Trådlös överföring för att leverera el har förmågan att leverera stora framsteg inom industrier och applikationer som är beroende av kontaktens fysiska kontakt. Det kan i sin tur vara opålitligt och leda till misslyckande. Överföringen av trådlös elektricitet demonstrerades först av Nikola Tesla på 1890-talet. Det har dock bara varit under det senaste decenniet som tekniken har använts till den grad att den erbjuder verkliga, påtagliga fördelar för verkliga tillämpningar. Framför allt har utvecklingen av ett trådlöst resonanskraftsystem för konsumentelektronikmarknaden visat att induktiv laddning ger nya nivåer av bekvämlighet för miljontals vardagliga enheter.
Makten i fråga är allmänt känd under många termer. Inklusive induktiv överföring, kommunikation, resonant trådlöst nätverk och samma spänningsretur. Var och en av dessa tillstånd beskriver i huvudsak samma grundläggande process. Trådlös överföring av el eller kraft från en strömkälla för att ladda spänning utan kontakter genom ett luftgap. Grunden är två spolar- sändare och mottagare. Den första matas av en växelström för att generera ett magnetfält, som i sin tur inducerar en spänning i den andra.
Hur systemet i fråga fungerar
Grunderna för trådlös kraft innebär att distribuera kraft från en sändare till en mottagare genom ett oscillerande magnetfält. För att uppnå detta omvandlas likströmmen från nätaggregatet till högfrekvent växelström. Med specialdesignad elektronik inbyggd i sändaren. Växelströmmen aktiverar en spole av koppartråd i dispensern, som genererar ett magnetfält. När den andra (mottagande) lindningen är placerad i omedelbar närhet. Magnetfältet kan inducera en växelström i mottagningsspolen. Elektroniken i den första enheten omvandlar sedan AC tillbaka till DC, vilket blir strömförbrukningen.
Trådlöst kraftöverföringsschema
Nätspänningen omvandlas till en AC-signal, som sedan skickas till sändarspolen via en elektronisk krets. Att strömma genom fördelarens lindning inducerar ett magnetfält. Det kan i sin tur spridas till mottagarspolen, som är i relativ närhet. Magnetfältet genererar sedan en ström som flyter genom lindningen av den mottagande anordningen. Processen genom vilken energi fördelas mellan sändnings- och mottagningsspolarna kallas också för magnetisk eller resonanskoppling. Och det uppnås med hjälp av båda lindningarna som arbetar med samma frekvens. Strömmen som flyter i mottagarspolen,omvandlas till DC av mottagarkretsen. Den kan sedan användas för att driva enheten.
Vad betyder resonans
Avståndet över vilket energi (eller effekt) kan överföras ökar om sändar- och mottagarspolarna resonerar vid samma frekvens. Precis som en stämgaffel svänger på en viss höjd och kan nå sin maximala amplitud. Det hänvisar till den frekvens med vilken ett föremål naturligt vibrerar.
Fördelar med trådlös överföring
Vilka är fördelarna? Fördelar:
- minskar kostnaderna för att underhålla raka kopplingar (t.ex. i en traditionell industriell släpring);
- större bekvämlighet för laddning av vanliga elektroniska enheter;
- säker överföring till applikationer som måste förbli hermetiskt förseglade;
- elektronik kan döljas helt, vilket minskar risken för korrosion på grund av element som syre och vatten;
- pålitlig och konsekvent strömförsörjning för roterande, mycket mobil industriutrustning;
- säkerställer pålitlig kraftöverföring till kritiska system i våta, smutsiga och rörliga miljöer.
Oavsett applikation ger eliminering av den fysiska anslutningen ett antal fördelar jämfört med traditionella kabelströmkontakter.
Effektiviteten hos energiöverföringen i fråga
Den totala effektiviteten hos ett trådlöst kraftsystem är den viktigaste faktorn för att avgöra dessprestanda. Systemeffektivitet mäter mängden ström som överförs mellan strömkällan (d.v.s. vägguttaget) och den mottagande enheten. Detta avgör i sin tur aspekter som laddningshastighet och utbredningsområde.
Trådlösa kommunikationssystem varierar i effektivitetsnivå baserat på faktorer som spolkonfiguration och design, överföringsavstånd. En mindre effektiv enhet kommer att generera mer utsläpp och resultera i att mindre kraft passerar genom den mottagande enheten. Vanligtvis kan trådlös kraftöverföringsteknik för enheter som smartphones nå 70 % prestanda.
Hur prestanda mäts
Betyder, som mängden ström (i procent) som överförs från strömkällan till den mottagande enheten. Det vill säga trådlös kraftöverföring för en smartphone med en verkningsgrad på 80 % innebär att 20 % av ingångseffekten går förlorad mellan vägguttaget och batteriet för den pryl som laddas. Formeln för att mäta arbetseffektivitet är: prestanda=DC-utgång dividerat med ingång, multiplicera resultatet med 100%.
Trådlös överföring av el
Ström kan distribueras över det aktuella nätverket genom nästan alla icke-metalliska material, inklusive men inte begränsat till. Det är fasta ämnen som trä, plast, textilier, glas och tegel samt gaser och vätskor. När metall ellerEtt elektriskt ledande material (d.v.s. kolfiber) placeras i närheten av ett elektromagnetiskt fält, föremålet absorberar kraft från det och värms upp som ett resultat. Detta påverkar i sin tur systemets effektivitet. Så fungerar induktionsmatlagning, till exempel skapar ineffektiv kraftöverföring från hällen värme för matlagning.
För att skapa ett trådlöst kraftöverföringssystem måste du gå tillbaka till ämnets ursprung. Eller snarare, till den framgångsrika vetenskapsmannen och uppfinnaren Nikola Tesla, som skapade och patenterade en generator som kan ta ström utan olika materialistiska ledare. Så för att implementera ett trådlöst system är det nödvändigt att montera alla viktiga element och delar, som ett resultat kommer en liten Tesla-spole att implementeras. Detta är en enhet som skapar ett elektriskt högspänningsfält i luften runt den. Den har en liten ineffekt, den ger trådlös kraftöverföring på avstånd.
Ett av de viktigaste sätten att överföra energi är induktiv koppling. Det används främst för närfält. Det kännetecknas av det faktum att när ström passerar genom en tråd induceras en spänning i ändarna av en annan. Kraftöverföring sker genom ömsesidighet mellan de två materialen. Ett vanligt exempel är en transformator. Mikrovågsenergiöverföring, som en idé, utvecklades av William Brown. Hela konceptet går ut på att konvertera växelström till RF-kraft och sända den genom rymden och åter in ivariabel effekt vid mottagaren. I detta system genereras spänningen med hjälp av mikrovågsenergikällor. såsom klystron. Och denna effekt överförs till sändningsantennen genom vågledaren, som skyddar från den reflekterade kraften. Samt en tuner som matchar mikrovågskällans impedans med andra element. Mottagningsdelen består av en antenn. Den accepterar mikrovågseffekt och en impedansmatchningskrets och ett filter. Denna mottagningsantenn kan tillsammans med likriktaranordningen vara en dipol. Motsvarar utsignalen med en liknande ljudvarning från likriktarenheten. Mottagarblocket består också av en liknande sektion bestående av dioder som används för att omvandla signalen till en DC-larm. Detta överföringssystem använder frekvenser mellan 2 GHz och 6 GHz.
Trådlös överföring av elektricitet med hjälp av Brovins förare, som implementerade generatorn med liknande magnetiska oscillationer. Summan av kardemumman är att den här enheten fungerade tack vare tre transistorer.
Användning av en laserstråle för att överföra kraft i form av ljusenergi, som omvandlas till elektrisk energi i den mottagande änden. Själva materialet drivs direkt med hjälp av källor som solen eller någon elgenerator. Och implementerar följaktligen ett fokuserat ljus med hög intensitet. Strålens storlek och form bestäms av optikuppsättningen. Och detta transmitterade laserljus tas emot av fotovoltaiska celler, som omvandlar det till elektriska signaler. Han brukar användafiberoptiska kablar för överföring. Liksom med det grundläggande solenergisystemet är mottagaren som används vid laserbaserad spridning en rad solceller eller en solpanel. De kan i sin tur omvandla inkoherent monokromatiskt ljus till elektricitet.
Enhetens väsentliga funktioner
Tesla-spolens kraft ligger i en process som kallas elektromagnetisk induktion. Det vill säga det föränderliga fältet skapar potential. Det får strömmen att flyta. När elektricitet strömmar genom en trådspole genererar den ett magnetfält som fyller området runt spolen på ett visst sätt. Till skillnad från vissa andra högspänningsexperiment har Tesla-spolen stått emot många tester och försök. Processen var ganska mödosam och lång, men resultatet var framgångsrikt och patenterades därför framgångsrikt av vetenskapsmannen. Du kan skapa en sådan spole i närvaro av vissa komponenter. Följande material kommer att krävas för implementering:
- längd 30 cm PVC (ju fler desto bättre);
- emaljerad koppartråd (sekundärtråd);
- björkbräda för bas;
- 2222A transistor;
- anslutningskabel (primär);
- motstånd 22 kΩ;
- brytare och anslutningskablar;
- 9 volts batteri.
Tesla-enhetsimplementeringsstadier
Först måste du sätta en liten skåra i toppen av röret för att vira runt ena änden av trådenrunt omkring. Linda spolen långsamt och försiktigt, var noga med att inte överlappa ledningarna eller skapa luckor. Detta steg är den svåraste och tråkigaste delen, men den tid som spenderas kommer att ge en mycket hög kvalitet och bra spole. Var 20 eller så varv placeras ringar av maskeringstejp runt lindningen. De fungerar som en barriär. Om spolen börjar rivas upp. När du är klar, vira kraftig tejp runt toppen och botten av lindningen och spraya den med 2 eller 3 lager emalj.
Då måste du ansluta det primära och sekundära batteriet till batteriet. Efter - slå på transistorn och motståndet. Den mindre lindningen är den primära och den längre lindningen är den sekundära. Du kan valfritt installera en aluminiumsfär ovanpå röret. Anslut också den öppna änden av sekundären till den tillagda, som kommer att fungera som en antenn. Var försiktig så att du inte rör den sekundära enheten när strömmen slås på.
Det finns risk för brand om du säljer själv. Du måste vända på strömbrytaren, installera en glödlampa bredvid den trådlösa kraftöverföringsenheten och njuta av ljusshowen.
Trådlös överföring via solenergisystem
Traditionella trådbundna kraftdistributionskonfigurationer kräver vanligtvis ledningar mellan distribuerade enheter och konsumentenheter. Detta skapar en hel del begränsningar som kostnaden för systemetkabelkostnader. Förluster vid överföring. Samt avfall vid distribution. Enbart överföringsledningsmotstånd leder till en förlust på cirka 20-30 % av den genererade energin.
Ett av de modernaste trådlösa kraftöverföringssystemen är baserat på överföring av solenergi med hjälp av en mikrovågsugn eller en laserstråle. Satelliten är placerad i geostationär bana och består av solceller. De omvandlar solljus till elektrisk ström, som används för att driva en mikrovågsgenerator. Och följaktligen inser kraften i mikrovågor. Denna spänning sänds med hjälp av radiokommunikation och tas emot vid basstationen. Det är en kombination av antenn och likriktare. Och den omvandlas tillbaka till el. Kräver växelström eller likström. Satelliten kan sända upp till 10 MW RF-effekt.
När man talar om ett DC-distributionssystem är även det omöjligt. Eftersom det kräver en kontakt mellan strömförsörjningen och enheten. Det finns en sådan bild: systemet saknar helt ledningar, där du kan få växelström i hemmen utan några ytterligare enheter. Där det går att ladda sin mobiltelefon utan att fysiskt behöva ansluta till uttaget. Naturligtvis är ett sådant system möjligt. Och många moderna forskare försöker skapa något moderniserat, samtidigt som de studerar rollen av att utveckla nya metoder för trådlös överföring av el på distans. Även om det, ur den ekonomiska komponentens synvinkel, inte kommer att vara det för staterdet är ganska lönsamt om sådana apparater introduceras överallt och ersätter standardel med naturlig elektricitet.
Ursprung och exempel på trådlösa system
Det här konceptet är inte riktigt nytt. Hela denna idé utvecklades av Nicholas Tesla 1893. När han utvecklade ett system för att belysa vakuumrör med hjälp av trådlös överföringsteknik. Det är omöjligt att föreställa sig att världen existerar utan olika källor till laddning, som uttrycks i materiell form. För att göra det möjligt för mobiltelefoner, hemrobotar, MP3-spelare, datorer, bärbara datorer och andra transportabla prylar att laddas på egen hand, utan några ytterligare anslutningar, vilket befriar användarna från konstanta sladdar. Vissa av dessa enheter kräver kanske inte ens ett stort antal element. Historien om trådlös kraftöverföring är ganska rik, och främst tack vare utvecklingen av Tesla, Volta, etc. Men idag är det bara data inom fysikalisk vetenskap.
Grundprincipen är att konvertera växelström till likspänning med hjälp av likriktare och filter. Och sedan - i återgången till det ursprungliga värdet vid hög frekvens med hjälp av växelriktare. Denna lågspänning, mycket oscillerande växelström förs sedan från den primära transformatorn till den sekundära. Omvandlas till DC-spänning med hjälp av likriktare, filter och regulator. AC-signalen blir direkttack vare ljudet av strömmen. Samt att använda brygglikriktardelen. Den mottagna DC-signalen leds genom en återkopplingslindning som fungerar som en oscillatorkrets. Samtidigt tvingar den transistorn att leda den in i primäromvandlaren i riktning från vänster till höger. När ström passerar genom återkopplingslindningen flyter motsvarande ström till transformatorns primärsida från höger till vänster.
Så här fungerar ultraljudsmetoden för energiöverföring. Signalen genereras genom sensorn för båda halvcyklerna av AC-varningen. Ljudfrekvensen beror på de kvantitativa indikatorerna för vibrationerna i generatorkretsarna. Denna AC-signal visas på transformatorns sekundärlindning. Och när den är ansluten till ett annat objekts givare är växelspänningen 25 kHz. En avläsning visas genom den i en nedtrappningstransformator.
Denna växelspänning utjämnas av en brygglikriktare. Och sedan filtreras och regleras för att få en 5V-utgång för att driva lysdioden. 12V utspänningen från kondensatorn används för att driva DC-fläktmotorn för att driva den. Så ur fysikens synvinkel är överföring av el ett ganska utvecklat område. Men som praxis visar är trådlösa system inte fullt utvecklade och förbättrade.
