Bezvadu pārraide elektroenerģijas piegādei spēj nodrošināt nozīmīgus sasniegumus nozarēs un lietojumos, kas ir atkarīgi no savienotāja fiziskā kontakta. Tas savukārt var būt neuzticams un izraisīt neveiksmi. Pirmo reizi bezvadu elektrības pārraidi demonstrēja Nikola Tesla 1890. gados. Tomēr tikai pēdējā desmitgadē tehnoloģija ir izmantota tiktāl, ka tā piedāvā reālus, taustāmus ieguvumus reālās pasaules lietojumiem. Jo īpaši rezonanses bezvadu barošanas sistēmas izstrāde plaša patēriņa elektronikas tirgum ir parādījusi, ka induktīvā uzlāde miljoniem ikdienas ierīču sniedz jaunus ērtības līmeņus.
Attiecīgā jauda ir plaši pazīstama ar daudziem terminiem. Ieskaitot induktīvo pārraidi, sakarus, rezonanses bezvadu tīklu un tādu pašu sprieguma atgriešanos. Katrs no šiem nosacījumiem būtībā apraksta vienu un to pašu pamatprocesu. Elektrības vai jaudas bezvadu pārraide no strāvas avota uz slodzes spriegumu bez savienotājiem caur gaisa spraugu. Pamatā ir divas spoles- raidītājs un uztvērējs. Pirmais tiek darbināts ar maiņstrāvu, lai radītu magnētisko lauku, kas savukārt inducē spriegumu otrajā.
Kā darbojas attiecīgā sistēma
Bezvadu strāvas pamati ietver enerģijas sadali no raidītāja uz uztvērēju, izmantojot svārstīgo magnētisko lauku. Lai to panāktu, strāvas padeves līdzstrāva tiek pārveidota par augstfrekvences maiņstrāvu. Ar raidītājā iebūvētu speciāli izstrādātu elektroniku. Maiņstrāva dozatorā aktivizē vara stieples spoli, kas ģenerē magnētisko lauku. Kad otrais (saņemšanas) tinums ir novietots tiešā tuvumā. Magnētiskais lauks uztverošajā spolē var izraisīt maiņstrāvu. Pēc tam pirmās ierīces elektronika pārvērš maiņstrāvu atpakaļ līdzstrāvā, kas kļūst par enerģijas patēriņu.
Bezvadu enerģijas pārraides shēma
Tīkla spriegums tiek pārveidots maiņstrāvas signālā, kas pēc tam tiek nosūtīts uz raidītāja spoli, izmantojot elektronisko shēmu. Plūst caur sadalītāja tinumu, inducē magnētisko lauku. Tas savukārt var izplatīties uz uztvērēja spoli, kas atrodas relatīvi tuvu. Pēc tam magnētiskais lauks ģenerē strāvu, kas plūst caur uztverošās ierīces tinumu. Procesu, kurā enerģija tiek sadalīta starp raidīšanas un uztveršanas spoli, sauc arī par magnētisko vai rezonanses savienojumu. Un tas tiek panākts ar abu tinumu palīdzību, kas darbojas vienā frekvencē. Strāva, kas plūst uztvērēja spolē,uztvērēja shēma pārveido par līdzstrāvu. Pēc tam to var izmantot ierīces barošanai.
Ko nozīmē rezonanse
Attālums, kādā var pārraidīt enerģiju (vai jaudu), palielinās, ja raidītāja un uztvērēja spoles rezonē ar tādu pašu frekvenci. Tāpat kā kamertonis svārstās noteiktā augstumā un var sasniegt savu maksimālo amplitūdu. Tas attiecas uz frekvenci, kādā objekts dabiski vibrē.
Bezvadu pārraides priekšrocības
Kādas ir priekšrocības? Plusi:
- samazina izmaksas, kas saistītas ar taisnu savienotāju uzturēšanu (piemēram, tradicionālajā rūpnieciskajā slīdgredzenā);
- lielākas ērtības parasto elektronisko ierīču uzlādēšanai;
- droša pārsūtīšana uz lietojumprogrammām, kurām jāpaliek hermētiski noslēgtām;
- elektroniku var pilnībā paslēpt, samazinot korozijas risku, ko izraisa tādi elementi kā skābeklis un ūdens;
- uzticams un konsekvents barošanas avots rotējošām, ļoti mobilām rūpnieciskām iekārtām;
- nodrošina uzticamu jaudas pārvadi kritiskām sistēmām mitrā, netīrā un kustīgā vidē.
Neatkarīgi no lietojumprogrammas fiziskā savienojuma likvidēšana nodrošina vairākas priekšrocības salīdzinājumā ar tradicionālajiem kabeļu strāvas savienotājiem.
Apskatāmās enerģijas pārneses efektivitāte
Bezvadu energosistēmas vispārējā efektivitāte ir vissvarīgākais faktors tās noteikšanāsniegumu. Sistēmas efektivitāte mēra jaudas daudzumu, kas tiek pārnests starp strāvas avotu (t.i., sienas kontaktligzdu) un uztveršanas ierīci. Tas savukārt nosaka tādus aspektus kā uzlādes ātrums un izplatīšanās diapazons.
Bezvadu sakaru sistēmu efektivitātes līmenis atšķiras atkarībā no tādiem faktoriem kā spoles konfigurācija un dizains, pārraides attālums. Mazāk efektīva ierīce radīs vairāk izmešu un mazāk jaudas iet caur uztverošo ierīci. Parasti bezvadu jaudas pārraides tehnoloģijas tādām ierīcēm kā viedtālruņi var sasniegt 70% veiktspēju.
Kā tiek mērīta veiktspēja
Nozīme kā jaudas daudzums (procentos), kas tiek pārsūtīts no strāvas avota uz uztverošo ierīci. Tas ir, bezvadu jaudas pārraide viedtālrunim ar efektivitāti 80% nozīmē, ka starp sienas kontaktligzdu un uzlādējamā sīkrīka akumulatoru tiek zaudēti 20% no ieejas jaudas. Darba efektivitātes mērīšanas formula ir šāda: veiktspēja=līdzstrāvas izeja dalīta ar ievadi, rezultātu reiziniet ar 100%.
Elektrības bezvadu pārraide
Jaudu var sadalīt attiecīgajā tīklā, izmantojot gandrīz visus nemetāliskos materiālus, tostarp, bet ne tikai. Tās ir cietas vielas, piemēram, koks, plastmasa, tekstilizstrādājumi, stikls un ķieģeļi, kā arī gāzes un šķidrumi. Kad metāla vaiElektrību vadošs materiāls (t.i., oglekļa šķiedra) tiek novietots elektromagnētiskā lauka tiešā tuvumā, objekts no tā absorbē jaudu un rezultātā uzsilst. Tas savukārt ietekmē sistēmas efektivitāti. Šādi darbojas indukcijas gatavošana, piemēram, neefektīva jaudas pārnešana no plīts virsmas rada siltumu ēdiena gatavošanai.
Lai izveidotu bezvadu enerģijas pārvades sistēmu, jums jāatgriežas pie tēmas pirmsākumiem. Pareizāk sakot, veiksmīgajam zinātniekam un izgudrotājam Nikolai Teslai, kurš radīja un patentēja ģeneratoru, kas spēj uzņemt jaudu bez dažādiem materiālistiskiem vadītājiem. Tātad, lai ieviestu bezvadu sistēmu, ir nepieciešams salikt visus svarīgos elementus un detaļas, kā rezultātā tiks realizēta neliela Tesla spole. Šī ir ierīce, kas apkārtējā gaisā rada augstsprieguma elektrisko lauku. Tam ir maza ievades jauda, tas nodrošina bezvadu strāvas pārraidi no attāluma.
Viens no svarīgākajiem enerģijas pārneses veidiem ir induktīvā savienošana. To galvenokārt izmanto tuvu laukam. To raksturo fakts, ka, strāvai ejot cauri vienam vadam, otra galos tiek inducēts spriegums. Jaudas pārnešana tiek veikta, izmantojot savstarpīgumu starp abiem materiāliem. Izplatīts piemērs ir transformators. Mikroviļņu enerģijas pārnesi kā ideju izstrādāja Viljams Brauns. Visa koncepcija ietver maiņstrāvas pārveidošanu RF strāvā un pārsūtīšanu kosmosā un atpakaļmainīga jauda uztvērējā. Šajā sistēmā spriegums tiek ģenerēts, izmantojot mikroviļņu enerģijas avotus. piemēram, klistrons. Un šī jauda tiek pārraidīta uz raidīšanas antenu caur viļņvadu, kas pasargā no atstarotās jaudas. Kā arī skaņotājs, kas saskaņo mikroviļņu avota pretestību ar citiem elementiem. Uztvērēja daļa sastāv no antenas. Tas pieņem mikroviļņu jaudu un pretestības saskaņošanas ķēdi un filtru. Šī uztvērēja antena kopā ar taisngriežu var būt dipols. Atbilst izejas signālam ar līdzīgu taisngrieža bloka skaņas signālu. Uztvērēja bloks sastāv arī no līdzīgas sadaļas, kas sastāv no diodēm, kuras izmanto, lai pārveidotu signālu par līdzstrāvas brīdinājumu. Šī pārraides sistēma izmanto frekvences no 2 GHz līdz 6 GHz.
Elektrības bezvadu pārraide ar Brovina vadītāja palīdzību, kurš ieviesa ģeneratoru, izmantojot līdzīgas magnētiskās svārstības. Būtība ir tāda, ka šī ierīce darbojās, pateicoties trim tranzistoriem.
Lāzera stara izmantošana, lai pārraidītu jaudu gaismas enerģijas veidā, kas uztveršanas galā tiek pārveidota par elektrisko enerģiju. Pats materiāls tiek tieši darbināts, izmantojot tādus avotus kā Saule vai jebkurš elektroenerģijas ģenerators. Un attiecīgi ievieš fokusētu augstas intensitātes gaismu. Sijas izmēru un formu nosaka optikas komplekts. Un šo pārraidīto lāzera gaismu uztver fotoelementi, kas to pārvērš elektriskos signālos. Viņš parasti izmantooptiskās šķiedras kabeļi pārraidei. Tāpat kā pamata saules enerģijas sistēmā, uztvērējs, ko izmanto lāzera izplatīšanā, ir fotoelementu masīvs vai saules panelis. Tie savukārt var pārvērst nesakarīgu monohromatisko gaismu elektrībā.
Ierīces pamatfunkcijas
Tesla spoles spēks ir procesā, ko sauc par elektromagnētisko indukciju. Tas ir, mainīgais lauks rada potenciālu. Tas liek strāvai plūst. Kad elektrība plūst caur stieples spoli, tā ģenerē magnētisko lauku, kas noteiktā veidā aizpilda zonu ap spoli. Atšķirībā no dažiem citiem augstsprieguma eksperimentiem, Tesla spole ir izturējusi daudzus testus un izmēģinājumus. Process bija diezgan darbietilpīgs un ilgstošs, taču rezultāts bija veiksmīgs, un tāpēc zinātnieks to veiksmīgi patentēja. Jūs varat izveidot šādu spoli noteiktu komponentu klātbūtnē. Ieviešanai būs nepieciešami šādi materiāli:
- garums 30 cm PVC (jo vairāk, jo labāk);
- emaljēta vara stieple (sekundārais vads);
- bērza dēlis pamatnei;
- 2222A tranzistors;
- savienojošais (primārais) vads;
- rezistors 22 kΩ;
- slēdži un savienojošie vadi;
- 9 voltu akumulators.
Tesla ierīces ieviešanas posmi
Vispirms caurules augšpusē ir jāievieto neliels spraugas, lai aptītu vienu stieples galuapkārt. Uztiniet spoli lēni un uzmanīgi, uzmanoties, lai vadi nepārklātos un neveidotos spraugas. Šis solis ir visgrūtākais un nogurdinošākais, taču pavadītais laiks dos ļoti kvalitatīvu un labu spoli. Ik pēc aptuveni 20 apgriezieniem ap tinumu tiek novietoti maskēšanas lentes gredzeni. Tie darbojas kā šķērslis. Gadījumā, ja spole sāk atšķetināt. Kad esat pabeidzis, aptiniet biezu lenti ap tinuma augšējo un apakšējo daļu un apsmidziniet to ar 2 vai 3 emaljas kārtām.
Pēc tam akumulatoram jāpievieno primārais un sekundārais akumulators. Pēc - ieslēdziet tranzistoru un rezistoru. Mazāks tinums ir primārais un garāks tinums ir sekundārais. Pēc izvēles caurules augšpusē varat uzstādīt alumīnija sfēru. Pievienojiet arī sekundārās atveres atvērto galu pievienotajam, kas darbosies kā antena. Jāraugās, lai nepieskartos sekundārajai ierīcei, kad ir ieslēgta barošana.
Pārdodot pats, pastāv aizdegšanās risks. Jums jāpārslēdz slēdzis, jāuzstāda kvēlspuldze blakus bezvadu strāvas pārvades ierīcei un jāizbauda gaismas šovs.
Bezvadu pārraide, izmantojot saules enerģijas sistēmu
Tradicionālām vadu strāvas sadales konfigurācijām parasti ir nepieciešami vadi starp izplatītajām ierīcēm un patērētāju ierīcēm. Tas rada daudz ierobežojumu kā sistēmas izmaksaskabeļu izmaksas. Pārvades laikā radušies zaudējumi. Kā arī atkritumu sadalē. Pārvades līnijas pretestība vien rada aptuveni 20-30% no saražotās enerģijas zudumu.
Viena no modernākajām bezvadu enerģijas pārvades sistēmām ir balstīta uz saules enerģijas pārraidi, izmantojot mikroviļņu krāsni vai lāzera staru. Satelīts ir novietots ģeostacionārā orbītā un sastāv no fotoelementiem. Tie pārvērš saules gaismu elektriskajā strāvā, ko izmanto mikroviļņu ģeneratora darbināšanai. Un attiecīgi apzinās mikroviļņu jaudu. Šis spriegums tiek pārraidīts, izmantojot radiosakarus, un saņemts bāzes stacijā. Tā ir antenas un taisngrieža kombinācija. Un tas tiek pārvērsts atpakaļ elektrībā. Nepieciešama maiņstrāva vai līdzstrāva. Satelīts var pārraidīt līdz 10 MW RF jaudas.
Ja runājam par līdzstrāvas sadales sistēmu, pat tas nav iespējams. Tā kā tam ir nepieciešams savienotājs starp barošanas avotu un ierīci. Ir tāda aina: sistēmai pilnīgi nav vadu, kur var iegūt maiņstrāvu mājās bez papildu ierīcēm. Kur iespējams uzlādēt mobilo telefonu bez nepieciešamības fiziski pieslēgties kontaktligzdai. Protams, šāda sistēma ir iespējama. Un daudzi mūsdienu pētnieki cenšas izveidot kaut ko modernizētu, vienlaikus pētot jaunu metožu izstrādes lomu bezvadu elektroenerģijas pārvadīšanai no attāluma. Lai gan no ekonomiskās sastāvdaļas viedokļa valstīm tas tā nebūstas ir diezgan izdevīgi, ja šādas ierīces tiek ieviestas visur, un aizstātu standarta elektrību ar dabisko elektrību.
Bezvadu sistēmu izcelsme un piemēri
Šis jēdziens nav īsti jauns. Visu šo ideju 1893. gadā izstrādāja Nikolass Tesla. Kad viņš izstrādāja vakuuma cauruļu apgaismošanas sistēmu, izmantojot bezvadu pārraides metodes. Nav iespējams iedomāties, ka pasaule pastāv bez dažādiem uzlādes avotiem, kas izpaužas materiālā formā. Padarīt iespēju mobilos tālruņus, mājas robotus, MP3 atskaņotājus, datorus, portatīvos datorus un citus pārvietojamos sīkrīkus uzlādēt paši, bez jebkādiem papildu savienojumiem, atbrīvojot lietotājus no pastāvīgiem vadiem. Dažām no šīm ierīcēm, iespējams, pat nav nepieciešams liels skaits elementu. Bezvadu enerģijas pārvades vēsture ir diezgan bagāta, un, galvenokārt, pateicoties Tesla, Volta uc attīstībai. Taču šodien tie ir tikai dati fiziskajā zinātnē.
Pamatprincips ir pārveidot maiņstrāvu līdzstrāvas spriegumā, izmantojot taisngriežus un filtrus. Un tad - atgriešanās pie sākotnējās vērtības augstā frekvencē, izmantojot invertorus. Šī zemsprieguma, ļoti svārstīgo maiņstrāvas jauda pēc tam tiek nodota no primārā transformatora uz sekundāro. Pārveido līdzstrāvas spriegumā, izmantojot taisngriezi, filtru un regulatoru. Maiņstrāvas signāls kļūst tiešspateicoties straumes skaņai. Kā arī izmantojot tilta taisngrieža sekciju. Saņemtais līdzstrāvas signāls tiek nodots caur atgriezeniskās saites tinumu, kas darbojas kā oscilatora ķēde. Tajā pašā laikā tas liek tranzistoru vadīt to primārajā pārveidotājā virzienā no kreisās uz labo. Kad strāva iet caur atgriezeniskās saites tinumu, atbilstošā strāva plūst uz transformatora primāro pusi no labās uz kreiso pusi.
Tā darbojas ultraskaņas enerģijas pārneses metode. Signāls tiek ģenerēts caur sensoru abiem maiņstrāvas brīdinājuma puscikliem. Skaņas frekvence ir atkarīga no ģeneratora ķēžu vibrāciju kvantitatīvajiem rādītājiem. Šis maiņstrāvas signāls parādās transformatora sekundārajā tinumā. Un, kad tas ir savienots ar cita objekta devēju, maiņstrāvas spriegums ir 25 kHz. Caur to pazeminamajā transformatorā parādās rādījums.
Šo maiņstrāvas spriegumu izlīdzina tilta taisngriezis. Un pēc tam filtrēja un regulēja, lai iegūtu 5 V izeju, lai vadītu LED. 12 V izejas spriegums no kondensatora tiek izmantots, lai darbinātu līdzstrāvas ventilatora motoru, lai to darbinātu. Tātad no fizikas viedokļa elektroenerģijas pārvade ir diezgan attīstīta joma. Tomēr, kā liecina prakse, bezvadu sistēmas nav pilnībā izstrādātas un uzlabotas.
