Безжично предаване на електроенергия: история, технология, оборудване

Безжичното предаване за доставка на електроенергия има способността да доставя основните постижения в областта на индустрията и приложенията в зависимост от физическия контакт на конектора. Това от своя страна може да бъде ненадеждна и да доведе до провал. Предаването на безжично електричество за пръв път бе демонстрирано от Никола Тесла през 1890 година. Само през последното десетилетие обаче технологията се използва до такава степен, че тя предлага реални, осезаеми ползи за реалните приложения. По-специално, разработването на резонансна безжична електрическа система за пазара на потребителска електроника показва, че зареждането чрез индукция осигурява нови нива на удобство за милиони ежедневни устройства.

Въпросната мощност е широко известна с много термини. Включително индуктивно предаване, комуникация, резонансна безжична мрежа и същата изходна мощност. Всяко от тези условия по същество описва същия основен процес. Безжично предаване на електричество или захранване от източника на енергия към натоварващото напрежение без съединители през въздушната междина. Основата е две намотки - предавател и приемник. Първият е развълнуван от променлив ток за генериране на магнитно поле, което на свой ред предизвиква напрежение във второто.

Как функционира системата

Основните положения на безжичната енергия включват разпределението на енергия от предавателя към приемника чрез колебаещо се магнитно поле. За да се постигне това, постоянният ток, който се захранва от захранването, се преобразува в високочестотна променлива. С помощта на специално проектирана електроника, вградена в трансмитера. Алтернативният ток активира намотката на медна жица в разпределителя, което генерира магнитно поле. Когато втората (получаваща) намотка е разположена в непосредствена близост. Магнитното поле може да предизвика променлив ток в приемната бобина. След това електрониката в първото устройство преобразува променливата обратно в константата, което се превръща в консумираната мощност.

Схема за безжична връзка

Напрежението на "мрежата" се преобразува в AC сигнал, който след това се изпраща към предавателната серпентина чрез електронна схема. Изтичането през намотката на разпределителя предизвиква магнитно поле. Тя от своя страна може да се простира до приемната бобина, която е в относителна близост. Тогава магнитното поле генерира ток, протичащ през намотката на приемното устройство. Процесът, чрез който се размножава енергията между предавателните и приемните 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 приемателната серпентина, се преобразува в постоянен ток, използвайки схемата на приемника. То може да се използва за захранване на устройството.

Какво означава резонансът

Разстоянието до което може да се предаде енергия (или мощност) се увеличава, ако бобините на предавателя и приемника резонират със същата честота. Също както вилката за настройка се осцилира на определена височина и може да достигне максимална амплитуда. Това се отнася до честотата, с която обектът естествено вибрира.

Предимства на безжичното предаване

Какви са предимствата? плюсове:

• Намалява разходите, свързани с поддържането на директни съединители (например в традиционен промишлен хлъзгав пръстен);
• по-голямо удобство при зареждането на конвенционални електронни устройства;
• безопасно прехвърляне към приложения, които трябва да останат херметически затворени;
• електрониката може да бъде напълно скрита, което намалява риска от корозия поради елементи като кислород и вода;
• надеждна и последователна доставка на енергия за въртящо се, високо мобилно промишлено оборудване;
• Осигурява надеждно предаване на енергия към критични системи във влажна, мръсна и подвижна среда.

Независимо от приложението, премахването на физическата връзка осигурява редица предимства пред традиционните кабелни захранващи съединители.

Ефективността на разглеждания трансфер на енергия

Общата ефективност на безжичната електроенергийна система е най-важният фактор при определянето на нейната ефективност. Ефективността на системата измерва количеството предавана мощност между източника на захранване (т.е. електрическия контакт) и приемното устройство. Това, от своя страна, определя такива аспекти като скоростта на зареждане и диапазона на разпространение.

Системите за безжична комуникация варират в зависимост от нивото на ефективност, въз основа на фактори като конфигурация и дизайн на намотките, разстояние на предаване. По-малко ефективното устройство ще генерира повече емисии и ще доведе до по-малка мощност, преминаваща през приемащото устройство. Обикновено безжичните технологии за предаване на енергия за устройства като смартфоните могат да достигнат 70% от производителността.

Как се измерва ефективността?

В смисъл, като количеството енергия (в проценти), което се предава от източника на енергия към приемащото устройство. Това означава, че безжичното предаване на енергия за смартфон с ефективност 80% означава, че 20% от входната мощност е загубена между електрическия контакт и батерията на заредената притурка. Формулата за измерване на производителността: производителност = изходящ постоянен ток, разделен на входящ, умножен с 100%.

Методи за безжично предаване

Мощността може да се разпространява чрез въпросната мрежа за почти всички неметални материали, включително, но не само. Това са твърди вещества като дърво, пластмаса, текстил, стъкло и тухли, както и газове и течности. Когато метален или електрически проводим материал (т.е., въглеродни влакна) се намира в непосредствена близост до електромагнитното поле, обектът поглъща енергия от него и в резултат се загрява. Това от своя страна засяга ефективността на системата. Ето как работи индукционното готвене, например, неефективното прехвърляне на енергия от плота създава топлина за готвене.

За да създадете безжична предавателна система, е необходимо да се върнете към произхода на разглежданата тема. И по-точно за успешния учен и изобретател Никола Тесла, който създаде и патентова генератор, който може да приема храна без различни материалистични водачи. Така че, за да въведете безжична система, трябва да съберете всички важни елементи и части, в резултат на това, малка бобина Тесла. Това устройство, което създава електрическо поле с високо напрежение във въздуха около него. В същото време има малка входна мощност, която осигурява безжично предаване на енергия от разстояние.

Един от най-важните начини за предаване на енергия е индуктивното свързване. Използва се главно за близко поле. Характеризира се с факта, че когато един ток преминава през един проводник в краищата на другия, се предизвиква напрежение. Предаването на енергия се осъществява чрез реципрочност между двата материала. Често използван е трансформатор. Трансфер на микровълнова енергия, подобно на идеята, е разработен от Уилям Браун. Цялата концепция включва преобразуване на променливотоковото захранване в радиочестотна честота и предаването й в пространството и повторно захранване с променлива мощност в приемника. В тази система напрежението се генерира, като се използват микровълнови енергийни източници. Като клострона. И тази мощност се предава на предавателната антена през вълновод, който предпазва от отразена сила. И също тунера, който съответства на импеданса на източника на микровълнова с други елементи. Приемащата секция се състои от антена. Това отнема силата на микровълните и схемата за съвпадение на импеданса и филтъра. Тази приемна антена, заедно с ректификационното устройство, може да бъде дипол. Съответства на изходния сигнал с подобно звуково предупреждение на токоизправителя. Приемащият блок също се състои от подобна секция, състояща се от диоди, които се използват за преобразуване на сигнала в предупреждение за постоянен ток. Тази преносна система използва честоти в обхвата от 2 GHz до 6 GHz.

Безжично предаване на електроенергия Бровина, който реализира генератора с използване на подобни магнитни трептения. Долната линия е, че това устройство е захранвано от три транзистора.

Използвайте лазерен лъч за предаване на мощността под формата на светлинна енергия, която се преобразува в електрически в приемния край. Директно самите материали се хранят с източници като Слънцето или друг генератор на електроенергия. И, съответно, реализира фокусирана светлина с висока интензивност. Размерът и формата на лъча се определят от комплекта оптика. И тази предавана лазерна светлина се получава от фотоволтаичните клетки, които я превръщат в електрически сигнали. Той обикновено използва оптични кабели за предаване. Както при основната слънчева енергийна система, приемникът, използван при разпространението на лазери, е масив от фотоволтаични клетки или слънчев панел. Те, от своя страна, могат да се превърнат в разединени монохромна светлина в електроенергията.

Основни характеристики на устройството

Силата на бобината Tesla се крие в процес, наречен електромагнитна индукция. Това означава, че променящото се поле създава потенциал. То причинява поток на ток. Когато електроенергията протича през жична бобина, тя генерира магнитно поле, което запълва зоната около намотката по определен начин. За разлика от други експерименти с високо напрежение, бобината Tesla е издържала много проверки и тестове. Процесът беше труден и отнема време, но резултатът беше успешен и затова успешно беше патентован от учения. Можете да създадете подобна бобина, ако имате определени компоненти. За изпълнението ще се изискват следните материали:

1. дължина 30 см PVC (колкото повече, толкова по-добре);
2. меден емайлиран проводник (вторичен проводник);
3. брезова дъска за основата;
4. Транзистор 2222А;
5. свързващ (първичен) проводник;
6. резистор 22 kOhm;
7. превключватели и свързващи проводници;
8. батерия 9 волта.

Етапи на внедряване на устройството Tesla

За да започнете, трябва да поставите малък слот в горната част на тръбата, за да обвиете единия край на телта наоколо. Бавно и внимателно обвивайте серпентината, като внимавате да не блокирате проводниците и в същото време да не създавате пространства. Тази стъпка е най-трудната и досадна част, но прекараното време ще даде много добро качество и добра бобина. На всеки 20 или около завоя се поставят пръстените на маскиращата лента около намотката. Те действат като бариера. В случай, че бобината започне да се разкрива. Когато приключите, обвийте затегналата лента около горната и долната част на намотката и я напръскайте с 2 или 3 слоя емайл.

След това трябва да свържете основната и вторичната батерия към батерията. След това - включете транзистора и резистора. По-малката намотка е основната и по-дългата намотка е вторична. Можете допълнително да инсталирате алуминиева сфера върху тръбата. В допълнение, свържете отворения край на вторичния с добавения, който ще действа като антена. Необходимо е всичко да се създаде внимателно, за да не се докосва вторичното устройство при включване на захранването.

При самоизпълнение съществува опасност от пожар. Необходимо е да включите превключвателя, да инсталирате лампата с нажежаема жичка до безжичното устройство за трансмисия и да се наслаждавате на показването на светлината.

Безжично предаване през слънчевата енергийна система

Традиционните конфигурации на продажбите на жична енергия обикновено изискват наличието на кабели между разпределените устройства и потребителските устройства. Това създава много ограничения, тъй като цената на системните разходи за кабели. Загуби, понесени при прехвърлянето. И също така и отпадъци в разпространението. Само съпротивлението на преносната мрежа води до загуба на около 20-30% от генерираната енергия.

Една от най-модерните безжични системи за пренос на енергия се основава на трансфера на слънчева енергия с помощта на микровълнова фурна или лазерен лъч. Сателитът се поставя в геостационарната орбита и се състои от фотоволтаични клетки. Те превръщат слънчевата светлина в електрически ток, който се използва за захранване на микровълнов генератор. И, съответно, реализира силата на микровълните. Това напрежение се предава чрез радиовръзка и се приема в базовата станция. Това е комбинация от антена и токоизправител. И се превръща в електричество. Изисква AC или DC мощност. Сателитът може да предава до 10 MW радиочестотна мощност.

Ако говорим за системата за разпространение на DC, то дори това е невъзможно. Тъй като това изисква конектор между източника на захранване и устройството. Има такава картина: системата е напълно лишена от жици, където е възможно да се получи променливотоково захранване в къщи без допълнителни устройства. Когато има възможност да заредите мобилния си телефон, без да се налага физически да го свързвате към гнездото. Разбира се, такава система е възможна. И много съвременни изследователи се опитват да създадат нещо модернизирано, като изучават ролята на разработването на нови начини за безжично предаване на електроенергия от разстояние. Въпреки че от гледна точка на икономическия компонент няма да е рентабилно за държавите, ако такива устройства са въведени навсякъде, и да заменят стандартната електроенергия с естествените.

Произходът и примерите за безжични системи

Тази концепция всъщност не е нова. Цялата тази идея е разработена от Никълъс Тесла през 1893 година. Когато разработи система за осветяване на вакуумни лампи, използващи безжична трансмисия. Невъзможно е да си представим, че светът съществува без различни източници на зареждане, които се изразяват в материална форма. За да направят възможни мобилни телефони, домашни роботи, MP3 плейъри, компютри, лаптопи и други преносими приспособления, които биха били таксувани самостоятелно, без допълнителни връзки, освобождавайки потребителите от постоянни кабели. Някои от тези устройства може да не изискват дори голям брой елементи. Историята на безжичното предаване на енергия е доста наситена и главно благодарение на развитието на Тесла, Волта и т.н. Но днес тя остава само данни във физиката.

Основният принцип е да се преобразува променливотоковото захранване в постоянно напрежение с помощта на токоизправители и филтри. И тогава - за да се върнете към първоначалната стойност на висока честота с инвертори. Това ниско напрежение, с по-високи колебания, AC пропуска тогава от първичния трансформатор към втория. Преобразува се в DC напрежение, като се използва токоизправител, филтър и регулатор. АС сигналът става директен поради звука на тока. Също така използвайки секцията на токоизправителя на моста. Полученият DC сигнал преминава през обратната намотка, която действа като генераторна верига. Това кара транзистора да го доведе до главния преобразувател в посока от ляво на дясно. Когато токът преминава през намотката за обратна връзка, съответният ток преминава към основната част на трансформатора в посока от дясно на ляво.

По този начин работи методът на ултразвуков трансфер на енергия. Сигналът се генерира през първичния преобразувател за двата половина на предупреждението за променлив ток. Честотата на звука зависи от количествените характеристики на колебанията на генериращите вериги. Този променлив ток се появява на вторичната част на трансформатора. И когато е свързан с основния конвертор на друг обект, AC напрежението е 25 kHz. В него се показва индикация в трансформатора за стъпка надолу.

Това AC напрежение е балансирано от мостов токоизправител. След това се филтрира и настройва, за да получи 5 V изход за LED контрол. Изходното напрежение от 12 V от кондензатора се използва за захранване на мотора на DC вентилатора за неговата работа. Така че, от гледна точка на физиката, преносът на електроенергия е сравнително развита област. Въпреки това, както показва практиката, безжичните системи не са напълно развити и подобрени.