Bežični prijenos električne energije: povijest, tehnologija, oprema

Bežični prijenos za isporuku električne energije ima mogućnost pružiti glavna postignuća u području industrije i aplikacija, ovisno o fizičkom kontaktu konektora. To, pak, može biti nepouzdano i dovesti do neuspjeha. Prijenos bežične struje prvi put je demonstrirao Nikola Tesla 1890-ih. Međutim, samo je u posljednjem desetljeću tehnologija korištena u tolikoj mjeri da nudi stvarne, opipljive prednosti za aplikacije u stvarnom svijetu. Konkretno, razvoj rezonantnog bežičnog elektroenergetskog sustava za tržište potrošačke elektronike pokazao je da punjenje indukcijom omogućuje novu razinu udobnosti za milijune svakodnevnih uređaja.

Ova je moć široko poznata po mnogim pojmovima. Uključujući induktivni prijenos, komunikaciju, rezonantnu bežičnu mrežu i isti izlaz napona. Svaki od ovih uvjeta, u biti, opisuje isti temeljni proces. Bežični prijenos struje ili energije iz izvora napajanja do napona opterećenja bez priključaka kroz zračni jaz. Temelj su dvije zavojnice - odašiljač i prijemnik. Prvi je uzbuđen od izmjenične struje za generiranje magnetskog polja, što zauzvrat izaziva napon u drugom.

Kako funkcionira sustav

Osnove bežične energije uključuju distribuciju energije od odašiljača do prijamnika kroz oscilirajuće magnetsko polje. Da bi se to postiglo, struja istosmjernog napona koja se napaja od napajanja pretvara se u veliku frekvencijsku varijablu. Uz pomoć posebno dizajnirane elektronike ugrađene u predajnik. Zamjenska struja aktivira spiralu bakrene žice u distributeru, koja generira magnetsko polje. Kada se drugi (prijemni) navoj nalazi u neposrednoj blizini. Magnetsko polje može izazvati izmjeničnu struju u prihvatnom svitku. Elektronika u prvom uređaju pretvara varijablu natrag u konstantu koja postaje snaga koja se troši.

Shema bežičnog prijenosa

Napon "mreže" pretvara se u AC signal, koji se zatim šalje na zavojnicu odašiljača putem elektroničkog sklopa. Prolazeći kroz namatanje distributera, potiče magnetsko polje. S druge strane, može se proširiti na zavojnicu prijemnika, koji je u relativnoj blizini. Zatim, magnetsko polje stvara struju koja struji kroz navijanje uređaja za primanje. Proces kojim se propagira energija između prijenosnih i prijemnih svitaka također se naziva magnetska ili rezonantna veza. I to se postiže uz pomoć oba namota koji djeluju na istoj frekvenciji. Tekućina koja teče u prijemnom svitku pretvara se u konstantnu struju pomoću kruga prijamnika. Može se zatim koristiti za napajanje uređaja.

Što znači rezonancija

Udaljenost do kojega se može prenijeti energija (ili snaga) povećava se ako zavojnice odašiljača i prijemnika rezoniraju na istoj frekvenciji. Baš kao što tanka vilica oscilira na određenoj visini i može doseći maksimalnu amplitudu. To se odnosi na učestalost kojom objekt prirodno vibrira.

Prednosti bežičnog prijenosa

Koje su prednosti? Pros:

• Smanjuje troškove povezane s održavanjem izravnih priključaka (na primjer, u tradicionalnom kliznom prstenu);
• veća pogodnost za punjenje uobičajenih elektroničkih uređaja;
• siguran prijenos na aplikacije koje moraju ostati hermetički zatvorene;
• elektronika može biti potpuno skriveno, što smanjuje rizik od korozije zbog elemenata poput kisika i vode;
• pouzdanu i dosljednu opskrbu snage rotirajućoj, visoko mobilnoj industrijskoj opremi;
• Pruža pouzdan prijenos snage na kritične sustave u vlažnom, prljavom i pokretnom okruženju.

Bez obzira na primjenu, uklanjanje fizičke veze pruža niz prednosti u odnosu na tradicionalne konektore kabelske snage.

Učinkovitost prijenosa energije u obzir

Ukupna učinkovitost bežičnog elektroenergetskog sustava najvažniji je čimbenik u određivanju njegove izvedbe. Izvedba sustava mjeri količinu energije koja se prenosi između izvora napajanja (tj. Zidne utičnice) i uređaja za primanje. Ovo zauzvrat određuje aspekte kao što su brzina punjenja i raspon distribucije.

Bežični komunikacijski sustavi variraju ovisno o njihovoj razini učinkovitosti, temeljeni na čimbenicima kao što su konfiguracija i dizajn svitka, udaljenost prijenosa. Manje učinkoviti uređaj će generirati više emisija i dovesti do manje snage koja prolazi kroz prijemni uređaj. Tipično, bežične tehnologije prijenosa snage za uređaje poput pametnih telefona mogu doseći 70% performansi.

Kako se mjeri učinkovitost?

U tom smislu, kao količina snage (u postocima) koja se prenosi iz izvora napajanja na prijemni uređaj. To znači, bežični prijenos energije za pametni telefon s učinkovitosti od 80% znači da se 20% ulazne snage gubi između zidne utičnice i bateriju napunjenog gadgeta. Formula za mjerenje performansi: produktivnost = izravna struja koja odlazi, podijeljena s dolaznim, umnožiti rezultat za 100%.

Metode bežičnog prijenosa

Snaga se može širiti kroz dotičnu mrežu za gotovo sve ne-metalne materijale, uključujući, ali ne ograničavajući se na njih. To su krute tvari kao što su drvo, plastika, tekstil, staklo i opeka, kao i plinovi i tekućine. Kada se metalni ili električki vodljivi materijal (tj. ugljični vlakno) nalazi se u neposrednoj blizini elektromagnetskog polja, objekt apsorbira snagu od njega i, kao rezultat toga, zagrijava. Ovo zauzvrat utječe na učinkovitost sustava. Evo kako indukcijsko kuhanje djeluje, na primjer, neučinkovito prenošenje snage iz ploče za kuhanje stvara toplinu za kuhanje.

Da biste stvorili bežični prijenosni sustav, potrebno je vratiti se na početke teme koja se razmatra. Točnije, uspješnom znanstveniku i izumitelju Nikoli Tesli, koji je stvorio i patentirao generatora sposoban za uzimanje hrane bez različitih materijalističkih vodiča. Dakle, za implementaciju bežičnog sustava, morate prikupiti sve važne elemente i dijelove, kao rezultat toga, mali zavojnica Tesla. Ovaj uređaj, koji stvara električno polje visokog napona u zraku, oko njega. Istodobno, postoji mala ulazna snaga, pruža bežični prijenos snage na daljinu.

Jedan od najvažnijih načina prijenosa energije je induktivno povezivanje. Uglavnom se koristi za polje u blizini. Karakterizira ga činjenica da kada struja prođe kroz jednu žicu na krajevima druge, dolazi do napona. Prijenos snage provodi se uzajamnošću između dva materijala. Uobičajeni primjer je transformator. Mikrovalni prijenos energije, poput ideje, razvio je William Brown. Cijeli koncept uključuje pretvaranje struje izmjenične struje u radiofrekvenciju i njegovo odašiljanje u prostoru i ponovno dobavu promjenjive snage na prijemniku. U ovom sustavu napon se generira pomoću mikrovalnih izvora energije. Kao što je kststron. A ova snaga se prenosi na antenu za odašiljanje kroz valovod, koji štiti od reflektirane snage. I također tuner koji odgovara impedanciji mikrovalnog izvora s drugim elementima. Dio primanja sastoji se od antene. Potrebno je snage mikrovalova i kruga za podudaranje impedancije i filtra. Ova antena za prijem, zajedno s ispravljačem, može biti dipol. Odgovara izlazni signal sa sličnim zvučnim upozorenjem jedinice ispravljača. Prijemna jedinica također se sastoji od sličnog odjeljka koji se sastoji od dioda, koji se koriste za pretvaranje signala u upozorenje stalne struje. Ovaj prijenosni sustav koristi frekvencije u rasponu od 2 GHz do 6 GHz.

Bežični prijenos električne energije pomoću Brovina, koji je generator generirao pomoću sličnih magnetskih oscilacija. Dno crta je da je ovaj uređaj je powered by tri tranzistora.

Upotrijebite lasersku zraku za prijenos snage u obliku svjetlosne energije koja se pretvara u električnu energiju na prijemnom kraju. Izravno se sam materijal hrani pomoću izvora kao što je Sunce ili bilo koji generator električne energije. I, u skladu s tim, ostvaruje fokusiranu svjetlost visokog intenziteta. Veličina i oblik zrake određuju se skupom optike. I ovu prenesenu lasersku svjetlost primaju fotonaponske ćelije, koje ga pretvaraju u električne signale. Obično koristi svjetlovodne kabele za prijenos. Kao iu osnovnom sustavu solarne energije, prijemnik koji se koristi za lasersko širenje je niz fotonaponskih ćelija ili solarna ploča. Oni, pak, mogu se transformirati neupravljivi monokromatski svjetlo u struji.

Osnovne značajke uređaja

Moć Tesla zavojnice leži u procesu koji se naziva elektromagnetska indukcija. To znači da promjenjivo polje stvara potencijal. To uzrokuje strujanje struje. Kada struja teče kroz žičanu spiralu, generira magnetsko polje koje na određeni način ispunjava područje oko navoja. Za razliku od nekih drugih eksperimenata s visokim naponom, Tesla spirala je izdržala mnoge provjere i testove. Proces je bio naporan i dugotrajan, no rezultat je bio uspješan, pa je stoga uspješno patentiran od strane znanstvenika. Ako imate određene komponente, možete stvoriti sličnu zavojnicu. Sljedeći materijali bit će potrebni za implementaciju:

1. duljina 30 cm PVC (više, bolje);
2. bakrena emajlirana žica (sekundarna žica);
3. betonska ploča za bazu;
4. 2222A tranzistor;
5. veza (primarna) žica;
6. otpornik 22 kOhm;
7. sklopke i spojne žice;
8. baterija 9 volt.

Faze implementacije Tesla uređaja

Za početak, trebate staviti mali utor na vrhu cijevi da biste objesili jedan kraj žice. Polagano i pažljivo zavrnite zavojnicu, pazeći da ne blokirate žice i istodobno ne stvarajte mjesta. Ovaj korak je najteži i zamoran dio, ali vrijeme koje će provesti dat će vrlo dobru kvalitetu i dobru zavojnicu. Svakih 20, okreta se stavljaju na prstenove trake za maskiranje oko namota. Oni djeluju kao prepreka. U slučaju da se zavojnica počne raspadati. Kada završite, zamotajte usku traku oko vrha i dna zavojnice i prskajte ga s 2 ili 3 sloja cakline.

Tada morate spojiti primarnu i sekundarnu bateriju na bateriju. Nakon - uključite tranzistor i otpornik. Manji namot je primarni, a dulji namot je sekundaran. Na vrhu cijevi možete dodatno instalirati aluminijsku kuglu. Osim toga, spojite otvoreni kraj sekundarnog s dodanim, koji će djelovati kao antena. Potrebno je sve pažljivo stvoriti kako ne biste dodirnuli sekundarni uređaj prilikom uključivanja napajanja.

Kada se provodi samostalno, postoji opasnost od požara. Potrebno je okrenuti prekidač, ugraditi žarulju sa žarnom niti uz bežični prijenosnik i uživati ​​u svjetlosnom prikazu.

Bežični prijenos kroz sustav solarne energije

Tradicionalne konfiguracije ožičene prodaje energije obično zahtijevaju prisutnost žica između distribuiranih uređaja i potrošačkih jedinica. To stvara puno ograničenja kao trošak troškova sustava za kabele. Gubici nastali u prijenosu. I otpada u distribuciji. Samo otpor prijenosne linije dovodi do gubitka od oko 20-30% proizvedene energije.

Jedan od najnaprednijih bežičnih prijenosnih sustava temelji se na prijenosu solarne energije pomoću mikrovalne pećnice ili laserske zrake. Satelit se nalazi u geostacionarnoj orbiti i sastoji se od fotonaponskih ćelija. Oni pretvaraju sunčevu svjetlost u električnu struju koja se koristi za napajanje mikrovalnog generatora. I, u skladu s tim, ostvaruje snagu mikrovalova. Ovaj napon se prenosi putem radiokomunikacije i primamo na baznoj postaji. To je kombinacija antene i ispravljača. I vratio se natrag u struju. Zahtijeva AC ili DC napajanje. Satelit može emitirati do 10 MW radiofrekvencijske snage.

Ako govorimo o sustavu razmnožavanja DC, čak i to je nemoguće. Budući da to zahtijeva priključak između izvora napajanja i uređaja. Postoji takva slika: sustav je u potpunosti bez žica, gdje je moguće dobiti AC napajanje u kućama bez ikakvih dodatnih uređaja. Tamo gdje postoji prilika za naplatu vašeg mobilnog telefona bez fizičkog spajanja na utičnicu. Naravno, takav je sustav moguć. I mnogi moderni istraživači pokušavaju stvoriti nešto modernizirano, dok proučavaju ulogu razvoja novih načina bežičnog prijenosa električne energije na daljinu. Iako, s gledišta ekonomske komponente, države neće biti profitabilne, ako se takvi uređaji uvode posvuda, i zamijeniti standardnu ​​električnu energiju prirodnim.

Podrijetlo i primjeri bežičnih sustava

Ovaj koncept, zapravo, nije nova. Ovu je ideju razvio Nikola Tesla 1893. Kad je razvio sustav osvjetljavanja vakuumskih svjetiljki pomoću tehnologije bežičnog prijenosa. Nemoguće je zamisliti da svijet postoji bez različitih izvora punjenja, koji su izraženi u materijalnom obliku. Da bi se omogućili mogući mobilni telefoni, kućni roboti, MP3 playeri, računala, prijenosna računala i drugi prijenosni uređaji koji bi se naplaćuju samostalno, bez dodatnih veza, oslobađajući korisnike od stalnih žica. Neki od tih uređaja možda čak ni ne zahtijevaju veliki broj elemenata. Povijest bežičnog prijenosa energije prilično je zasićena, a uglavnom zahvaljujući razvoju Tesle, Volte itd. No, danas ostaje samo podatak u fizičkoj znanosti.

Osnovno načelo je pretvoriti izmjeničnu struju na DC napon pomoću ispravljača i filtara. A zatim - za povratak na izvornu vrijednost na visokoj frekvenciji pomoću pretvarača. Ovaj niskonaponski napon, s većim oscilacijama, AC napajanje prolazi od primarnog transformatora do sekundarne. Pretvara se u DC napon pomoću ispravljača, filtra i regulatora. AC signal postaje izravni zbog zvuka struje. I također koristite dio ispravljača mosta. Primljeni DC signal prolazi kroz povratni namot, koji djeluje kao krug generatora. To uzrokuje tranzistoru da ga vodi u primarni pretvarač u smjeru s lijeva na desno. Kada struja prolazi kroz povratno namotavanje, odgovarajuća struja teče na primarni dio transformatora u pravcu od desno na lijevo.

Tako djeluje ultrazvučna metoda prijenosa energije. Signal se generira kroz primarni pretvarač za oba polu razdoblja upozorenja izmjenične struje. Frekvencija zvuka ovisi o kvantitativnim karakteristikama oscilacija kruga generatora. Ovaj AC signal pojavljuje se na sekundarnom dijelu transformatora. A kad je povezan s primarnim pretvaračem drugog objekta, AC napon je 25 kHz. Na njemu se pojavljuje oznaka u transformatoru za spuštanje.

Ovaj AC napon uravnotežen je ispravljačem mosta. I zatim filtrirane i podešene kako bi dobili 5 V izlaz za LED kontrolu. Izlazni napon od 12 V iz kondenzatora koristi se za napajanje DC motora ventilatora za njegov rad. Dakle, sa stajališta fizike, prijenos električne energije je prilično razvijeno područje. Međutim, kako praksa pokazuje, bežični sustavi nisu potpuno razvijeni i poboljšani.