Bezdrôtový prenos na dodávanie elektriny má schopnosť priniesť veľké pokroky v odvetviach a aplikáciách, ktoré závisia od fyzického kontaktu konektora. To zase môže byť nespoľahlivé a viesť k zlyhaniu. Prenos bezdrôtovej elektriny prvýkrát predviedol Nikola Tesla v 90. rokoch 19. storočia. Až v poslednom desaťročí sa však technológia začala používať do tej miery, že ponúka skutočné, hmatateľné výhody pre aplikácie v reálnom svete. Najmä vývoj rezonančného bezdrôtového napájacieho systému pre trh spotrebnej elektroniky ukázal, že indukčné nabíjanie prináša novú úroveň pohodlia pre milióny každodenných zariadení.
Táto sila je všeobecne známa pod mnohými pojmami. Vrátane indukčného prenosu, komunikácie, rezonančnej bezdrôtovej siete a rovnakého návratu napätia. Každá z týchto podmienok v podstate opisuje rovnaký základný proces. Bezdrôtový prenos elektriny alebo energie zo zdroja na záťažové napätie bez konektorov cez vzduchovú medzeru. Základom sú dve cievky- vysielač a prijímač. Prvý je napájaný striedavým prúdom na generovanie magnetického poľa, ktoré následne indukuje napätie v druhom.
Ako daný systém funguje
Základy bezdrôtového napájania zahŕňajú distribúciu energie z vysielača do prijímača prostredníctvom oscilujúceho magnetického poľa. Aby sa to dosiahlo, jednosmerný prúd dodávaný napájacím zdrojom sa premieňa na vysokofrekvenčný striedavý prúd. So špeciálne navrhnutou elektronikou zabudovanou do vysielača. Striedavý prúd aktivuje cievku medeného drôtu v dávkovači, ktorá vytvára magnetické pole. Keď je druhé (prijímacie) vinutie umiestnené v tesnej blízkosti. Magnetické pole môže indukovať striedavý prúd v prijímacej cievke. Elektronika v prvom zariadení potom konvertuje striedavý prúd späť na jednosmerný, čo sa stáva spotrebou energie.
Schéma bezdrôtového prenosu energie
"Sieťové" napätie sa konvertuje na striedavý signál, ktorý sa potom posiela do cievky vysielača cez elektronický obvod. Pretekajúci vinutím rozvádzača indukuje magnetické pole. Na druhej strane sa môže šíriť do cievky prijímača, ktorá je v relatívnej blízkosti. Magnetické pole potom generuje prúd pretekajúci vinutím prijímacieho zariadenia. Proces, pri ktorom sa energia rozdeľuje medzi vysielaciu a prijímaciu cievku, sa tiež nazýva magnetická alebo rezonančná väzba. A to sa dosahuje pomocou oboch vinutí pracujúcich na rovnakej frekvencii. Prúd tečúci v cievke prijímača,konvertovaný na jednosmerný prúd obvodom prijímača. Potom ho možno použiť na napájanie zariadenia.
Čo znamená rezonancia
Vzdialenosť, na ktorú je možné prenášať energiu (alebo výkon), sa zvyšuje, ak cievky vysielača a prijímača rezonujú na rovnakej frekvencii. Rovnako ako ladička osciluje v určitej výške a môže dosiahnuť svoju maximálnu amplitúdu. Vzťahuje sa na frekvenciu, pri ktorej predmet prirodzene vibruje.
Výhody bezdrôtového prenosu
Aké sú výhody? Výhody:
- znižuje náklady spojené s údržbou priamych konektorov (napr. v tradičnom priemyselnom zbernom krúžku);
- väčšie pohodlie pri nabíjaní bežných elektronických zariadení;
- zabezpečený prenos do aplikácií, ktoré musia zostať hermeticky uzavreté;
- elektronika môže byť úplne skrytá, čím sa znižuje riziko korózie spôsobenej prvkami ako kyslík a voda;
- spoľahlivé a konzistentné napájanie pre rotačné, vysoko mobilné priemyselné zariadenia;
- zaisťuje spoľahlivý prenos energie do kritických systémov vo vlhkom, špinavom a pohyblivom prostredí.
Bez ohľadu na aplikáciu poskytuje eliminácia fyzického pripojenia množstvo výhod oproti tradičným káblovým napájacím konektorom.
Účinnosť príslušného prenosu energie
Celková účinnosť bezdrôtového energetického systému je najdôležitejším faktorom pri jeho určovanívýkon. Účinnosť systému meria množstvo energie prenášanej medzi zdrojom energie (t. j. zásuvkou v stene) a prijímacím zariadením. To zase určuje aspekty, ako je rýchlosť nabíjania a dosah šírenia.
Bezdrôtové komunikačné systémy sa líšia svojou úrovňou účinnosti na základe faktorov, ako je konfigurácia a dizajn cievky, prenosová vzdialenosť. Menej efektívne zariadenie bude generovať viac emisií a bude mať za následok menej energie prechádzajúcej cez prijímacie zariadenie. Bezdrôtové technológie prenosu energie pre zariadenia, ako sú smartfóny, zvyčajne dosahujú výkon 70 %.
Ako sa meria výkonnosť
Význam ako množstvo energie (v percentách), ktoré sa prenáša zo zdroja energie do prijímacieho zariadenia. To znamená, že bezdrôtový prenos energie pre smartfón s účinnosťou 80 % znamená, že 20 % vstupnej energie sa stratí medzi zásuvkou v stene a batériou nabíjaného zariadenia. Vzorec na meranie efektivity práce je: výkon=jednosmerný výstup delený príkonom, výsledok vynásobte 100 %.
Bezdrôtový prenos elektriny
Napájanie môže byť distribuované cez uvažovanú sieť prostredníctvom takmer všetkých nekovových materiálov, vrátane, ale nie výlučne. Sú to pevné látky ako drevo, plasty, textílie, sklo a tehly, ako aj plyny a kvapaliny. Keď kov respElektricky vodivý materiál (t.j. uhlíkové vlákno) je umiestnený v tesnej blízkosti elektromagnetického poľa, objekt z neho absorbuje energiu a v dôsledku toho sa zahrieva. To zase ovplyvňuje účinnosť systému. Takto funguje indukčné varenie, napríklad neefektívny prenos energie z varnej dosky vytvára teplo na varenie.
Ak chcete vytvoriť systém bezdrôtového prenosu energie, musíte sa vrátiť k začiatku témy. Alebo skôr úspešnému vedcovi a vynálezcovi Nikolovi Teslovi, ktorý vytvoril a patentoval generátor, ktorý dokáže odoberať energiu bez rôznych materialistických vodičov. Na implementáciu bezdrôtového systému je teda potrebné zostaviť všetky dôležité prvky a časti, výsledkom čoho bude implementácia malej Tesla cievky. Ide o zariadenie, ktoré vo vzduchu okolo seba vytvára vysokonapäťové elektrické pole. Má malý vstupný výkon, poskytuje bezdrôtový prenos energie na diaľku.
Jedným z najdôležitejších spôsobov prenosu energie je indukčná väzba. Používa sa hlavne na blízke pole. Vyznačuje sa tým, že pri prechode prúdu jedným vodičom sa na koncoch druhého indukuje napätie. Prenos energie sa uskutočňuje reciprocitou medzi týmito dvoma materiálmi. Bežným príkladom je transformátor. Mikrovlnný prenos energie ako nápad vyvinul William Brown. Celý koncept zahŕňa premenu striedavého prúdu na vysokofrekvenčný výkon a jeho prenos cez priestor a znovu doňpremenlivý výkon na prijímači. V tomto systéme sa napätie vytvára pomocou zdrojov mikrovlnnej energie. ako je klystron. A tento výkon sa prenáša do vysielacej antény cez vlnovod, ktorý chráni pred odrazeným výkonom. Rovnako ako tuner, ktorý impedanciou mikrovlnného zdroja zladí s ostatnými prvkami. Prijímacia časť pozostáva z antény. Prijíma mikrovlnnú energiu a impedančný prispôsobovací obvod a filter. Táto prijímacia anténa spolu s usmerňovacím zariadením môže byť dipól. Zodpovedá výstupnému signálu s podobným zvukovým upozornením usmerňovacej jednotky. Blok prijímača tiež pozostáva z podobnej časti pozostávajúcej z diód, ktoré sa používajú na konverziu signálu na jednosmerný signál. Tento prenosový systém používa frekvencie medzi 2 GHz a 6 GHz.
Bezdrôtový prenos elektriny s pomocou Brovinovho vodiča, ktorý implementoval generátor pomocou podobných magnetických oscilácií. Pointa je, že toto zariadenie fungovalo vďaka trom tranzistorom.
Používanie laserového lúča na prenos energie vo forme svetelnej energie, ktorá sa na prijímacom konci premieňa na elektrickú energiu. Samotný materiál je priamo napájaný pomocou zdrojov, ako je Slnko alebo akýkoľvek generátor elektriny. A podľa toho implementuje sústredené svetlo vysokej intenzity. Veľkosť a tvar lúča určuje sústava optiky. A toto prenášané laserové svetlo prijímajú fotovoltaické články, ktoré ho premieňajú na elektrické signály. Zvyčajne používakáble z optických vlákien na prenos. Rovnako ako u základného solárneho energetického systému, prijímač používaný v laserovom šírení je pole fotovoltaických článkov alebo solárny panel. Tie zase dokážu premeniť nekoherentné monochromatické svetlo na elektrinu.
Základné funkcie zariadenia
Sila Teslovej cievky spočíva v procese nazývanom elektromagnetická indukcia. To znamená, že meniace sa pole vytvára potenciál. Spôsobuje tok prúdu. Keď elektrina prúdi cez cievku drôtu, vytvára magnetické pole, ktoré určitým spôsobom vypĺňa oblasť okolo cievky. Na rozdiel od niektorých iných vysokonapäťových experimentov, Teslova cievka odolala mnohým testom a skúškam. Proces bol dosť namáhavý a zdĺhavý, ale výsledok bol úspešný, a teda úspešne patentovaný vedcom. Takúto cievku môžete vytvoriť za prítomnosti určitých komponentov. Na implementáciu budú potrebné nasledujúce materiály:
- dĺžka 30 cm PVC (čím viac, tým lepšie);
- sm altovaný medený drôt (sekundárny drôt);
- brezová doska na základňu;
- 2222A tranzistor;
- pripojovací (primárny) vodič;
- rezistor 22 kΩ;
- vypínače a prepojovacie vodiče;
- 9 voltová batéria.
Fázy implementácie zariadenia Tesla
Najskôr musíte vložiť malú štrbinu do hornej časti potrubia, aby ste omotali jeden koniec drôtuokolo. Cievku navíjajte pomaly a opatrne, pričom dávajte pozor, aby ste drôty neprekrývali a nevytvárali medzery. Tento krok je najťažšia a namáhavá časť, ale strávený čas poskytne veľmi kvalitnú a dobrú cievku. Každých približne 20 otáčok sa okolo vinutia umiestnia krúžky maskovacej pásky. Pôsobia ako bariéra. V prípade, že sa cievka začne rozmotávať. Po dokončení oviňte hornú a spodnú časť vinutia ťažkú pásku a nastriekajte na ňu 2 alebo 3 vrstvy emailu.
Potom musíte k batérii pripojiť primárnu a sekundárnu batériu. Potom - zapnite tranzistor a odpor. Menšie vinutie je primárne a dlhšie vinutie je sekundárne. Na hornú časť potrubia môžete voliteľne nainštalovať hliníkovú guľu. Taktiež pripojte otvorený koniec sekundárneho k pridanému, ktorý bude fungovať ako anténa. Je potrebné dávať pozor, aby ste sa nedotkli sekundárneho zariadenia, keď je napájanie zapnuté.
Pri vlastnom predaji hrozí nebezpečenstvo požiaru. Musíte prepnúť vypínač, nainštalovať žiarovku vedľa zariadenia na bezdrôtový prenos energie a vychutnať si svetelnú šou.
Bezdrôtový prenos cez solárny systém
Tradičné konfigurácie káblovej distribúcie energie zvyčajne vyžadujú káble medzi distribuovanými zariadeniami a spotrebiteľskými jednotkami. To vytvára veľa obmedzení ako náklady na systémnáklady na kábel. Straty spôsobené prenosom. Rovnako ako odpad v distribúcii. Samotný odpor prenosového vedenia vedie k strate približne 20-30 % vygenerovanej energie.
Jeden z najmodernejších systémov bezdrôtového prenosu energie je založený na prenose slnečnej energie pomocou mikrovlnnej rúry alebo laserového lúča. Satelit je umiestnený na geostacionárnej obežnej dráhe a pozostáva z fotovoltaických článkov. Premieňajú slnečné svetlo na elektrický prúd, ktorý sa používa na napájanie mikrovlnného generátora. A podľa toho si uvedomuje silu mikrovĺn. Toto napätie sa prenáša pomocou rádiovej komunikácie a prijíma sa na základnej stanici. Ide o kombináciu antény a usmerňovača. A premieňa sa späť na elektrinu. Vyžaduje striedavý alebo jednosmerný prúd. Satelit môže prenášať až 10 MW RF energie.
Keď hovoríme o DC distribučnom systéme, ani to nie je možné. Pretože to vyžaduje konektor medzi zdrojom napájania a zariadením. Existuje taký obrázok: systém je úplne bez káblov, kde môžete získať striedavý prúd v domácnostiach bez akýchkoľvek ďalších zariadení. Kde je možné nabiť si mobil bez toho, aby ste sa museli fyzicky pripájať do zásuvky. Samozrejme, že takýto systém je možný. A veľa moderných výskumníkov sa snaží vytvoriť niečo modernizované a zároveň študovať úlohu vývoja nových metód bezdrôtového prenosu elektriny na diaľku. Aj keď z pohľadu ekonomickej zložky to pre štáty nebudeje celkom výhodné, ak sa takéto zariadenia zavedú všade a nahradia štandardnú elektrinu prírodnou elektrinou.
Pôvod a príklady bezdrôtových systémov
Tento koncept nie je naozaj nový. Celú túto myšlienku vyvinul Nicholas Tesla v roku 1893. Keď vyvinul systém osvetlenia vákuových trubíc pomocou techník bezdrôtového prenosu. Je nemožné si predstaviť, že svet existuje bez rôznych zdrojov nabíjania, ktoré sú vyjadrené v materiálnej forme. Umožniť, aby sa mobilné telefóny, domáce roboty, MP3 prehrávače, počítače, notebooky a iné prenosné prístroje mohli nabíjať samostatne, bez akýchkoľvek ďalších pripojení, čím sa používatelia oslobodia od neustálych káblov. Niektoré z týchto zariadení dokonca nemusia vyžadovať veľké množstvo prvkov. História bezdrôtového prenosu energie je pomerne bohatá, a to najmä vďaka vývoju Tesly, Volty atď. Ale dnes sú to len údaje vo fyzikálnej vede.
Základným princípom je premena striedavého prúdu na jednosmerné napätie pomocou usmerňovačov a filtrov. A potom - v návrate k pôvodnej hodnote pri vysokej frekvencii pomocou meničov. Tento nízkonapäťový, vysoko oscilujúci striedavý prúd sa potom prenáša z primárneho transformátora do sekundárneho. Prevedené na jednosmerné napätie pomocou usmerňovača, filtra a regulátora. AC signál sa stane priamymvďaka zvuku prúdu. Rovnako ako pomocou časti mostového usmerňovača. Prijatý jednosmerný signál prechádza cez spätnoväzbové vinutie, ktoré funguje ako obvod oscilátora. Zároveň núti tranzistor, aby ho viedol do primárneho meniča v smere zľava doprava. Keď prúd prechádza cez spätnoväzbové vinutie, zodpovedajúci prúd tečie na primárnu stranu transformátora sprava doľava.
Takto funguje ultrazvukový spôsob prenosu energie. Signál sa generuje cez snímač počas oboch polcyklov výstrahy AC. Frekvencia zvuku závisí od kvantitatívnych ukazovateľov vibrácií obvodov generátora. Tento striedavý signál sa objaví na sekundárnom vinutí transformátora. A keď je pripojený k prevodníku iného objektu, striedavé napätie je 25 kHz. V zostupnom transformátore sa cez ňu objaví údaj.
Toto striedavé napätie je vyrovnávané mostíkovým usmerňovačom. A potom filtrované a regulované, aby sa získal 5V výstup na pohon LED. Výstupné napätie 12 V z kondenzátora sa používa na napájanie motora ventilátora na jednosmerný prúd. Takže z hľadiska fyziky je prenos elektriny dosť rozvinutou oblasťou. Ako však ukazuje prax, bezdrôtové systémy nie sú úplne vyvinuté a vylepšené.
