Langaton sähkönsiirto mahdollistaa merkittäviä edistysaskeleita teollisuudessa ja sovelluksissa, jotka riippuvat liittimen fyysisestä kosketuksesta. Se puolestaan voi olla epäluotettava ja johtaa epäonnistumiseen. Ensimmäisen kerran langattoman sähkön siirron esitteli Nikola Tesla 1890-luvulla. Kuitenkin vasta viimeisen vuosikymmenen aikana teknologiaa on käytetty niin pitkälle, että se tarjoaa todellisia, konkreettisia etuja tosielämän sovelluksille. Erityisesti resonoivan langattoman tehojärjestelmän kehittäminen kulutuselektroniikkamarkkinoille on osoittanut, että induktiivinen lataus tuo uusia käyttömukavuustasoja miljooniin jokapäiväisiin laitteisiin.
Kyseinen voima tunnetaan yleisesti monilla termeillä. Sisältää induktiivisen lähetyksen, tiedonsiirron, resonoivan langattoman verkon ja saman jännitteen palautuksen. Jokainen näistä ehdoista kuvaa olennaisesti samaa perusprosessia. Langaton sähkön tai tehon siirto virtalähteestä kuormajännitteeseen ilman liittimiä ilmaraon kautta. Perusta on kaksi kelaa- lähetin ja vastaanotin. Ensimmäinen saa jännitteen vaihtovirralla magneettikentän muodostamiseksi, joka puolestaan indusoi jännitteen toisessa.
Kuinka kyseinen järjestelmä toimii
Langattoman tehon perusteisiin kuuluu tehon jakaminen lähettimestä vastaanottimeen värähtelevän magneettikentän kautta. Tämän saavuttamiseksi teholähteen syöttämä tasavirta muunnetaan suurtaajuiseksi vaihtovirraksi. Erityisesti suunniteltu elektroniikka, joka on sisäänrakennettu lähettimeen. Vaihtovirta aktivoi annostelijassa olevan kuparilangan kelan, joka synnyttää magneettikentän. Kun toinen (vastaanottava) käämi on sijoitettu lähelle. Magneettikenttä voi indusoida vaihtovirran vastaanottokäämiin. Ensimmäisen laitteen elektroniikka muuntaa sitten vaihtovirran takaisin tasavirtaan, josta tulee virrankulutus.
Langaton tehonsiirtomalli
Verkkojännite muunnetaan AC-signaaliksi, joka lähetetään sitten lähetinkelaan elektronisen piirin kautta. Virtaus jakajan käämin läpi indusoi magneettikentän. Se puolestaan voi levitä vastaanotinkelaan, joka on suhteellisen lähellä. Magneettikenttä synnyttää sitten virran, joka kulkee vastaanottavan laitteen käämin läpi. Prosessia, jolla energia jakautuu lähetys- ja vastaanottokäämien välillä, kutsutaan myös magneettiseksi tai resonanssikytkennäksi. Ja se saavutetaan molempien samalla taajuudella toimivien käämien avulla. Vastaanottimen kelassa kulkeva virta,muunnetaan DC:ksi vastaanotinpiirin toimesta. Sitä voidaan sitten käyttää laitteen virtalähteenä.
Mitä resonanssi tarkoittaa
Etäisyys, jolla energiaa (tai tehoa) voidaan siirtää, kasvaa, jos lähetin- ja vastaanotinkelat resonoivat samalla taajuudella. Aivan kuten äänihaarukka värähtelee tietyllä korkeudella ja voi saavuttaa maksimiamplitudinsa. Se viittaa taajuuteen, jolla esine luonnollisesti värähtelee.
Langattoman tiedonsiirron edut
Mitä hyödyt ovat? Plussat:
- vähentää suorien liittimien ylläpitoon liittyviä kustannuksia (esim. perinteisessä teollisessa liukurenkaassa);
- parempi käyttömukavuus tavallisten elektronisten laitteiden lataamiseen;
- turvallinen siirto sovelluksiin, joiden on pysyttävä hermeettisesti suljettuina;
- elektroniikka voidaan piilottaa kokonaan, mikä vähentää korroosion riskiä elementtien, kuten hapen ja veden, aiheuttaman;
- luotettava ja tasainen virtalähde pyöriville, erittäin liikkuville teollisuuslaitteille;
- varmistaa luotettavan voimansiirron kriittisiin järjestelmiin märissä, likaisissa ja liikkuvissa ympäristöissä.
Sovelluksesta riippumatta fyysisen yhteyden poistaminen tarjoaa monia etuja perinteisiin kaapelivirtaliittimiin verrattuna.
Kyseessä olevan energiansiirron tehokkuus
Langattoman sähköjärjestelmän kokonaistehokkuus on tärkein tekijä sen määrittämisessäesitys. Järjestelmän tehokkuus mittaa virtalähteen (eli pistorasian) ja vastaanottavan laitteen välillä siirretyn tehon määrää. Tämä puolestaan määrittää näkökohdat, kuten latausnopeuden ja etenemisalueen.
Langattomien viestintäjärjestelmien tehokkuus vaihtelee riippuen tekijöistä, kuten kelan kokoonpanosta ja suunnittelusta sekä lähetysetäisyydestä. Tehokkaampi laite tuottaa enemmän päästöjä ja vähentää vastaanottavan laitteen läpi kulkevaa tehoa. Tyypillisesti älypuhelimien k altaisten laitteiden langattomat tehonsiirtotekniikat voivat saavuttaa 70 % suorituskyvyn.
Miten suorituskykyä mitataan
Merkitys tehon määränä (prosentteina), joka lähetetään virtalähteestä vastaanottavaan laitteeseen. Toisin sanoen älypuhelimen langaton virransiirto, jonka hyötysuhde on 80 %, tarkoittaa, että 20 % syöttötehosta katoaa seinäpistorasian ja ladattavan laitteen akun välillä. Työtehokkuuden mittauskaava on: suorituskyky=DC-lähtö jaettuna tulolla, kerro tulos 100%.
Langaton sähkönsiirto
Tehoa voidaan jakaa tarkasteltavan verkon yli lähes kaikkien ei-metallisten materiaalien kautta, mukaan lukien mutta ei rajoittuen. Näitä ovat kiinteät aineet, kuten puu, muovi, tekstiilit, lasi ja tiilet sekä kaasut ja nesteet. Kun metalli taiSähköä johtava materiaali (eli hiilikuitu) sijoitetaan sähkömagneettisen kentän välittömään läheisyyteen, esine imee siitä tehoa ja lämpenee sen seurauksena. Tämä puolestaan vaikuttaa järjestelmän tehokkuuteen. Näin induktiokeitto toimii, esimerkiksi tehoton tehonsiirto keittotasolta luo lämpöä ruoanlaittoon.
Langattoman voimansiirtojärjestelmän luomiseksi sinun on palattava aiheen alkuun. Tai pikemminkin menestyneelle tiedemiehelle ja keksijälle Nikola Teslalle, joka loi ja patentoi generaattorin, joka voi ottaa virtaa ilman erilaisia materialistisia johtimia. Joten langattoman järjestelmän toteuttamiseksi on tarpeen koota kaikki tärkeät elementit ja osat, minkä seurauksena toteutetaan pieni Tesla-kela. Tämä on laite, joka luo korkeajännitteisen sähkökentän ympärillään olevaan ilmaan. Siinä on pieni syöttöteho, se tarjoaa langattoman tehonsiirron etäältä.
Yksi tärkeimmistä tavoista siirtää energiaa on induktiivinen kytkentä. Sitä käytetään pääasiassa lähikentällä. Sille on ominaista se, että kun virta kulkee yhden johtimen läpi, toisen johdon päihin indusoituu jännite. Tehonsiirto tapahtuu kahden materiaalin välisen vastavuoroisuuden avulla. Yleinen esimerkki on muuntaja. Mikroa altoenergian siirron ideana kehitti William Brown. Koko konsepti sisältää vaihtovirran muuntamisen RF-tehoksi ja sen lähettämisen avaruuden läpi ja takaisinvaihtuva teho vastaanottimessa. Tässä järjestelmässä jännite tuotetaan käyttämällä mikroa altoenergian lähteitä. kuten klystron. Ja tämä teho välitetään lähetysantenniin a altoputken kautta, joka suojaa heijastuneelta teholta. Sekä viritin, joka sovittaa mikroa altolähteen impedanssin muihin elementteihin. Vastaanottava osa koostuu antennista. Se hyväksyy mikroa altouunin tehon ja impedanssin sovituspiirin ja suodattimen. Tämä vastaanottoantenni voi yhdessä tasasuuntauslaitteen kanssa olla dipoli. Vastaa ulostulosignaalia samanlaisella tasasuuntausyksikön äänihälytyksellä. Vastaanotinlohko koostuu myös vastaavasta osasta, joka koostuu diodeista, joita käytetään signaalin muuntamiseen DC-hälytykseksi. Tämä siirtojärjestelmä käyttää taajuuksia välillä 2 GHz - 6 GHz.
Langaton sähkönsiirto Brovinin kuljettajan avulla, joka toteutti generaattorin käyttämällä samanlaisia magneettisia värähtelyjä. Tärkeintä on, että tämä laite toimi kolmen transistorin ansiosta.
Lasersäteen käyttäminen tehon lähettämiseen valoenergian muodossa, joka muunnetaan sähköenergiaksi vastaanottopäässä. Itse materiaali saa virtaa suoraan käyttämällä lähteitä, kuten aurinkoa tai mitä tahansa sähkögeneraattoria. Ja vastaavasti toteuttaa korkean intensiteetin fokusoidun valon. Säteen koon ja muodon määrää optiikkasarja. Ja tämä lähetetty laservalo vastaanotetaan aurinkokennoilla, jotka muuttavat sen sähköisiksi signaaleiksi. Hän yleensä käyttääkuituoptiset kaapelit siirtoon. Kuten perusaurinkovoimajärjestelmässä, laserpohjaisessa etenemisessä käytettävä vastaanotin on joukko aurinkokennoja tai aurinkopaneelia. Ne puolestaan voivat muuntaa epäkoherentin monokromaattisen valon sähköksi.
Laitteen keskeiset ominaisuudet
Tesla-kelan teho piilee prosessissa, jota kutsutaan sähkömagneettiseksi induktioksi. Eli muuttuva kenttä luo potentiaalia. Se saa virran kulkemaan. Kun sähkö virtaa lankakelan läpi, se synnyttää magneettikentän, joka täyttää kelan ympärillä olevan alueen tietyllä tavalla. Toisin kuin jotkut muut korkeajännitekokeet, Tesla-käämi on kestänyt monia testejä ja kokeita. Prosessi oli melko työläs ja pitkä, mutta tulos oli onnistunut, ja siksi tiedemies patentoi onnistuneesti. Voit luoda tällaisen kelan tiettyjen komponenttien läsnä ollessa. Toteutukseen tarvitaan seuraavat materiaalit:
- pituus 30 cm PVC (mitä enemmän sen parempi);
- emaloitu kuparilanka (toisiolanka);
- koivulevy pohjalle;
- 2222A-transistori;
- liitäntä (ensisijainen) johto;
- vastus 22 kΩ;
- kytkimet ja liitäntäjohdot;
- 9 voltin akku.
Tesla-laitteen käyttöönottovaiheet
Ensin sinun on laitettava pieni rako putken yläosaan kietoaksesi langan toisen päännoin. Kierrä kela hitaasti ja varovasti, varo, ettet mene päällekkäin johtojen kanssa tai luo rakoja. Tämä vaihe on vaikein ja tylsin osa, mutta käytetty aika antaa erittäin laadukkaan ja hyvän kelan. Noin 20 kierroksen välein käämityksen ympärille asetetaan maalarinteippirenkaat. Ne toimivat esteenä. Jos kela alkaa purkautua. Kun olet valmis, kääri paksu teippi käämin ylä- ja alaosan ympärille ja suihkuta siihen 2 tai 3 kerrosta emalia.
Sitten sinun on liitettävä ensiö- ja toisioakku akkuun. Jälkeen - kytke transistori ja vastus päälle. Pienempi käämi on ensiökäämi ja pidempi käämi on toisiokäämi. Voit halutessasi asentaa alumiinipallon putken päälle. Liitä myös toisioyksikön avoin pää lisättyyn, joka toimii antennina. Varo koskettamasta toissijaista laitetta, kun virta on kytkettynä.
On olemassa tulipalon vaara, jos myyt itse. Sinun täytyy kääntää kytkin, asentaa hehkulamppu langattoman voimansiirtolaitteen viereen ja nauttia valoshowsta.
Langaton tiedonsiirto aurinkovoimajärjestelmän kautta
Perinteiset langalliset virranjakelukokoonpanot vaativat yleensä johdot hajautettujen laitteiden ja kuluttajayksiköiden välillä. Tämä luo paljon rajoituksia järjestelmän kustannuksinakaapelikustannukset. Lähetyksessä syntyneet tappiot. Samoin jätteet jakelussa. Pelkästään siirtojohdon vastus johtaa noin 20-30 %:n menetykseen tuotetusta energiasta.
Yksi nykyaikaisimmista langattomista voimansiirtojärjestelmistä perustuu aurinkoenergian siirtoon mikroa altouunin tai lasersäteen avulla. Satelliitti on sijoitettu geostationaariselle kiertoradalle ja se koostuu aurinkokennoista. Ne muuttavat auringonvalon sähkövirraksi, jota käytetään mikroa altogeneraattorin tehonlähteenä. Ja vastaavasti ymmärtää mikroa altojen tehon. Tämä jännite lähetetään radioviestinnällä ja vastaanotetaan tukiasemalla. Se on antennin ja tasasuuntaajan yhdistelmä. Ja se muunnetaan takaisin sähköksi. Vaatii vaihto- tai tasavirtaa. Satelliitti voi lähettää jopa 10 MW RF-tehoa.
Kun puhutaan DC-jakelujärjestelmästä, sekään on mahdotonta. Koska se vaatii liittimen virtalähteen ja laitteen välille. On sellainen kuva: järjestelmä on täysin vailla johtoja, joista voit saada vaihtovirtaa koteihin ilman lisälaitteita. Missä on mahdollista ladata matkapuhelinta ilman fyysistä yhteyttä pistorasiaan. Toki tällainen järjestelmä on mahdollinen. Ja monet nykyaikaiset tutkijat yrittävät luoda jotain modernisoitua, kun he tutkivat roolia kehittää uusia menetelmiä langattomaan sähkönsiirtoon etäältä. Vaikka taloudellisen komponentin näkökulmasta v altioille näin ei oleon varsin kannattavaa, jos tällaisia laitteita otetaan käyttöön kaikkialla ja korvataan tavallinen sähkö luonnonsähköllä.
Langattomien järjestelmien alkuperä ja esimerkkejä
Tämä konsepti ei ole varsinaisesti uusi. Koko tämän idean kehitti Nicholas Tesla vuonna 1893. Kun hän kehitti tyhjiöputkien valaisemisjärjestelmän langattomilla siirtotekniikoilla. On mahdotonta kuvitella, että maailma olisi olemassa ilman erilaisia maksun lähteitä, jotka ilmaistaan aineellisessa muodossa. Mahdollistaa matkapuhelimien, kotirobottien, MP3-soittimien, tietokoneiden, kannettavien tietokoneiden ja muiden kuljetettavien laitteiden lataamisen yksinään ilman lisäyhteyksiä, mikä vapauttaa käyttäjät jatkuvista kaapeleista. Jotkut näistä laitteista eivät välttämättä edes vaadi suurta määrää elementtejä. Langattoman voimansiirron historia on melko rikas, ja se johtuu pääasiassa Teslan, Voltan jne. kehityksestä. Mutta nykyään se on vain fysiikan tietoa.
Perusperiaate on muuntaa vaihtovirta tasajännitteeksi tasasuuntaajien ja suodattimien avulla. Ja sitten - paluu alkuperäiseen arvoon korkealla taajuudella inverttereillä. Tämä matalajännite, voimakkaasti värähtelevä AC-teho siirretään sitten ensiömuuntajasta toisiomuuntajaan. Muunnetaan tasajännitteeksi tasasuuntaajan, suodattimen ja säätimen avulla. AC-signaalista tulee suoravirran äänen ansiosta. Samoin kuin siltatasasuuntaajaosan käyttö. Vastaanotettu DC-signaali johdetaan takaisinkytkentäkäämin läpi, joka toimii oskillaattoripiirinä. Samalla se pakottaa transistorin johtamaan sen ensisijaiseen muuntimeen suunnassa vasemm alta oikealle. Kun virta kulkee takaisinkytkentäkäämin läpi, vastaava virta kulkee muuntajan ensiöpuolelle oike alta vasemmalle.
Näin ultraääni-energiansiirtomenetelmä toimii. Signaali generoidaan anturin kautta AC-hälytyksen molemmille puolijaksoille. Äänen taajuus riippuu generaattoripiirien värähtelyn kvantitatiivisista indikaattoreista. Tämä AC-signaali ilmestyy muuntajan toisiokäämiin. Ja kun se on kytketty toisen kohteen muuntimeen, AC-jännite on 25 kHz. Sen läpi näkyy lukema alennusmuuntajassa.
Tämä vaihtojännite tasataan siltatasasuuntaajalla. Ja sitten suodatettiin ja säädettiin, jotta saadaan 5 V ulostulo LEDin ohjaamiseen. Kondensaattorin 12 V lähtöjännitettä käytetään DC-puh altimen moottorin käynnistämiseen. Joten fysiikan näkökulmasta sähkön siirto on melko kehittynyt alue. Kuten käytäntö osoittaa, langattomia järjestelmiä ei kuitenkaan ole täysin kehitetty ja parannettu.
