Kraftoverførsel over en afstand uden ledninger
Udviklingshistorien
Udviklingen af elektrisk kraftoverførsel uden ledninger over en afstand er forbundet med fremskridt inden for radioteknik, da begge processer er af samme art. Opfindelserne i begge områder er forbundet med undersøgelsen af metoden til elektromagnetisk induktion og dens virkninger på dannelsen af elektrisk strøm.
I 1820 A.M. Ampere opdagede loven om interaktion mellem strømme, der bestod i det faktum, at hvis strømmen flyder gennem to tæt adskilte ledere i en retning, så de tiltrækkes af hinanden, og hvis de er i forskellige, så frastøder de.
I 1831 konstaterede M. Faraday under eksperimenter, at et vekslende (varierende i størrelse og retning i tid) magnetisk felt genereret af strømmen af elektrisk strøm inducerer (inducerer) strømme i nærliggende ledere. De der. der er en transmission af elektricitet uden ledninger. I detaljer Faradays lov vi overvejede i artiklen tidligere.
Nå, J. K. Maxwell, 33 år senere, i 1864, overførte Faradays eksperimentelle data til en matematisk form, og Maxwells ligninger er i sig selv grundlæggende i elektrodynamik. De beskriver, hvordan elektrisk strøm og elektromagnetisk felt er forbundet.
Forekomsten af elektromagnetiske bølger blev bekræftet i 1888 af G. Hertz i løbet af hans eksperimenter med en gnisttransmitter med en chopper på en Rumkorf-spole. Således blev der produceret EM-bølger med en frekvens på op til en halv gigahertz. Det er værd at bemærke, at disse bølger kunne modtages af flere modtagere, men de skal være afstemt i resonans med senderen. Installationsområdet var omkring 3 meter. Når der opstod en gnist i senderen, skete det samme på modtagerne. Faktisk er dette de første eksperimenter på transmission af elektricitet uden ledninger.
Dybdegående forskning blev foretaget af den berømte videnskabsmand Nikola Tesla. Han studerede vekselstrøm med høj spænding og frekvens i 1891. Som et resultat blev konklusionerne draget:
For hvert specifikt formål skal du indstille installationen til den passende frekvens og spænding. Høj frekvens er imidlertid ikke en forudsætning. De bedste resultater blev opnået ved en frekvens på 15-20 kHz og en transmissionsspænding på 20 kV. For at opnå en højfrekvent strøm og spænding blev der anvendt en oscillerende kondensatorudladning. Det er således muligt at transmittere både elektricitet og producere lys.
Videnskabsmanden demonstrerede i sine taler og foredrag glødet i lamper (vakuumrør) under påvirkning af et højfrekvent elektrostatisk felt.Faktisk var Teslas vigtigste konklusioner, at selv i tilfælde af anvendelse af resonanssystemer, kan en masse energi ikke overføres ved hjælp af en elektromagnetisk bølge.
Parallelt engagerede et antal forskere indtil 1897 lignende undersøgelser: Jagdish Boche i Indien, Alexander Popov i Rusland og Guglielmo Marconi i Italien.
Hver af dem har bidraget til udviklingen af trådløs strømtransmission:
- J. Boche i 1894, antændt kruttet og overførte elektricitet til en afstand uden ledninger. Det gjorde han på en demonstration i Calcutta.
- A. Popov i 25. april (7. maj) 1895 ved hjælp af Morse-koden overførte den første meddelelse.
- I 1896 transmitterede G. Marconi i Storbritannien også et radiosignal (Morse-kode) over en afstand af 1,5 km, senere 3 km på Salisbury Plain.
Det er værd at bemærke, at arbejdet i Tesla, som blev undervurderet på et tidspunkt og mistet i århundreder, overskredet arbejdet for hans samtidige med hensyn til parametre og kapaciteter. På samme tid, nemlig i 1896, transmitterede hans enheder et signal over lange afstande (48 km), desværre var det en lille mængde elektricitet.
Og i 1899 kom Tesla til den konklusion:
Fejlen i induktionsmetoden virker enorm sammenlignet med metoden til ophidselse af jordens og luftens ladning.
Disse konklusioner vil føre til andre undersøgelser, i 1900 formåede han at tænde en lampe fra en spole udført i marken, og i 1903 blev Wondercliff-tårnet på Long Island lanceret. Den bestod af en transformer med en jordet sekundærvikling, og på dens top stod en kobberkugleformet kuppel. Med sin hjælp viste det sig at tænde 200 50-watts lamper. Samtidig var senderen 40 km derfra. Desværre blev disse undersøgelser afbrudt, finansiering blev afbrudt, og fri transmission af elektricitet uden ledninger var ikke økonomisk bæredygtig for forretningsfolk. Tårnet blev ødelagt i 1917.
Disse dage
Trådløs strømtransmissionsteknologi har taget et stort skridt fremad, primært inden for dataoverførsel. Så betydelig succes blev opnået med radiokommunikation, trådløse teknologier som Bluetooth og Wi-fi. Der opstod ingen særlige innovationer, hovedsageligt ændrede frekvenserne, signalkrypteringsmetoderne, signalrepræsentationen skiftede fra analog til digital.
Hvis vi taler om transmission af elektricitet uden ledninger til elektrisk elektrisk udstyr, er det værd at nævne, at forskere fra Massachusetts Institute i 2007 overførte 2 meter energi og tændte en 60-watts pære på denne måde. Denne teknologi kaldes WiTricity, den er baseret på den elektromagnetiske resonans for modtageren og transmitteren. Det er værd at bemærke, at modtageren modtager omkring 40-45% af elektriciteten. Et generaliseret diagram over en anordning til transmission af energi gennem et magnetfelt er vist i figuren herunder:
Videoen viser et eksempel på anvendelsen af denne teknologi til opladning af et elektrisk køretøj. Hovedpunkterne er, at en modtager er knyttet til bunden af elbilen, og en sender er installeret på gulvet i garagen eller andre steder.
Du skal parkere maskinen, så modtageren er placeret over senderen. Enheden overfører meget elektricitet uden ledninger - fra 3,6 til 11 kW i timen.
Virksomheden overvejer i fremtiden levering af elektricitet med sådan teknologi og husholdningsapparater samt hele lejligheden som helhed. I 2010 introducerede Haier et trådløst tv, der modtager strøm ved hjælp af lignende teknologi samt trådløs video. Andre førende virksomheder, såsom Intel og Sony, udfører også en sådan udvikling.
I hverdagen bruges trådløse kraftoverførselsteknologier vidt, fx til at oplade en smartphone. Princippet er ens - der er en sender, der er en modtager, effektiviteten er ca. 50%, dvs. for en afgift på 1A forbruger senderen 2A. Senderen kaldes normalt en base i sådanne sæt, og den del, der opretter forbindelse til telefonen, er modtageren eller antennen.
En anden niche er trådløs transmission af elektricitet ved hjælp af mikrobølger eller en laser.Dette giver en større handlingsradius end et par meter, der giver magnetisk induktion. I mikrobølgemetoden installeres en rectenna (ikke-lineær antenne til konvertering af en elektromagnetisk bølge til jævnstrøm) på modtagerenheden, og senderen styrer dens stråling i denne retning. I denne version af den trådløse transmission af elektricitet er der ikke behov for direkte synlighed af genstande. Ulempen er, at mikrobølgestråling ikke er sikker for miljøet.
Vi anbefaler at se en video, som emnet behandles mere detaljeret:
Afslutningsvis vil jeg gerne bemærke, at den trådløse transmission af elektricitet bestemt er praktisk at bruge i hverdagen, men det har sine fordele og ulemper. Hvis vi taler om brugen af sådanne teknologier til at oplade gadgets, er plusset, at du ikke konstant skal indsætte og fjerne stikket fra stikket på din smartphone, henholdsvis vil stikket ikke svigte. Ulempen er den lave effektivitet, hvis energitabet for en smartphone ikke er signifikant (et par watt), så for trådløs opladning af en elbil - dette er et meget stort problem. Hovedmålet med udvikling i denne teknologi er at øge effektiviteten af installationen, fordi brugen af laveffektivitetsteknologier på baggrund af den udbredte race for energibesparelse er meget tvivlsom.
Lignende materialer:
Indlæser ...
