Предаване на мощност на разстояние без проводници
История на развитието
Развитието на предаване на електрическа енергия без проводници на разстояние е свързано с напредъка в областта на радиотехниката, тъй като и двата процеса са от едно и също естество. Изобретенията и в двете области са свързани с изучаването на метода на електромагнитната индукция и нейното въздействие върху образуването на електрически ток.
През 1820 г. А.М. Ампер откри закона за взаимодействието на токовете, който се състоеше в това, че ако токът тече по два тясно разположени проводника в една посока, тогава те са привлечени един към друг, а ако в различни, тогава те се отблъскват.
През 1831 г. М. Фарадей установява в хода на експериментите, че променливото (вариращо по величина и посока във времето) магнитно поле, генерирано от потока на електрически ток, индуцира (индуцира) токове в близките проводници. Т.е. има предаване на електричество без жици. В детайли Законът на Фарадей разгледахме в статията по-рано.
Е, след J. C. Maxwell, 33 години по-късно, през 1864 г., той прехвърля експерименталните данни на Faraday в математическа форма, а самите уравнения на Maxwell са основни в електродинамиката. Те описват как са свързани електрически ток и електромагнитно поле.
Съществуването на електромагнитни вълни е потвърдено през 1888 г. от Г. Херц, в хода на експериментите му с искров предавател с чопър на рулонна намотка. По този начин бяха произведени ЕМ вълни с честота до половин гигагерц. Заслужава да се отбележи, че тези вълни биха могли да бъдат приети от няколко приемника, но те трябва да бъдат настроени в резонанс с предавателя. Обхватът на инсталацията беше около 3 метра. Когато в предавателя се появи искра, същото се случи и на приемниците. Всъщност това са първите експерименти върху предаването на електричество без проводници.
Дълбоките изследвания бяха проведени от известния учен Никола Тесла. Той изучава променлив ток с високо напрежение и честота през 1891г. В резултат на това бяха направени изводите:
За всяка конкретна цел трябва да настроите инсталацията на подходящата честота и напрежение. Високата честота обаче не е предпоставка. Най-добрите резултати бяха постигнати при честота 15-20 kHz и напрежение на предавателя 20 kV. За да се получи високочестотен ток и напрежение, се използва осцилаторен кондензатор. По този начин е възможно да се предава както електричество, така и да се произвежда светлина.
Ученият в своите речи и лекции демонстрира сиянието на лампите (вакуумните тръби) под въздействието на високочестотно електростатично поле.Всъщност основните изводи на Tesla бяха, че дори в случай на използване на резонансни системи, много енергия не може да бъде предадена с помощта на електромагнитна вълна.
Успоредно с това, редица учени до 1897 г. се занимават с подобни изследвания: Джагдиш Боче в Индия, Александър Попов в Русия и Гуглиелмо Маркони в Италия.
Всеки от тях е допринесъл за развитието на безжично предаване на енергия:
- J. Boche през 1894 г. запалва барут, предавайки електричество на разстояние без проводници. Той направи това на демонстрация в Калкута.
- А. Попов през 25 април (7 май) 1895 г., използвайки кода на Морс, предава първото съобщение.
- През 1896 г. Г. Маркони във Великобритания също предава радио сигнал (код на Морз) на разстояние 1,5 км, по-късно 3 км по равнината в Солсбъри.
Заслужава да се отбележи, че работата на Тесла, подценявана наведнъж и загубена от векове, надвишава работата на съвременниците му по отношение на параметрите и възможностите. В същото време, а именно през 1896 г., неговите устройства предават сигнал на дълги разстояния (48 км), за съжаление това е малко количество електричество.
И до 1899 г. Тесла стигна до заключението:
Провалът на индукционния метод изглежда огромен в сравнение с метода на възбуждане на заряда на земята и въздуха.
Тези изводи ще доведат до други проучвания, през 1900 г. той успява да захрани лампа от намотка, извършена в полето, а през 1903 г. е изстреляна кулата Wondercliff на Лонг Айлънд. Той се състоеше от трансформатор със заземен вторичен намотка, а отгоре му имаше меден сферичен купол. С негова помощ се оказаха светлини с мощност 200 50 вата. В същото време предавателят се намираше на 40 км от него. За съжаление тези проучвания бяха прекъснати, финансирането беше преустановено и безплатното предаване на електроенергия без проводници не беше икономически изгодно за бизнесмените. Кулата е разрушена през 1917г.
Тези дни
Технологиите за безжично предаване на енергия направиха голяма крачка напред, главно в областта на предаването на данни. Толкова значителен успех е постигнат от радиокомуникациите, безжичните технологии като Bluetooth и Wi-fi. Не се случиха конкретни новости, главно променените честоти, методите за криптиране на сигнала, представянето на сигнала премина от аналогово към цифрово.
Ако говорим за предаването на електроенергия без проводници към електрическото електрическо оборудване, заслужава да се спомене, че през 2007 г. изследователи от Института в Масачузетс прехвърлиха 2 метра енергия и запалиха 60-ватова крушка по този начин. Тази технология се нарича WiTricity, тя се основава на електромагнитния резонанс на приемника и предавателя. Заслужава да се отбележи, че приемникът получава около 40-45% от електроенергията. Обобщена схема на устройство за предаване на енергия през магнитно поле е показана на фигурата по-долу:
Видеото показва пример за приложението на тази технология за зареждане на електрическо превозно средство. Долната линия е, че към дъното на електрическата кола е прикрепен приемник, а на пода в гаража или на друго място е инсталиран предавател.
Трябва да паркирате машината така, че приемникът да е разположен над предавателя. Устройството предава много електричество без проводници - от 3,6 до 11 кВт на час.
Компанията в бъдеще обмисля осигуряването на електричество с такава технология и домакински уреди, както и целия апартамент като цяло. През 2010 г. Haier представи безжична телевизия, която получава енергия с помощта на подобна технология, както и безжично видео. Други водещи компании, като Intel и Sony, също извършват такива разработки.
В ежедневието технологиите за безжично предаване на енергия се използват широко, например за зареждане на смартфон. Принципът е подобен - има предавател, има приемник, ефективността е около 50%, т.е. за заряд от 1А, предавателят ще консумира 2А. Обикновено предавателят се нарича база в такива комплекти, а частта, която се свързва с телефона, е приемникът или антената.
Друга ниша е безжичното предаване на електричество с помощта на микровълни или лазер.Това осигурява по-голям радиус на действие от няколко метра, което осигурява магнитна индукция. При микровълновия метод върху приемното устройство е инсталирана ретенна (нелинейна антена за преобразуване на електромагнитна вълна в постоянен ток) и предавателят насочва своето излъчване в тази посока. В тази версия на безжичното предаване на електроенергия няма нужда от пряка видимост на обектите. Недостатъкът е, че микровълновото излъчване не е безопасно за околната среда.
Препоръчваме да гледате видео, на което проблемът е разгледан по-подробно:
В заключение искам да отбележа, че безжичното предаване на електроенергия със сигурност е удобно за използване в ежедневието, но има своите плюсове и минуси. Ако говорим за използването на такива технологии за зареждане на джаджи, плюсът е, че не е необходимо постоянно да вкарвате и изваждате щепсела от конектора на вашия смартфон, съответно конекторът няма да се провали. Недостатъкът е ниската ефективност, ако за смартфон загубата на енергия не е значителна (няколко вата), то за безжичното зареждане на електрическа кола - това е много голям проблем. Основната цел на развитието на тази технология е да се повиши ефективността на инсталацията, тъй като на фона на широкото състезание за енергоспестяване използването на технологии с ниска ефективност е много съмнително.
Подобни материали:
Зареждане...
