Kraftoverføring over en avstand uten ledninger
Utviklingshistorie
Utviklingen av elektrisk kraftoverføring uten ledninger over en avstand er assosiert med fremgang innen radioteknikk, siden begge prosessene er av samme art. Oppfinnelsene i begge områder er assosiert med studiet av metoden for elektromagnetisk induksjon og dens virkninger på dannelse av elektrisk strøm.
I 1820 A.M. Ampere oppdaget loven om interaksjon av strømmer, som besto i det faktum at hvis strømmen flyter langs to nært beliggende ledere i en retning, så blir de tiltrukket av hverandre, og hvis de er i forskjellige, så frastøter de.
I 1831 etablerte M. Faraday i løpet av eksperimentene at et vekslende (varierende i størrelsesorden og retning i tid) magnetfelt generert av strømmen av elektrisk strøm induserer (induserer) strømmer i nærliggende ledere. dvs. det er en overføring av strøm uten ledninger. I detalj Faradays lov vi vurderte i artikkelen tidligere.
Vel, J.K. Maxwell, 33 år senere, i 1864, overførte Faradays eksperimentelle data til en matematisk form, og Maxwells ligninger er selv grunnleggende i elektrodynamikk. De beskriver hvordan elektrisk strøm og elektromagnetisk felt er relatert.
Eksistensen av elektromagnetiske bølger ble bekreftet i 1888 av G. Hertz, i løpet av eksperimentene hans med en gnisttransmitter med en hakker på en Rumkorf-spole. Dermed ble det produsert EM-bølger med en frekvens på opptil en halv gigahertz. Det er verdt å merke seg at disse bølgene kan mottas av flere mottakere, men de må være innstilt i resonans med senderen. Området for installasjonen var rundt 3 meter. Da det oppsto en gnist i senderen, skjedde det samme på mottakerne. Faktisk er dette de første eksperimentene på overføring av elektrisitet uten ledninger.
Inngående forskning ble utført av den berømte forskeren Nikola Tesla. Han studerte vekselstrøm av høyspenning og frekvens i 1891. Som et resultat ble konklusjonene trukket:
For hvert spesifikt formål må du stille inn installasjonen til riktig frekvens og spenning. Høyfrekvens er imidlertid ikke en forutsetning. De beste resultatene ble oppnådd med en frekvens på 15-20 kHz og en senderspenning på 20 kV. For å oppnå en høyfrekvent strøm og spenning ble en oscillerende kondensatorutladning brukt. Dermed er det mulig å overføre både strøm og produsere lys.
Forskeren demonstrerte i sine taler og foredrag glødene til lamper (vakuumrør) under påvirkning av et høyfrekvent elektrostatisk felt.Egentlig var hovedkonklusjonene til Tesla at selv når det gjelder resonanssystemer, kan ikke mye energi overføres ved hjelp av en elektromagnetisk bølge.
Parallelt var et antall forskere frem til 1897 engasjert i lignende studier: Jagdish Boche i India, Alexander Popov i Russland og Guglielmo Marconi i Italia.
Hver av dem har bidratt til utviklingen av trådløs kraftoverføring:
- J. Boche i 1894, antente krutt og overførte strøm til en avstand uten ledninger. Dette gjorde han på en demonstrasjon i Calcutta.
- A. Popov i 25. april (7. mai), 1895 ved bruk av Morse-koden overførte den første meldingen.
- I 1896 sendte G. Marconi i Storbritannia også et radiosignal (Morse-kode) over en avstand på 1,5 km, senere 3 km på Salisbury-sletten.
Det er verdt å merke seg at Teslas arbeid, som på en gang ble undervurdert og tapt i århundrer, overskredet arbeidene til samtidens arbeid med hensyn til parametere og evner. På samme tid, nemlig i 1896, overførte enhetene hans et signal over lange avstander (48 km), dessverre var det en liten mengde strøm.
Og i 1899 kom Tesla til konklusjonen:
Svikt i induksjonsmetoden virker enorm sammenlignet med metoden for eksitering av en ladning av jord og luft.
Disse konklusjonene vil føre til andre studier, i 1900 klarte han å drive en lampe fra en spole utført i felt, og i 1903 ble Wondercliff-tårnet på Long Island lansert. Den besto av en transformator med en jordet sekundærvikling, og på toppen sto en kobber sfærisk kuppel. Med sin hjelp viste det seg å tenne 200 50-watts lamper. Samtidig var senderen 40 km fra den. Dessverre ble disse studiene avbrutt, finansieringen ble avbrutt, og gratis overføring av elektrisitet uten ledninger var ikke økonomisk levedyktig for forretningsfolk. Tårnet ble ødelagt i 1917.
I disse dager
Trådløs kraftoverføringsteknologi har tatt et stort skritt fremover, hovedsakelig innen dataoverføring. Så betydelig suksess ble oppnådd ved radiokommunikasjon, trådløse teknologier som Bluetooth og Wi-fi. Ingen spesielle nyvinninger skjedde, hovedsakelig frekvensene endret, signalkrypteringsmetodene, signalrepresentasjonen byttet fra analog til digital.
Hvis vi snakker om overføring av elektrisitet uten ledninger til elektrisk utstyr, er det verdt å nevne at forskere fra Massachusetts Institute i 2007 overførte 2 meter energi og tente en 60-watts pære på denne måten. Denne teknologien kalles WiTricity, den er basert på den elektromagnetiske resonansen til mottakeren og senderen. Det er verdt å merke seg at mottakeren mottar omtrent 40-45% av strømmen. Et generalisert diagram av en enhet for overføring av energi gjennom et magnetfelt er vist på figuren nedenfor:
Videoen viser et eksempel på bruken av denne teknologien for lading av et elektrisk kjøretøy. Hovedpoenget er at en mottaker er festet til bunnen av elbilen, og en sender er installert på gulvet i garasjen eller andre steder.
Du må parkere maskinen slik at mottakeren er plassert over senderen. Enheten overfører mye strøm uten ledninger - fra 3,6 til 11 kW i timen.
Selskapet vurderer fremover levering av strøm med slik teknologi og husholdningsapparater, samt hele leiligheten som helhet. I 2010 introduserte Haier en trådløs TV som mottar strøm ved hjelp av lignende teknologi, samt et trådløst videosignal. Andre ledende selskaper, som Intel og Sony, gjennomfører også en slik utvikling.
I hverdagen blir trådløse kraftoverføringsteknologier mye brukt, for eksempel for å lade en smarttelefon. Prinsippet er likt - det er en sender, det er en mottaker, virkningsgraden er omtrent 50%, dvs. For en kostnad på 1A vil senderen forbruke 2A. Senderen kalles vanligvis en base i slike sett, og delen som kobles til telefonen er mottakeren eller antennen.
En annen nisje er trådløs overføring av strøm ved hjelp av mikrobølger eller en laser.Dette gir en større virkningsradius enn et par meter, noe som gir magnetisk induksjon. I mikrobølgemetoden er en rektenna (ikke-lineær antenne for å konvertere en elektromagnetisk bølge til likestrøm) installert på mottakeranordningen, og senderen styrer strålingen i denne retningen. I denne versjonen av trådløs overføring av elektrisitet er det ikke behov for direkte synlighet av gjenstander. Ulempen er at mikrobølgestråling ikke er trygt for miljøet.
Vi anbefaler at du ser på en video som saken vurderes nærmere:
Avslutningsvis vil jeg merke at trådløs overføring av elektrisitet absolutt er praktisk å bruke i hverdagen, men det har sine fordeler og ulemper. Hvis vi snakker om bruk av slike teknologier for å lade gadgets, er pluss at du ikke trenger å sette inn og fjerne støpselet fra kontakten på smarttelefonen din, henholdsvis vil ikke kontakten svikte. Ulempen er den lave effektiviteten, hvis energitapet for en smarttelefon ikke er betydelig (noen få watt), er det et veldig stort problem for trådløs lading av en elbil. Hovedmålet med utviklingen i denne teknologien er å øke effektiviteten av installasjonen, fordi på bakgrunn av et utbredt løp for energibesparing, er bruken av laveffektivitetsteknologier veldig tvilsom.
Lignende materialer:
Laster inn ...
