Transmisia de putere pe distanță fără fire
Istoria dezvoltării
Dezvoltarea transmisiei de energie electrică fără fire pe distanță este asociată cu progresul în domeniul ingineriei radio, deoarece ambele procese sunt de aceeași natură. Invențiile din ambele domenii sunt asociate cu studiul metodei de inducție electromagnetică și efectele acesteia asupra formării curentului electric.
În 1820 A.M. Ampere a descoperit legea interacțiunii curenților, care consta în faptul că, dacă curentul curge de-a lungul a doi conductori strâns situați într-o direcție, atunci ei sunt atrași unul de celălalt, și dacă sunt diferiți, atunci ei se resping.
În 1831, M. Faraday a stabilit în timpul experimentelor că un câmp magnetic alternativ (care variază ca mărime și direcție în timp), generat de fluxul de curent electric induce (induce) curenți în conductoarele din apropiere. Acestea. există o transmisie de energie electrică fără fire. Detaliat Legea lui Faraday Am avut în vedere în articol mai devreme.
Ei bine, J. K. Maxwell, 33 de ani mai târziu, în 1864, a transferat datele experimentale ale lui Faraday într-o formă matematică, iar ecuațiile lui Maxwell în sine sunt fundamentale în electrodinamică. Acestea descriu legătura dintre curentul electric și câmpul electromagnetic.
Existența undelor electromagnetice a fost confirmată în 1888 de G. Hertz, în timpul experimentelor sale cu un emițător cu scânteie cu un tocător pe o bobină Rumkorf. Astfel, au fost produse unde EM cu o frecvență de până la jumătate de gigahertz. Este demn de remarcat faptul că aceste unde pot fi primite de mai mulți receptori, dar trebuie reglați în rezonanță cu emițătorul. Domeniul de instalare a fost de aproximativ 3 metri. Când a apărut o scânteie în emițător, același lucru s-a produs și pe receptoare. De fapt, acestea sunt primele experimente cu privire la transmisia de electricitate fără fire.
Cercetări aprofundate au fost efectuate de celebrul savant Nikola Tesla. A studiat curentul alternativ de înaltă tensiune și frecvență în 1891. Drept urmare, concluziile au fost trase:
Pentru fiecare scop specific, trebuie să reglați instalarea la frecvența și tensiunea corespunzătoare. Cu toate acestea, frecvența ridicată nu este o condiție prealabilă. Cele mai bune rezultate au fost obținute la o frecvență de 15-20 kHz și o tensiune de emițător de 20 kV. Pentru a obține un curent și o tensiune de înaltă frecvență, a fost utilizată o descărcare a condensatorului oscilator. Astfel, este posibil să se transmită atât energie electrică, cât și să producă lumină.
Omul de știință din discursurile și prelegerile sale a demonstrat strălucirea lămpilor (tuburilor vidate) sub influența unui câmp electrostatic de înaltă frecvență.De fapt, principalele concluzii ale Tesla au fost că, chiar și în cazul utilizării sistemelor rezonante, multă energie nu poate fi transmisă folosind o undă electromagnetică.
În paralel, un număr de oameni de știință până în 1897 s-au angajat în studii similare: Jagdish Boche în India, Alexander Popov în Rusia și Guglielmo Marconi în Italia.
Fiecare dintre ele a contribuit la dezvoltarea transmisiei de energie wireless:
- J. Boche, în 1894, a aprins praful de pușcă, transmitând electricitate la distanță, fără fire. El a făcut acest lucru la o demonstrație la Calcutta.
- A. Popov în 25 aprilie (7 mai) 1895 folosind codul Morse a transmis primul mesaj.
- În 1896, G. Marconi din Marea Britanie a transmis și un semnal radio (cod Morse) pe o distanță de 1,5 km, mai târziu 3 km pe Câmpia Salisbury.
De remarcat este faptul că opera lui Tesla, subestimată la un moment dat și pierdută de secole, a depășit activitatea contemporanilor săi în ceea ce privește parametrii și capacitățile. În același timp, și anume în 1896, dispozitivele sale au transmis un semnal pe distanțe lungi (48 km), din păcate, era o cantitate mică de electricitate.
Iar până în 1899, Tesla a ajuns la concluzia:
Eșecul metodei de inducție pare enorm în comparație cu metoda de excitare a încărcării pământului și a aerului.
Aceste concluzii vor conduce la alte studii, în 1900 a reușit să alimenteze o lampă dintr-o bobină efectuată pe câmp, iar în 1903 a fost lansat turnul Wondercliff de pe Long Island. Era alcătuit dintr-un transformator cu o înfășurare secundară împământată, iar pe partea superioară se afla o cupolă sferică de cupru. Cu ajutorul său, s-a dovedit să aprindă 200 de lămpi de 50 de wați. În același timp, emițătorul se afla la 40 km de acesta. Din păcate, aceste studii au fost întrerupte, finanțarea a fost întreruptă, iar transmiterea gratuită a energiei electrice fără fire nu a fost viabilă economic pentru oamenii de afaceri. Turnul a fost distrus în 1917.
In zilele de azi
Tehnologiile wireless de transmisie a energiei au făcut un mare pas înainte, în principal în domeniul transmisiei de date. Așadar, un succes semnificativ a fost obținut prin comunicațiile radio, tehnologiile wireless, cum ar fi Bluetooth și Wi-fi. Nu s-au produs inovații speciale, în principal frecvențele schimbate, metodele de criptare a semnalului, reprezentarea semnalului a trecut de la analog la digital.
Dacă vorbim despre transmisia de energie electrică fără fire către echipamentele electrice, merită menționat faptul că, în 2007, cercetătorii de la Institutul Massachusetts au transferat 2 metri de energie și au aprins în acest fel un bec de 60 de wați. Această tehnologie se numește WiTricity, se bazează pe rezonanța electromagnetică a receptorului și transmițătorului. De remarcat că receptorul primește aproximativ 40-45% din energia electrică. În figura de mai jos este prezentată o diagramă generalizată a unui dispozitiv pentru transmiterea energiei printr-un câmp magnetic:
Videoclipul prezintă un exemplu de aplicare a acestei tehnologii pentru încărcarea unui vehicul electric. Concluzia este că un receptor este atașat la partea inferioară a mașinii electrice, iar un emițător este instalat pe podea în garaj sau în altă parte.
Trebuie să parcați mașina astfel încât receptorul să fie poziționat deasupra transmițătorului. Aparatul transferă multă energie electrică fără fire - de la 3,6 la 11 kW pe oră.
În viitor, compania are în vedere furnizarea de energie electrică cu o astfel de tehnologie și electrocasnice, precum și întregul apartament în ansamblu. În 2010, Haier a introdus un televizor wireless care primește energie folosind tehnologie similară, precum și video wireless. Alte companii de frunte, precum Intel și Sony, realizează și astfel de dezvoltări.
În viața de zi cu zi, tehnologiile de transmisie fără fir sunt utilizate pe scară largă, de exemplu, pentru a încărca un smartphone. Principiul este similar - există un emițător, există un receptor, eficiența este de aproximativ 50%, adică. pentru o taxă de 1A, emițătorul va consuma 2A. Transmițătorul este de obicei numit bază în astfel de seturi, iar partea care se conectează la telefon este receptorul sau antena.
O altă nișă este transmisia wireless a energiei electrice folosind microunde sau un laser.Aceasta oferă o rază de acțiune mai mare decât câțiva metri, ceea ce oferă inducție magnetică. În metoda cu microunde, pe dispozitivul receptor este instalată o antenă (antena neliniară pentru transformarea unei unde electromagnetice în curent continuu), iar emițătorul își direcționează radiația în această direcție. În această versiune a transmisiei fără fir a energiei electrice nu este necesară vizibilitatea directă a obiectelor. Dezavantajul este că radiațiile cu microunde nu sunt sigure pentru mediu.
Vă recomandăm să vizionați un videoclip pe care problema este considerată mai detaliat:
În concluzie, aș dori să notez că transmisia wireless a energiei electrice este cu siguranță convenabilă pentru utilizare în viața de zi cu zi, dar are avantajele și contra. Dacă vorbim despre utilizarea unor astfel de tehnologii pentru încărcarea gadgeturilor, plus este că nu trebuie să introduceți și să înlăturați permanent fișa din conectorul smartphone-ului dvs., respectiv conectorul nu va eșua. Dezavantajul este eficiența scăzută, dacă pentru un smartphone pierderea de energie nu este semnificativă (câțiva wați), atunci pentru încărcarea wireless a unei mașini electrice - aceasta este o problemă foarte mare. Scopul principal al dezvoltării în această tehnologie este creșterea eficienței instalației, deoarece pe fondul unei curse răspândite pentru conservarea energiei, utilizarea tehnologiilor cu eficiență scăzută este foarte îndoielnică.
Materiale similare:
Se încarcă...
