Бездротова передача електроенергії: історія, технології, обладнання

Опубликованно 24.12.2017 01:32

Бездротова передача для доставки електрики має можливість поставляти основні досягнення в області промисловості і додатках, залежать від фізичного контакту роз\'єму. Воно, в свою чергу, може бути ненадійним і призвести до невдач. Передача бездротовий електроенергії була вперше продемонстрована Нікола Тесла в 1890-х роках. Проте лише в останнє десятиліття технологія була використана до такої міри, що вона пропонує реальні, відчутні переваги для додатків реального світу. Зокрема, розвиток резонансної бездротової системи живлення для ринку побутової електроніки показало, що зарядка по індукції забезпечує нові рівні зручності для мільйонів повсякденних пристроїв.

Розглянута потужність широко відома багатьма термінами. Включаючи індуктивне передачу, зв\'язок, резонансну бездротову мережу і таку ж віддачу напруги. Кожне з цих умов, по суті, описує один і той же фундаментальний процес. Бездротову передачу електричної енергії або потужності від джерела живлення до напруги навантаження без роз\'ємів через повітряний зазор. Основою є дві котушки – передавача і приймача. Перша порушується змінним струмом для генерації магнітного поля, яке, в свою чергу, індукує напруга у другій.Як працює дана система

Основи бездротовий потужності включають роздачу енергії від передавача до приймача через коливальний магнітне поле. Для досягнення цього постійний струм, що подається джерелом живлення, перетвориться в високочастотний змінний. За допомогою спеціально розробленої електроніки, вбудованої в передавач. Змінний струм активує котушку мідного дроту в раздатчике, яка генерує магнітне поле. Коли друга (приймальня) обмотка розміщується в безпосередній близькості. Магнітне поле може викликати змінний струм у котушці. Електроніка в першому влаштуванні потім перетворює змінний назад у постійний, який стає споживаної потужністю. Схема бездротової передачі електроенергії

Напруга мережі» перетвориться в сигнал змінного струму, який потім надсилається на котушку передавача через електронну ланцюг. Протікає через обмотку роздавальника, індукує магнітне поле. Воно, в свою чергу, може поширюватися на котушку приймача, що знаходиться у відносній близькості. Потім магнітне поле генерує струм, що протікає через обмотку приймального пристрою. Процес, за допомогою якого енергія поширюється між передавальної і приймальної котушками, також згадується як магнітна або резонансна зв\'язок. І досягається з допомогою обох обмоток, що функціонують на тій же частоті. Струм, поточний в котушці приймача перетвориться в постійний за допомогою схеми приймача. Потім може використовуватися для живлення пристрою.Що значить резонанс

Відстань, на яке може передаватися енергія (чи потужність), збільшується, якщо котушки передавача і приймача резонують на одній і тій же частоті. Подібно до того, як настроюється вилка коливається на певній висоті і може досягати максимальної амплітуди. Це відноситься до частоти, з якою об\'єкт природним чином вібрує. Переваги бездротової передачі

У чому полягають переваги? Плюси:скорочуються витрати, пов\'язані з підтриманням прямих з\'єднувачів (наприклад, у традиційному промисловому слизькому кільці);більшу зручність для зарядки звичайних електронних пристроїв;безпечна передача в додатки, які повинні залишатися герметично закритими;електроніка може бути повністю прихована, що знижує ризик корозії із-за таких елементів як кисень і вода;надійна і послідовна подача живлення на обертове, високомобільні промислове обладнання;забезпечує надійну передачу потужності в критично важливі системи у вологому, брудної і рухомої середовищі.

Незалежно від програми, ліквідація фізичного з\'єднання забезпечує ряд переваг порівняно з традиційними роз\'ємами живлення кабелю.

Ефективність розглянутої передачі енергії

Загальна ефективність бездротової системи харчування є найважливішим чинником у визначенні її продуктивності. Результативність системи вимірює кількість потужності, переданої між джерелом живлення (тобто, настінного розеткою) і приймаючим пристроєм. Це, в свою чергу, визначає такі аспекти, як швидкість зарядки і дальність поширення.

Системи бездротового зв\'язку розрізняються в залежності від їх рівня ефективності, що базується на таких факторах, як конфігурація і дизайн котушки, відстань передачі. Менш результативне пристрій буде генерувати більше викидів і призведе до меншої потужності, що проходить через приймальний пристрій. Як правило, бездротові технології передачі електроенергії для таких пристроїв, як смартфони, можуть досягати 70% продуктивності.Як вимірюється ефективність

У сенсі, як кількість потужності (у відсотках), яке передається від джерела живлення до приймального пристрою. Тобто, бездротова передача електроенергії для смартфона з ККД 80% означає, що 20% вхідної потужності втрачено між настінного розеткою і батареєю для гаджета заряджається. Формула для вимірювання ефективності роботи: продуктивність = постійний струм вихідний, поділений на вхідний, отриманий результат помножити на 100%.

Бездротові способи передачі електроенергії

Потужність може поширюватися по розглянутій мережі майже по всім неметалевим матеріалів, включаючи, але не обмежуючись ними. Це такі тверді речовини, як деревина, пластмаса, текстиль, скло, цегла, а також гази і рідини. Коли металевий або електропровідний матеріал (тобто, вуглецеве волокно) поміщається в безпосередній близькості від електромагнітного поля, об\'єкт поглинає потужність з нього та в результаті нагрівається. Це, в свою чергу, впливає на ефективність системи. Ось як працюють індукційні приготування, наприклад, неефективна передача потужності з варильної панелі створює тепло для приготування їжі.

Щоб створити систему бездротової передачі електроенергії, необхідно повернутися до витоків розглянутої теми. А ,точніше, до успішного вченому і винахідникові Нікола Тесла, який створив і запатентував генератор, здатний брати харчування без різних матеріалістичних провідників. Отже, для реалізації бездротової системи необхідно зібрати всі важливі елементи і частини, в результаті буде реалізована невелика котушка Тесли. Це пристрій, яке створює електричне поле високої напруги в повітрі, навколо нього. При цьому є невелика вхідна потужність, вона забезпечує бездротову передачу енергії на відстані.

Одним з найбільш важливих способів передачі енергії є індуктивний зв\'язок. Він в основному використовується для ближнього поля. Охарактеризований на тому факті, що при проходженні струму по одному дроту на кінцях іншого індукується напруга. Передача потужності здійснюється шляхом взаємності між двома матеріалами. Загальний приклад – це трансформатор. Мікрохвильова передача енергії, як ідея, була розроблена Вільямом Брауном. Вся концепція включає в себе перетворення змінного струму у бездротовий і передачу його в просторі і повторне змінну потужність на приймачі. У цій системі напруга генерується з використанням мікрохвильових джерел енергії. Таких як клистрон. І ця потужність передається передавальної антени через хвилевід, який захищає від відображеної потужності. А також тюнер, який відповідає імпедансу мікрохвильового джерела з іншими елементами. Приймальна секція складається з антени. Вона приймає потужність мікрохвиль і схему узгодження імпедансу і фільтра. Ця приймальна антена разом з випрямляючим пристроєм може бути диполем. Відповідає вихідному сигналу з подібним звуковим сповіщенням випрямного блоку. Блок приймача також складається з подібною секції, що складається з діодів, які використовуються для перетворення сигналу оповіщення постійного струму. Ця система передачі використовує частоти в діапазоні від 2 ГГц до 6 ГГц.

Бездротова передача електроенергії з допомогою качор Бровіна, який реалізував генератор із застосуванням подібних магнітних коливань. Суть полягає в тому, що пристрій працював завдяки трьом транзисторів.

Використання пучка лазера для передачі потужності у вигляді світлової енергії, яка перетворюється в електричну на приймальному кінці. Безпосередньо сам матеріал отримує харчування з використанням джерел, таких як Сонце або будь-генератор електроенергії. І, відповідно, реалізує фокусовані світло високої інтенсивності. Розмір і форма пучка визначаються набором оптики. І це передається лазерний світло приймається фотогальваническими осередками, які перетворюють його в електричні сигнали. Він зазвичай використовує оптоволоконні кабелі для передачі. Як і в базовій сонячної енергетичної системи, приймач, використовуваний в поширенні на основі лазера, являє собою масив фотоелектричних елементів або сонячної панелі. Вони, в свою чергу, можуть перетворювати нескладний монохроматичне світло в електрику.Сутнісні особливості роботи пристрою

Потужність котушки Тесла полягає в процесі, званому електромагнітною індукцією. Тобто, змінне поле створює потенціал. Він змушує протікати струм. Коли електрика тече через котушку дроти, він генерує магнітне поле, яке заповнює область навколо обмотки певним чином. На відміну від деяких інших експериментів з високою напругою, котушка Тесли витримала безліч перевірок і проб. Процес був досить трудомістким і тривалим, але результат був успішним, тому і вдало запатентований вченим. Створити подібну котушку можна при наявності певних складових. Для реалізації потрібні наступні матеріали:довжина 30 см ПВХ (чим більше, тим краще);мідна дріт емальований (вторинний провід);березова дошка для основи;2222A транзистор;під\'єднання (первинний) провід;резистор 22 кОм;перемикачі і з\'єднувальні проводи;акумулятор 9 вольт.

Етапи реалізації пристрою Тесла

Для початку необхідно помістити невеликий слот у верхню частину труби, щоб обернути один кінець дроту навколо. Повільно і обережно обмотувати котушку, стежачи за тим, щоб не перекривати дроти і, при цьому, не створювати прогалин. Цей крок – сама складна і важка частина, але витрачений час дасть дуже якісну і гарну котушку. Кожні 20 або близько того, поворотів поміщаються кільця маскуючої стрічки навколо обмотки. Вони виступають в якості бар\'єру. У разі, якщо котушка почне распутываться. По завершенні потрібно обернути щільну стрічку навколо верхній і нижній частині обмотки і розпорошити її 2 або 3 шарами емалі.

Потім необхідно підключити первинний і вторинний акумулятор до батареї. Після - включити транзистор і резистор. Менша обмотка є основною, а триваліша обмотка – вторинною. Можна додатково встановити алюмінієву сферу зверху труби. Крім того, з\'єднати відкритий кінець вторинної з доданою, яка буде діяти як антена. Необхідно створювати все з ретельної обережністю, щоб не доторкатися до вторинного пристрою при включенні живлення.

При самостійній реалізації існує небезпека займання. Потрібно перевернути вимикач, встановити лампу розжарювання поруч з бездротовим пристроєм передачі енергії і насолоджуватися світловим шоу.

Бездротова передача через систему сонячної енергії

Традиційні дротові конфігурації реалізації енергії зазвичай вимагають наявності проводів між розподіленими пристроями і споживчими одиницями. Це створює безліч обмежень як вартість системних витрат на кабелі. Втрати, понесені в передачі. А також розтрати в розподілі. Тільки опір лінії передачі призводить до втрати близько 20-30% генерованої енергії.

Одна з найбільш сучасних безпровідних систем передачі енергії заснована на передачі сонячної енергії з використанням мікрохвильової печі або променя лазера. Супутник розміщений на геостаціонарній орбіті і складається з фотоелектричних елементів. Вони перетворять сонячне світло в електричний струм, який використовується для живлення мікрохвильового генератора. І, відповідно, реалізує потужність мікрохвиль. Це напруга передається з використанням радіозв\'язку і приймається на базовій станції. Вона являє собою комбінацію антени і випрямляча. І перетвориться назад в електрику. Вимагає живлення змінного або постійного струму. Супутник може передавати до 10 МВт потужності радіочастоти.

Якщо говорити про систему поширення постійного струму, то навіть це неможливо. Так як для цього потрібен роз\'єм між джерелом живлення і пристроєм. Існує така картина: система повністю позбавлена проводів, де можна отримати потужність змінного струму в будинках без яких-небудь додаткових пристроїв. Там, де є можливість зарядити свій мобільний телефон без необхідності фізично підключатися до гнізда. Звичайно, така система можлива. І безліч сучасних дослідників намагаються створити щось модернізоване, при цьому, вивчивши роль розробки нових способів бездротової передачі електроенергії на відстані. Хоча, з точки зору економічної складової, для держав це буде не зовсім вигідно, якщо впроваджувати такі пристрої повсюдно, і замінювати стандартний електрика на природне.

Витоки та приклади бездротових систем

Ця концепція, насправді, не є новою. Вся ця ідея була розроблена Ніколасом Тесла в 1893 році. Коли він розробив систему висвітлюють вакуумних ламп з використанням техніки бездротової передачі. Неможливо собі уявити, щоб світ існував без різних джерел зарядки, які виражені в матеріальній формі. Щоб стали можливими мобільні телефони, домашні роботи, MP3-плеєри, комп\'ютери, ноутбуки та інші транспортуються гаджети, які заряджалися б самостійно, без яких-небудь додаткових підключень, звільняючи користувача від постійних проводів. Деякі з цих пристроїв можуть навіть не вимагати великої кількості елементів. Історія бездротової передачі енергії досить насичена, причому, в основному, завдяки розробкам Тесла, Вольта і ін Але, сьогодні це залишається лише даними у фізичній науці.

Основний принцип полягає в перетворенні живлення змінного струму в постійну напругу з допомогою випрямлячів і фільтрів. А потім - повернення у вихідне значення на високій частоті з використанням інверторів. Ця низьковольтна з вищими коливаннями потужність змінного струму потім переходить від первинного трансформатора до вторинного. Перетворюється в постійну напругу з використанням випрямляча, фільтра, регулятора. Сигнал змінного струму стає прямим завдяки звуку струму. А також використанню секції моста випрямляча. Отриманий сигнал постійного струму проходить через обмотку зворотного зв\'язку, яка діє як схема генератора. При цьому змушує транзистор його проводити первинний перетворювач в напрямку зліва направо. Коли струм проходить через обмотку зворотного зв\'язку, відповідний струм протікає до первинної частини трансформатора в напрямку справа наліво.

Таким чином працює ультразвуковий спосіб передачі енергії. Сигнал формується через первинний перетворювач для обох напівперіодів оповіщення змінного струму. Частота звуку залежить від кількісних показників коливань ланцюгів генератора. Цей сигнал змінного струму з\'являється на вторинній обмотці трансформатора. А коли він підключений до первинного перетворювача іншого об\'єкта, напруга змінного струму становить 25 кГц. З\'являється показання через нього в знижувальному трансформаторі.

Це напруга змінного струму вирівнюється за допомогою мостового випрямляча. І потім фільтрується і регулюється, щоб отримати вихід 5 В для управління світлодіодом. Вихідна напруга 12 В від конденсатора використовується для живлення двигуна вентилятора постійного струму для його роботи. Отже, з точки зору фізики, передача електроенергії - досить розвинена область. Однак, як показує практика, бездротові системи не до кінця розвинені й удосконалені.

Категория: Новости