مستقیم به خط دید. اما با افزایش برد، هزینه و اندازه تجهیزات به نسبت افزایش می یابد. در عین حال، تشعشعات مایکروویو با قدرت بالا تولید شده توسط نصب می تواند برای محیط زیست مضر باشد.

ویژگی های خاص

• واقع بینانه ترین فناوری، الکتریسیته بی سیم مبتنی بر القای الکترومغناطیسی است. اما محدودیت هایی وجود دارد. کار برای افزایش مقیاس فناوری در حال انجام است، اما نگرانی‌های سلامتی وجود دارد.
• فن‌آوری‌های انتقال الکتریسیته با استفاده از امواج فراصوت، لیزر و مایکروویو نیز توسعه می‌یابد و جایگاه خود را نیز پیدا می‌کند.
• گردش ماهواره‌ها با آرایه‌های خورشیدی عظیم به رویکرد متفاوتی نیاز دارد، این امر مستلزم انتقال هدفمند الکتریسیته است. لیزر و مایکروویو در اینجا مناسب هستند. در حال حاضر هیچ راه حل ایده آلی وجود ندارد، اما گزینه های زیادی با مزایا و معایب آنها وجود دارد.
• در حال حاضر، بزرگترین تولید کنندگان تجهیزات مخابراتی در کنسرسیومی از انرژی الکترومغناطیسی بی سیم با هدف ایجاد یک استاندارد جهانی برای شارژرهای بی سیم که بر اساس اصل القای الکترومغناطیسی کار می کنند، به هم پیوسته اند. از میان تولیدکنندگان بزرگ، سونی، سامسونگ، نوکیا، موتورولا موبیلیتی، ال‌جی الکترونیکس، هوآوی، اچ‌تی‌سی از استاندارد QI در تعدادی از مدل‌های خود پشتیبانی می‌کنند. QI به زودی استاندارد یکپارچه برای چنین دستگاه هایی خواهد شد. به لطف این امکان ایجاد مناطق شارژ بی سیم برای وسایل در کافه ها، مراکز حمل و نقل و سایر مکان های عمومی وجود خواهد داشت.

کاربرد

• هلیکوپتر مایکروویو. مدل هلیکوپتر دارای یک رکتنا بود و به ارتفاع 15 متر می رسید.
• برای تغذیه مسواک های برقی از برق بی سیم استفاده می شود. مسواکدارای محفظه کاملاً آب بندی شده و فاقد اتصال دهنده است که از برق گرفتگی جلوگیری می کند.
• تامین انرژی هواپیما با لیزر
• سیستم های شارژ بی سیم برای دستگاه های تلفن همراه در فروش ظاهر شده اند که می توانند روزانه از آنها استفاده کنند. آنها بر اساس القای الکترومغناطیسی کار می کنند.
• پد شارژ جهانی. آنها به شما اجازه می دهند تا بیشتر مدل های تلفن هوشمند محبوب را که مجهز به ماژول شارژ بی سیم نیستند، از جمله تلفن های معمولی، تغذیه کنید. علاوه بر خود پد شارژ، باید یک قاب گیرنده نیز برای گجت بخرید. از طریق پورت USB به گوشی هوشمند متصل می شود و از طریق آن شارژ می شود.
• در حال حاضر بیش از 150 دستگاه تا 5 وات در بازار جهانی به فروش می رسد که از استاندارد QI پشتیبانی می کنند. در آینده تجهیزات توان متوسط ​​تا 120 وات ظاهر خواهند شد.

چشم انداز

امروزه کار روی پروژه های بزرگی در حال انجام است که از برق بی سیم استفاده می کنند. این منبع تغذیه وسایل نقلیه الکتریکی "از طریق هوا" و شبکه های برق خانگی است:

• یک شبکه متراکم از نقاط شارژ خودکار کاهش باتری و کاهش قابل توجه هزینه خودروهای الکتریکی را ممکن می کند.
• در هر اتاق منبع تغذیه نصب خواهد شد که برق را به تجهیزات صوتی و تصویری، گجت ها و لوازم خانگی مجهز به آداپتورهای مناسب منتقل می کند.

مزایا و معایب

برق بی سیم دارای مزایای زیر است:

• بدون نیاز به منبع تغذیه
• کمبود کامل سیم
• نیاز به باتری را از بین ببرید.
• تعمیر و نگهداری کمتر مورد نیاز است.
• چشم اندازهای بزرگ

معایب نیز عبارتند از:

• توسعه ناکافی فناوری ها
• فاصله محدود
• میدان های مغناطیسی برای انسان کاملاً ایمن نیستند.
• هزینه بالای تجهیزات.

بشر برای رد کامل سیم ها تلاش می کند، زیرا به گفته بسیاری، آنها امکانات را محدود می کنند و اجازه نمی دهند کاملا آزادانه عمل کنند. و اگر امکان این کار در مورد انتقال نیرو وجود داشت چه می شود؟ شما می توانید پاسخ این سوال را در این بررسی بیابید که به ویدیویی در مورد ساخت یک طرح خانگی اختصاص دارد که در اندازه های کوچک امکان انتقال برق بدون اتصال مستقیم سیم را نشان می دهد.

ما نیاز خواهیم داشت:
- سیم مسی با قطر کوچک به طول 7 متر؛
- یک استوانه با قطر 4 سانتی متر؛
- باتری انگشت؛
- جعبه باتری
- مقاومت 10 اهم؛
- ترانزیستور C2482؛
- دیود ساطع نور.

سیمی به طول 4 متر برمی داریم و از وسط خم می کنیم تا دو سیم در یک سر باقی بماند و قسمت خم شده در سر دیگر باشد.

یک سیم را می گیریم، آن را در هر جهت خم می کنیم و شروع به پیچیدن آن روی سیلندر می کنیم.

پس از رسیدن به وسط، ما همچنین از هر جهتی دوتایی را رها می کنیم و به پیچیدن ادامه می دهیم تا یک قطعه کوچک باقی بماند که آن نیز باید رها شود.

حلقه حاصل با سه سر باید از سیلندر خارج شود و با نوار عایق محکم شود.

حالا قطعه دوم سیم کشی را به طول 3 متر برمی داریم و به روش معمول می پیچیم. یعنی در این مورد، مانند آخرین سیم پیچ، نه سه انتها، بلکه دو انتها را باید بدست آوریم.

حلقه حاصل دوباره با نوار الکتریکی ثابت می شود.

انتهای سیم باید تمیز شود، زیرا با یک لایه محافظ از لاک پوشانده شده است.

برای ساده کردن روند مونتاژ خانگی، نمودار اتصال نویسنده را به توجه شما ارائه می کنیم.

نمودار نشان می دهد که سیم پیچ با سه خروجی برای اتصال منبع تغذیه مقاومت و ترانزیستور طراحی شده است و روی سیم پیچ دوم که دو سر دارد باید LED را وصل کنید.

به این ترتیب می توانید یک محصول خانگی کاملاً دیدنی و جالب به دست آورید که در صورت تمایل می توان با اضافه کردن تعداد دور و آزمایش آن را ارتقا داد و قدرتمندتر کرد. همچنین توجه شما را به این نکته جلب می کنیم که روشنایی لامپ ال ای دی که به عنوان تستر نیز عمل می کند، بستگی به طرفی از سیم پیچ ها دارد که به سمت یکدیگر آورده می شوند. این بدان معنی است که اگر در اولین ارائه چراغ روشن نشد، باید سعی کنید سیم پیچ را برگردانید و دوباره این کار را انجام دهید.