Transmissió de potència a distància sense cables
Historial de desenvolupament
El desenvolupament de la transmissió d’energia elèctrica sense cables a distància s’associa amb els avenços en el camp de l’enginyeria de la ràdio, ja que tots dos processos són de la mateixa naturalesa. Les invencions d’ambdues àrees s’associen amb l’estudi del mètode d’inducció electromagnètica i els seus efectes sobre la formació de corrent elèctric.
El 1820 A.M. Ampere va descobrir la llei d’interacció de corrents, que consistia en el fet que si el corrent flueix al llarg de dos conductors estretament situats en una direcció, aleshores s’atrauen els uns als altres i, si són diferents, es repel·len.
El 1831, M. Faraday va establir en el decurs d'experiments que un camp magnètic alternant (que varia en magnitud i direcció en el temps) generat pel flux de corrent elèctric indueix (indueix) corrents en conductors propers. I.e. hi ha transmissió d’electricitat sense cables. En detall Llei de Faraday teníem en compte a l’article anterior.
Doncs bé, J. K. Maxwell, 33 anys després, el 1864, va transferir les dades experimentals de Faraday a una forma matemàtica i les mateixes equacions de Maxwell són fonamentals en l'electrodinàmica. Descriuen com es relaciona el corrent elèctric i el camp electromagnètic.
L’existència d’ones electromagnètiques va ser confirmada el 1888 per G. Hertz, en el transcurs dels seus experiments amb un emissor d’espurnes amb una picadora en una bobina de Rumkorf. Així, es van produir ones EM amb una freqüència de fins a la meitat de gigahertz. Val la pena assenyalar que aquestes ones poden ser rebudes per diversos receptors, però han d’estar sintonitzades en ressonància amb el transmissor. L’abast de la instal·lació era d’uns 3 metres. Quan es va produir una espurna al transmissor, el mateix va ocórrer als receptors. De fet, es tracta dels primers experiments sobre la transmissió d’electricitat sense cables.
Una investigació en profunditat va ser realitzada pel famós científic Nikola Tesla. Va estudiar corrent altern d’alta tensió i freqüència el 1891. Com a resultat, es van treure les conclusions:
Per a cada propòsit específic, cal ajustar la instal·lació a la freqüència i la tensió adequades. No obstant això, l'alta freqüència no és un requisit previ. Els millors resultats es van obtenir a una freqüència de 15-20 kHz i una tensió del transmissor de 20 kV. Per obtenir un corrent i una tensió d’alta freqüència, es va utilitzar una descàrrega oscil·ladora del condensador. Així, és possible transmetre electricitat i produir llum.
Els científics en els seus discursos i conferències van demostrar la resplendor de les làmpades (tubs de buit) sota la influència d’un camp electrostàtic d’alta freqüència.En realitat, les principals conclusions de Tesla van ser que, fins i tot en el cas d’utilitzar sistemes ressonants, no es pot transmetre molta energia mitjançant una ona electromagnètica.
Paral·lelament, es van dedicar a estudis similars fins al 1897 en estudis similars: Jagdish Boche a l'Índia, Alexander Popov a Rússia i Guglielmo Marconi a Itàlia.
Cadascun d'ells ha contribuït al desenvolupament de la transmissió d'energia sense fils:
- J. Boche el 1894, va encendre la pólvora, transmetent electricitat a distància sense cables. Ho va fer en una manifestació a Calcuta.
- A. Popov el 25 d'abril (7 de maig) de 1895 amb el codi Morse va transmetre el primer missatge.
- El 1896, G. Marconi a Gran Bretanya també va transmetre un senyal de ràdio (codi Morse) a una distància d’1,5 km, més tard de 3 km a la plana de Salisbury.
Val la pena assenyalar que l’obra de Tesla, menystinguda alhora i perduda durant segles, va superar la tasca dels seus contemporanis en termes de paràmetres i capacitats. Al mateix temps, és a dir, el 1896, els seus aparells transmetien un senyal a llargues distàncies (48 km), malauradament es tractava d’una petita quantitat d’electricitat.
I el 1899, Tesla va arribar a la conclusió:
El fracàs del mètode d’inducció sembla enorme en comparació amb el mètode d’excitació de la càrrega de la terra i l’aire.
Aquestes conclusions donaran lloc a altres estudis, el 1900 va aconseguir alimentar una làmpada d’una bobina realitzada al camp i el 1903 es va llançar la torre Wondercliff de Long Island. Consistia en un transformador amb bobinatge secundari a terra, i a la seva part superior s’alçava una cúpula esfèrica de coure. Amb la seva ajuda, va resultar encendre 200 làmpades de 50 vats. Al mateix temps, l’emissor es trobava a 40 km. Malauradament, aquests estudis es van interrompre, es va suspendre el finançament i la transmissió gratuïta d’electricitat sense cables no era viable econòmicament per als empresaris. La torre va ser destruïda el 1917.
Aquests dies
Les tecnologies de transmissió d'energia sense fils han fet un gran pas endavant, principalment en el camp de la transmissió de dades. Es va assolir un èxit important per les comunicacions de ràdio, tecnologies sense fils com el Bluetooth i el Wi-fi. No es van produir innovacions particulars, principalment es van canviar les freqüències, els mètodes de xifratge del senyal, la representació del senyal va passar d’analògic a digital.
Si parlem de la transmissió d’electricitat sense cables a l’alimentació d’equips elèctrics, val a dir que el 2007, els investigadors de l’Institut Massachusetts van transferir 2 metres d’energia i van encendre una bombeta de 60 watts d’aquesta manera. Aquesta tecnologia s’anomena WiTricity, es basa en la ressonància electromagnètica del receptor i el transmissor. Cal destacar que el receptor rep al voltant del 40-45% de l’electricitat. A la figura següent es mostra un esquema generalitzat d'un dispositiu de transmissió d'energia mitjançant un camp magnètic:
El vídeo mostra un exemple d’aplicació d’aquesta tecnologia per carregar un vehicle elèctric. La línia de fons és que un receptor està unit a la part inferior del cotxe elèctric i un transmissor està instal·lat al terra del garatge o en un altre lloc.
Heu d’aparcar la màquina de manera que el receptor estigui situat per sobre del transmissor. L’aparell transfereix molta electricitat sense cables, de 3,6 a 11 kW per hora.
L’empresa en el futur planteja subministrar electricitat amb aquesta tecnologia i electrodomèstics, així com tot l’apartament en general. El 2010, Haier va introduir un televisor sense fils que rep energia amb tecnologia similar, així com un senyal de vídeo sense fils. Altres empreses líders, com Intel i Sony, també estan duent a terme aquest tipus de novetats.
A la vida quotidiana, les tecnologies de transmissió d’energia sense fil s’utilitzen àmpliament, per exemple, per carregar un telèfon intel·ligent. El principi és similar: hi ha un transmissor, hi ha un receptor, l'eficiència és al voltant del 50%, és a dir. per un cost de 1A, el transmissor consumirà 2A. El transmissor s’anomena generalment base en aquests conjunts i la part que es connecta al telèfon és el receptor o l’antena.
Un altre nínxol és la transmissió sense fils d’electricitat mitjançant microones o un làser.Això proporciona un radi d’acció més gran que un parell de metres, cosa que proporciona inducció magnètica. En el mètode de microones, hi ha instal·lada una rectena (antena no lineal per convertir una ona electromagnètica en corrent directe) al dispositiu receptor, i l'emissor dirigeix la seva radiació en aquesta direcció. En aquesta realització de la transmissió de l'electricitat sense fils, no és necessària la visibilitat directa dels objectes. L’inconvenient és que la radiació de microones no és segura per al medi ambient.
Recomanem veure un vídeo on es tracti el tema amb més detall:
En conclusió, vull tenir en compte que la transmissió d’electricitat sense fils és certament convenient per utilitzar-la a la vida quotidiana, però té els seus avantatges i els seus contres. Si parlem de l’ús d’aquestes tecnologies per carregar aparells, el més és que no heu d’introduir i treure el connector del telèfon intel·ligent constantment, respectivament, el connector no fallarà. L’inconvenient és la baixa eficiència, si per a un telèfon intel·ligent la pèrdua d’energia no és important (uns quants watts), doncs per a la càrrega sense fils d’un cotxe elèctric, aquest és un problema molt gran. L’objectiu principal del desenvolupament d’aquesta tecnologia és augmentar l’eficiència de la instal·lació, ja que en el context d’una àmplia carrera per a la conservació d’energia, l’ús de tecnologies de baixa eficiència és molt dubtós.
Materials similars:
Carregant ...
