Toată lumea știe că Nikola Tesla este inventatorul unor lucruri omniprezente precum curent alternativ și transformator. Dar nu toți oamenii de știință sunt familiarizați cu celelalte invenții ale lui Tesla.
Folosim curent alternativ. Folosim transformatoare. În orice apartament. Este greu de imaginat cum se poate face fără aceste invenții. Dar CUM le folosim? Tesla a folosit aceste lucruri pe care le știm (așa cum ni se pare nouă) într-un mod complet diferit. Cum conectăm orice aparat electric la rețea? Cu o furculiță - adică doi dirijori. Dacă conectăm un singur conductor, nu va exista curent - circuitul nu este închis.
Tesla a demonstrat efectul transmiterii puterii pe un singur conductor. Mai mult, în alte experimente, a transmis puterea fără fire deloc. La sfârșitul secolului al XIX-lea, marele inventator a reușit să transmită energia electrică fără fir pe o distanță de peste 40 de kilometri. Întrucât acest cunoscut experiment Tesla nu a fost încă repetat, cititorii noștri vor fi cu siguranță interesați de detaliile acestei povești, precum și de starea actuală a problemei transferului de energie electrică fără fire.
Biografia inventatorului american, sârb după origine, Nikola Tesla este bine cunoscută și nu ne vom opri asupra ei. Dar să clarificăm imediat: înainte de a demonstra experimentul său unic, Tesla, mai întâi în 1892 la Londra și un an mai târziu la Philadelphia, în prezența specialiștilor, a demonstrat posibilitatea de a transmite energie electrică printr-un fir, fără a utiliza împământarea al doilea pol al sursei de energie.
Și apoi a avut ideea de a folosi ca acest singur fir ... Pământul! Și în același an, la Congresul Asociației de Iluminat Electric din St. Lewis, a demonstrat lămpi electrice care ard fără fire de plumb și un motor electric care funcționează fără a fi conectat la rețeaua electrică. El a comentat această expoziție neobișnuită după cum urmează: „Câteva cuvinte despre ideea care îmi ocupă în mod constant gândurile și ne preocupă pe noi toți. Mă refer la transmiterea semnalelor, precum și a energiei, pe orice distanță fără fire. Știm deja că vibrațiile electrice pot fi transmise printr-un singur conductor. De ce să nu folosim Pământul în acest scop? Dacă putem stabili perioada de oscilație a sarcinii electrice a Pământului în timpul perturbației sale asociată cu acțiunea unui circuit încărcat opus, acesta va fi un fapt de o importanță extremă, care va servi beneficiului întregii omeniri. "
Văzând o demonstrație atât de spectaculoasă, oligarhi atât de cunoscuți precum J. Westinghouse și J.P.Morgan au investit peste un milion de dolari în această promițătoare afacere, după ce au cumpărat brevetele Tesla (bani uriași, apropo, la acea vreme!). Cu aceste fonduri la sfârșitul anilor 90 ai secolului al XIX-lea, Tesla își construiește laboratorul unic în Colorado Springs. Informații detaliate despre experimentele din laboratorul Tesla sunt prezentate în cartea biografului său John O'Neil „Electric Prometheus” (în țara noastră traducerea sa a fost publicată în revista „Inventor and Rationalizer” # 4-11 pentru 1979). Iată doar un scurt extras din acesta, pentru a nu face referire la reimprimările ulterioare: „În Colorado Springs, Tesla a efectuat primele teste de transmisie a energiei fără fir. El a reușit să alimenteze 200 de becuri incandescente situate la 42 de kilometri de laboratorul său cu curentul extras de pe Pământ în timpul funcționării gigantului vibrator. Puterea fiecăruia a fost de 50 de wați, deci consumul total de energie a fost de 10 kW sau 13 CP. Tesla era convins că, cu ajutorul unui vibrator mai puternic, ar putea aprinde o duzină de șiruri electrice de câte 200 de becuri, fiecare împrăștiate pe tot globul. "
Tesla însuși a fost atât de inspirat de succesul acestor experimente încât a anunțat în presa generală că intenționează să lumineze Expoziția Mondială Industrială de la Paris, care trebuia să aibă loc în 1903, cu energia unei centrale electrice situată la Niagara Falls. și transferat la Paris fără fire. Se știe din numeroase fotografii și descrieri ale martorilor oculari și asistenților inventatorului că a fost un generator de energie transmisă pe 42 de kilometri fără fire (deși acesta este un termen pur jurnalistic: un fir, pe care Pământul a acționat așa cum este, este prezent în acest circuit și spun acest lucru direct și Tesla însuși și biograful său).
Ceea ce Tesla a numit vibrator a fost un transformator uriaș al sistemului său, care avea o înfășurare primară de câteva rotații de sârmă groasă, înfășurat pe un gard de 25 de metri în diametru și a plasat în interiorul său o înfășurare secundară cu un singur strat multirot pe un dielectric cilindru. Înfășurarea primară, împreună cu un condensator, o bobină de inducție și o scânteie, au format un convertor de frecvență oscilant. Deasupra transformatorului, situat în centrul laboratorului, se înălța un turn de lemn înalt de 60 de metri, acoperit cu o bilă mare de cupru. Un capăt al înfășurării secundare a transformatorului a fost conectat la această bilă, celălalt a fost împământat. Întregul dispozitiv a fost alimentat de o dinamă separată de 300 CP. Vibrațiile electromagnetice cu o frecvență de 150 kilohertz (lungimea de undă de 2000 de metri) au fost excitate în ea. Tensiunea de funcționare în circuitul de înaltă tensiune a fost de 30.000 V, iar potențialul de rezonanță al mingii a ajuns la 100.000.000 V, generând fulgere artificiale de zeci de metri lungime! Iată cum biograful său explică activitatea vibratorului lui Tesla: „În esență, Tesla a„ pompat ”în Pământ și a extras un flux de electroni de acolo. Frecvența de pompare a fost de 150 kHz. Răspândindu-se în cercuri concentrice din ce în ce mai departe de Colorado Springs, undele electrice convergeau apoi într-un punct diametral opus de pe Pământ. Acolo, valuri de mare amplitudine au crescut și au căzut la unison cu cele crescute în Colorado. Căzând, o astfel de undă a trimis un ecou electric înapoi în Colorado, unde un vibrator electric a amplificat unda și s-a repezit înapoi.
Dacă aducem întregul Pământ într-o stare de vibrație electrică, atunci în fiecare punct de pe suprafața sa vom primi energie. Va fi posibil să-l prindem de undele care se grăbesc între poli electrici prin dispozitive simple, cum ar fi circuitele oscilatorii din receptoarele radio, doar împământate și echipate cu antene mici, la fel de mari ca o cabană rurală. Această energie va încălzi și lumina casele cu lămpile tubulare Tesla care nu necesită fire. Motoarele de curent alternativ ar avea nevoie doar de convertizoare de frecvență. ”
Experimentele lui Tesla privind transmisia fără fir a energiei electrice i-au inspirat pe alți cercetători să lucreze în acest domeniu. Rapoarte despre experimente similare au apărut adesea tipărite la începutul secolului trecut. Merită citat un fragment din A.M. Gorky's Conversations on Crafts, publicat în 1930: „În acest an, Marconi a transmis curent electric din Genova în Australia și a aprins lămpi electrice acolo la o expoziție din Sydney. La fel s-a făcut acum 27 de ani în țara noastră, în Rusia, de scriitorul și omul de știință M.M. Filippov, care a lucrat mai mulți ani la transmisia curentului electric prin aer și a aprins în cele din urmă un candelabru de la Sankt Petersburg în Tsarskoe Selo ( adică la o distanță de 27 de kilometri. -V.P.). Apoi, acest fapt nu a fost acordat atenția cuvenită, dar câteva zile mai târziu, Filippov a fost găsit mort în apartamentul său, iar aparatele și hârtiile sale au fost confiscate de poliție ".
Experimentele lui Tesla au făcut o impresie excelentă asupra unui alt scriitor - Alexei Tolstoi, care a fost inginer prin pregătire. Și când Tesla și apoi Marconi au raportat în presă că dispozitivele lor primeau semnale ciudate de origine extraterestră, aparent marțiană, acest lucru l-a inspirat pe scriitor să scrie romanul științifico-fantastic Aelita. În roman, marțienii folosesc invenția lui Tesla și transmit fără fir energia de la centralele electrice situate la polii lui Marte către orice parte a planetei. Această energie alimentează motoarele navelor care zboară și alte mecanisme. Cu toate acestea, Tesla nu a reușit să-și construiască „sistemul mondial” pentru a furniza populației lumii energie electrică fără a utiliza fire.
De îndată ce în 1900 a început să construiască un oraș de laborator de cercetare pentru 2.000 de angajați pe Long Island lângă New York și un imens turn de metal cu o placă gigantă de cupru deasupra, oligarhii electrici „cu fir” au prins: la urma urmei, răspândirea introducerea sistemului Tesla i-a amenințat cu ruina.
Turnul Wardencliff (1902)
Miliardarul J.P. Morgan, care a finanțat construcția, a fost urmat de o presiune brutală, inclusiv de la oficiali guvernamentali mituiți de concurenți.(sau a fost invers) Au existat întreruperi în aprovizionarea cu echipamente, construcțiile s-au oprit și când Morgan, sub această presiune, a încetat finanțarea și s-a oprit cu totul. La începutul primului război mondial, la instigarea acelorași concurenți, guvernul SUA a ordonat să arunce în aer turnul deja terminat sub un pretext extrem de înțeles că ar putea fi folosit în scopuri de spionaj.
Ei bine, atunci electrotehnica a mers pe calea obișnuită.
Pentru o lungă perioadă de timp, nimeni nu a putut repeta experimentele lui Tesla, doar pentru că ar fi fost necesar să se creeze o instalație similară ca dimensiune și putere. Dar că Tesla a reușit să găsească o modalitate de a transmite energia electrică la distanță fără fire, acum mai bine de o sută de ani, nimeni nu s-a îndoit. Autoritatea lui Tesla, care a avut calificativul de al doilea inventator după Edison, a fost destul de ridicată în întreaga lume, iar contribuția sa la dezvoltarea ingineriei electrice cu curent alternativ (în ciuda lui Edison, care a susținut curentul continuu) este fără îndoială. În timpul experimentelor sale, mulți specialiști au fost prezenți, în afară de presă, și nimeni nu a încercat vreodată să-l condamne de trucuri sau trucuri de fapte. Înalta autoritate a lui Tesla este dovedită și de numele său ca unitate de intensitate a câmpului magnetic. Aceasta este doar concluzia lui Tesla că în timpul experimentului din Colorado Springs, energia a fost transferată pe o distanță de 42 de kilometri cu o eficiență egală cu aproximativ 90%, este prea optimistă. Amintiți-vă că puterea totală a lămpilor aprinse la distanță a fost de 10 kW sau 13 CP, în timp ce puterea dinamului care a alimentat vibratorul a ajuns la 300 CP. Adică putem vorbi despre eficiență. doar aproximativ 4-5%, deși această cifră este uimitoare. Fundamentarea fizică a experimentelor Tesla cu privire la transmisia fără fir a energiei este în continuare îngrijorătoare pentru mulți specialiști.
www.elec.ru/news/2003/03/14/1047627665.h tml
Specialiștii de la Massachusetts Institute of Technology au reușit să producă o lampă incandescentă, situată la o distanță de 2 metri de sursa de energie. rus.newsru.ua/world/08jun2007/tesla.html
Încărcătoare wireless Intel odessabuy.com/news/item-402.html
"Argumente și fapte" nr. 52, 2008 (24-30 decembrie):
ȘTIINȚĂ - Electricitate fără fire. Ei spun că oamenii de știință americani au reușit să transmită 800 de wați de electricitate fără fir.
Când a apărut pentru prima dată, curentul electric alternativ părea o fantezie. Inventatorul său, genialul fizician Nikola Tesla, la începutul secolelor al XIX-lea și al XX-lea a investigat problema transmiterii fără fir a energiei electrice pe distanțe mari. Până în prezent, această problemă nu a fost rezolvată pe deplin, dar rezultatele sunt încurajatoare.
Ecografie pentru transmiterea energiei
Orice val transportă energie, inclusiv unde sonore de înaltă frecvență. Există trei abordări ale transmiterii fără fir a energiei electrice:
- transferul energiei electrice prin conversie la o altă formă de energie la sursă și conversia inversă la electricitate la dispozitivul receptor;
- crearea și utilizarea conductoarelor alternative de electricitate (canale de plasmă, coloane de aer ionizat etc.);
- utilizarea proprietăților conductoare ale litosferei Pământului.
Metoda cu ultrasunete aparține primei abordări. Într-un tip special de sursă cu ultrasunete, atunci când este alimentată, se generează un fascicul direcționat de unde sonore de înaltă frecvență. Când lovesc receptorul, energia undelor sonore este convertită într-un curent electric.
Distanța maximă de transmisie fără fir a energiei electrice este de 10 metri. Rezultatul a fost obținut în 2011 de reprezentanții Universității din Pennsylvania în cadrul unei prezentări la expoziția „The All Things Digital”. Această metodă nu este considerată promițătoare din cauza mai multor dezavantaje: eficiență scăzută, tensiune redusă obținută și limitarea puterii radiațiilor ultrasunete de către standardele sanitare.
Aplicarea inducției electromagnetice
Deși majoritatea oamenilor nici măcar nu sunt conștienți de acest lucru, această metodă a fost utilizată de foarte mult timp, aproape de la începutul utilizării curentului alternativ. Cel mai comun transformator de curent alternativ este cel mai simplu dispozitiv de transmisie a puterii fără fir, doar distanța de transmisie este foarte mică.
Înfășurările primare și secundare ale transformatorului nu sunt conectate într-un singur circuit și, atunci când curentul alternativ curge în înfășurarea primară, apare un curent electric în secundar. În acest caz, transferul de energie are loc printr-un câmp electromagnetic. Prin urmare, această metodă de transmisie a energiei wireless utilizează conversia energiei de la un tip la altul.
O serie de dispozitive au fost deja dezvoltate și sunt utilizate cu succes în viața de zi cu zi, a căror funcționare se bazează pe această metodă. Acestea sunt încărcătoare fără fir pentru telefoane mobile și alte dispozitive și aparate electrice de uz casnic cu consum redus de energie în timpul funcționării (camere compacte CCTV, tot felul de senzori și chiar televizoare LCD).
Mulți experți susțin că vehiculele electrice din viitor vor folosi tehnologii fără fir pentru a încărca bateriile sau pentru a genera electricitate pentru conducere. Bobine de inducție (analogi ai înfășurării primare a unui transformator) vor fi instalate pe drumuri. Acestea vor crea un câmp electromagnetic alternativ, care, atunci când un vehicul trece peste el, va face să curgă un curent electric în bobina de recepție încorporată. Primele experimente au fost deja efectuate, iar rezultatele obținute dau naștere unui optimism reținut.
Dintre avantajele acestei metode, se poate remarca:
- randament ridicat pentru distanțe scurte (de ordinul câtorva metri);
- simplitatea designului și tehnologia de aplicare stăpânită;
- siguranță relativă pentru sănătatea umană.
Dezavantajul acestei metode - distanța mică la care transmisia de energie este eficientă - reduce semnificativ câmpul de aplicare a energiei electrice fără fir bazat pe inducția electromagnetică.
Folosind diferite microunde
Această metodă se bazează și pe conversia diferitelor tipuri de energie. Undele electromagnetice de înaltă frecvență servesc ca purtătoare de energie. Pentru prima dată această metodă a fost descrisă și implementată practic în instalarea sa de către fizicianul și tehnicianul radio japonez Hidetsugu Yagi în anii 20 ai secolului trecut. Frecvența undelor radio pentru transmiterea electricității fără fir variază de la 2,4 GHz la 5,8 GHz. O configurație experimentală a fost deja testată și a primit feedback pozitiv, care distribuie simultan Wi-Fi și alimentează aparatele electrocasnice cu consum redus de energie.
Fasciculul laser este, de asemenea, radiație electromagnetică, dar cu o proprietate specială - coerența. Reduce pierderile de energie în timpul transmisiei și astfel crește eficiența. Dintre avantaje, se pot remarca următoarele:
- posibilitatea transmiterii pe distanțe mari (zeci de kilometri în atmosfera Pământului);
- comoditate și ușurință de instalare pentru dispozitive cu consum redus de energie;
- prezența controlului vizual al procesului de transmisie - fasciculul laser este vizibil cu ochiul liber.
Metoda laser are și dezavantaje, și anume: o eficiență relativ scăzută (45-50%), pierderi de energie datorate fenomenelor atmosferice (ploaie, ceață, nori de praf) și necesitatea de a găsi emițătorul și receptorul în câmpul vizual.
Intensitatea luminii solare în afara atmosferei terestre este de câteva zeci de ori mai mare decât la suprafața terestră. Prin urmare, în viitor, conform futurologilor, centralele solare vor fi amplasate pe orbita apropiată a pământului. Și transferul energiei electrice acumulate, în opinia lor, va fi efectuat fără fire care transportă curent. O metodă de transmisie va fi dezvoltată și aplicată, copiind descărcările de trăsnet, este planificat ionizarea aerului într-un fel sau altul. Și primele experimente în această direcție au fost deja efectuate. Această metodă se bazează pe crearea de conductori alternativi de curent electric fără fir.
Primită în acest fel de pe orbita apropiată a pământului, electricitatea fără fir are o natură impulsivă. Prin urmare, pentru aplicarea sa practică, sunt necesare condensatoare puternice și ieftine și va fi, de asemenea, necesar să se dezvolte o metodă pentru descărcarea lor treptată.
Cea mai eficientă metodă
Planeta Pământ este un condensator imens. Litosfera conduce în principal electricitatea, cu excepția zonelor mici. Există o teorie conform căreia transmisia fără fir a energiei poate avea loc prin scoarța terestră. Concluzia este următoarea: sursa de curent intră în mod fiabil în suprafața pământului, un curent alternativ cu o anumită frecvență curge de la sursă la crustă și se răspândește în toate direcțiile, receptoarele de curent electric sunt plasate la anumite intervale în sol, de la care este transmis consumatorilor.
Esența teoriei este acceptarea și utilizarea curentului unei singure frecvențe date. La fel ca la un receptor radio, frecvența de recepție a undelor radio este reglată, astfel încât la astfel de receptoare electrice se va regla frecvența curentului recepționat. Teoretic, prin această metodă va fi posibilă transmiterea energiei electrice pe distanțe foarte mari, dacă frecvența curentului alternativ este redusă, de ordinul câtorva Hz.
Perspective pentru transmisia electrică fără fir
În viitorul apropiat, se așteaptă introducerea masivă a sistemului PoWiFi în viața de zi cu zi, constând din routere cu funcția de a transmite energie electrică pentru câteva zeci de metri și aparate de uz casnic, care sunt alimentate prin primirea de energie electrică din unde radio. Un astfel de sistem este în prezent testat activ și este pregătit pentru utilizare pe scară largă. Detaliile nu au fost dezvăluite, dar conform informațiilor disponibile, „punctul culminant” este că folosește sincronizarea câmpurilor electromagnetice ale sursei și receptorului de electricitate fără fir.
În viitorul foarte îndepărtat, se ia în considerare opțiunea abandonării utilizării centralelor tradiționale la scară globală - vor fi utilizate stații solare pe orbita pământului convertind energia luminii solare în energie electrică. Se presupune că energia electrică va fi transmisă la suprafața planetei prin canale ionizate de aer sau plasmă. Și pe suprafața pământului, liniile electrice convenționale vor dispărea, iar sistemele mai compacte și eficiente pentru transmiterea energiei electrice prin litosferă vor lua locul lor.
Transmisia fără fir pentru livrarea de energie electrică are capacitatea de a oferi progrese majore în industrie și aplicații bazate pe contactul fizic al conectorului. La rândul său, poate fi nesigur și poate duce la eșec. Transmisia electricității fără fir a fost demonstrată pentru prima dată de Nikola Tesla în anii 1890. Cu toate acestea, abia în ultimul deceniu tehnologia a fost utilizată până la punctul în care oferă beneficii reale, tangibile pentru aplicațiile din lumea reală. În special, dezvoltarea sistemelor de alimentare fără fir rezonante pentru piața electronică de consum a arătat că încărcarea prin inducție oferă noi niveluri de confort pentru milioane de dispozitive de zi cu zi.
Cardinalitatea în cauză este cunoscută pe scară largă în mulți termeni. Inclusiv transmisie inductivă, comunicații, rețea fără fir rezonantă și aceeași revenire de tensiune. Fiecare dintre aceste condiții descrie în esență același proces fundamental. Transmiterea fără fir a puterii electrice sau a puterii de la o sursă de alimentare la o tensiune de sarcină fără conectori printr-un spațiu de aer. Baza este două bobine - un emițător și un receptor. Primul este excitat de un curent alternativ pentru a genera un câmp magnetic, care la rândul său induce o tensiune în al doilea.
Cum funcționează sistemul în cauză
Fundamentele puterii fără fir implică distribuția energiei de la un emițător la un receptor printr-un câmp magnetic oscilator. Pentru a realiza acest lucru, curentul continuu furnizat de sursa de alimentare este convertit în frecvență înaltă de curent alternativ. Cu elemente electronice special concepute încorporate în transmițător. Curentul alternativ activează o bobină de sârmă de cupru în distribuitor, care generează un câmp magnetic. Când a doua înfășurare (primitoare) este plasată în imediata apropiere. Câmpul magnetic poate induce un curent alternativ în bobina de recepție. Elementele electronice din primul dispozitiv convertesc apoi AC-ul înapoi în DC, care devine un consum de energie.
Circuit de transmisie a energiei fără fir
Tensiunea „rețelei” este convertită într-un semnal de curent alternativ, care este apoi trimis la bobina emițătorului printr-un circuit electronic. Curgerea prin înfășurarea dozatorului induce un câmp magnetic. La rândul său, se poate propaga către bobina receptorului, care se află în apropiere relativă. Câmpul magnetic generează apoi un curent care curge prin înfășurarea dispozitivului receptor. Procesul prin care energia este distribuită între bobinele emițătoare și receptoare este denumit și cuplaj magnetic sau rezonant. Și se realizează cu ambele înfășurări care funcționează la aceeași frecvență. Curentul care curge în bobina receptorului este convertit în curent continuu de circuitul receptorului. Poate fi apoi utilizat pentru a alimenta dispozitivul.
Ce înseamnă rezonanță
Distanța pe care energia (sau puterea) poate fi transmisă crește dacă bobinele emițătorului și receptorului rezonează la aceeași frecvență. La fel ca un diapazon oscilează la o anumită înălțime și își poate atinge amplitudinea maximă. Aceasta se referă la frecvența cu care un obiect vibrează în mod natural.
Avantajele transmisiei wireless
Care sunt beneficiile? Pro:
- Reduce costurile asociate întreținerii conectorilor drepți (de exemplu, într-un inel alunecos industrial tradițional);
- mai convenabil pentru încărcarea dispozitivelor electronice convenționale;
- transfer securizat către aplicații care trebuie să rămână sigilate ermetic;
- electronica poate fi complet ascunsă, ceea ce reduce riscul de coroziune din elemente precum oxigenul și apa;
- Alimentare fiabilă și consistentă pentru echipamente industriale rotative, foarte mobile
- Asigură furnizarea de energie fiabilă la sistemele critice în medii umede, noroioase și în mișcare.
Indiferent de aplicație, eliminarea conexiunii fizice oferă o serie de avantaje față de conectorii tradiționali de alimentare cu cablu.
Eficiența transmisiei de putere considerate
Eficiența generală a unui sistem de alimentare fără fir este cel mai important factor în determinarea performanței acestuia. Performanța sistemului măsoară cantitatea de energie transferată între sursa de alimentare (adică priza de perete) și dispozitivul receptor. La rândul său, aceasta determină aspecte precum viteza și autonomia de încărcare.
Sistemele de comunicații fără fir variază în funcție de nivelul lor de performanță pe baza unor factori precum configurația și designul bobinei și distanța de transmisie. Un dispozitiv mai puțin eficient va genera mai multe emisii și va avea ca rezultat o putere mai mică care trece prin receptor. De obicei, tehnologiile de transmisie a energiei fără fir pentru dispozitive precum smartphone-urile pot atinge o performanță de 70%.
Cum se măsoară eficiența
Adică, ca cantitate de energie (în procente) care este transferată de la sursa de alimentare la dispozitivul receptor. Adică, transmisia de energie fără fir pentru un smartphone cu o eficiență de 80% înseamnă că 20% din puterea de intrare se pierde între priza de perete și bateria pentru gadgetul încărcat. Formula pentru măsurarea performanței este: performanță = ieșire DC împărțită la intrare, rezultatul este înmulțit cu 100%.
Modalități fără fir de transmitere a energiei electrice
Puterea se poate răspândi prin rețeaua în cauză pe aproape toate materialele nemetalice, inclusiv, dar fără a se limita la. Acestea sunt solide precum lemnul, plasticul, materialele textile, sticla și cărămida, precum și gazele și lichidele. Când un material metalic sau electric conducător (adică este plasat în imediata apropiere a unui câmp electromagnetic, obiectul absoarbe puterea din acesta și, prin urmare, se încălzește. Acest lucru, la rândul său, afectează eficiența sistemului. gătitul funcționează, de exemplu, transmiterea ineficientă a puterii de pe plită creează căldură pentru gătit.
Pentru a crea un sistem de transmisie fără fir a energiei electrice, este necesar să revenim la originile subiectului în cauză. Sau, mai precis, omului de știință și inventator de succes Nikola Tesla, care a creat și patentat un generator capabil să preia puterea fără diverși conductori materialisti. Deci, pentru implementarea unui sistem wireless, este necesar să colectați toate elementele și piesele importante, ca urmare, va fi implementat un dispozitiv mic.Acest dispozitiv creează un câmp electric de înaltă tensiune în aerul din jurul său. În același timp, există o mică putere de intrare, care asigură transmisia fără fir a energiei la distanță.
Una dintre cele mai importante modalități de a transfera energie este cuplarea inductivă. Este utilizat în principal pentru câmpul apropiat. Se caracterizează prin faptul că atunci când curentul curge printr-un fir, o tensiune este indusă la capetele celuilalt. Transmiterea puterii se realizează prin reciprocitate între cele două materiale. Un exemplu comun este un transformator. Transmiterea puterii cu microunde, ca idee, a fost dezvoltată de William Brown. Întregul concept implică transformarea puterii de curent alternativ în putere RF și transmiterea acesteia în spațiu și refolosirea acesteia în curent alternativ la receptor. În acest sistem, tensiunea este generată folosind surse de alimentare cu microunde. Cum ar fi clistronul. Și această putere este transmisă printr-un ghid de undă care protejează împotriva puterii reflectate. Și, de asemenea, un tuner care se potrivește cu impedanța sursei de microunde cu alte elemente. Secțiunea de recepție este formată dintr-o antenă. Adoptă puterea și impedanța microundelor și circuitele de potrivire a filtrelor. Această antenă de recepție, împreună cu redresorul, poate fi un dipol. Corespunde semnalului de ieșire cu un avertisment sonor similar al redresorului. Unitatea de recepție constă, de asemenea, dintr-o secțiune similară formată din diode care sunt utilizate pentru a converti semnalul într-o alertă de curent continuu. Acest sistem de transmisie utilizează frecvențe cuprinse între 2 GHz și 6 GHz.
Transmiterea fără fir a energiei electrice cu ajutorul căreia generatorul a realizat folosind vibrații magnetice similare. Concluzia este că acest dispozitiv a funcționat datorită a trei tranzistoare.
Folosirea unui fascicul laser pentru a transmite puterea sub formă de energie luminoasă, care este transformată în energie electrică la capătul receptor. Materialul în sine este alimentat direct din surse precum soarele sau orice generator de energie electrică. Și, în consecință, realizează lumină focalizată de intensitate mare. Mărimea și forma fasciculului sunt determinate de setul de optică. Iar această lumină laser transmisă este recepționată de celulele fotovoltaice, care o transformă în semnale electrice. De obicei, folosește cabluri de fibră optică pentru transmisie. Ca și în cazul sistemului de bază al energiei solare, receptorul utilizat în propagarea pe bază de laser este o serie de celule fotovoltaice sau un panou solar. La rândul lor, aceștia pot transforma incoerența în electricitate.
Caracteristici esențiale ale dispozitivului
Puterea bobinei Tesla se află într-un proces numit inducție electromagnetică. Adică, câmpul în schimbare creează potențial. Face un flux curent. Când electricitatea curge printr-o bobină de sârmă, aceasta generează un câmp magnetic care umple zona din jurul înfășurării într-un mod specific. Spre deosebire de alte experimente de înaltă tensiune, bobina Tesla a rezistat numeroaselor teste și încercări. Procesul a fost destul de laborios și lung, dar rezultatul a fost reușit și, prin urmare, brevetat cu succes de către omul de știință. Puteți crea o astfel de bobină dacă sunt prezente anumite componente. Pentru implementare, veți avea nevoie de următoarele materiale:
- lungime 30 cm PVC (cu cât mai mult cu atât mai bine);
- sârmă emailată din cupru (fir secundar);
- scândură de mesteacăn pentru bază;
- 2222A tranzistor;
- fir de conectare (primar);
- rezistor 22 kOhm;
- comutatoare și fire de conectare;
- Baterie de 9 volți.
Etapele implementării dispozitivului Tesla
În primul rând, trebuie să plasați un mic slot pe partea superioară a țevii pentru a înfășura un capăt al firului. Înfășurați bobina încet și cu atenție, având grijă să nu blocați firele sau să creați goluri. Acest pas este cea mai dificilă și plictisitoare parte, dar luarea timpului vă va oferi o calitate foarte bună și o bobină bună. La fiecare 20 de viraje, inele de bandă de mascare sunt plasate în jurul înfășurării. Acționează ca o barieră. În cazul în care bobina începe să se desfacă. Când ați terminat, înfășurați bandă grea în jurul părții superioare și inferioare a înfășurării și pulverizați-o cu 2 sau 3 straturi de smalț.
Apoi, trebuie să conectați bateria primară și secundară la baterie. După - porniți tranzistorul și rezistorul. Înfășurarea mai mică este înfășurarea principală și înfășurarea mai lungă este înfășurarea secundară. Opțional, puteți instala o sferă de aluminiu deasupra conductei. Alternativ, conectați capătul deschis al secundarului cu cel adăugat, care va acționa ca o antenă. Trebuie să aveți grijă să nu atingeți secundarul atunci când porniți alimentarea.
Dacă îl implementați singur, există riscul de incendiu. Răsuciți comutatorul, așezați un bec cu incandescență lângă dispozitivul wireless de transmisie a energiei și bucurați-vă de spectacolul de lumini.
Transmisie wireless prin sistem de energie solară
Configurațiile tradiționale de distribuție a energiei prin cablu necesită de obicei cablarea între dispozitivele distribuite și unitățile de consum. Acest lucru pune multe constrângeri, cum ar fi costul costurilor cablurilor de sistem. Pierderea suportată în transmisie. Și, de asemenea, deșeuri în distribuție. Doar rezistența liniei de transport duce la o pierdere de aproximativ 20-30% din energia generată.
Unul dintre cele mai moderne sisteme de transmisie a energiei fără fir se bazează pe transmiterea energiei solare utilizând un cuptor cu microunde sau un fascicul laser. Satelitul este situat pe orbita geostaționară și este format din celule fotovoltaice. Ei transformă lumina soarelui în curent electric, care este utilizat pentru a alimenta un generator de microunde. Și, în consecință, realizează puterea microundelor. Această tensiune este transmisă prin intermediul comunicațiilor radio și recepționată la stația de bază. Este o combinație de antenă și redresor. Și convertit înapoi la electricitate. Necesită alimentare CA sau CC. Satelitul poate transmite până la 10 MW putere de frecvență radio.
Dacă vorbim despre un sistem de distribuție DC, atunci chiar și acest lucru este imposibil. Deoarece acest lucru necesită un conector între sursa de alimentare și dispozitiv. Există o astfel de imagine: sistemul este complet lipsit de fire, de unde puteți obține curent alternativ în case fără alte dispozitive suplimentare. Unde este posibil să vă încărcați telefonul mobil fără a fi nevoie să vă conectați fizic la o mufă. Desigur, un astfel de sistem este posibil. Și mulți cercetători moderni încearcă să creeze ceva modernizat, în timp ce studiază rolul dezvoltării de noi metode de transmitere fără fir a energiei electrice la distanță. Deși, din punctul de vedere al componentei economice, nu va fi pe deplin benefic pentru state dacă astfel de dispozitive sunt introduse peste tot și înlocuiesc electricitatea standard cu electricitate naturală.
Origini și exemple de sisteme fără fir
Acest concept nu este cu adevărat nou. Întreaga idee a fost dezvoltată de Nicholas Tesla în 1893. Când a dezvoltat un sistem de iluminare a tuburilor de vid folosind tehnica de transmisie fără fir. Este imposibil să ne imaginăm că lumea ar exista fără diferite surse de încărcare, care sunt exprimate într-o formă materială. Pentru a face posibile telefoane mobile, roboți de acasă, playere MP3, computere, laptopuri și alte gadgeturi transportabile care s-ar încărca singuri fără conexiuni suplimentare, eliberând utilizatorii de cabluri constante. Este posibil ca unele dintre aceste dispozitive să nu necesite chiar și multe articole. Istoria transmiterii energiei fără fir este destul de bogată și, în principal, datorită dezvoltărilor Tesla, Volta etc. Dar astăzi rămâne doar date în știința fizică.
Principiul de bază este de a converti puterea de curent alternativ în tensiune continuă folosind redresoare și filtre. Și apoi - pentru a reveni la valoarea inițială la frecvență înaltă folosind invertoare. Această putere de înaltă tensiune, de joasă tensiune, este apoi transferată de la transformatorul primar la secundar. Transformat în tensiune continuă folosind redresor, filtru și regulator. Semnalul AC devine direct datorită sunetului curentului. Și, de asemenea, utilizarea secțiunii redresor de punte. Semnalul DC rezultat este trecut printr-o bobină de feedback care acționează ca un circuit generator. În același timp, forțează tranzistorul să îl conducă în convertorul primar în direcția de la stânga la dreapta. Când curentul curge prin înfășurarea de reacție, curentul corespunzător curge către primarul transformatorului de la dreapta la stânga.
Așa funcționează metoda cu ultrasunete de transmitere a energiei. Semnalul este generat prin convertorul primar pentru ambele jumătăți de perioadă de avertizare AC. Frecvența sunetului depinde de indicatorii cantitativi ai oscilațiilor circuitelor generatorului. Acest semnal de curent alternativ apare pe partea secundară a transformatorului. Și când este conectat la convertorul principal al unui alt obiect, tensiunea de curent alternativ este de 25 kHz. Într-un transformator de coborâre apare o citire.
Această tensiune de curent alternativ este egalizată utilizând un redresor de punte. Și apoi filtrat și ajustat pentru a obține o ieșire de 5V pentru a conduce LED-ul. Tensiunea de ieșire de 12V de la condensator este utilizată pentru a alimenta motorul ventilatorului DC pentru a funcționa. Deci, din punct de vedere al fizicii, transmiterea energiei electrice este o zonă destul de dezvoltată. Cu toate acestea, după cum arată practica, sistemele fără fir nu sunt pe deplin dezvoltate și îmbunătățite.
Noțiuni de bază despre încărcarea fără fir
Transferul wireless de energie (WPT) ne oferă șansa de a sparge tirania cablurilor de alimentare. În zilele noastre, această tehnologie pătrunde în tot felul de dispozitive și sisteme. Să aruncăm o privire la ea!
Mod fără fir
Majoritatea clădirilor rezidențiale și comerciale moderne sunt alimentate de curent alternativ. Centralele electrice generează energie electrică de curent alternativ care este livrată către case și birouri utilizând linii electrice de înaltă tensiune și transformatoare pas cu pas.
Electricitatea intră în tabloul de distribuție, iar apoi cablajul electric furnizează electricitate echipamentelor și dispozitivelor pe care le folosim în fiecare zi: lămpi, aparate de bucătărie, încărcătoare și așa mai departe.
Toate componentele sunt standardizate. Orice dispozitiv prevăzut pentru curenți și tensiuni standard va funcționa de la orice priză la nivel național. Deși standardele variază de la o țară la alta, orice dispozitiv va funcționa într-un anumit sistem electric, cu condiția ca standardele pentru sistemul respectiv să fie îndeplinite.
Există un cablu, există un cablu ... Majoritatea dispozitivelor noastre electrice au un cablu de alimentare de curent alternativ.
Tehnologie de transmisie a energiei wireless
Transferul wireless de energie (WPT) permite alimentarea cu energie printr-un spațiu de aer fără a fi nevoie de cabluri electrice. Transmiterea fără fir a energiei poate furniza curent alternativ bateriilor sau dispozitivelor compatibile fără conectori fizici sau fire. Transmiterea fără fir a energiei electrice poate alimenta telefoanele mobile și tabletele, vehiculele aeriene fără pilot, mașinile și alte echipamente de transport. Ar putea face posibilă chiar transmiterea wireless a energiei de la panourile solare în spațiu.
Transmiterea fără fir a energiei electrice și-a început dezvoltarea rapidă în electronica de larg consum, înlocuind încărcătoarele cu fir. CES 2017 va prezenta o varietate de dispozitive care utilizează transmisie de energie fără fir.
Cu toate acestea, conceptul de transfer al energiei electrice fără fir a luat naștere în jurul anilor 1890. Nikola Tesla în laboratorul său din Colorado Springs ar putea aprinde fără fir un bec folosind inducția electrodinamică (utilizată într-un transformator rezonant).
Au fost aprinse trei becuri, plasate la 18 metri de sursa de alimentare, iar demonstrația a fost documentată. Tesla avea planuri mari, sperând că turnul său Wardenclyffe, situat pe Long Island, va transmite fără fir energia electrică peste Oceanul Atlantic. Acest lucru nu s-a întâmplat niciodată din cauza diferitelor probleme, inclusiv finanțarea și calendarul.
Transmiterea fără fir a energiei electrice utilizează câmpuri generate de particule încărcate pentru a transfera energie peste golul de aer dintre emițătoare și receptoare. Decalajul de aer este scurtcircuitat prin transformarea energiei electrice într-o formă care poate fi transmisă prin aer. Energia electrică este transformată într-un câmp alternativ, transmisă prin aer și apoi convertită în curent electric utilizabil folosind un receptor. În funcție de putere și distanță, energia electrică poate fi transmisă eficient printr-un câmp electric, câmp magnetic sau unde electromagnetice precum unde radio, radiații cu microunde sau chiar lumină.
Tabelul următor enumeră diferitele tehnologii pentru transmisia fără fir a energiei electrice, precum și formele de transmitere a energiei.
| Tehnologie | Purtător de energie electrică | Ce vă permite să transferați energie electrică |
|---|---|---|
| Cuplaj inductiv | Campuri magnetice | Bucle de sârmă |
| Cuplaj inductiv rezonant | Campuri magnetice | Circuite oscilatorii |
| Cuplaj capacitiv | Câmpuri electrice | Perechi de plăci conductoare |
| Comunicare magnetodinamică | Campuri magnetice | Rotația magneților permanenți |
| Radiația microundelor | Undele cu microunde | Rânduri fazate de antene parabolice |
| Radiații optice | Lumină vizibilă / radiații infraroșii / radiații ultraviolete | Lasere, fotocelule |
Încărcare Qi, standard deschis pentru încărcare wireless
În timp ce unele dintre companiile care promit transmisia wireless a energiei încă lucrează la produsele lor, standardul de încărcare Qi (pronunțat „qi”) există deja și dispozitivele care îl utilizează sunt deja disponibile. Wireless Power Consortium (WPC), format în 2008, a dezvoltat standardul Qi pentru încărcarea bateriei. Acest standard acceptă atât tehnologiile de încărcare inductive, cât și cele rezonante.
Cu încărcarea inductivă, energia electrică este transferată între inductoarele emițătorului și receptorului la distanță mică. Sistemele inductive necesită ca inductoarele să fie în imediata apropiere și aliniate între ele; de obicei dispozitivele sunt în contact direct cu placa de încărcare. Încărcarea rezonantă nu necesită o aliniere atentă, iar încărcătoarele pot detecta și încărca un dispozitiv de până la 45 mm distanță; astfel încărcătoarele rezonante pot fi încorporate în mobilier sau instalate între rafturi.
Prezența siglei Qi înseamnă că dispozitivul este înregistrat și certificat de WPC.
La începutul Qi, puterea de încărcare era redusă, aproximativ 5 wați. Primele smartphone-uri care foloseau încărcarea Qi au apărut în 2011. În 2015, puterea de încărcare Qi a crescut la 15W, ceea ce permite încărcarea rapidă a dispozitivelor.
Următoarea figură din Texas Instruments arată ce acoperă standardul Qi.
Compatibilitatea Qi este garantată numai pentru dispozitivele listate în baza de date de înregistrare Qi. În prezent conține peste 700 de produse. Este important să înțelegem că produsele cu sigla Qi au fost testate și certificate; iar câmpurile magnetice utilizate de aceste dispozitive nu vor cauza probleme dispozitivelor sensibile precum telefoanele mobile sau pașapoartele electronice. Dispozitivele înregistrate vor fi garantate să funcționeze cu încărcătoare înregistrate.
Fizica transmisiei fără fir a energiei electrice
Transmiterea wireless a energiei electrice către dispozitivele de uz casnic este o tehnologie nouă, dar principiile din spatele acesteia sunt cunoscute de mult timp. Acolo unde sunt implicați electricitatea și magnetismul, ecuațiile lui Maxwell sunt încă guvernate, iar emițătoarele trimit energie către receptoare în același mod ca și în alte forme de comunicație fără fir. Cu toate acestea, transmisia fără fir a energiei electrice diferă de acestea în scopul principal, care este de a transfera energia însăși, și nu informațiile codate în ea.
Câmpurile electromagnetice implicate în transmisia fără fir a energiei electrice pot fi destul de puternice și, prin urmare, trebuie luată în considerare siguranța umană. Expunerea la radiații electromagnetice poate provoca probleme și există posibilitatea ca câmpurile generate de emițătorii de energie electrică să interfereze cu funcționarea dispozitivelor medicale purtabile sau implantate.
Transmițătoarele și receptoarele sunt încorporate în dispozitive pentru transmisia fără fir a energiei electrice în același mod ca bateriile care vor fi încărcate de acestea. Schemele reale de conversie vor depinde de tehnologia utilizată. În plus față de transmiterea electricității în sine, sistemul WPT trebuie să asigure comunicarea între emițător și receptor. Acest lucru asigură că receptorul poate notifica încărcătorul că bateria este complet încărcată. Comunicarea permite, de asemenea, emițătorului să localizeze și să identifice receptorul pentru a regla fin puterea livrată sarcinii, precum și pentru a monitoriza, de exemplu, temperatura bateriei.
În transmisia fără fir a energiei electrice, alegerea conceptului de câmp apropiat sau îndepărtat contează. Tehnologiile de transmisie, cantitatea de energie care poate fi transmisă și cerințele de distanță afectează dacă un sistem va utiliza radiații în câmpul apropiat sau în câmpul îndepărtat.
Punctele pentru care distanța de antenă este semnificativ mai mică decât o lungime de undă sunt în câmpul apropiat. Energia din zona câmpului apropiat nu este radiantă, iar oscilațiile câmpurilor magnetice și electrice sunt independente una de cealaltă. Cuplajele capacitive (electrice) și inductive (magnetice) pot fi utilizate pentru a transfera energia către un receptor situat în câmpul apropiat al emițătorului.
Punctele pentru care distanța de antenă este mai mare de aproximativ două lungimi de undă se află în zona îndepărtată (există o regiune de tranziție între zonele apropiate și îndepărtate). Energia câmpului îndepărtat este transmisă sub formă de radiație electromagnetică convențională. Transferul de energie pe câmpul îndepărtat este, de asemenea, denumit fascicul de energie. Exemple de transmisie pe câmp îndepărtat sunt sistemele care utilizează lasere de mare putere sau radiații cu microunde pentru a transmite energie pe distanțe mari.
Unde funcționează transmisia wireless de energie (WPT)
Toate tehnologiile WPT sunt în prezent în faza de cercetare activă, dintre care o mare parte este axată pe maximizarea eficienței transferului de energie și cercetarea tehnologiilor de comunicare prin rezonanță magnetică. În plus, cele mai ambițioase sunt ideile de echipare a WPT cu un sistem de camere în care va fi amplasată o persoană, iar dispozitivele pe care le transportă vor fi încărcate automat.
La nivel global, autobuzele electrice devin normă; planul este de a introduce încărcarea fără fir pentru autobuzele iconice cu două etaje din Londra, precum și sistemele de autobuze din Coreea de Sud, Utah, SUA și Germania.
Un sistem experimental pentru alimentarea fără fir a dronelor a fost deja demonstrat. Și, așa cum s-a menționat mai devreme, cercetarea și dezvoltarea actuală se concentrează pe perspectiva satisfacerii unora dintre nevoile de energie ale Pământului prin utilizarea transmisiei de energie fără fir și a panourilor solare situate în spațiu.
WPT funcționează peste tot!
Concluzie
În timp ce visul Tesla de a transmite energie fără fir către orice consumator este departe de a fi realizat, multe dispozitive și sisteme folosesc o formă de transmisie a energiei fără fir chiar acum. De la periuțe de dinți la telefoane mobile, de la mașini personale la transportul în comun, există multe aplicații pentru transmisia fără fir a energiei electrice.
Într-unul dintre subiectele anterioare, ne-am uitat la modul în care celebrul om de știință sârb Nikola Tesla a transmis electricitatea cu ajutorul propriei sale invenții - un generator de rezonanță (bobină Tesla) și cum a făcut-o este descris în detaliu. Tesla a reușit să transmită curent pe distanțe foarte mari, dar pe lângă metoda propusă de Tesla, mai există una - inducția. Această metodă nu este, desigur, destinată transmisiei de curent pe distanțe lungi.
Metoda de inducție nu a găsit o aplicare de masă în știință și tehnologie din cauza pierderilor foarte mari ale curentului modulat (pierderile ajung la 60%), în plus, prin această metodă, nu este posibil să se transfere curent mai mult de 1 metru (teoretic, de Desigur, este posibil, dar nu are sens să împrăștiem câmpul puternic).
Dispozitivul pentru o astfel de transmisie este foarte simplu - două circuite, dintre care unul este conectat la un generator de înaltă frecvență (câțiva kilohertz). Un dispozitiv similar poate fi realizat cu ușurință acasă, un multivibrator simplu conceput pentru 20-50 kilohertz este conectat la o etapă de amplificare, un circuit este conectat la acesta din urmă, care conține de la 10 la 100 de ture, al doilea circuit este similar cu primul. Cel mai important lucru în principiul de inducție al transferului de curent este că circuitele nu au un miez magnetic, adică nu sunt conectate între ele în niciun fel, iar curentul este transmis prin aer prin inducție.
În practică, așa cum am menționat mai sus, această metodă este utilizată foarte rar. Acest principiu al transmiterii este cunoscut de mult - de pe vremea lui Michael Faraday (deja 200 de ani). Și în zilele noastre, Nokia Corporation a decis să folosească această metodă și a creat un concept de telefon mobil care nu are un port de încărcare, telefonul nu este încă produs în serie, dar cumpărătorilor le va plăcea cu siguranță un astfel de telefon mobil. Are un circuit de recepție încorporat, iar cel de transmisie este ascuns în suport. Totul funcționează foarte simplu - punem telefonul la livrare și telefonul este încărcat.
Dar acestea nu sunt toate avantajele telefonului miracol. Telefonul poate fi încărcat în alt mod. Se știe că posturile TV și radio modulează undele radio, iar telefonul le colectează cu un receptor și le transformă într-un curent cu care este încărcat telefonul. Acest principiu și principiul transmiterii inductive de curent au început să fie utilizate de alți producători de telefoane mobile și laptopuri, iar acum a devenit posibil să găsim astfel de dispozitive miraculoase pe piață.
Discutați articolul TRANSMISIE CURENTĂ FĂRĂ SĂRĂ DE METODĂ DE INDUCȚIE
Se încarcă ...