Transmisja bezprzewodowa do dostarczania energii elektrycznej umożliwia osiągnięcie znaczących postępów w branżach i zastosowaniach, które zależą od fizycznego kontaktu złącza. To z kolei może być zawodne i prowadzić do niepowodzenia. Transmisję bezprzewodowej energii elektrycznej po raz pierwszy zademonstrował Nikola Tesla w latach 90. XIX wieku. Jednak dopiero w ostatniej dekadzie technologia została wykorzystana do tego stopnia, że oferuje rzeczywiste, namacalne korzyści w zastosowaniach w świecie rzeczywistym. W szczególności opracowanie rezonansowego bezprzewodowego systemu zasilania dla rynku elektroniki użytkowej wykazało, że ładowanie indukcyjne zapewnia nowy poziom wygody milionom urządzeń codziennego użytku.
Moc, o której mowa, jest powszechnie znana pod wieloma terminami. W tym transmisja indukcyjna, komunikacja, rezonansowa sieć bezprzewodowa i ten sam powrót napięcia. Każdy z tych warunków zasadniczo opisuje ten sam podstawowy proces. Bezprzewodowa transmisja energii elektrycznej lub mocy ze źródła zasilania do napięcia obciążenia bez złączy przez szczelinę powietrzną. Podstawą są dwie cewki- nadajnik i odbiornik. Pierwszy jest zasilany prądem przemiennym, aby wytworzyć pole magnetyczne, które z kolei indukuje napięcie w drugim.
Jak działa dany system
Podstawy zasilania bezprzewodowego obejmują dystrybucję energii z nadajnika do odbiornika za pomocą oscylującego pola magnetycznego. Aby to osiągnąć, prąd stały dostarczany przez zasilacz jest zamieniany na prąd przemienny o wysokiej częstotliwości. Ze specjalnie zaprojektowaną elektroniką wbudowaną w nadajnik. Prąd przemienny aktywuje cewkę z drutu miedzianego w dozowniku, która wytwarza pole magnetyczne. Gdy drugie (odbierające) uzwojenie znajduje się w bliskiej odległości. Pole magnetyczne może indukować prąd przemienny w cewce odbiorczej. Elektronika w pierwszym urządzeniu konwertuje następnie prąd przemienny z powrotem na prąd stały, który staje się zużyciem energii.
Schemat bezprzewodowej transmisji energii
Napięcie „sieci” jest przekształcane na sygnał prądu przemiennego, który jest następnie przesyłany do cewki nadajnika za pośrednictwem obwodu elektronicznego. Przepływając przez uzwojenie rozdzielacza, indukuje pole magnetyczne. To z kolei może rozprzestrzenić się na cewkę odbiornika, która jest stosunkowo blisko. Pole magnetyczne następnie generuje prąd przepływający przez uzwojenie urządzenia odbiorczego. Proces, w którym energia jest rozprowadzana między cewkami nadawczymi i odbiorczymi, jest również określany jako sprzężenie magnetyczne lub rezonansowe. Osiąga się to za pomocą obu uzwojeń pracujących na tej samej częstotliwości. Prąd płynący w cewce odbiornika,konwertowane na prąd stały przez obwody odbiornika. Może być następnie używany do zasilania urządzenia.
Co oznacza rezonans
Odległość, na jaką energia (lub moc) może być przesyłana, wzrasta, jeśli cewki nadajnika i odbiornika rezonują z tą samą częstotliwością. Podobnie jak kamerton oscyluje na pewnej wysokości i może osiągnąć maksymalną amplitudę. Odnosi się do częstotliwości, z jaką obiekt naturalnie wibruje.
Zalety transmisji bezprzewodowej
Jakie są korzyści? Plusy:
- redukuje koszty związane z utrzymaniem złączy prostych (np. w tradycyjnym przemysłowym pierścieniu ślizgowym);
- większa wygoda ładowania popularnych urządzeń elektronicznych;
- bezpieczny transfer do aplikacji, które muszą pozostać hermetycznie zamknięte;
- elektronika może być całkowicie ukryta, co zmniejsza ryzyko korozji spowodowanej takimi pierwiastkami jak tlen i woda;
- niezawodne i stałe zasilanie dla obrotowego, wysoce mobilnego sprzętu przemysłowego;
- zapewnia niezawodne przenoszenie mocy do krytycznych systemów w mokrych, brudnych i ruchomych środowiskach.
Niezależnie od aplikacji, eliminacja fizycznego połączenia zapewnia szereg korzyści w porównaniu z tradycyjnymi kablami złączy zasilających.
Wydajność transferu energii, o którym mowa
Całkowita wydajność bezprzewodowego systemu zasilania jest najważniejszym czynnikiem określającym jegowystęp. Wydajność systemu mierzy ilość energii przesyłanej między źródłem zasilania (tj. gniazdkiem ściennym) a urządzeniem odbiorczym. To z kolei określa takie aspekty, jak prędkość ładowania i zasięg propagacji.
Systemy komunikacji bezprzewodowej różnią się poziomem wydajności w zależności od takich czynników, jak konfiguracja i konstrukcja cewki, odległość transmisji. Mniej wydajne urządzenie będzie generować więcej emisji i skutkować będzie mniejszą mocą przechodzącą przez urządzenie odbiorcze. Zazwyczaj technologie bezprzewodowej transmisji mocy dla urządzeń takich jak smartfony mogą osiągnąć 70% wydajności.
Jak mierzy się wydajność
Znaczenie, jako ilość mocy (w procentach), która jest przesyłana ze źródła zasilania do urządzenia odbiorczego. Oznacza to, że bezprzewodowa transmisja mocy dla smartfona o wydajności 80% oznacza, że 20% mocy wejściowej jest tracone między gniazdkiem ściennym a baterią ładowanego gadżetu. Wzór na pomiar wydajności pracy to: wydajność=moc wyjściowa podzielona przez wejście, pomnóż wynik przez 100%.
Bezprzewodowa transmisja energii elektrycznej
Moc może być rozprowadzana w rozważanej sieci przez prawie wszystkie materiały niemetalowe, w tym między innymi. Są to ciała stałe, takie jak drewno, tworzywa sztuczne, tekstylia, szkło i cegły, a także gazy i ciecze. Kiedy metal lubMateriał przewodzący prąd elektryczny (tj. włókno węglowe) umieszczany jest w bliskiej odległości od pola elektromagnetycznego, obiekt pochłania z niego energię i w rezultacie nagrzewa się. To z kolei wpływa na wydajność systemu. Tak działa gotowanie indukcyjne, na przykład nieefektywny transfer mocy z płyty grzejnej wytwarza ciepło do gotowania.
Aby stworzyć bezprzewodowy system przesyłu energii, musisz wrócić do początków tematu. Lub raczej odnoszący sukcesy naukowiec i wynalazca Nikola Tesla, który stworzył i opatentował generator, który może przejąć energię bez różnych materialistycznych przewodników. Tak więc, aby wdrożyć system bezprzewodowy, konieczne jest zmontowanie wszystkich ważnych elementów i części, w wyniku czego zostanie zaimplementowana mała cewka Tesli. Jest to urządzenie, które w otaczającym powietrzu wytwarza pole elektryczne o wysokim napięciu. Ma małą moc wejściową, zapewnia bezprzewodową transmisję mocy na odległość.
Jednym z najważniejszych sposobów przesyłania energii jest sprzężenie indukcyjne. Jest używany głównie do bliskiego pola. Charakteryzuje się tym, że gdy prąd przepływa przez jeden przewód, na końcach drugiego indukowane jest napięcie. Przenoszenie mocy odbywa się poprzez wzajemność między dwoma materiałami. Typowym przykładem jest transformator. Pomysł na transfer energii mikrofalowej został opracowany przez Williama Browna. Cała koncepcja polega na zamianie mocy prądu przemiennego na moc o częstotliwości radiowej i przekazaniu jej w kosmosie i ponownym dozmienna moc w odbiorniku. W układzie tym napięcie generowane jest za pomocą mikrofalowych źródeł energii. takich jak klistron. I ta moc jest przekazywana do anteny nadawczej przez falowód, który chroni przed mocą odbitą. A także tuner dopasowujący impedancję źródła mikrofal do innych elementów. Sekcja odbiorcza składa się z anteny. Akceptuje moc mikrofal i obwód dopasowania impedancji oraz filtr. Ta antena odbiorcza wraz z urządzeniem prostowniczym może być dipolem. Odpowiada sygnałowi wyjściowemu z podobnym alarmem dźwiękowym prostownika. Blok odbiornika składa się również z podobnej sekcji składającej się z diod, które służą do konwersji sygnału na alarm DC. Ten system transmisji wykorzystuje częstotliwości od 2 GHz do 6 GHz.
Bezprzewodowa transmisja energii elektrycznej za pomocą sterownika Brovina, który zaimplementował generator wykorzystujący podobne oscylacje magnetyczne. Najważniejsze jest to, że to urządzenie działało dzięki trzem tranzystorom.
Korzystanie z wiązki laserowej do przesyłania mocy w postaci energii świetlnej, która na końcu odbiorczym jest przekształcana w energię elektryczną. Sam materiał jest zasilany bezpośrednio ze źródeł takich jak Słońce lub dowolny generator prądu. I odpowiednio wdraża skupione światło o dużej intensywności. O wielkości i kształcie wiązki decyduje zestaw optyki. A to przepuszczane światło laserowe jest odbierane przez ogniwa fotowoltaiczne, które przekształcają je w sygnały elektryczne. Zwykle używakable światłowodowe do transmisji. Podobnie jak w przypadku podstawowego systemu zasilania energią słoneczną, odbiornikiem wykorzystywanym w propagacji laserowej jest szereg ogniw fotowoltaicznych lub panel słoneczny. One z kolei mogą zamieniać niespójne monochromatyczne światło na energię elektryczną.
Podstawowe cechy urządzenia
Moc cewki Tesli tkwi w procesie zwanym indukcją elektromagnetyczną. Oznacza to, że zmieniające się pole tworzy potencjał. To sprawia, że prąd płynie. Kiedy prąd przepływa przez cewkę z drutu, generuje pole magnetyczne, które w określony sposób wypełnia obszar wokół cewki. W przeciwieństwie do niektórych innych eksperymentów wysokiego napięcia, cewka Tesli przetrwała wiele testów i prób. Proces był dość pracochłonny i długotrwały, ale wynik był udany, a zatem z powodzeniem opatentowany przez naukowca. Możesz stworzyć taką cewkę w obecności pewnych komponentów. Do realizacji wymagane będą następujące materiały:
- długość 30 cm PVC (im więcej tym lepiej);
- drut miedziany emaliowany (drut wtórny);
- deska brzozowa do podstawy;
- 2222A tranzystor;
- przewód łączący (główny);
- rezystor 22 kΩ;
- przełączniki i przewody łączące;
- 9 V bateria.
Etapy wdrażania urządzenia Tesla
Najpierw musisz umieścić mały otwór w górnej części rury, aby owinąć jeden koniec drutuna około. Nawijaj cewkę powoli i ostrożnie, uważając, aby nie zachodziły na przewody i nie tworzyły szczelin. Ten krok jest najtrudniejszą i najbardziej żmudną częścią, ale poświęcony czas da bardzo wysoką jakość i dobrą cewkę. Co około 20 zwojów wokół uzwojenia umieszczane są pierścienie taśmy maskującej. Działają jak bariera. Na wypadek, gdyby cewka zaczęła się rozwijać. Po zakończeniu owiń górną i dolną część uzwojenia ciężką taśmą i spryskaj je 2 lub 3 warstwami emalii.
Następnie musisz podłączyć baterię podstawową i dodatkową do baterii. Po - włącz tranzystor i rezystor. Mniejsze uzwojenie jest pierwotne, a dłuższe uzwojenie wtórne. Na rurze można opcjonalnie zainstalować kulę aluminiową. Podłącz również otwarty koniec wtórnego do dodawanego, który będzie działał jak antena. Należy uważać, aby nie dotknąć urządzenia dodatkowego, gdy włączone jest zasilanie.
W przypadku samodzielnej sprzedaży istnieje ryzyko pożaru. Musisz przełączyć przełącznik, zainstalować żarówkę obok bezprzewodowego urządzenia do transmisji mocy i cieszyć się pokazem świetlnym.
Transmisja bezprzewodowa za pośrednictwem systemu zasilania energią słoneczną
Tradycyjne przewodowe konfiguracje dystrybucji zasilania zwykle wymagają zastosowania przewodów między urządzeniami rozproszonymi a jednostkami konsumenckimi. Stwarza to wiele ograniczeń, ponieważ koszt systemukoszty kabla. Straty poniesione w transmisji. Jak również odpady w dystrybucji. Sama rezystancja linii transmisyjnej prowadzi do utraty około 20-30% generowanej energii.
Jeden z najnowocześniejszych bezprzewodowych systemów przesyłu energii opiera się na przesyłaniu energii słonecznej za pomocą kuchenki mikrofalowej lub wiązki laserowej. Satelita znajduje się na orbicie geostacjonarnej i składa się z ogniw fotowoltaicznych. Zamieniają światło słoneczne w prąd elektryczny, który służy do zasilania generatora mikrofal. I odpowiednio realizuje moc mikrofal. To napięcie jest przesyłane za pomocą komunikacji radiowej i odbierane w stacji bazowej. Jest to połączenie anteny i prostownika. I jest zamieniany z powrotem w energię elektryczną. Wymaga zasilania AC lub DC. Satelita może przesyłać do 10 MW mocy RF.
Kiedy mówimy o systemie dystrybucji prądu stałego, nawet to jest niemożliwe. Ponieważ wymaga złącza między zasilaczem a urządzeniem. Jest taki obraz: system jest całkowicie pozbawiony przewodów, dzięki czemu można dostać prąd zmienny w domach bez żadnych dodatkowych urządzeń. Gdzie można naładować telefon komórkowy bez konieczności fizycznego podłączania do gniazdka. Oczywiście taki system jest możliwy. A wielu współczesnych badaczy próbuje stworzyć coś zmodernizowanego, jednocześnie badając rolę opracowania nowych metod bezprzewodowego przesyłania energii elektrycznej na odległość. Chociaż z punktu widzenia komponentu ekonomicznego dla państw tak nie będziecałkiem opłacalne jest wprowadzenie takich urządzeń wszędzie i zastąpienie standardowej energii elektrycznej naturalną energią elektryczną.
Początki i przykłady systemów bezprzewodowych
Ta koncepcja nie jest tak naprawdę nowa. Cały ten pomysł został opracowany przez Nicholasa Teslę w 1893 roku. Kiedy opracował system oświetlania lamp próżniowych z wykorzystaniem technik transmisji bezprzewodowej. Nie sposób sobie wyobrazić, że świat istnieje bez różnych źródeł ładowania, które wyrażają się w formie materialnej. Aby telefony komórkowe, roboty domowe, odtwarzacze MP3, komputery, laptopy i inne przenośne gadżety mogły być ładowane samodzielnie, bez żadnych dodatkowych połączeń, uwalniając użytkowników od stałych przewodów. Niektóre z tych urządzeń mogą nawet nie wymagać dużej liczby elementów. Historia bezprzewodowej transmisji mocy jest dość bogata i głównie dzięki rozwojowi Tesli, Volty itp. Ale dziś pozostają tylko danymi w naukach fizycznych.
Podstawową zasadą jest konwersja zasilania AC na napięcie DC za pomocą prostowników i filtrów. A potem - w powrocie do pierwotnej wartości przy wysokiej częstotliwości za pomocą falowników. Ta niskonapięciowa, silnie oscylująca moc prądu przemiennego jest następnie przekazywana z pierwotnego transformatora do wtórnego. Konwertowany na napięcie stałe za pomocą prostownika, filtra i regulatora. Sygnał AC staje się bezpośrednidzięki dźwiękowi prądu. Jak również przy użyciu sekcji prostownika mostkowego. Odebrany sygnał DC przechodzi przez uzwojenie sprzężenia zwrotnego, które działa jak obwód oscylatora. Jednocześnie wymusza na tranzystorze doprowadzenie go do konwertera pierwotnego w kierunku od lewej do prawej. Gdy prąd przepływa przez uzwojenie sprzężenia zwrotnego, odpowiedni prąd płynie do pierwotnej strony transformatora od prawej do lewej.
Tak działa ultradźwiękowa metoda przesyłania energii. Sygnał jest generowany przez czujnik w obu półokresach alarmu AC. Częstotliwość dźwięku zależy od ilościowych wskaźników drgań obwodów generatora. Ten sygnał AC pojawia się na uzwojeniu wtórnym transformatora. A kiedy jest podłączony do przetwornika innego obiektu, napięcie AC wynosi 25 kHz. Pojawia się przez niego odczyt w transformatorze obniżającym napięcie.
To napięcie AC jest wyrównywane przez prostownik mostkowy. A następnie filtrowane i regulowane, aby uzyskać wyjście 5 V do zasilania diody LED. Napięcie wyjściowe 12 V z kondensatora jest wykorzystywane do zasilania silnika wentylatora prądu stałego w celu jego uruchomienia. Tak więc z punktu widzenia fizyki przesył energii elektrycznej jest dość rozwiniętym obszarem. Jednak, jak pokazuje praktyka, systemy bezprzewodowe nie są w pełni rozwinięte i ulepszone.
