Transmisia fără fir a energiei electrice: istorie, tehnologie, echipament

Transmisia wireless pentru livrarea de energie electrică are capacitatea de a furniza principalele realizări în domeniul industriei și al aplicațiilor, în funcție de contactul fizic al conectorului. Aceasta, la rândul său, poate fi incorectă și poate duce la eșec. Transmiterea electricității fără fir a fost prima dată demonstrată de Nikola Tesla în anii 1890. Cu toate acestea, numai în ultimul deceniu tehnologia a fost utilizată într-o asemenea măsură încât oferă beneficii reale și tangibile pentru aplicațiile din lumea reală. În special, dezvoltarea unui sistem de alimentare fără fir rezonant pentru piața de electronice de consum a arătat că tarifarea prin inducție oferă noi nivele de confort pentru milioane de dispozitive de zi cu zi.

Puterea în chestiune este larg cunoscută prin numeroși termeni. Inclusiv transmisie inductivă, comunicare, o rețea fără fir rezonantă și aceeași ieșire de tensiune. Fiecare dintre aceste condiții, în esență, descrie același proces fundamental. Transmisia fără fir a energiei electrice sau a energiei electrice de la sursa de alimentare la tensiunea de sarcină fără conectori prin spațiul gol. Bazele sunt 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 cel de-al doilea.

Cum functioneaza sistemul

Elementele de bază ale puterii wireless includ distribuția energiei de la emițător la receptor printr-un câmp magnetic oscilant. Pentru a realiza acest lucru, curentul DC furnizat de sursa de alimentare este convertit într-o variabilă de înaltă frecvență. Cu ajutorul electronicii special concepute, încorporate în emițător. Curentul alternativ activează bobina unui fir de cupru din distribuitor, care generează un câmp magnetic. Când cea de-a doua bobină (primire) este situată în imediata vecinătate. Câmpul magnetic poate produce curent alternativ în bobina de recepție. Electronica din primul dispozitiv convertește apoi variabila înapoi la constanta, ceea ce devine puterea consumată.

Schema de transmisie fără fir

Tensiunea "rețelei" este transformată într-un semnal AC, care este apoi trimis către bobina emițătorului printr-un circuit electronic. Trecerea prin înfășurarea distribuitorului induce un câmp magnetic. Aceasta, la rândul său, se poate extinde la bobina receptorului, care se află în proximitate relativă. Apoi, câmpul magnetic generează un curent care curge prin înfășurarea dispozitivului de recepție. Procesul prin care energia este propagată între bobinele de transmisie și recepție este de asemenea menționată ca o cuplare magnetică sau rezonantă. Și se realizează cu ajutorul ambelor înfășurări care funcționează la aceeași frecvență. Curentul care circulă în bobina receptorului este convertit la un curent constant utilizând circuitul receptorului. Apoi, acesta poate fi utilizat pentru alimentarea dispozitivului.

Ce înseamnă rezonanța?

Distanța la care se poate transmite energia (sau puterea) este crescută dacă bobinele emițătorului și receptorului rezonează la aceeași frecvență. Așa cum furca de tuning oscilează la o anumită înălțime și poate ajunge la o amplitudine maximă. Aceasta se referă la frecvența cu care obiectul în mod natural vibrează.

Avantajele transmisiei fără fir

Care sunt avantajele? Pro:

• Reduce costurile asociate cu menținerea conectorilor direcți (de exemplu, într-un inel tradițional industrial alunecos);
• o mai mare comoditate pentru încărcarea dispozitivelor electronice convenționale;
• transferul sigur către aplicații care trebuie să rămână închise ermetic;
• electronica poate fi complet ascunsă, ceea ce reduce riscul de coroziune datorat unor elemente cum ar fi oxigenul și apa;
• fiabilă și consistentă de alimentare cu energie electrică a echipamentelor industriale cu mobilitate în rotație;
• Oferă o transmisie fiabilă a puterii la sistemele critice într-un mediu umed, murdar și în mișcare.

Indiferent de aplicație, eliminarea conexiunii fizice oferă o serie de avantaje față de conectorii tradiționali de alimentare cu cablu.

Eficiența transferului de energie luat în considerare

Eficiența generală a unui sistem de alimentare fără fir este cel mai important factor în determinarea performanței acestuia. Performanța sistemului măsoară cantitatea de energie transmisă între sursa de alimentare (adică priza de perete) și dispozitivul de recepție. Aceasta, la rândul său, determină aspecte precum viteza de încărcare și intervalul de distribuție.

Sistemele de comunicații wireless variază în funcție de nivelul de eficiență al acestora, pe baza unor factori precum configurația și designul bobinei, distanța de transmisie. Un dispozitiv mai puțin eficient va genera mai multe emisii și va conduce la o putere mai mică care trece prin dispozitivul de recepție. În mod tipic, tehnologiile wireless de transmisie a energiei pentru dispozitive precum smartphone-urile pot atinge 70% din performanță.

Cum este măsurată eficiența?

În sensul, ca cantitatea de putere (în procente) care este transmisă de la sursa de alimentare la dispozitivul de recepție. Adică transmisia de energie wireless pentru un smartphone cu o eficiență de 80% înseamnă că 20% din puterea de intrare este pierdută între priza de perete și bateria pentru dispozitivul încărcat. Formula pentru măsurarea performanței: productivitate = ieșirea curentului direct, împărțită la intrare, înmulțirea rezultatului cu 100%.

Metode de transmisie fără fir

Puterea se poate propaga prin rețeaua în cauză pentru aproape toate materialele nemetalice, inclusiv, dar fără a se limita la ele. Acestea sunt solide, cum ar fi lemn, plastic, textile, sticlă și cărămizi, precum și gaze și lichide. Când un material conductor metalic sau electric (adică, fibră de carbon) este plasat în imediata vecinătate a câmpului electromagnetic, obiectul absoarbe puterea de la acesta și, ca rezultat, se încălzește. Aceasta, la rândul său, afectează eficiența sistemului. Iată cum funcționează procesul de gătire prin inducție, de exemplu, un transfer ineficient de energie de la plită produce căldură pentru gătit.

Pentru a crea un sistem de transmisie fără fir, este necesar să reveniți la originile subiectului în cauză. Și, mai exact, omului de știință și inventatorului de succes, Nikola Tesla, care a creat și brevetat un generator capabil să preia alimente fără ghiduri materialiste diferite. Deci, pentru a implementa un sistem fără fir, trebuie să colectați toate elementele importante și componentele, ca rezultat, un mic bobina Tesla. Acest dispozitiv, care creează un câmp electric de înaltă tensiune în aer, în jurul acestuia. În același timp, există o putere de intrare mică, acesta oferă o transmisie fără fir de la distanță.

Una dintre cele mai importante modalități de transfer de energie este cuplarea inductivă. Este folosit în principal pentru câmpul apropiat. Se caracterizează prin faptul că atunci când un curent trece printr-un fir la capetele celuilalt, se provoacă o tensiune. Transmiterea puterii se realizează prin reciprocitate între cele două materiale. Un exemplu comun este un transformator. Transferul de energie cu microunde, asemenea ideii, a fost dezvoltat de William Brown. Întregul concept implică transformarea puterii AC într-o frecvență radio și transmiterea acesteia în spațiu și reîncărcarea acesteia la puterea variabilă a receptorului. În acest sistem, tensiunea este generată folosind surse de energie cu microunde. Cum ar fi klystronul. Și această putere este transmisă către antena de transmisie printr-un ghid de undă, care protejează împotriva puterii reflectate. Și, de asemenea, tunerul, care corespunde impedanței sursei de microunde cu alte elemente. Secțiunea de recepție constă dintr-o antenă. Este nevoie de puterea microundelor și a circuitului de potrivire a impedanței și a filtrului. Această antenă de recepție, împreună cu dispozitivul de rectificare, poate fi un dipol. Corespunde semnalului de ieșire cu o avertizare sonoră similară a unității de redresor. Unitatea de recepție constă, de asemenea, dintr-o secțiune similară formată din diode, care sunt utilizate pentru a transforma semnalul într-o avertizare cu curent constant. Acest sistem de transmisie utilizează frecvențe cuprinse între 2 GHz și 6 GHz.

Transmiterea fără fir a energiei electrice Brovina, care a realizat generatorul cu utilizarea unor oscilații magnetice similare. Linia de jos este că acest dispozitiv a fost alimentat de trei tranzistoare.

Utilizați un fascicul laser pentru a transmite energie sub forma unei energii luminoase, care este convertită la electricitate la capătul receptorului. Direct materialul însuși este alimentat folosind surse cum ar fi Soarele sau orice alt generator de electricitate. Și, în consecință, realizează lumină focalizată de intensitate ridicată. Dimensiunea și forma fasciculului sunt determinate de setul de optică. Și această lumină laser transmisă este recepționată de celulele fotovoltaice, care o convertesc în semnale electrice. De obicei utilizează cabluri cu fibră optică pentru transmisie. La fel ca în sistemul solar de bază, receptorul utilizat în propagarea laserului este o serie de celule fotovoltaice sau un panou solar. Ele, la rândul lor, se pot transforma disociate lumină monocromatică în energie electrică.

Caracteristici esențiale ale dispozitivului

Puterea bobinei Tesla se află într-un proces numit inducție electromagnetică. Adică, un câmp în schimbare creează un potențial. Aceasta determină curgerea curentului. Atunci când energia electrică curge printr-o bobină de sârmă, aceasta generează un câmp magnetic care umple zona în jurul bobinei într-un anumit fel. Spre deosebire de alte experimente cu tensiune ridicată, bobina Tesla a rezistat multor verificări și teste. Procesul a fost laborios și consumator de timp, dar rezultatul a avut succes și, prin urmare, a fost brevetat cu succes de către om de știință. Puteți crea o bobină similară dacă aveți anumite componente. Următoarele materiale vor fi necesare pentru implementare:

1. lungime 30 cm PVC (cu atât mai mult, cu atât mai bine);
2. sârmă de cupru emailată (sârmă secundară);
3. mesteacan pentru baza;
4. Tranzistor 2222A;
5. conexiune (primar);
6. rezistor 22 kOhm;
7. comutatoare și cabluri de conectare;
8. baterie de 9 volți.

Etape de implementare a dispozitivelor Tesla

Pentru a începe, trebuie să puneți un slot mic în partea de sus a țevii pentru a înfășura un capăt al firului în jurul. Înfășurați încet și cu atenție bobina, asigurându-vă că nu blocați firele și, în același timp, nu creați spații. Acest pas este partea cea mai dificila si plictisitoare, dar timpul petrecut va da o calitate foarte buna si bobina buna. La fiecare 20 de rotații se introduc inelele benzii de mascare în jurul bobinei. Acestea acționează ca o barieră. În cazul în care bobina începe să se desprindă. Când ați terminat, înfășurați banda îngustă în partea de sus și de jos a înfășurării și împroșcați-o cu 2 sau 3 straturi de email.

Apoi trebuie să conectați bateria primară și secundară la baterie. După pornirea tranzistorului și a rezistenței. Înfășurarea mai mică este primară, iar înfășurarea mai lungă este secundară. Puteți instala o sferă de aluminiu pe partea superioară a țevii. În plus, conectați capătul deschis al secundarului cu cel adăugat, care va acționa ca o antenă. Este necesar să creați totul cu grijă, pentru a nu atinge dispozitivul secundar când porniți alimentarea.

Atunci când se implementează automat, există riscul de incendiu. Este necesar să porniți comutatorul, să instalați lampa incandescente lângă dispozitivul de transmisie a energiei fără fir și să vă bucurați de spectacolul de lumină.

Transmisia wireless prin sistemul de energie solară

Condițiile tradiționale de vânzări de energie prin cablu necesită de obicei prezența cablurilor între dispozitivele distribuite și unitățile de consum. Acest lucru creează o mulțime de limitări, cum ar fi costul costurilor de sistem pentru cabluri. Pierderile rezultate din transfer. Și, de asemenea, deșeuri în distribuție. Numai rezistența liniei de transmisie duce la o pierdere de aproximativ 20-30% din energia generată.

Una dintre cele mai avansate sisteme de transmisie a energiei fără fir se bazează pe transferul energiei solare utilizând un cuptor cu microunde sau un fascicul laser. Satelitul este plasat în orbita geostaționară și este alcătuit din celule fotovoltaice. Ele transformă lumina soarelui într-un curent electric care este folosit pentru alimentarea unui generator cu microunde. Și, în consecință, realizează puterea microundelor. Această tensiune este transmisă prin intermediul comunicației radio și este recepționată la stația de bază. Este o combinație a unei antene și a unui redresor. Și transformat înapoi în electricitate. Necesită o putere AC sau DC. Satelitul poate transmite până la 10 MW de putere de radiofrecvență.

Dacă vorbim despre sistemul de propagare DC, 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, în cazul în care este posibilă obținerea puterii de CA în case fără alte dispozitive suplimentare. În cazul în care există posibilitatea de a încărca telefonul mobil fără a trebui să vă conectați fizic la soclu. Desigur, un astfel de sistem este posibil. Și mulți cercetători moderni încearcă să creeze ceva modernizat, studiind rolul de a dezvolta noi modalități de transmitere fără fir a energiei electrice la distanță. Deși, din punct de vedere al componentei economice, nu va fi profitabilă pentru state, dacă astfel de dispozitive sunt introduse peste tot și pentru a înlocui energia electrică standard cu cele naturale.

Originile și exemplele sistemelor wireless

Acest concept, de fapt, nu este nou. Această idee a fost dezvoltată de Nicholas Tesla în 1893. Când a dezvoltat un sistem de iluminare a lămpilor cu vid folosind tehnologia de transmisie fără fir. Este imposibil să ne imaginăm că lumea a existat fără diferite surse de încărcare, care sunt exprimate într-o formă materială. Pentru a deveni posibile telefoane mobile, roboți de uz casnic, MP3-playere, calculatoare, laptop-uri și alte gadget-uri transportabile care au fost încărcate pe cont propriu, fără conexiuni suplimentare, eliberând utilizatorii de sârmă constantă. Unele dintre aceste dispozitive pot să nu necesite nici măcar un număr mare de elemente. Istoria de transmisie a puterii fără fir este suficient de saturate, și, în principal datorită evoluției, Tesla, Volta, și altele. Cu toate acestea, astăzi este doar datele din domeniul științei fizice.

Principiul de bază este de a converti puterea de curent alternativ la tensiunea DC folosind redresoare și filtre. Și apoi - pentru a reveni la valoarea inițială la o frecvență înaltă folosind invertoare. Această joasă tensiune, cu oscilații mai mari, transmite curentul electric de la transformatorul primar la cel secundar. Se transformă într-o tensiune DC folosind un redresor, un filtru și un regulator. Semnalul AC devine direct datorită sunetului curentului. Și, de asemenea, folosind secțiunea redresor a podului. Semnalul DC recepționat trece prin bobina de reacție, care acționează ca un circuit generator. Aceasta face ca tranzistorul să o conducă la convertorul principal în direcția de la stânga la dreapta. Când curentul trece prin bobina de reacție, curentul corespunzător curge către partea primară a transformatorului în direcția de la dreapta la stânga.

Astfel, metoda de transfer de energie cu ultrasunete funcționează. Semnalul este generat prin convertorul primar pentru ambele jumătăți ale avertizării curentului alternativ. Frecvența sunetului depinde de caracteristicile cantitative ale oscilațiilor circuitelor generatoare. Acest semnal AC apare pe secundarul transformatorului. Iar când este conectat la convertorul primar al unui alt obiect, tensiunea AC este de 25 kHz. O indicație apare prin ea în transformatorul pas cu pas.

Această tensiune AC este echilibrată de un redresor de punte. Și apoi filtrat și ajustat pentru a obține o ieșire de 5 V pentru controlul LED-urilor. Tensiunea de ieșire de 12 V de la condensator este utilizată pentru alimentarea motorului ventilatorului DC pentru funcționarea acestuia. Deci, din punct de vedere al fizicii, transmiterea energiei electrice este o zonă destul de dezvoltată. Cu toate acestea, după cum arată practicile, sistemele wireless nu sunt pe deplin dezvoltate și îmbunătățite.