Bezdrátový přenos pro dodávání elektřiny má schopnost zajistit velký pokrok v průmyslových odvětvích a aplikacích, které závisí na fyzickém kontaktu konektoru. To zase může být nespolehlivé a vést k selhání. Přenos bezdrátové elektřiny poprvé předvedl Nikola Tesla v 90. letech 19. století. Avšak teprve v posledním desetiletí byla technologie využita do té míry, že nabízí skutečné, hmatatelné výhody pro aplikace v reálném světě. Zejména vývoj rezonančního bezdrátového napájecího systému pro trh spotřební elektroniky ukázal, že indukční nabíjení přináší novou úroveň pohodlí milionům každodenních zařízení.
Dotyčná síla je běžně známá pod mnoha termíny. Včetně indukčního přenosu, komunikace, rezonanční bezdrátové sítě a stejné návratnosti napětí. Každá z těchto podmínek v podstatě popisuje stejný základní proces. Bezdrátový přenos elektřiny nebo energie ze zdroje na zátěžové napětí bez konektorů vzduchovou mezerou. Základem jsou dvě cívky- vysílač a přijímač. První je napájen střídavým proudem, aby se vytvořilo magnetické pole, které zase indukuje napětí ve druhém.
Jak daný systém funguje
Základy bezdrátového napájení zahrnují distribuci energie z vysílače do přijímače prostřednictvím oscilujícího magnetického pole. Aby toho bylo dosaženo, stejnosměrný proud dodávaný napájecím zdrojem se převádí na vysokofrekvenční střídavý proud. Se speciálně navrženou elektronikou zabudovanou do vysílače. Střídavý proud aktivuje cívku měděného drátu v dávkovači, která vytváří magnetické pole. Když je druhé (přijímací) vinutí umístěno v těsné blízkosti. Magnetické pole může indukovat střídavý proud v přijímací cívce. Elektronika v prvním zařízení pak převádí střídavý proud zpět na stejnosměrný, což se stává spotřebou energie.
Schéma bezdrátového přenosu energie
"Síťové" napětí je převedeno na střídavý signál, který je poté odeslán do cívky vysílače prostřednictvím elektronického obvodu. Protékající vinutím rozdělovače indukuje magnetické pole. Ten se zase může šířit do přijímací cívky, která je v relativní blízkosti. Magnetické pole pak generuje proud protékající vinutím přijímacího zařízení. Proces, při kterém se energie rozděluje mezi vysílací a přijímací cívku, se také nazývá magnetická nebo rezonanční vazba. A toho je dosaženo pomocí obou vinutí pracujících na stejné frekvenci. Proud tekoucí v cívce přijímače,převeden na stejnosměrný proud obvodem přijímače. Poté jej lze použít k napájení zařízení.
Co znamená rezonance
Vzdálenost, na kterou lze přenášet energii (nebo výkon), se zvyšuje, pokud cívky vysílače a přijímače rezonují na stejné frekvenci. Stejně jako ladička kmitá v určité výšce a může dosáhnout své maximální amplitudy. Vztahuje se k frekvenci, při které předmět přirozeně vibruje.
Výhody bezdrátového přenosu
Jaké jsou výhody? Výhody:
- snižuje náklady spojené s údržbou rovných konektorů (např. v tradičním průmyslovém sběracím kroužku);
- větší pohodlí pro nabíjení běžných elektronických zařízení;
- zabezpečený přenos do aplikací, které musí zůstat hermeticky uzavřené;
- elektronika může být zcela skryta, což snižuje riziko koroze způsobené prvky, jako je kyslík a voda;
- spolehlivé a konzistentní napájení pro rotační, vysoce mobilní průmyslová zařízení;
- zajišťuje spolehlivý přenos energie do kritických systémů ve vlhkém, špinavém a pohyblivém prostředí.
Bez ohledu na aplikaci poskytuje odstranění fyzického připojení řadu výhod oproti tradičním kabelovým napájecím konektorům.
Účinnost příslušného přenosu energie
Celková účinnost bezdrátového napájecího systému je nejdůležitějším faktorem při jeho určovánívýkon. Účinnost systému měří množství energie přenášené mezi zdrojem energie (tj. zásuvkou ve zdi) a přijímacím zařízením. To zase určuje aspekty, jako je rychlost nabíjení a rozsah šíření.
Úroveň účinnosti bezdrátových komunikačních systémů se liší v závislosti na faktorech, jako je konfigurace a konstrukce cívky, přenosová vzdálenost. Méně účinné zařízení bude generovat více emisí a bude mít za následek méně energie procházející přijímacím zařízením. Technologie bezdrátového přenosu energie pro zařízení, jako jsou chytré telefony, mohou obvykle dosáhnout 70% výkonu.
Jak se měří výkon
To znamená jako množství energie (v procentech), která je přenášena ze zdroje energie do přijímacího zařízení. To znamená, že bezdrátový přenos energie pro smartphone s účinností 80 % znamená, že 20 % vstupní energie se ztratí mezi zásuvkou ve zdi a baterií pro nabíjený gadget. Vzorec pro měření efektivity práce je: výkon=DC výstup dělený vstupem, výsledek vynásobte 100 %.
Bezdrátový přenos elektřiny
Napájení může být distribuováno přes uvažovanou síť prostřednictvím téměř všech nekovových materiálů, včetně, ale nikoli výhradně. Jsou to pevné látky jako dřevo, plasty, textilie, sklo a cihly, dále plyny a kapaliny. Když kov popřElektricky vodivý materiál (tj. uhlíkové vlákno) je umístěn v těsné blízkosti elektromagnetického pole, předmět z něj absorbuje energii a v důsledku toho se zahřívá. To zase ovlivňuje účinnost systému. Takto funguje indukční vaření, například neefektivní přenos energie z varné desky vytváří teplo pro vaření.
Chcete-li vytvořit systém bezdrátového přenosu energie, musíte se vrátit k počátkům tématu. Nebo spíše úspěšnému vědci a vynálezci Nikolovi Teslovi, který vytvořil a patentoval generátor, který dokáže přebírat energii bez různých materialistických vodičů. Pro implementaci bezdrátového systému je tedy nutné sestavit všechny důležité prvky a díly, ve výsledku bude implementována malá Tesla cívka. Jedná se o zařízení, které ve vzduchu kolem sebe vytváří vysokonapěťové elektrické pole. Má malý příkon, poskytuje bezdrátový přenos energie na dálku.
Jedním z nejdůležitějších způsobů přenosu energie je indukční vazba. Používá se hlavně pro blízké pole. Vyznačuje se tím, že při průchodu proudu jedním vodičem se na koncích druhého indukuje napětí. Přenos síly se provádí reciprocitou mezi dvěma materiály. Běžným příkladem je transformátor. Mikrovlnný přenos energie jako myšlenku vyvinul William Brown. Celý koncept zahrnuje konverzi střídavého proudu na vysokofrekvenční energii a její přenos prostorem a zpětproměnlivý výkon na přijímači. V tomto systému je napětí generováno pomocí zdrojů mikrovlnné energie. jako je klystron. A tento výkon je přenášen do vysílací antény přes vlnovod, který chrání před odraženým výkonem. Stejně jako tuner, který impedanci mikrovlnného zdroje sladí s dalšími prvky. Přijímací část se skládá z antény. Přijímá mikrovlnné napájení a impedanční přizpůsobovací obvod a filtr. Tato přijímací anténa spolu s usměrňovacím zařízením může být dipól. Odpovídá výstupnímu signálu podobným zvukovým upozorněním usměrňovací jednotky. Blok přijímače se také skládá z podobné části skládající se z diod, které se používají k převodu signálu na stejnosměrnou výstrahu. Tento přenosový systém používá frekvence mezi 2 GHz a 6 GHz.
Bezdrátový přenos elektřiny s pomocí Brovinova řidiče, který implementoval generátor pomocí podobných magnetických oscilací. Pointa je, že toto zařízení fungovalo díky třem tranzistorům.
Použití laserového paprsku k přenosu energie ve formě světelné energie, která se na přijímací straně přeměňuje na elektrickou energii. Samotný materiál je přímo napájen pomocí zdrojů, jako je Slunce nebo jakýkoli generátor elektřiny. A v souladu s tím implementuje soustředěné světlo vysoké intenzity. Velikost a tvar paprsku jsou určeny sadou optiky. A toto procházející laserové světlo je přijímáno fotovoltaickými články, které je převádějí na elektrické signály. Obvykle používákabely z optických vláken pro přenos. Stejně jako u základního solárního energetického systému je přijímačem používaným při šíření založeném na laseru pole fotovoltaických článků nebo solární panel. Ty zase mohou přeměnit nekoherentní monochromatické světlo na elektřinu.
Základní funkce zařízení
Síla Teslovy cívky spočívá v procesu zvaném elektromagnetická indukce. To znamená, že měnící se pole vytváří potenciál. Způsobuje tok proudu. Když elektřina protéká cívkou drátu, generuje magnetické pole, které určitým způsobem vyplňuje oblast kolem cívky. Na rozdíl od některých jiných vysokonapěťových experimentů, Tesla cívka vydržela mnoho testů a zkoušek. Proces byl poměrně pracný a zdlouhavý, ale výsledek byl úspěšný, a proto si vědec úspěšně patentoval. Takovou cívku můžete vytvořit za přítomnosti určitých součástí. K implementaci budou vyžadovány následující materiály:
- délka 30 cm PVC (čím více, tím lépe);
- sm altovaný měděný drát (sekundární drát);
- bříza na základnu;
- 2222A tranzistor;
- připojovací (primární) drát;
- rezistor 22 kΩ;
- spínače a propojovací vodiče;
- 9voltová baterie.
Fáze implementace zařízení Tesla
Nejprve musíte do horní části trubky vložit malou štěrbinu, která omotá jeden konec drátukolem. Cívku navíjejte pomalu a opatrně, dávejte pozor, abyste nepřekrývali dráty nebo nevytvářeli mezery. Tento krok je nejobtížnější a únavná část, ale čas strávený dá velmi vysokou kvalitu a dobrou cívku. Každých přibližně 20 otáček jsou kolem vinutí umístěny kroužky maskovací pásky. Fungují jako bariéra. V případě, že se cívka začne rozmotávat. Po dokončení oviňte horní a spodní část vinutí silnou páskou a nastříkejte na ni 2 nebo 3 vrstvy emailu.
Poté musíte k baterii připojit primární a sekundární baterii. Poté - zapněte tranzistor a odpor. Menší vinutí je primární a delší vinutí sekundární. Na horní stranu trubky můžete volitelně nainstalovat hliníkovou kouli. Také připojte otevřený konec sekundáru k přidanému, který bude fungovat jako anténa. Je třeba dávat pozor, abyste se nedotkli sekundárního zařízení, když je zapnuté napájení.
Při vlastním prodeji hrozí nebezpečí požáru. Musíte přepnout vypínač, nainstalovat žárovku vedle zařízení pro bezdrátový přenos energie a užít si světelnou show.
Bezdrátový přenos přes solární systém
Tradiční konfigurace kabelové distribuce energie obvykle vyžadují kabely mezi distribuovanými zařízeními a spotřebitelskými jednotkami. To vytváří mnoho omezení jako náklady na systémnáklady na kabel. Ztráty vzniklé při přenosu. Stejně tak odpad v distribuci. Samotný odpor přenosového vedení vede ke ztrátě asi 20-30 % vyrobené energie.
Jeden z nejmodernějších systémů bezdrátového přenosu energie je založen na přenosu sluneční energie pomocí mikrovlnné trouby nebo laserového paprsku. Družice je umístěna na geostacionární oběžné dráze a skládá se z fotovoltaických článků. Přeměňují sluneční světlo na elektrický proud, který se používá k napájení generátoru mikrovln. A v souladu s tím si uvědomuje sílu mikrovln. Toto napětí je přenášeno pomocí rádiové komunikace a přijímáno na základnové stanici. Jedná se o kombinaci antény a usměrňovače. A přeměňuje se zpět na elektřinu. Vyžaduje AC nebo DC napájení. Satelit může přenášet až 10 MW RF výkonu.
Když mluvíme o stejnosměrném distribučním systému, ani to je nemožné. Protože vyžaduje konektor mezi napájecím zdrojem a zařízením. Existuje takový obrázek: systém je zcela bez drátů, kde můžete získat střídavý proud v domácnostech bez jakýchkoli dalších zařízení. Kde je možné nabíjet mobilní telefon bez nutnosti fyzického připojení do zásuvky. Takový systém je samozřejmě možný. A mnoho moderních výzkumníků se snaží vytvořit něco modernizovaného, zatímco studuje roli vývoje nových metod bezdrátového přenosu elektřiny na dálku. I když z pohledu ekonomické složky to pro státy nebudeje docela výhodné, když se taková zařízení zavedou všude a nahradí standardní elektřinu přírodní elektřinou.
Původ a příklady bezdrátových systémů
Tento koncept není ve skutečnosti nový. Celý tento nápad vyvinul Nicholas Tesla v roce 1893. Když vyvinul systém osvětlování elektronek pomocí bezdrátových přenosových technik. Je nemožné si představit, že svět existuje bez různých zdrojů nabíjení, které jsou vyjádřeny v hmotné podobě. Aby bylo možné mobilní telefony, domácí roboty, MP3 přehrávače, počítače, notebooky a další přenosná zařízení nabíjet samy, bez jakýchkoliv dalších připojení, což uživatele osvobodí od neustálých kabelů. Některá z těchto zařízení dokonce nemusí vyžadovat velké množství prvků. Historie bezdrátového přenosu energie je poměrně bohatá, a to především díky vývoji Tesly, Volty atd. Dnes však zůstávají pouze daty ve fyzikální vědě.
Základním principem je přeměna střídavého proudu na stejnosměrné napětí pomocí usměrňovačů a filtrů. A pak - v návratu k původní hodnotě při vysoké frekvenci pomocí měničů. Tento nízkonapěťový, vysoce oscilující střídavý proud je pak předán z primárního transformátoru do sekundárního. Převedeno na stejnosměrné napětí pomocí usměrňovače, filtru a regulátoru. AC signál se stane přímýmdíky zvuku proudu. Stejně jako použití sekce můstkového usměrňovače. Přijatý stejnosměrný signál prochází zpětnovazebním vinutím, které funguje jako obvod oscilátoru. Zároveň nutí tranzistor, aby jej vedl do primárního měniče ve směru zleva doprava. Když proud prochází zpětnovazebním vinutím, odpovídající proud teče na primární stranu transformátoru zprava doleva.
Takto funguje ultrazvukový způsob přenosu energie. Signál je generován senzorem pro oba půlcykly AC výstrahy. Frekvence zvuku závisí na kvantitativních ukazatelích vibrací obvodů generátoru. Tento střídavý signál se objeví na sekundárním vinutí transformátoru. A když je připojen k převodníku jiného objektu, je střídavé napětí 25 kHz. Přes něj se objeví údaj v transformátoru snižujícím rychlost.
Toto střídavé napětí je vyrovnáno můstkovým usměrňovačem. A pak filtrováno a regulováno, aby získalo 5V výstup pro řízení LED. Výstupní napětí 12V z kondenzátoru se používá k napájení stejnosměrného motoru ventilátoru, aby jej poháněl. Přenos elektřiny je tedy z hlediska fyziky poměrně rozvinutá oblast. Jak však ukazuje praxe, bezdrátové systémy nejsou plně vyvinuty a vylepšeny.
