Przenoszenie mocy na odległość bez przewodów
Historia rozwoju
Rozwój przesyłania energii elektrycznej bez przewodów na odległość wiąże się z postępem w dziedzinie inżynierii radiowej, ponieważ oba procesy mają ten sam charakter. Wynalazki w obu obszarach związane są z badaniem metody indukcji elektromagnetycznej i jej wpływu na wytwarzanie prądu elektrycznego.
W 1820 r. Ampere odkrył prawo interakcji prądów, które polegało na tym, że jeśli prąd płynie wzdłuż dwóch blisko położonych przewodników w jednym kierunku, wówczas są przyciągane do siebie, a jeśli w innym, odpychają.
W 1831 r. M. Faraday ustalił w trakcie eksperymentów, że zmienne (o różnej wielkości i kierunku w czasie) pole magnetyczne generowane przez przepływ prądu elektrycznego indukuje (indukuje) prądy w pobliskich przewodnikach. Te. występuje transmisja mocy bez przewodów. Szczegółowo Prawo Faradaya rozważaliśmy w artykule wcześniej.
Cóż, J.K. Maxwell, 33 lata później, w 1864 r., Przeniósł dane eksperymentalne Faradaya do postaci matematycznej, a same równania Maxwella są fundamentalne w elektrodynamice. Opisują związek między prądem elektrycznym a polem elektromagnetycznym.
Istnienie fal elektromagnetycznych zostało potwierdzone w 1888 r. Przez G. Hertza w trakcie jego eksperymentów z nadajnikiem iskier z rozdrabniaczem na cewce Rumkorfa. W ten sposób powstały fale elektromagnetyczne o częstotliwości do połowy gigaherca. Warto zauważyć, że fale te mogą być odbierane przez kilka odbiorników, ale muszą być dostrojone w rezonansie z nadajnikiem. Zasięg instalacji wynosił około 3 metrów. Kiedy w nadajniku pojawiła się iskra, to samo miało miejsce w odbiornikach. W rzeczywistości są to pierwsze eksperymenty na przesyłaniu energii elektrycznej bez przewodów.
Dogłębne badania przeprowadził znany naukowiec Nikola Tesla. Studiował prąd przemienny o wysokim napięciu i częstotliwości w 1891 r. W rezultacie wyciągnięto wnioski:
Do każdego konkretnego celu należy dostroić instalację do odpowiedniej częstotliwości i napięcia. Jednak wysoka częstotliwość nie jest warunkiem wstępnym. Najlepsze wyniki uzyskano przy częstotliwości 15-20 kHz i napięciu nadajnika 20 kV. Aby uzyskać prąd i napięcie o wysokiej częstotliwości, zastosowano oscylacyjne rozładowanie kondensatora. W ten sposób możliwe jest przesyłanie zarówno energii elektrycznej, jak i wytwarzanie światła.
Naukowiec w swoich przemówieniach i wykładach zademonstrował blask lamp (lamp próżniowych) pod wpływem pola elektrostatycznego o wysokiej częstotliwości.W rzeczywistości główne wnioski Tesli były takie, że nawet w przypadku korzystania z systemów rezonansowych wiele energii nie może zostać przekazanych za pomocą fali elektromagnetycznej.
Równolegle wielu naukowców do 1897 r. Zajmowało się podobnymi badaniami: Jagdish Boche w Indiach, Alexander Popov w Rosji i Guglielmo Marconi we Włoszech.
Każdy z nich przyczynił się do rozwoju bezprzewodowej transmisji energii:
- J. Boche w 1894 r. Zapalił proch strzelniczy, przesyłając prąd na odległość bez przewodów. Zrobił to podczas demonstracji w Kalkucie.
- A. Popow w dniu 25 kwietnia (7 maja) 1895 r. Za pomocą kodu Morse'a przesłał pierwszą wiadomość.
- W 1896 r. G. Marconi w Wielkiej Brytanii transmitował również sygnał radiowy (kod Morse'a) na odległość 1,5 km, a później 3 km na równinie Salisbury.
Warto zauważyć, że dzieło Tesli, niedoceniane kiedyś i zagubione przez wieki, przewyższało dzieło współczesnych pod względem parametrów i możliwości. W tym samym czasie, a mianowicie w 1896 r., Jego urządzenia transmitowały sygnał na duże odległości (48 km), niestety była to niewielka ilość prądu.
W 1899 r. Tesla doszła do wniosku:
Awaria metody indukcyjnej wydaje się ogromna w porównaniu z metodą wzbudzania ładunku ziemi i powietrza.
Odkrycia te doprowadzą do innych badań, w 1900 r. Udało mu się zasilić lampę z cewki wykonanej w terenie, aw 1903 r. Uruchomiono wieżę Wondercliff na Long Island. Składał się z transformatora z uziemionym uzwojeniem wtórnym, a na jego szczycie stała miedziana sferyczna kopuła. Z jego pomocą okazało się, że zapaliło 200 50-watowych lamp. Jednocześnie nadajnik znajdował się 40 km od niego. Niestety badania te zostały przerwane, zaprzestano finansowania, a swobodny przesył energii elektrycznej bez przewodów nie był ekonomicznie opłacalny dla przedsiębiorców. Wieża została zniszczona w 1917 roku.
dzisiaj
Technologie bezprzewodowej transmisji energii zrobiły duży krok naprzód, głównie w dziedzinie transmisji danych. Tak znaczący sukces osiągnięto dzięki komunikacji radiowej, technologiom bezprzewodowym, takim jak Bluetooth i Wi-Fi. Nie zaszły żadne szczególne innowacje, głównie zmienione częstotliwości, metody szyfrowania sygnału, przełączanie reprezentacji sygnału z analogowego na cyfrowy.
Jeśli mówimy o przesyłaniu energii elektrycznej bez przewodów do zasilania urządzeń elektrycznych, warto wspomnieć, że w 2007 r. Naukowcy z Massachusetts Institute przekazali 2 metry energii i zapalili w ten sposób 60-watową żarówkę. Technologia ta nosi nazwę WiTricity i opiera się na rezonansie elektromagnetycznym odbiornika i nadajnika. Warto zauważyć, że odbiornik otrzymuje około 40-45% energii elektrycznej. Ogólny schemat urządzenia do przesyłania energii przez pole magnetyczne pokazano na poniższym rysunku:
Film pokazuje przykład zastosowania tej technologii do ładowania pojazdu elektrycznego. Najważniejsze jest to, że odbiornik jest przymocowany do dolnej części samochodu elektrycznego, a nadajnik jest zainstalowany na podłodze w garażu lub w innym miejscu.
Musisz zaparkować maszynę, aby odbiornik znalazł się nad nadajnikiem. Urządzenie przenosi dużo prądu bez przewodów - od 3,6 do 11 kW na godzinę.
Firma w przyszłości rozważa dostarczenie energii elektrycznej za pomocą takiej technologii i urządzeń gospodarstwa domowego, a także całego mieszkania jako całości. W 2010 r. Haier wprowadził bezprzewodowy telewizor, który jest zasilany za pomocą podobnej technologii, a także bezprzewodowego wideo. Inne wiodące firmy, takie jak Intel i Sony, również wprowadzają takie zmiany.
W życiu codziennym technologie bezprzewodowej transmisji mocy są szeroko stosowane, na przykład do ładowania smartfona. Zasada jest podobna - jest nadajnik, jest odbiornik, wydajność wynosi około 50%, tj. za opłatą 1A nadajnik zużywa 2A. Nadajnik jest zwykle nazywany bazą w takich zestawach, a część, która łączy się z telefonem, to odbiornik lub antena.
Kolejną niszą jest bezprzewodowa transmisja energii elektrycznej za pomocą mikrofal lub lasera.Zapewnia to większy promień działania niż kilka metrów, co zapewnia indukcję magnetyczną. W metodzie mikrofalowej prostownik (nieliniowa antena do przekształcania fali elektromagnetycznej w prąd stały) jest instalowany na urządzeniu odbiorczym, a nadajnik kieruje swoje promieniowanie w tym kierunku. W tej wersji bezprzewodowej transmisji energii elektrycznej nie ma potrzeby bezpośredniej widoczności obiektów. Minusem jest to, że promieniowanie mikrofalowe nie jest bezpieczne dla środowiska.
Zalecamy obejrzenie filmu, w którym problem jest rozważany bardziej szczegółowo:
Podsumowując, chciałbym zauważyć, że bezprzewodowe przesyłanie energii elektrycznej jest z pewnością wygodne w użyciu w życiu codziennym, ale ma swoje zalety i wady. Jeśli mówimy o wykorzystaniu takich technologii do ładowania gadżetów, plus jest taki, że nie musisz stale wkładać i wyjmować wtyczki odpowiednio ze złącza smartfona, złącze nie zawiedzie. Minusem jest niska wydajność, jeśli w przypadku smartfona strata energii nie jest znacząca (kilka watów), to w przypadku bezprzewodowego ładowania samochodu elektrycznego - jest to bardzo duży problem. Głównym celem rozwoju tej technologii jest zwiększenie wydajności instalacji, ponieważ na tle powszechnego wyścigu o oszczędzanie energii stosowanie technologii o niskiej wydajności jest bardzo wątpliwe.
Powiązane materiały:
Ładowanie...
