Bežični prijenos za isporuku električne energije može donijeti veliki napredak u industrijama i aplikacijama koje ovise o fizičkom kontaktu konektora. To, pak, može biti nepouzdan i dovesti do neuspjeha. Prijenos bežične električne energije prvi je demonstrirao Nikola Tesla 1890-ih. Međutim, tek u posljednjem desetljeću tehnologija je iskorištena do te mjere da nudi stvarne, opipljive prednosti za primjene u stvarnom svijetu. Konkretno, razvoj rezonantnog bežičnog sustava napajanja za tržište potrošačke elektronike pokazao je da induktivno punjenje donosi nove razine pogodnosti milijunima svakodnevnih uređaja.
Snaga o kojoj je riječ poznata je pod mnogim pojmovima. Uključujući induktivni prijenos, komunikaciju, rezonantnu bežičnu mrežu i isti povrat napona. Svaki od ovih uvjeta u biti opisuje isti temeljni proces. Bežični prijenos električne energije ili snage od izvora napajanja do napona opterećenja bez konektora kroz zračni raspor. Osnova su dvije zavojnice- odašiljač i prijemnik. Prvi se napaja izmjeničnom strujom za stvaranje magnetskog polja, koje zauzvrat inducira napon u drugom.
Kako radi dotični sustav
Osnove bežičnog napajanja uključuju distribuciju energije od odašiljača do prijemnika kroz oscilirajuće magnetsko polje. Da bi se to postiglo, istosmjerna struja koju dovodi izvor napajanja pretvara se u visokofrekventnu izmjeničnu struju. Sa posebno dizajniranom elektronikom ugrađenom u odašiljač. Izmjenična struja aktivira zavojnicu bakrene žice u dispenzeru, koja stvara magnetsko polje. Kada je drugi (prijamni) namot postavljen u neposrednoj blizini. Magnetsko polje može inducirati izmjeničnu struju u prijamnom svitku. Elektronika u prvom uređaju zatim pretvara AC natrag u istosmjernu, što postaje potrošnja energije.
šema bežičnog prijenosa energije
Napon "mrežne mreže" pretvara se u AC signal, koji se zatim šalje u svitak odašiljača putem elektroničkog kruga. Prolazeći kroz namotaj razdjelnika, inducira magnetsko polje. On se, pak, može proširiti na zavojnicu prijemnika, koja je u relativnoj blizini. Magnetsko polje tada stvara struju koja teče kroz namot prijemnog uređaja. Proces kojim se energija raspoređuje između odašiljačke i prijamne zavojnice također se naziva magnetsko ili rezonantno spajanje. A to se postiže uz pomoć oba namota koja rade na istoj frekvenciji. Struja koja teče u zavojnici prijemnika,pretvara u istosmjerni sklop prijamnika. Zatim se može koristiti za napajanje uređaja.
Što znači rezonancija
Udaljenost na kojoj se energija (ili snaga) može prenijeti povećava se ako zavojnice odašiljača i prijemnika rezoniraju na istoj frekvenciji. Baš kao što vilica za podešavanje oscilira na određenoj visini i može dosegnuti svoju maksimalnu amplitudu. Odnosi se na frekvenciju na kojoj objekt prirodno vibrira.
Prednosti bežičnog prijenosa
Koje su prednosti? Prednosti:
- smanjuje troškove povezane s održavanjem ravnih konektora (npr. u tradicionalnom industrijskom kliznom prstenu);
- veća pogodnost za punjenje uobičajenih elektroničkih uređaja;
- sigurni prijenos na aplikacije koje moraju ostati hermetički zatvorene;
- elektronika može biti potpuno skrivena, smanjujući rizik od korozije zbog elemenata kao što su kisik i voda;
- pouzdano i dosljedno napajanje za rotirajuću, vrlo mobilnu industrijsku opremu;
- osigurava pouzdan prijenos energije do kritičnih sustava u mokrim, prljavim i pokretnim okruženjima.
Bez obzira na primjenu, uklanjanje fizičke veze pruža niz prednosti u odnosu na tradicionalne kabelske priključke za napajanje.
Učinkovitost prijenosa energije u pitanju
Ukupna učinkovitost bežičnog elektroenergetskog sustava najvažniji je čimbenik u njegovom određivanjuizvođenje. Učinkovitost sustava mjeri količinu energije koja se prenosi između izvora napajanja (tj. zidne utičnice) i prijemnog uređaja. Ovo zauzvrat određuje aspekte kao što su brzina punjenja i raspon širenja.
Bežični komunikacijski sustavi razlikuju se u svojoj razini učinkovitosti na temelju čimbenika kao što su konfiguracija i dizajn zavojnice, udaljenost prijenosa. Manje učinkovit uređaj će generirati više emisija i rezultirati manjim prolaskom energije kroz prijemni uređaj. Obično tehnologije bežičnog prijenosa energije za uređaje kao što su pametni telefoni mogu doseći 70% performansi.
Kako se mjeri izvedba
Značenje, kao količina snage (u postocima) koja se prenosi od izvora napajanja do uređaja za primanje. Odnosno, bežični prijenos energije za pametni telefon s učinkovitošću od 80% znači da se 20% ulazne snage gubi između zidne utičnice i baterije za gadget koji se puni. Formula za mjerenje radne učinkovitosti je: učinak=DC izlaz podijeljen s ulazom, pomnožite rezultat sa 100%.
Bežični prijenos električne energije
Snaga se može distribuirati preko razmatrane mreže kroz gotovo sve nemetalne materijale, uključujući ali ne ograničavajući se na. To su krute tvari kao što su drvo, plastika, tekstil, staklo i cigle, kao i plinovi i tekućine. Kada metalni iliElektrično vodljivi materijal (tj. ugljična vlakna) smješten je u neposrednoj blizini elektromagnetskog polja, predmet apsorbira energiju iz njega i kao rezultat toga se zagrijava. To zauzvrat utječe na učinkovitost sustava. Ovako funkcionira indukcijsko kuhanje, na primjer, neučinkovit prijenos snage s ploče za kuhanje stvara toplinu za kuhanje.
Da biste stvorili sustav bežičnog prijenosa energije, morate se vratiti na ishodište teme. Ili bolje rečeno, uspješnom znanstveniku i izumitelju Nikoli Tesli, koji je stvorio i patentirao generator koji može preuzeti struju bez raznih materijalističkih vodiča. Dakle, za implementaciju bežičnog sustava potrebno je sastaviti sve bitne elemente i dijelove, kao rezultat toga, bit će implementirana mala Teslina zavojnica. Ovo je uređaj koji stvara visokonaponsko električno polje u zraku oko sebe. Ima malu ulaznu snagu, pruža bežični prijenos energije na daljinu.
Jedan od najvažnijih načina prijenosa energije je induktivna sprega. Uglavnom se koristi za blisko polje. Karakterizira ga činjenica da kada struja prolazi kroz jednu žicu, na krajevima druge se inducira napon. Prijenos snage vrši se reciprocitetom između dva materijala. Čest primjer je transformator. Prijenos mikrovalne energije, kao ideju, razvio je William Brown. Cijeli koncept uključuje pretvaranje izmjenične struje u RF snagu i njezin prijenos kroz prostor i ponovno upromjenjiva snaga na prijemniku. U ovom sustavu napon se stvara pomoću mikrovalnih izvora energije. kao što je klistron. I ta se snaga prenosi do odašiljačke antene kroz valovod, koji štiti od reflektirane snage. Kao i tuner koji odgovara impedanciji mikrovalnog izvora s drugim elementima. Prijemni dio se sastoji od antene. Prihvaća mikrovalnu snagu i sklop za usklađivanje impedancije i filtar. Ova prijemna antena, zajedno s ispravljačem, može biti dipol. Odgovara izlaznom signalu sa sličnim zvučnim upozorenjem ispravljačke jedinice. Blok prijemnika također se sastoji od sličnog dijela koji se sastoji od dioda koje se koriste za pretvaranje signala u DC upozorenje. Ovaj prijenosni sustav koristi frekvencije između 2 GHz i 6 GHz.
Bežični prijenos električne energije uz pomoć Brovinovog vozača, koji je implementirao generator koristeći slične magnetske oscilacije. Zaključak je da je ovaj uređaj radio zahvaljujući tri tranzistora.
Upotreba laserske zrake za prijenos snage u obliku svjetlosne energije, koja se na prijemnoj strani pretvara u električnu energiju. Sam materijal se izravno napaja pomoću izvora poput Sunca ili bilo kojeg generatora električne energije. I, sukladno tome, provodi fokusirano svjetlo visokog intenziteta. Veličina i oblik snopa određuju se skupom optike. A ovu propuštenu lasersku svjetlost primaju fotonaponske ćelije, koje je pretvaraju u električne signale. Obično koristioptički kabeli za prijenos. Kao i kod osnovnog sustava solarne energije, prijamnik koji se koristi u laserskom širenju je niz fotonaponskih ćelija ili solarna ploča. Oni pak mogu pretvoriti nekoherentnu monokromatsku svjetlost u električnu energiju.
Osnovne značajke uređaja
Snaga Tesline zavojnice leži u procesu koji se naziva elektromagnetska indukcija. To jest, polje koje se mijenja stvara potencijal. Omogućuje protok struje. Kada struja teče kroz zavojnicu žice, ona stvara magnetsko polje koje ispunjava područje oko zavojnice na određeni način. Za razliku od nekih drugih eksperimenata visokog napona, Teslina zavojnica je izdržala mnoga ispitivanja i ispitivanja. Proces je bio prilično naporan i dugotrajan, ali rezultat je bio uspješan, pa ga je znanstvenik uspješno patentirao. Možete stvoriti takvu zavojnicu u prisutnosti određenih komponenti. Za implementaciju će biti potrebni sljedeći materijali:
- dužina 30 cm PVC (što više to bolje);
- emajlirana bakrena žica (sekundarna žica);
- breza za podlogu;
- 2222A tranzistor;
- spojna (primarna) žica;
- otpornik 22 kΩ;
- prekidači i spojne žice;
- 9 voltna baterija.
Fape implementacije Tesla uređaja
Prvo morate staviti mali utor na vrhu cijevi da omotate jedan kraj žiceoko. Namotajte zavojnicu polako i pažljivo, pazeći da se žice ne preklapaju ili stvaraju praznine. Ovaj korak je najteži i dosadan dio, ali utrošeno vrijeme će dati vrlo kvalitetnu i dobru zavojnicu. Svakih 20-ak okretaja oko namota se stavljaju prstenovi ljepljive trake. Djeluju kao barijera. U slučaju da se zavojnica počne odmotavati. Kada završite, omotajte tešku traku oko gornjeg i donjeg dijela namotaja i poprskajte ga s 2 ili 3 sloja emajla.
Zatim morate spojiti primarnu i sekundarnu bateriju na bateriju. Nakon - uključite tranzistor i otpornik. Manji namot je primarni, a duži je sekundarni. Po želji možete ugraditi aluminijsku kuglu na vrh cijevi. Također, spojite otvoreni kraj sekundara na dodani, koji će služiti kao antena. Morate paziti da ne dodirnete sekundarni uređaj kada je napajanje uključeno.
Postoji opasnost od požara ako prodajete sami. Morate okrenuti prekidač, postaviti žarulju sa žarnom niti pored uređaja za bežični prijenos energije i uživati u svjetlosnom showu.
Bežični prijenos putem solarnog sustava
Tradicionalne konfiguracije žične distribucije energije obično zahtijevaju žice između distribuiranih uređaja i potrošačkih jedinica. To stvara mnoga ograničenja kao trošak sustavatroškovi kabela. Gubici nastali u prijenosu. Kao i otpad u distribuciji. Sam otpor dalekovoda dovodi do gubitka od oko 20-30% proizvedene energije.
Jedan od najmodernijih sustava bežičnog prijenosa energije temelji se na prijenosu sunčeve energije pomoću mikrovalne pećnice ili laserske zrake. Satelit je postavljen u geostacionarnu orbitu i sastoji se od fotonaponskih ćelija. Oni pretvaraju sunčevu svjetlost u električnu struju, koja se koristi za napajanje mikrovalnog generatora. I, sukladno tome, shvaća moć mikrovalova. Taj se napon prenosi radiokomunikacijom i prima na baznoj stanici. To je kombinacija antene i ispravljača. I ponovo se pretvara u električnu energiju. Zahtijeva AC ili DC napajanje. Satelit može odašiljati do 10 MW RF snage.
Kada govorimo o DC distribucijskom sustavu, čak je i to nemoguće. Budući da je potreban konektor između napajanja i uređaja. Postoji takva slika: sustav je potpuno lišen žica, gdje možete dobiti izmjeničnu struju u domovima bez ikakvih dodatnih uređaja. Gdje je moguće puniti svoj mobilni telefon bez fizičkog spajanja na utičnicu. Naravno, takav sustav je moguć. I mnogi suvremeni istraživači pokušavaju stvoriti nešto modernizirano, dok proučavaju ulogu razvoja novih metoda bežičnog prijenosa električne energije na daljinu. Iako, s gledišta ekonomske komponente, za države to neće bitiprilično je isplativo ako se takvi uređaji uvedu posvuda, a standardnu električnu energiju zamijeni prirodnom.
Porijeklo i primjeri bežičnih sustava
Ovaj koncept nije baš nov. Cijelu ovu ideju razvio je Nikola Tesla 1893. godine. Kada je razvio sustav osvjetljavanja vakuumskih cijevi pomoću tehnika bežičnog prijenosa. Nemoguće je zamisliti da svijet postoji bez raznih izvora naboja, koji se izražavaju u materijalnom obliku. Omogućiti da se mobiteli, kućni roboti, MP3 playeri, računala, prijenosna računala i drugi prenosivi gadgeti mogu sami puniti, bez ikakvih dodatnih priključaka, oslobađajući korisnike od stalnih žica. Neki od ovih uređaja možda čak i ne zahtijevaju veliki broj elemenata. Povijest bežičnog prijenosa energije je prilično bogata, i to uglavnom zahvaljujući razvoju Tesle, Volte itd. Ali, danas su to ostali samo podaci u fizici.
Osnovni princip je pretvaranje izmjenične struje u istosmjerni napon pomoću ispravljača i filtara. A onda - u povratku na izvornu vrijednost na visokoj frekvenciji pomoću pretvarača. Ova niskonaponska, jako oscilirajuća izmjenična snaga se zatim prenosi s primarnog transformatora na sekundarni. Pretvara se u istosmjerni napon pomoću ispravljača, filtera i regulatora. AC signal postaje izravanzahvaljujući zvuku struje. Kao i korištenje sekcije mostnog ispravljača. Primljeni istosmjerni signal prolazi kroz povratni namot koji djeluje kao oscilatorni krug. Istodobno, prisiljava tranzistor da ga vodi u primarni pretvarač u smjeru s lijeva na desno. Kada struja prolazi kroz povratni namot, odgovarajuća struja teče na primarnu stranu transformatora s desna na lijevo.
Ovako radi ultrazvučna metoda prijenosa energije. Signal se generira kroz senzor za oba poluciklusa upozorenja AC. Frekvencija zvuka ovisi o kvantitativnim pokazateljima vibracija krugova generatora. Ovaj AC signal se pojavljuje na sekundarnom namotu transformatora. A kada je spojen na pretvarač drugog objekta, izmjenični napon je 25 kHz. Očitavanje se pojavljuje kroz njega u transformatoru.
Ovaj izmjenični napon je izjednačen mosnim ispravljačem. A zatim filtriran i reguliran kako bi se dobio 5V izlaz za pokretanje LED-a. Izlazni napon od 12 V iz kondenzatora koristi se za napajanje istosmjernog motora ventilatora za njegovo pokretanje. Dakle, sa stajališta fizike, prijenos električne energije je prilično razvijeno područje. Međutim, kao što pokazuje praksa, bežični sustavi nisu u potpunosti razvijeni i poboljšani.
