Jaudas pārvade no attāluma bez vadiem
Attīstības vēsture
Elektroenerģijas pārvades attīstība bez vadiem no attāluma ir saistīta ar progresu radiotehnikas jomā, jo abiem procesiem ir viens un tas pats raksturs. Izgudrojumi abās jomās ir saistīti ar elektromagnētiskās indukcijas metodes izpēti un tās ietekmi uz elektriskās strāvas veidošanos.
1820. gadā A.M. Ampere atklāja straumju mijiedarbības likumu, kas sastāvēja no tā, ka, ja strāva plūst gar diviem cieši novietotiem vadītājiem vienā virzienā, tad tie tiek piesaistīti viens otram, un, ja tie ir atšķirīgi, tad tie atgrūžas.
1831. gadā M. Faraday eksperimentu laikā konstatēja, ka mainīgs (mainīgs lielums un laika virziens) magnētiskais lauks, ko rada elektriskās strāvas plūsma, inducē (inducē) strāvas tuvējos vadītājos. T. i. notiek elektrības pārvade bez vadiem. Sīki Faraday likums mēs apsvērām rakstā iepriekš.
Nu, Dž. K. Maksvels pēc 33 gadiem, 1864. gadā, Faradeja eksperimentālos datus pārsūtīja matemātiskā formā, un paši Maksvela vienādojumi ir fundamentāli elektrodinamikā. Viņi apraksta, kā elektriskā strāva un elektromagnētiskais lauks ir saistīti.
Elektromagnētisko viļņu esamību 1888. gadā apstiprināja G. Hercss, veicot eksperimentus ar dzirksteļa raidītāju ar smalcinātāju uz Rumkorfa spoles. Tādējādi tika radīti EM viļņi ar frekvenci līdz pusei gigahercu. Ir vērts atzīmēt, ka šos viļņus varēja uztvert vairāki uztvērēji, taču tie ir jāizregulē rezonansē ar raidītāju. Instalācijas diapazons bija aptuveni 3 metri. Kad raidītājā notika dzirkstele, tas pats notika ar uztvērējiem. Faktiski šie ir pirmie eksperimenti elektrības pārvadē bez vadiem.
Padziļinātu pētījumu veica slavenā zinātniece Nikola Tesla. Viņš pētīja augstsprieguma un frekvences maiņstrāvu 1891. gadā. Rezultātā tika izdarīti secinājumi:
Katram konkrētam mērķim instalācija ir jāpieskaņo atbilstošajai frekvencei un spriegumam. Tomēr augsta frekvence nav priekšnoteikums. Vislabākie rezultāti tika sasniegti ar frekvenci 15-20 kHz un raidītāja spriegumu 20 kV. Lai iegūtu augstfrekvences strāvu un spriegumu, tika izmantota oscilējoša kondensatora izlāde. Tādējādi ir iespējams pārraidīt gan elektrību, gan radīt gaismu.
Zinātnieks savās runās un lekcijās demonstrēja lampu (vakuuma lampu) mirdzumu augstfrekvences elektrostatiskā lauka ietekmē.Faktiski galvenie Tesla secinājumi bija tādi, ka pat rezonanses sistēmu izmantošanas gadījumā lielu enerģijas daudzumu nevar pārraidīt, izmantojot elektromagnētisko viļņu.
Paralēli līdzīgiem pētījumiem līdz 1897. gadam bija iesaistīti vairāki zinātnieki: Jagdišs Boče Indijā, Aleksandrs Popovs Krievijā un Guglielmo Markoni Itālijā.
Katrs no viņiem ir veicinājis bezvadu enerģijas pārvades attīstību:
- J. Bočs 1894. gadā aizdedzināja šaujampulveri, pārraidot elektrību no attāluma bez vadiem. Viņš to izdarīja demonstrācijā Kalkutā.
- A. Popovs 1895. gada 25. aprīlī (7. maijā), izmantojot Morzes kodu, pārsūtīja pirmo ziņojumu.
- 1896. gadā G. Marconi Lielbritānijā arī 1,5 km attālumā pārsūtīja radio signālu (Morzes kods), vēlāk 3 km attālumā Solsberijas līdzenumā.
Ir vērts atzīmēt, ka Tesla darbs, vienā reizē nenovērtēts un gadsimtiem ilgi zaudēts, parametru un iespēju ziņā pārsniedza viņa laikabiedru darbu. Tajā pašā laikā, proti, 1896. gadā, viņa ierīces pārraidīja signālu lielos attālumos (48 km), diemžēl tas bija mazs elektroenerģijas daudzums.
Un līdz 1899. gadam Tesla nonāca pie secinājuma:
Indukcijas metodes kļūme šķiet milzīga, salīdzinot ar zemes un gaisa lādiņa ierosināšanas metodi.
Šie secinājumi novedīs pie citiem pētījumiem, jo 1900. gadā viņam izdevās no strāvas spuldzēm paņemt lampu, un 1903. gadā tika palaists Wondercliff tornis Longailendā. Tas sastāvēja no transformatora ar iezemētu sekundāro tinumu, un tā augšpusē stāvēja vara sfērisks kupols. Ar tās palīdzību izrādījās, ka tiek iedegtas 200 50 vatu lampas. Tajā pašā laikā raidītājs atradās 40 km attālumā no tā. Diemžēl šie pētījumi tika pārtraukti, finansējums tika pārtraukts, un bezmaksas elektroenerģijas pārvadīšana bez vadiem uzņēmējiem nebija ekonomiski izdevīga. Tornis tika iznīcināts 1917. gadā.
Šajās dienās
Bezvadu enerģijas pārvades tehnoloģijas ir guvušas lielus panākumus, galvenokārt datu pārraides jomā. Tik nozīmīgus panākumus guva radiosakari, bezvadu tehnoloģijas, piemēram, Bluetooth un Wi-Fi. Īpaši jauninājumi nenotika, galvenokārt mainījās frekvences, signāla šifrēšanas metodes, signāla attēlojums pārslēdzās no analogā uz digitālo.
Ja mēs runājam par elektrības pārvadi bez vadiem uz elektriskām iekārtām, ir vērts pieminēt, ka 2007. gadā Masačūsetsas institūta pētnieki pārsūtīja 2 metrus enerģijas un šādā veidā aizdedzināja 60 vatu spuldzi. Šo tehnoloģiju sauc par WiTricity, tās pamatā ir uztvērēja un raidītāja elektromagnētiskā rezonanse. Ir vērts atzīmēt, ka uztvērējs saņem apmēram 40-45% no elektrības. Tālāk redzamajā attēlā parādīta ierīces vispārēja shēma enerģijas pārvadei caur magnētisko lauku:
Video redzams piemērs, kā šī tehnoloģija tiek pielietota elektriskā transportlīdzekļa uzlādēšanai. Būtība ir tāda, ka elektromobiļa apakšai ir piestiprināts uztvērējs, un garāžā vai citur uz grīdas ir uzstādīts raidītājs.
Jums mašīna jānovieto tā, lai uztvērējs būtu novietots virs raidītāja. Ierīce bez vadiem pārsūta daudz elektrības - no 3,6 līdz 11 kW stundā.
Uzņēmums nākotnē apsver iespēju piegādāt elektrību ar šādu tehnoloģiju un sadzīves tehniku, kā arī visu dzīvokli kopumā. 2010. gadā Haiers ieviesa bezvadu televizoru, kas saņem enerģiju, izmantojot līdzīgu tehnoloģiju, kā arī bezvadu video signālu. Šādas norises veic arī citi vadošie uzņēmumi, piemēram, Intel un Sony.
Ikdienā bezvadu enerģijas pārvades tehnoloģijas tiek plaši izmantotas, piemēram, viedtālruņa uzlādēšanai. Princips ir līdzīgs - ir raidītājs, ir uztvērējs, efektivitāte ir aptuveni 50%, t.i. par 1A maksu raidītājs patērēs 2A. Raidītāju šādos komplektos parasti sauc par bāzi, un tā daļa, kas savieno ar tālruni, ir uztvērējs vai antena.
Vēl viena niša ir bezvadu elektrības pārraide, izmantojot mikroviļņus vai lāzeru.Tas nodrošina lielāku darbības rādiusu nekā pāris metri, kas nodrošina magnētisko indukciju. Mikroviļņu metodē uztvērējā ierīcē tiek uzstādīta retranslatīva (nelineāra antena elektromagnētiskā viļņa pārvēršanai līdzstrāvā), un raidītājs virza savu starojumu šajā virzienā. Šajā bezvadu elektrības pārvades versijā nav nepieciešama tieša objektu redzamība. Negatīvie ir tas, ka mikroviļņu starojums nav drošs videi.
Mēs iesakām noskatīties videoklipu, kurā šī problēma tiek apskatīta sīkāk:
Noslēgumā es vēlētos atzīmēt, ka bezvadu elektrības pārraide noteikti ir ērta ikdienas lietošanai, taču tai ir savi plusi un mīnusi. Ja mēs runājam par šādu tehnoloģiju izmantošanu sīkrīku uzlādēšanai, plus ir tas, ka jums nav pastāvīgi jāievieto un jānoņem spraudnis no viedtālruņa savienotāja, attiecīgi, savienotājs neizdosies. Negatīvie ir zemā efektivitāte, ja viedtālrunim enerģijas zudumi nav nozīmīgi (daži vati), tad elektromobiļa bezvadu uzlādēšanai - tā ir ļoti liela problēma. Šīs tehnoloģijas attīstības galvenais mērķis ir palielināt instalācijas efektivitāti, jo, ņemot vērā plaši izplatītās sacensības par enerģijas taupīšanu, zemas efektivitātes tehnoloģiju izmantošana ir ļoti apšaubāma.
Līdzīgi materiāli:
Notiek ielāde ...
