Безжичното предаване за доставка на електричество има способността да осигури голям напредък в индустриите и приложенията, които зависят от физическия контакт на конектора. То от своя страна може да бъде ненадеждно и да доведе до провал. Предаването на безжично електричество е демонстрирано за първи път от Никола Тесла през 1890-те. Въпреки това, едва през последното десетилетие технологията беше използвана до точката, в която предлага реални, осезаеми ползи за приложения в реалния свят. По-специално, разработването на резонансна безжична захранваща система за пазара на потребителска електроника показа, че индуктивното зареждане носи нови нива на удобство за милиони ежедневни устройства.
Въпросната сила е общоизвестна с много термини. Включително индуктивно предаване, комуникация, резонансна безжична мрежа и същото връщане на напрежението. Всяко от тези условия по същество описва един и същ фундаментален процес. Безжично предаване на електричество или мощност от източник на захранване към напрежение на натоварване без конектори през въздушна междина. Основата е две намотки- предавател и приемник. Първият се захранва от променлив ток за генериране на магнитно поле, което от своя страна индуцира напрежение във втория.
Как работи въпросната система
Основите на безжичното захранване включват разпределяне на мощност от предавател към приемник чрез осцилиращо магнитно поле. За да се постигне това, постоянният ток, доставян от захранването, се преобразува във високочестотен променлив ток. Със специално проектирана електроника, вградена в предавателя. Променливият ток активира намотка от медна тел в дозатора, която генерира магнитно поле. Когато втората (приемаща) намотка е поставена в непосредствена близост. Магнитното поле може да индуцира променлив ток в приемната намотка. След това електрониката в първото устройство преобразува AC обратно в постоянен ток, което се превръща в консумация на енергия.
Схема за безжично предаване на мощност
Мрежовото напрежение се преобразува в променливотоков сигнал, който след това се изпраща към бобината на предавателя чрез електронна схема. Протичайки през намотката на разпределителя, индуцира магнитно поле. Той от своя страна може да се разпространи до приемната намотка, която е в относителна близост. След това магнитното поле генерира ток, протичащ през намотката на приемащото устройство. Процесът, чрез който енергията се разпределя между предаващата и приемащата намотка, 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 приемната намотка,преобразува се в DC от схемата на приемника. След това може да се използва за захранване на устройството.
Какво означава резонанс
Разстоянието, през което енергията (или мощността) може да бъде предадена, се увеличава, ако бобините на предавателя и приемника резонират на една и съща честота. Точно както камертонът осцилира на определена височина и може да достигне максималната си амплитуда. Отнася се до честотата, с която даден обект естествено вибрира.
Предимства на безжичното предаване
Какви са ползите? Плюсове:
- намалява разходите, свързани с поддържането на прави съединители (например в традиционен индустриален плъзгащ пръстен);
- по-голямо удобство за зареждане на обикновени електронни устройства;
- сигурно прехвърляне към приложения, които трябва да останат херметически затворени;
- електрониката може да бъде напълно скрита, намалявайки риска от корозия поради елементи като кислород и вода;
- надеждно и последователно захранване за въртящо се, силно мобилно промишлено оборудване;
- осигурява надеждно предаване на мощност към критични системи в мокри, мръсни и движещи се среди.
Независимо от приложението, премахването на физическата връзка осигурява редица предимства пред традиционните кабелни захранващи конектори.
Ефективност на въпросния пренос на енергия
Общата ефективност на безжичната енергийна система е най-важният фактор при определянето йпроизводителност. Ефективността на системата измерва количеството мощност, прехвърлена между източника на захранване (т.е. контакта) и приемащото устройство. Това от своя страна определя аспекти като скорост на зареждане и обхват на разпространение.
Безжичните комуникационни системи се различават по своето ниво на ефективност въз основа на фактори като конфигурация и дизайн на бобината, разстояние на предаване. По-малко ефективно устройство ще генерира повече емисии и ще доведе до по-малко енергия, преминаваща през приемащото устройство. Обикновено технологиите за безжично предаване на мощност за устройства като смартфони могат да достигнат 70% производителност.
Как се измерва ефективността
Значение, като количеството мощност (в проценти), което се предава от източника на захранване към приемащото устройство. Тоест, безжичното предаване на мощност за смартфон с ефективност от 80% означава, че 20% от входната мощност се губи между контакта и батерията за зарежданата джаджа. Формулата за измерване на ефективността на работата е: производителност=изход DC, разделен на вход, умножете резултата по 100%.
Безжично предаване на електричество
Мощността може да бъде разпределена през разглежданата мрежа чрез 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 метални илиЕлектропроводим материал (т.е. въглеродни влакна) е поставен в непосредствена близост до електромагнитно поле, обектът поглъща енергия от него и в резултат на това се нагрява. Това от своя страна се отразява на ефективността на системата. Ето как работи индукционното готвене, например, неефективното предаване на мощност от котлона създава топлина за готвене.
За да създадете безжична система за пренос на енергия, трябва да се върнете към началото на темата. Или по-скоро на успешния учен и изобретател Никола Тесла, който създаде и патентова генератор, който може да поема мощност без различни материалистични проводници. Така че, за да се внедри безжична система, е необходимо да се сглобят всички важни елементи и части, в резултат на което ще бъде внедрена малка намотка на Tesla. Това е устройство, което създава електрическо поле с високо напрежение във въздуха около него. Има малка входна мощност, осигурява безжично предаване на мощност от разстояние.
Един от най-важните начини за пренос на енергия е индуктивното свързване. Използва се главно за близко поле. Характеризира се с факта, че когато токът преминава през един проводник, в краищата на друг се индуцира напрежение. Преносът на мощност се извършва чрез реципрочност между двата материала. Често срещан пример е трансформатор. Микровълновият пренос на енергия, като идея, е разработен от Уилям Браун. Цялата концепция включва преобразуване на променливотоково захранване в RF мощност и предаването му през пространството и обратно впроменлива мощност на приемника. В тази система напрежението се генерира с помощта на микровълнови източници на енергия. като клистрон. И тази мощност се предава към предавателната антена през вълновода, който предпазва от отразената мощност. Както и тунер, който съпоставя импеданса на микровълновия източник с други елементи. Приемната секция се състои от антена. Той приема микровълнова мощност и схема за съответствие на импеданса и филтър. Тази приемна антена, заедно с изправителното устройство, може да бъде дипол. Съответства на изходния сигнал с подобен звуков сигнал на токоизправителя. Блокът на приемника също се състои от подобна секция, състояща се от диоди, които се използват за преобразуване на сигнала в DC сигнал. Тази система за предаване използва честоти между 2 GHz и 6 GHz.
Безжично предаване на електричество с помощта на водача на Бровин, който внедри генератора, използвайки подобни магнитни трептения. Изводът е, че това устройство работи благодарение на три транзистора.
Използване на лазерен лъч за предаване на мощност под формата на светлинна енергия, която се преобразува в електрическа енергия на приемащия край. Самият материал се захранва директно с помощта на източници като слънцето или какъвто и да е генератор на електричество. И съответно прилага фокусирана светлина с висок интензитет. Размерът и формата на лъча се определят от комплекта оптика. И тази предавана лазерна светлина се приема от фотоволтаични клетки, които я преобразуват в електрически сигнали. Обикновено използваоптични кабели за предаване. Както при основната слънчева енергийна система, приемникът, използван при лазерно базирано разпространение, е масив от фотоволтаични клетки или слънчев панел. Те от своя страна могат да преобразуват некохерентната монохроматична светлина в електричество.
Основни характеристики на устройството
Силата на бобината на Tesla се крие в процес, наречен електромагнитна индукция. Тоест променящото се поле създава потенциал. Прави ток. Когато електричеството протича през намотка от тел, то генерира магнитно поле, което запълва зоната около намотката по определен начин. За разлика от някои други експерименти с високо напрежение, бобината на Tesla е издържала на много тестове и изпитания. Процесът беше доста трудоемък и дълъг, но резултатът беше успешен и следователно успешно патентован от учения. Можете да създадете такава намотка в присъствието на определени компоненти. За изпълнението ще са необходими следните материали:
- дължина 30 см PVC (колкото повече, толкова по-добре);
- емайлиран меден проводник (вторичен проводник);
- бреза за основа;
- 2222A транзистор;
- свързващ (основен) проводник;
- резистор 22 kΩ;
- превключватели и свързващи проводници;
- 9 волтова батерия.
Етапи на внедряване на устройства Tesla
Първо трябва да поставите малък прорез в горната част на тръбата, за да увиете единия край на жицатанаоколо. Навийте намотката бавно и внимателно, като внимавате да не припокривате проводниците или да не създавате пролуки. Тази стъпка е най-трудната и досадна част, но прекараното време ще даде много висококачествена и добра намотка. На всеки 20 и повече завъртания около намотката се поставят пръстени от тиксо. Те действат като бариера. В случай, че бобината започне да се разплита. Когато приключите, увийте тежка 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 - включете транзистора и резистора. По-малката намотка е първична, а по-дългата намотка е вторична. По желание можете да инсталирате алуминиева сфера отгоре на тръбата. Също така свържете отворения край на вторичния към добавения, който ще действа като антена. Трябва да се внимава да не докосвате вторичното устройство, когато захранването е включено.
Има риск от пожар, ако продадете сами. Трябва да натиснете превключвателя, да инсталирате лампа с нажежаема жичка до устройството за безжично предаване на мощност и да се насладите на светлинното шоу.
Безжично предаване чрез слънчева енергийна система
Традиционните конфигурации за кабелно разпределение на захранването обикновено изискват проводници между разпределени устройства и потребителски модули. Това създава много ограничения като цената на систематаразходи за кабели. Загуби, възникнали при предаването. Както и отпадъците в разпределението. Само съпротивлението на предавателната линия води до загуба на около 20-30% от генерираната енергия.
Една от най-модерните безжични системи за пренос на енергия се основава на предаването на слънчева енергия с помощта на микровълнова фурна или лазерен лъч. Сателитът е поставен в геостационарна орбита и се състои от фотоволтаични клетки. Те преобразуват слънчевата светлина в електрически ток, който се използва за захранване на микровълнов генератор. И съответно осъзнава 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 обратно в електричество. Изисква AC или DC захранване. Сателитът може да предава до 10 MW радиочестотна мощност.
Когато говорим за DC разпределителна система, дори това е невъзможно. Тъй като изисква конектор между захранването и устройството. Има такава картина: системата е напълно лишена от проводници, където можете да получите AC захранване в домовете без допълнителни устройства. Където е възможно да зареждате мобилния си телефон, без да е необходимо да се свързвате физически към контакта. Разбира се, такава система е възможна. И много съвременни изследователи се опитват да създадат нещо модернизирано, докато изучават ролята на разработването на нови методи за безжично предаване на електричество от разстояние. Въпреки че, от гледна точка на икономическия компонент, за държавите това няма да бъдедоста изгодно е, ако такива устройства се въвеждат навсякъде и заменят стандартното електричество с естествено електричество.
Произход и примери за безжични системи
Тази концепция всъщност не е нова. Цялата тази идея е разработена от Николас Тесла през 1893 г. Когато той разработи система от осветителни вакуумни тръби, използвайки техники за безжично предаване. Невъзможно е да си представим, че светът съществува без различни източници на зареждане, които се изразяват в материална форма. За да направи възможно мобилните телефони, домашни роботи, MP3 плейъри, компютри, лаптопи и други преносими джаджи да се зареждат самостоятелно, без допълнителни връзки, освобождавайки потребителите от постоянни проводници. Някои от тези устройства може дори да не изискват голям брой елементи. Историята на безжичното предаване на енергия е доста богата и главно благодарение на разработките на Tesla, Volta и др. Но днес това остава само данни във физиката.
Основният принцип е да се преобразува променливотоковото захранване в постоянно напрежение с помощта на токоизправители и филтри. И след това - при връщане към първоначалната стойност при висока честота с помощта на инвертори. Тази нисковолтова, силно осцилираща променлива мощност след това се предава от първичния трансформатор към вторичния. Преобразува се в DC напрежение с помощта на токоизправител, филтър и регулатор. AC сигналът става директенблагодарение на звука на тока. Както и използването на мостовата токоизправителна секция. Полученият DC сигнал се предава през намотка за обратна връзка, която действа като осцилаторна верига. В същото време тя принуждава транзистора да го преведе в първичния преобразувател в посока отляво надясно. Когато токът преминава през намотката за обратна връзка, съответният ток протича към първичната страна на трансформатора от дясно наляво.
Ето как работи ултразвуковият метод за пренос на енергия. Сигналът се генерира през сензора и за двата полупериода на сигнала за променлив ток. Честотата на звука зависи от количествените показатели на вибрациите на генераторните вериги. Този AC сигнал се появява на вторичната намотка на трансформатора. И когато е свързан към преобразувателя на друг обект, AC напрежението е 25 kHz. През него се появява показание в понижаващ трансформатор.
Това променливотоково напрежение се изравнява от мостов токоизправител. И след това се филтрира и регулира, за да се получи 5V изход за задвижване на светодиода. Изходното напрежение 12V от кондензатора се използва за захранване на двигателя на вентилатора с постоянен ток, за да го управлява. Така че, от гледна точка на физиката, преносът на електричество е доста развита област. Въпреки това, както показва практиката, безжичните системи не са напълно разработени и подобрени.
