Bežični prijenos za isporuku električne energije ima sposobnost da pruži veliki napredak u industrijama i aplikacijama koje zavise od fizičkog kontakta konektora. To, zauzvrat, može biti nepouzdano i dovesti do neuspjeha. Prenos bežične električne energije prvi je demonstrirao Nikola Tesla 1890-ih. Međutim, tek u posljednjoj deceniji tehnologija je iskorištena do te mjere da nudi stvarne, opipljive prednosti za primjene u stvarnom svijetu. Konkretno, razvoj rezonantnog bežičnog sistema napajanja za tržište potrošačke elektronike pokazao je da induktivno punjenje donosi nove nivoe pogodnosti milionima svakodnevnih uređaja.
Snaga koja je u pitanju poznata je pod mnogim terminima. Uključujući induktivni prijenos, komunikaciju, rezonantnu bežičnu mrežu i isti povrat napona. Svaki od ovih uslova u suštini opisuje isti fundamentalni proces. Bežični prijenos električne energije ili snage od izvora napajanja do napona opterećenja bez konektora kroz zračni otvor. Osnova su dva namotaja- predajnik i prijemnik. Prvi se napaja izmjeničnom strujom kako bi se stvorilo magnetsko polje, koje zauzvrat inducira napon u drugom.
Kako dotični sistem radi
Osnove bežičnog napajanja uključuju distribuciju energije od predajnika do prijemnika kroz oscilirajuće magnetno polje. Da bi se to postiglo, jednosmjerna struja koju dovodi izvor napajanja pretvara se u visokofrekventnu naizmjeničnu struju. Sa posebno dizajniranom elektronikom ugrađenom u predajnik. Izmjenična struja aktivira zavojnicu bakrene žice u dispenzeru, koja stvara magnetsko polje. Kada je drugi (prijemni) namotaj postavljen u neposrednoj blizini. Magnetno polje može inducirati naizmjeničnu struju u prijemnoj zavojnici. Elektronika u prvom uređaju zatim pretvara AC nazad u DC, što postaje potrošnja energije.
Šema bežičnog prijenosa energije
Napon "mrežne mreže" se pretvara u AC signal, koji se zatim šalje u zavojnicu predajnika preko elektronskog kola. Prolazeći kroz namotaj razvodnika, indukuje magnetno polje. Zauzvrat, može se proširiti na zavojnicu prijemnika, koja je u relativnoj blizini. Magnetno polje tada stvara struju koja teče kroz namotaj prijemnog uređaja. Proces kojim se energija distribuira između predajnog i prijemnog namotaja također se naziva magnetsko ili rezonantno spajanje. A to se postiže uz pomoć oba namotaja koja rade na istoj frekvenciji. Struja koja teče u namotaju prijemnika,pretvara u DC od strane sklopa prijemnika. Zatim se može koristiti za napajanje uređaja.
Šta znači rezonancija
Razdaljina na kojoj se energija (ili snaga) može prenijeti povećava se ako kalem predajnika i prijemnika rezoniraju na istoj frekvenciji. Baš kao što viljuška za podešavanje oscilira na određenoj visini i može dostići 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 elektronskih uređaja;
- siguran prijenos na aplikacije koje moraju ostati hermetički zatvorene;
- elektronika se može potpuno sakriti, smanjujući rizik od korozije zbog elemenata kao što su kiseonik i voda;
- pouzdano i konzistentno napajanje za rotirajuću, visoko mobilnu industrijsku opremu;
- osigurava pouzdan prijenos energije do kritičnih sistema u mokrim, prljavim i pokretnim okruženjima.
Bez obzira na primenu, eliminisanje fizičke veze pruža niz prednosti u odnosu na tradicionalne kablovske konektore za napajanje.
Efikasnost prijenosa energije u pitanju
Ukupna efikasnost bežičnog elektroenergetskog sistema je najvažniji faktor u njegovom određivanjuperformanse. Efikasnost sistema 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 komunikacioni sistemi razlikuju se po stepenu efikasnosti na osnovu faktora kao što su konfiguracija i dizajn zavojnice, udaljenost prenosa. Manje efikasan uređaj će generisati više emisija i rezultirati manjim prolaskom energije kroz prijemni uređaj. Obično, tehnologije bežičnog prijenosa energije za uređaje kao što su pametni telefoni mogu dostići 70% performansi.
Kako se mjeri učinak
Značenje, kao količina energije (u procentima) koja se prenosi od izvora napajanja do uređaja za prijem. Odnosno, bežični prijenos energije za pametni telefon s efikasnošću od 80% znači da se 20% ulazne snage gubi između zidne utičnice i baterije za uređaj koji se puni. Formula za mjerenje radne efikasnosti je: učinak=DC izlaz podijeljen sa ulazom, pomnožite rezultat sa 100%.
Bežični prijenos električne energije
Snaga se može distribuirati preko razmatrane mreže kroz skoro sve nemetalne materijale, uključujući ali ne ograničavajući se na. To su čvrste materije kao što su drvo, plastika, tekstil, staklo i cigle, kao i gasovi i tečnosti. Kada metalni iliElektrično provodljivi materijal (tj. karbonska vlakna) se nalazi u neposrednoj blizini elektromagnetnog polja, predmet apsorbira energiju iz njega i kao rezultat toga se zagrijava. Ovo zauzvrat utiče na efikasnost sistema. Ovako funkcionira indukcijsko kuhanje, na primjer, neefikasan prijenos snage sa ploče za kuhanje stvara toplinu za kuhanje.
Da biste kreirali sistem bežičnog prenosa energije, morate se vratiti na početak teme. Ili bolje rečeno, uspješnom naučniku i pronalazaču Nikoli Tesli, koji je stvorio i patentirao generator koji može preuzeti struju bez raznih materijalističkih provodnika. Dakle, za implementaciju bežičnog sistema potrebno je sastaviti sve bitne elemente i dijelove, kao rezultat toga će biti implementiran mali Teslin kalem. Ovo je uređaj koji stvara visokonaponsko električno polje u zraku oko sebe. Ima malu ulaznu snagu, omogućava bežični prijenos energije na daljinu.
Jedan od najvažnijih načina za prijenos energije je induktivna sprega. Uglavnom se koristi za blisko polje. Karakterizira ga činjenica da kada struja prolazi kroz jednu žicu, napon se inducira na krajevima druge. Prijenos snage se vrši reciprocitetom između dva materijala. Uobičajeni primjer je transformator. Prenos mikrotalasne energije, kao ideju, razvio je William Brown. Cijeli koncept uključuje pretvaranje naizmjenične struje u RF snagu i njezin prijenos kroz prostor i ponovno upromjenjiva snaga na prijemniku. U ovom sistemu, napon se generiše korišćenjem mikrotalasnih izvora energije. kao što je klistron. I ova snaga se prenosi do odašiljačke antene kroz valovod, koji štiti od reflektirane snage. Kao i tjuner koji usklađuje impedanciju mikrovalnog izvora sa ostalim elementima. Prijemni dio se sastoji od antene. Prihvata mikrovalnu snagu i kolo za usklađivanje impedancije i filter. Ova prijemna antena, zajedno sa ispravljačem, može biti dipol. Odgovara izlaznom signalu sa sličnim zvučnim upozorenjem ispravljačke jedinice. Blok prijemnika se također sastoji od sličnog dijela koji se sastoji od dioda koje se koriste za pretvaranje signala u DC upozorenje. Ovaj sistem prenosa koristi frekvencije između 2 GHz i 6 GHz.
Bežični prijenos električne energije uz pomoć Brovinovog vozača, koji je implementirao generator koristeći slične magnetne oscilacije. Suština je da je ovaj uređaj radio zahvaljujući tri tranzistora.
Korišćenje laserskog snopa za prenos snage u obliku svetlosne energije, koja se na prijemnom kraju pretvara u električnu energiju. Sam materijal se direktno napaja pomoću izvora kao što je Sunce ili bilo koji generator električne energije. I, shodno tome, implementira fokusirano svjetlo visokog intenziteta. Veličina i oblik zraka određuju se skupom optike. A ovu propuštenu lasersku svjetlost primaju fotonaponske ćelije, koje je pretvaraju u električne signale. Obično koristioptički kablovi za prenos. Kao i kod osnovnog solarnog sistema, prijemnik koji se koristi u laserskom širenju je niz fotonaponskih ćelija ili solarni panel. Oni, zauzvrat, mogu pretvoriti nekoherentnu monokromatsku svjetlost u električnu energiju.
Osnovne karakteristike uređaja
Snaga Tesline zavojnice leži u procesu koji se naziva elektromagnetna indukcija. To jest, polje koje se mijenja stvara potencijal. Omogućava 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 je stoga naučnik uspješno patentirao. Možete stvoriti takvu zavojnicu u prisustvu određenih komponenti. Za implementaciju će biti potrebni sljedeći materijali:
- dužina 30 cm PVC (što više to bolje);
- emajlirana bakarna žica (sekundarna žica);
- breza za podlogu;
- 2222A tranzistor;
- spojna (primarna) žica;
- otpornik 22 kΩ;
- prekidači i spojne žice;
- 9 voltna baterija.
Faze implementacije Tesla uređaja
Prvo morate staviti mali prorez na vrhu cijevi da omotate jedan kraj žiceokolo. 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 namotaja se postavljaju prstenovi ljepljive trake. Djeluju kao barijera. U slučaju da zavojnica počne da se odmotava. Kada završite, omotajte tešku traku oko vrha i dna namotaja i poprskajte je sa 2 ili 3 sloja emajla.
Zatim morate spojiti primarnu i sekundarnu bateriju na bateriju. Nakon - uključite tranzistor i otpornik. Manji namotaj je primarni, a duži namotaj je sekundarni. Po želji možete postaviti aluminijsku kuglu na vrh cijevi. Takođe, spojite otvoreni kraj sekundara sa dodatnim, koji će služiti kao antena. Morate paziti da ne dodirnete sekundarni uređaj kada je napajanje uključeno.
Postoji opasnost od požara ako prodate sami. Morate okrenuti prekidač, postaviti lampu sa žarnom niti pored uređaja za bežični prijenos energije i uživati u svjetlosnoj predstavi.
Bežični prijenos putem solarnog sistema
Tradicionalne konfiguracije žične distribucije energije obično zahtijevaju žice između distribuiranih uređaja i potrošačkih jedinica. Ovo stvara mnoga ograničenja kao trošak sistematroškovi kablova. Gubici nastali u prijenosu. Kao i otpad u distribuciji. Sam otpor dalekovoda dovodi do gubitka od oko 20-30% proizvedene energije.
Jedan od najmodernijih sistema bežičnog prenosa energije baziran je na prenosu sunčeve energije pomoću mikrotalasne pećnice ili laserskog zraka. Satelit se nalazi u geostacionarnoj orbiti i sastoji se od fotonaponskih ćelija. Oni pretvaraju sunčevu svjetlost u električnu struju, koja se koristi za napajanje mikrovalnog generatora. I, shodno tome, spoznaje snagu mikrovalnih pećnica. Ovaj napon se prenosi putem radio komunikacije 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 prenositi do 10 MW RF snage.
Kada govorimo o DC distributivnom sistemu, ni to je nemoguće. Budući da je potreban konektor između napajanja i uređaja. Postoji takva slika: sistem je potpuno lišen žica, gdje možete dobiti AC napajanje u domovima bez ikakvih dodatnih uređaja. Gdje je moguće puniti svoj mobilni telefon bez potrebe fizičkog povezivanja na utičnicu. Naravno, takav sistem je moguć. I mnogi moderni istraživači pokušavaju stvoriti nešto modernizirano, dok proučavaju ulogu razvoja novih metoda bežičnog prijenosa električne energije na daljinu. Mada, sa stanovišta ekonomske komponente, za države to neće bitiprilično je isplativo ako se takvi uređaji uvedu svuda, a standardnu električnu energiju zamijene prirodnom.
Poreklo i primjeri bežičnih sistema
Ovaj koncept nije baš nov. Celu ovu ideju razvio je Nikola Tesla 1893. godine. Kada je razvio sistem osvjetljavanja vakuumskih cijevi koristeći tehnike bežičnog prijenosa. Nemoguće je zamisliti da svijet postoji bez raznih izvora naelektrisanja, koji se izražavaju u materijalnom obliku. Omogućiti da se mobilni telefoni, kućni roboti, MP3 plejeri, računari, laptopovi i drugi prenosivi uređaji sami pune, bez ikakvih dodatnih priključaka, oslobađajući korisnike od stalnih žica. Neki od ovih uređaja možda čak i ne zahtijevaju veliki broj elemenata. Istorija bežičnog prenosa 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 korištenjem ispravljača i filtera. A zatim - u povratku na izvornu vrijednost na visokoj frekvenciji pomoću pretvarača. Ova niskonaponska, visoko oscilirajuća AC snaga se zatim prenosi sa primarnog transformatora na sekundarni. Pretvara se u istosmjerni napon pomoću ispravljača, filtera i regulatora. AC signal postaje direktanzahvaljujući zvuku struje. Kao i korištenje sekcije mosnog ispravljača. Primljeni DC signal se propušta kroz povratni namotaj koji djeluje kao oscilatorno kolo. Istovremeno, prisiljava tranzistor da ga vodi u primarni pretvarač u smjeru s lijeva na desno. Kada struja prolazi kroz povratni namotaj, odgovarajuća struja teče na primarnu stranu transformatora s desna na lijevo.
Ovako radi ultrazvučna metoda prijenosa energije. Signal se generiše preko senzora 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, AC napon je 25 kHz. Očitavanje se pojavljuje kroz njega u opadajućem transformatoru.
Ovaj AC napon je izjednačen mosnim ispravljačem. A zatim se filtrira i reguliše kako bi se dobio izlaz od 5V za pokretanje LED-a. Izlazni napon od 12V iz kondenzatora koristi se za napajanje DC motora ventilatora za njegovo pokretanje. Dakle, sa stanovišta fizike, prijenos električne energije je prilično razvijeno područje. Međutim, kako pokazuje praksa, bežični sistemi nisu u potpunosti razvijeni i poboljšani.
