Trådløs overføring for levering av elektrisitet har evnen til å levere store fremskritt i bransjer og applikasjoner som er avhengig av den fysiske kontakten til kontakten. Det kan i sin tur være upålitelig og føre til fiasko. Overføringen av trådløs elektrisitet ble først demonstrert av Nikola Tesla på 1890-tallet. Imidlertid har det bare vært i løpet av det siste tiåret at teknologien har blitt brukt til et punkt hvor den gir reelle, håndgripelige fordeler for applikasjoner i den virkelige verden. Spesielt har utviklingen av et resonant trådløst strømsystem for forbrukerelektronikk-markedet vist at induktiv lading gir nye nivåer av bekvemmelighet for millioner av hverdagslige enheter.
Makten det er snakk om er allment kjent under mange termer. Inkludert induktiv overføring, kommunikasjon, resonant trådløst nettverk og samme spenningsretur. Hver av disse forholdene beskriver i hovedsak den samme grunnleggende prosessen. Trådløs overføring av elektrisitet eller kraft fra en strømkilde for å laste spenning uten kontakter gjennom et luftgap. Grunnlaget er to spoler- sender og mottaker. Den første blir energisert av en vekselstrøm for å generere et magnetisk felt, som igjen induserer en spenning i den andre.
Hvordan det aktuelle systemet fungerer
Det grunnleggende om trådløs strøm innebærer å distribuere strøm fra en sender til en mottaker gjennom et oscillerende magnetfelt. For å oppnå dette konverteres likestrømmen som tilføres av strømforsyningen til høyfrekvent vekselstrøm. Med spesialdesignet elektronikk innebygd i senderen. Vekselstrømmen aktiverer en spole av kobbertråd i dispenseren, som genererer et magnetfelt. Når den andre (mottakende) viklingen er plassert i umiddelbar nærhet. Magnetfeltet kan indusere en vekselstrøm i mottaksspolen. Elektronikken i den første enheten konverterer deretter AC tilbake til DC, som blir strømforbruket.
Trådløs kraftoverføring
Nettspenningen omdannes til et AC-signal, som deretter sendes til senderspolen via en elektronisk krets. Strømmer gjennom viklingen av fordeleren, induserer et magnetisk felt. Det kan på sin side spre seg til mottakerspolen, som er i relativ nærhet. Magnetfeltet genererer deretter en strøm som flyter gjennom viklingen til mottakeranordningen. Prosessen der energien fordeles mellom sende- og mottaksspolene kalles også magnetisk eller resonanskobling. Og det oppnås ved hjelp av begge viklingene som opererer med samme frekvens. Strømmen som flyter i mottakerspolen,konvertert til DC av mottakerkretsen. Den kan deretter brukes til å drive enheten.
Hva betyr resonans
Avstanden som energi (eller kraft) kan overføres over, øker hvis sender- og mottakerspolene resonerer med samme frekvens. Akkurat som en stemmegaffel svinger i en viss høyde og kan nå sin maksimale amplitude. Det refererer til frekvensen som et objekt naturlig vibrerer med.
Fordeler med trådløs overføring
Hva er fordelene? Fordeler:
- reduserer kostnader forbundet med å vedlikeholde rette koblinger (f.eks. i en tradisjonell industriell slepering);
- større bekvemmelighet for lading av vanlige elektroniske enheter;
- sikker overføring til applikasjoner som må forbli hermetisk forseglet;
- elektronikk kan skjules fullstendig, noe som reduserer risikoen for korrosjon på grunn av elementer som oksygen og vann;
- pålitelig og konsekvent strømforsyning for roterende, svært mobilt industrielt utstyr;
- sikrer pålitelig kraftoverføring til kritiske systemer i våte, skitne og bevegelige omgivelser.
Uavhengig av applikasjonen gir eliminering av den fysiske tilkoblingen en rekke fordeler i forhold til tradisjonelle kabelstrømkontakter.
Effektiviteten til den aktuelle energioverføringen
Den generelle effektiviteten til et trådløst strømsystem er den viktigste faktoren for å bestemme detopptreden. Systemeffektivitet måler mengden strøm som overføres mellom strømkilden (dvs. vegguttaket) og mottaksenheten. Dette bestemmer igjen aspekter som ladehastighet og utbredelsesområde.
Trådløse kommunikasjonssystemer varierer i effektivitetsnivå basert på faktorer som spolekonfigurasjon og design, overføringsavstand. En mindre effektiv enhet vil generere mer utslipp og resultere i at mindre strøm passerer gjennom mottaksenheten. Vanligvis kan trådløs kraftoverføringsteknologi for enheter som smarttelefoner nå 70 % ytelse.
Hvordan ytelse måles
Betydning, som mengden strøm (i prosent) som overføres fra strømkilden til mottakerenheten. Det vil si at trådløs kraftoverføring for en smarttelefon med en effektivitet på 80 % betyr at 20 % av inngangsstrømmen går tapt mellom stikkontakten og batteriet for dingsen som lades. Formelen for å måle arbeidseffektivitet er: ytelse=DC-utgang delt på input, multipliser resultatet med 100%.
Trådløs overføring av elektrisitet
Kraft kan distribueres over det aktuelle nettverket gjennom nesten alle ikke-metalliske materialer, inkludert men ikke begrenset til. Dette er faste stoffer som tre, plast, tekstiler, glass og murstein, samt gasser og væsker. Når metall ellerEt elektrisk ledende materiale (dvs. karbonfiber) er plassert i umiddelbar nærhet til et elektromagnetisk felt, objektet absorberer kraft fra det og varmes opp som et resultat. Dette påvirker i sin tur effektiviteten til systemet. Slik fungerer induksjonsmatlaging, for eksempel skaper ineffektiv kraftoverføring fra koketoppen varme til matlagingen.
For å lage et trådløst kraftoverføringssystem, må du gå tilbake til opprinnelsen til emnet. Eller rettere sagt, til den suksessrike vitenskapsmannen og oppfinneren Nikola Tesla, som skapte og patenterte en generator som kan ta strøm uten ulike materialistiske ledere. Så for å implementere et trådløst system, er det nødvendig å sette sammen alle viktige elementer og deler, som et resultat vil en liten Tesla-spole bli implementert. Dette er en enhet som skaper et høyspent elektrisk felt i luften rundt den. Den har en liten inngangseffekt, den gir trådløs kraftoverføring på avstand.
En av de viktigste måtene å overføre energi på er induktiv kobling. Den brukes hovedsakelig til nærfelt. Det er preget av det faktum at når strømmen går gjennom en ledning, induseres en spenning i endene av en annen. Kraftoverføring skjer ved gjensidighet mellom de to materialene. Et vanlig eksempel er en transformator. Mikrobølgeenergioverføring, som en idé, ble utviklet av William Brown. Hele konseptet innebærer å konvertere vekselstrøm til RF-strøm og overføre den gjennom rommet og inn igjenvariabel effekt på mottakeren. I dette systemet genereres spenningen ved hjelp av mikrobølgeenergikilder. slik som klystron. Og denne kraften overføres til senderantennen gjennom bølgelederen, som beskytter mot den reflekterte kraften. Samt en tuner som matcher impedansen til mikrobølgekilden med andre elementer. Mottaksdelen består av en antenne. Den aksepterer mikrobølgeeffekt og en impedanstilpasningskrets og et filter. Denne mottakerantennen kan sammen med likeretteren være en dipol. Tilsvarer utgangssignalet med et lignende lydvarsel fra likeretterenheten. Mottakerblokken består også av en tilsvarende seksjon bestående av dioder som brukes til å konvertere signalet til et DC-varsel. Dette overføringssystemet bruker frekvenser mellom 2 GHz og 6 GHz.
Trådløs overføring av elektrisitet ved hjelp av Brovins sjåfør, som implementerte generatoren ved å bruke lignende magnetiske oscillasjoner. Poenget er at denne enheten fungerte takket være tre transistorer.
Bruk av en laserstråle for å overføre kraft i form av lysenergi, som omdannes til elektrisk energi i mottakerenden. Selve materialet er direkte drevet ved hjelp av kilder som solen eller en hvilken som helst strømgenerator. Og implementerer følgelig et fokusert lys med høy intensitet. Størrelsen og formen på strålen bestemmes av settet med optikk. Og dette overførte laserlyset mottas av fotovoltaiske celler, som konverterer det til elektriske signaler. Han bruker vanligvisfiberoptiske kabler for overføring. Som med det grunnleggende solenergisystemet, er mottakeren som brukes i laserbasert forplantning en rekke solcelleceller eller et solcellepanel. De kan på sin side konvertere usammenhengende monokromatisk lys til elektrisitet.
Vessentlige funksjoner på enheten
Kraften til Tesla-spolen ligger i en prosess som kalles elektromagnetisk induksjon. Det vil si at det skiftende feltet skaper potensial. Det får strømmen til å flyte. Når elektrisitet strømmer gjennom en trådspole, genererer den et magnetfelt som fyller området rundt spolen på en bestemt måte. I motsetning til noen andre høyspenteksperimenter, har Tesla-spolen tålt mange tester og forsøk. Prosessen var ganske arbeidskrevende og langvarig, men resultatet var vellykket, og ble derfor patentert av forskeren. Du kan lage en slik spole i nærvær av visse komponenter. Følgende materialer kreves for implementering:
- lengde 30 cm PVC (jo mer, jo bedre);
- emaljert kobbertråd (sekundærtråd);
- bjørkebrett for base;
- 2222A transistor;
- tilkoblet (primær) ledning;
- motstand 22 kΩ;
- brytere og tilkoblingsledninger;
- 9 volts batteri.
Tesla-enhetsimplementeringsstadier
Først må du sette et lite spor i toppen av røret for å vikle rundt den ene enden av ledningenrundt. Vikle spolen sakte og forsiktig, pass på at du ikke overlapper ledningene eller skaper hull. Dette trinnet er den vanskeligste og mest kjedelige delen, men tidsbruken vil gi en meget høy kvalitet og god spole. Hver 20 eller så omdreining plasseres ringer med maskeringstape rundt viklingen. De fungerer som en barriere. I tilfelle spolen begynner å rakne. Når du er ferdig, vikler du kraftig tape rundt toppen og bunnen av viklingen og sprayer den med 2 eller 3 lag emalje.
Deretter må du koble primær- og sekundærbatteriet til batteriet. Etter - slå på transistoren og motstanden. Den mindre viklingen er den primære og den lengre viklingen er den sekundære. Du kan eventuelt installere en aluminiumskule på toppen av røret. Koble også den åpne enden av sekundæren til den ekstra, som vil fungere som en antenne. Vær forsiktig så du ikke berører den sekundære enheten når strømmen er slått på.
Det er fare for brann hvis du selger det selv. Du må snu bryteren, installere en glødelampe ved siden av den trådløse kraftoverføringsenheten og nyte lysshowet.
Trådløs overføring via solenergisystem
Tradisjonelle kablede strømdistribusjonskonfigurasjoner krever vanligvis ledninger mellom distribuerte enheter og forbrukerenheter. Dette skaper mange begrensninger som kostnadene for systemetkabelkostnader. Tap påført ved overføring. Samt avfall i distribusjon. Transmisjonslinjemotstand alene fører til et tap på ca. 20-30 % av den genererte energien.
Et av de mest moderne trådløse kraftoverføringssystemene er basert på overføring av solenergi ved hjelp av en mikrobølgeovn eller en laserstråle. Satellitten er plassert i geostasjonær bane og består av fotovoltaiske celler. De konverterer sollys til elektrisk strøm, som brukes til å drive en mikrobølgegenerator. Og følgelig innser kraften til mikrobølger. Denne spenningen overføres ved hjelp av radiokommunikasjon og mottas på basestasjonen. Det er en kombinasjon av antenne og likeretter. Og den omdannes tilbake til elektrisitet. Krever AC eller DC strøm. Satellitten kan overføre opptil 10 MW RF-effekt.
Når vi snakker om et DC-distribusjonssystem, er selv det umulig. Siden det krever en kontakt mellom strømforsyningen og enheten. Det er et slikt bilde: systemet er helt blottet for ledninger, hvor du kan få vekselstrøm i hjemmene uten ekstra enheter. Der det er mulig å lade mobiltelefonen uten å fysisk koble til stikkontakten. Selvfølgelig er et slikt system mulig. Og mange moderne forskere prøver å skape noe modernisert, mens de studerer rollen til å utvikle nye metoder for trådløs overføring av elektrisitet på avstand. Selv om det fra den økonomiske komponentens synspunkt ikke vil være det for staterdet er ganske lønnsomt om slike enheter introduseres over alt, og erstatter standard elektrisitet med naturlig elektrisitet.
Opprinnelse og eksempler på trådløse systemer
Dette konseptet er egentlig ikke nytt. Hele denne ideen ble utviklet av Nicholas Tesla i 1893. Da han utviklet et system for å belyse vakuumrør ved bruk av trådløse overføringsteknikker. Det er umulig å forestille seg at verden eksisterer uten ulike kilder til lading, som kommer til uttrykk i materiell form. For å gjøre det mulig for mobiltelefoner, hjemmeroboter, MP3-spillere, datamaskiner, bærbare datamaskiner og andre transportable dingser å lades på egen hånd, uten noen ekstra tilkoblinger, og frigjøre brukere fra konstante ledninger. Noen av disse enhetene krever kanskje ikke engang et stort antall elementer. Historien om trådløs kraftoverføring er ganske rik, og hovedsakelig takket være utviklingen av Tesla, Volta, osv. Men i dag er det bare data innen fysisk vitenskap.
Grunnprinsippet er å konvertere vekselstrøm til likespenning ved hjelp av likerettere og filtre. Og så - i retur til den opprinnelige verdien ved høy frekvens ved hjelp av omformere. Denne lavspente, svært oscillerende vekselstrømmen blir deretter ført fra den primære transformatoren til den sekundære. Konvertert til likespenning ved hjelp av likeretter, filter og regulator. AC-signalet blir direktetakket være lyden av strømmen. Samt bruk av bro likeretterseksjon. Det mottatte DC-signalet sendes gjennom en tilbakekoblingsvikling som fungerer som en oscillatorkrets. Samtidig tvinger den transistoren til å lede den inn i primæromformeren i retning fra venstre til høyre. Når strømmen går gjennom tilbakekoblingsviklingen, flyter den tilsvarende strømmen til primærsiden av transformatoren fra høyre til venstre.
Slik fungerer ultralydmetoden for energioverføring. Signalet genereres gjennom sensoren for begge halvsyklusene av AC-varselet. Lydfrekvensen avhenger av de kvantitative indikatorene for vibrasjonene til generatorkretsene. Dette AC-signalet vises på sekundærviklingen til transformatoren. Og når den er koblet til transduseren til et annet objekt, er AC-spenningen 25 kHz. En lesing vises gjennom den i en nedtrappingstransformator.
Denne AC-spenningen utjevnes av en brolikeretter. Og deretter filtrert og regulert for å få en 5V utgang for å drive LED. 12V utgangsspenningen fra kondensatoren brukes til å drive DC-viftemotoren for å drive den. Så fra et fysikksynspunkt er overføring av elektrisitet et ganske utviklet område. Men som praksis viser, er ikke trådløse systemer fullt utviklet og forbedret.
