Bezdrátový přenos elektřiny: historie, technologie, zařízení

Bezdrátový přenos pro dodávku elektrické energie má schopnost dodat hlavní úspěchy v oblasti průmyslu a aplikací v závislosti na fyzickém kontaktu konektoru. To může být zase nespolehlivé a může vést k selhání. Přenos bezdrátové elektřiny byl nejprve demonstrován Nikola Tesla v 1890s. Ovšem teprve v posledním desetiletí byla technologie použita v takové míře, že nabízí skutečné a hmatatelné výhody pro reálné aplikace. Zejména vývoj rezonanční bezdrátového systému napájení pro trh spotřební elektroniky ukázala, že indukční nabíjení poskytuje novou úroveň pohodlí pro miliony každodenních přístrojů.

Tato síla je široce známá mnoha termíny. Zahrnuje indukční přenos, komunikaci, rezonanční bezdrátovou síť a stejný výstup napětí. Každá z těchto podmínek v podstatě popisuje stejný základní proces. Bezdrátový přenos elektrické energie nebo napájení ze zdroje napájení na napájecí napětí bez konektorů přes vzduchovou mezeru. Základem jsou dvě cívky - vysílač a přijímač. První je vzrušen střídavým proudem, čímž vzniká magnetické pole, které na druhou stranu vyvolává napětí.

Jak funguje systém

Základy bezdrátového napájení zahrnují distribuci energie z vysílače do přijímače prostřednictvím oscilačního magnetického pole. K tomu je přeměněn stejnosměrný proud dodávaný napájecím zdrojem na vysokofrekvenční proměnnou. S pomocí speciálně konstruované elektroniky zabudované do vysílače. Střídavý proud aktivuje cívku měděného drátu v rozdělovači, který generuje magnetické pole. Pokud je druhé (přijímací) vinutí umístěno v těsné blízkosti. Magnetické pole může způsobit střídavý proud v přijímací cívce. Elektronika v prvním zařízení pak konvertuje proměnnou zpět na konstantu, která se stává spotřebou energie.

Schéma bezdrátového přenosu

Napětí "sítě" se přemění na střídavý signál, který se pak vysílá do vysílací cívky přes elektronický obvod. Průtok vinutím rozdělovače vyvolává magnetické pole. To může následně zasahovat do cívky přijímače, která je v relativní blízkosti. Potom magnetické pole generuje proud proudící vinutím přijímacího zařízení. Proces, kterým se energie rozšiřuje mezi vysílací a přijímající cívky, se také označuje jako magnetické nebo rezonanční spojení. A to je dosaženo pomocí obou vinutí pracujících na stejné frekvenci. Proud protékácí v cívce přijímače se přemění na konstantní proud pomocí obvodů přijímače. Může se pak použít k napájení zařízení.

Co znamená rezonance?

Vzdálenost, na kterou lze přenášet energii (nebo výkon), se zvyšuje, pokud cívky vysílače a přijímače rezonují na stejné frekvenci. Stejně tak, jak se tuningová vidlice osciluje v určité výšce a může dosáhnout maximální amplitudy. To se týká frekvence, s jakou objekt přirozeně vibruje.

Výhody bezdrátového přenosu

Jaké jsou výhody? Výhody:

• Snižuje náklady spojené s údržbou přímých konektorů (například v tradičním průmyslově kluzkém kroužku);
• větší pohodlí při nabíjení konvenčních elektronických zařízení;
• bezpečný přenos do aplikací, které musí zůstat hermeticky uzavřeny;
• elektronika může být zcela skrytá, což snižuje riziko koroze způsobené prvky jako je kyslík a voda;
• spolehlivé a konzistentní napájení rotačních vysoce mobilních průmyslových zařízení;
• Poskytuje spolehlivý přenos energie do kritických systémů ve vlhkém, špinavém a pohyblivém prostředí.

Bez ohledu na aplikaci, odstranění fyzického připojení poskytuje řadu výhod oproti tradičním kabelovým konektorům.

Účinnost převodu energie

Celková účinnost bezdrátového napájecího systému je nejdůležitějším faktorem při určování jeho výkonu. Výkon systému měří množství přenášeného výkonu mezi zdrojem energie (tj. Zásuvkou ve zdi) a přijímajícím zařízením. To samozřejmě určuje takové aspekty jako rychlost nabíjení a rozsah distribuce.

Bezdrátové komunikační systémy se liší podle úrovně jejich účinnosti, a to na základě faktorů, jako je konfigurace a konstrukce cívky, přenosová vzdálenost. Pomalejší zařízení generuje více emisí a vede k menšímu výkonu procházejícího přijímacím zařízením. Technologie bezdrátového přenosu energie pro zařízení, jako jsou smartphony, mohou obvykle dosahovat 70% výkonu.

Jak se měří účinnost?

Ve smyslu, jako množství energie (v procentech), které se přenáší ze zdroje energie do přijímacího zařízení. To znamená, že bezdrátový přenos energie pro smartphone s účinností 80% znamená, že se ztrácí 20% vstupního výkonu mezi zásuvky a akumulátoru do nástroje. Vzorec pro měření výkonu: produktivita = výstupní stejnosměrný proud, dělený příchozím, násobit výsledek o 100%.

Metody bezdrátového přenosu

Napájení se může šířit prostřednictvím dotyčné sítě téměř pro všechny nekovové materiály, včetně, ale bez omezení. Jedná se o pevné látky, jako je dřevo, plast, textil, sklo a cihly, stejně jako plyny a kapaliny. Když kovový nebo elektricky vodivý materiál (tj. uhlíkové vlákno) je umístěn v bezprostřední blízkosti elektromagnetického pole, objekt absorbuje energii z něj a v důsledku toho se ohřívá. To zase ovlivňuje účinnost systému. Zde funguje indukční vaření, například neefektivní přenos energie z varné desky vytváří teplo pro vaření.

Chcete-li vytvořit bezdrátový přenosový systém, je třeba se vrátit k původním tématům. Přesněji řečeno, úspěšnému vědci a vynálezci Nikola Teslové, který vytvořil a patentoval generátor schopný přijímat potraviny bez různých materialistických průvodců. Abyste tedy mohli implementovat bezdrátový systém, musíte shromáždit všechny důležité prvky a části, a tím i malý cívka Tesla. Toto zařízení, které vytváří elektrické pole s vysokým napětím ve vzduchu kolem něj. Současně je malý vstupní výkon, poskytuje bezdrátový přenos energie na dálku.

Jedním z nejdůležitějších způsobů přenosu energie je indukční spojování. Používá se hlavně pro blízké pole. Je charakterizován skutečností, že když proud prochází jedním drátem na koncích druhého, indukuje se napětí. Přenos výkonu se provádí reciprocitou mezi těmito dvěma materiály. Obvyklým příkladem je transformátor. Přenos mikrovlnné energie, stejně jako myšlenka, byl vyvinut Williamem Brownem. Celá koncepce zahrnuje přeměnu střídavého proudu na rádiovou frekvenci a její přenos ve vesmíru a opětovné dodání do proměnné síly na přijímači. V tomto systému je napětí generováno mikrovlnnými zdroji energie. Jako klystron. A tato síla se přenáší na vysílací anténu vlnovodem, který chrání proti odražené síle. A také tuner, který odpovídá impedanci mikrovlnného zdroje s dalšími prvky. Přijímací část se skládá z antény. Využívá se výkon mikrovln, obvodu pro přizpůsobení impedance a filtru. Tato přijímací anténa, společně s rektifikačním zařízením, může být dipól. Odpovídá výstupnímu signálu s podobným zvukovým signálem o usměrňovači. Přijímačová jednotka také sestává z podobného úseku sestávajícího z diod, které se používají k přeměně signálu na varování konstantního proudu. Tento přenosový systém používá frekvence v rozmezí od 2 GHz do 6 GHz.

Bezdrátový přenos elektrické energie Brovina, který realizoval generátor s použitím podobných magnetických kmitů. Důležité je, že toto zařízení bylo napájeno třemi tranzistory.

Použijte laserový paprsek k přenosu energie ve formě světelné energie, která se přeměňuje na elektrický na přijímacím konci. Přímo samotný materiál je napájen zdroji, jako je slunce nebo jakýkoli generátor elektrické energie. A v důsledku toho realizuje zaměřené světlo vysoké intenzity. Velikost a tvar paprsku jsou určeny sadou optiky. A toto přenášené laserové světlo přijímá fotovoltaické články, které je přeměňují na elektrické signály. Obvykle používá k přenosu optické kabely. Stejně jako u základního systému sluneční energie je přijímač používaný při šíření laserů řada fotovoltaických článků nebo solární panel. Mohou se zase rozdělit monochromatické světlo v elektřině.

Základní funkce zařízení

Výkon cívky Tesla spočívá v procesu nazývaném elektromagnetické indukce. To znamená, že měnící se pole vytváří potenciál. To způsobuje tok proudit. Když elektrická energie protéká drátěnou cívkou, generuje magnetické pole, které určitým způsobem vyplní oblast kolem vinutí. Na rozdíl od některých dalších experimentů s vysokým napětím, Tesla cívka odolala mnoha kontrolám a zkouškám. Tento proces byl namáhavý a časově náročný, ale výsledek byl úspěšný, a proto byl úspěšně patentován vědcem. Můžete vytvořit podobnou cívku, pokud máte určité součásti. Pro implementaci budou vyžadovány následující materiály:

1. délka 30 cm PVC (tím více, tím lépe);
2. měděný smaltovaný drát (sekundární drát);
3. březová deska pro základnu;
4. Tranzistor 2222A;
5. připojovací (primární) vodič;
6. odpor 22 kOhm;
7. spínače a propojovací vodiče;
8. baterie 9 voltů.

Stupně implementace zařízení Tesla

Chcete-li začít, musíte v horní části potrubí položit malý otvor, abyste oba konce drátu zabalili. Pomalu a pečlivě zabalte cívku a ujistěte se, že neblokujete vodiče a současně nevytváříte mezery. Tento krok je nejtěžší a nudnější část, ale čas strávený poskytne velmi dobrou kvalitu a dobrou cívku. Každých 20 otáček je umístěno na kroužcích krycí pásky okolo vinutí. Působí jako překážka. V případě, že se cívka rozpadne. Po dokončení zabalte těsnou pásku kolem horní a spodní strany vinutí a stříkněte ji dvěma nebo třemi vrstvami smaltu.

Poté musíte připojit primární a sekundární baterii k baterii. Po zapnutí tranzistoru a odporu. Menší vinutí je primární a delší vinutí je druhotné. Dodatečně můžete na trubku namontovat hliníkovou kouli. Navíc připojte otevřený konec sekundárního s přidaným, který bude fungovat jako anténa. Je třeba vše pečlivě vytvářet, aby nedošlo k dotyku sekundárního zařízení při zapnutí napájení.

Při vlastní realizaci existuje nebezpečí požáru. Je nutné přepnout spínač, nainstalovat žárovku vedle bezdrátového zařízení pro přenos energie a vychutnat si světelnou show.

Bezdrátový přenos prostřednictvím systému solární energie

Tradiční konfigurace prodejů drátové energie obvykle vyžadují přítomnost vodičů mezi distribuovanými zařízeními a spotřebními jednotkami. To vytváří mnoho omezení jako náklady na systémové náklady na kabely. Ztráty způsobené převodem. A také odpad v distribuci. Pouze odolnost přenosové linky vede ke ztrátě zhruba 20-30% vyrobené energie.

Jeden z nejpokročilejších bezdrátových systémů přenosu energie je založen na přenosu sluneční energie pomocí mikrovlnné trouby nebo laserového paprsku. Satelit je umístěn na geostacionární oběžné dráze a skládá se z fotovoltaických článků. Převádí sluneční světlo na elektrický proud, který se používá k napájení mikrovlnného generátoru. A v důsledku toho si uvědomuje sílu mikrovln. Toto napětí se přenáší pomocí rádiové komunikace a přijímá se na základní stanici. Jedná se o kombinaci antény a usměrňovače. A převedení zpět na elektřinu. Vyžaduje střídavé nebo stejnosměrné napájení. Satelit může vysílat až 10 MW radiofrekvenčního výkonu.

Když hovoříme o systému rozšiřování DC, pak je to dokonce nemožné. Protože to vyžaduje konektor mezi zdrojem napájení a přístrojem. Existuje takový obrázek: systém je zcela zbaven vodičů, kde je možné získat střídavý proud v domě bez dalších zařízení. Kde je možnost nabíjet mobilní telefon bez fyzického připojení k zásuvce. Samozřejmě je takový systém možný. A mnoho moderních vědců se snaží vytvořit něco modernizovaného, ​​zatímco studuje roli rozvoje nových způsobů bezdrátového přenosu elektřiny z dálky. Přestože z pohledu ekonomické složky nebude stát, pokud by se takové zařízení zaváděly všude, a aby nahradily normální elektřinu za přirozené.

Původy a příklady bezdrátových systémů

Tento koncept ve skutečnosti není nový. Celá tato myšlenka byla vyvinuta Nicholasem Teslou v roce 1893. Když vyvinul systém osvětlení vakuových lamp pomocí technologie bezdrátového přenosu. Není možné si představit, že svět existoval bez různých zdrojů nabíjení, které jsou vyjádřeny v hmotné formě. Umožňuje mobilní telefony, domácí roboty, MP3 přehrávače, počítače, notebooky a další přenosné gadgety, které by byly účtovány nezávisle, bez dalších připojení a uvolňovaly uživatele z trvalých drátů. Některá z těchto zařízení nemusí dokonce vyžadovat velké množství prvků. Dějiny bezdrátového přenosu energie jsou poměrně nasycené a hlavně díky vývoji Tesly, Volty atd. Ale dnes zůstávají pouze data ve fyzikální vědě.

Základním principem je přeměna střídavého proudu na stejnosměrné napětí pomocí usměrňovačů a filtrů. A pak - návrat k původní hodnotě s vysokou frekvencí pomocí střídačů. Toto nízkonapěťové, s vyššími kmity, pak střídavé napětí prochází z primárního transformátoru na sekundární. Je přeměněn na stejnosměrné napětí pomocí usměrňovače, filtru a regulátoru. Signál střídavého proudu je přímý kvůli zvuku proudu. A také pomocí části usměrňovače mostu. Přijatý DC signál prochází zpětným vinutím, který působí jako obvod generátoru. To způsobí, že tranzistor jej vede k primárnímu měniči ve směru zleva doprava. Když proud prochází zpětným vinutím, odpovídající proud proudí do primární části transformátoru ve směru zprava doleva.

Tak funguje metoda přenosu ultrazvuku. Signál je generován prostřednictvím primárního měniče pro obě poločasy výstrahy střídavého proudu. Frekvence zvuku závisí na kvantitativních charakteristikách oscilací generátorových obvodů. Tento střídavý signál se objeví na sekundární straně transformátoru. A když je připojen k primárnímu měniči jiného objektu, střídavé napětí je 25 kHz. V kroku-dole se v ní objeví indikace.

Toto střídavé napětí je vyváženo mostem usměrňovače. Pak je filtrován a nastaven tak, aby získal 5 V výstup pro řízení LED. Výstupní napětí 12 V od kondenzátoru se používá k napájení DC motoru ventilátoru pro jeho provoz. Z pohledu fyziky je přenos elektřiny poměrně rozvinutou oblastí. Nicméně, jak ukazuje praxe, bezdrátové systémy nejsou plně rozvinuté a vylepšené.