Draadloze transmissie van elektriciteit. Operatie principe

Toen Apple zijn eerste draadloze oplader voor mobiele telefoons en gadgets introduceerde, beschouwden velen het als een revolutie en een enorme sprong voorwaarts in draadloze stroomvoorziening.

Maar waren ze pioniers of zelfs vóór hen, is iemand erin geslaagd om iets soortgelijks te doen, maar zonder goede marketing en PR? Het blijkt dat er bovendien heel lang geleden waren en dat er veel van dergelijke uitvinders waren.

Dus in 1893 demonstreerde de beroemde Nikola Tesla aan het verbaasde publiek de gloed van fluorescentielampen. Ondanks het feit dat ze allemaal zonder draden waren.

Nu kan elke student zo'n truc herhalen door een open veld in te gaan en met een fluorescentielamp onder een hoogspanningslijn van 220 kV en hoger te staan.

Even later lukte het Tesla al om op dezelfde draadloze manier een fosforgloeilamp aan te steken.

In Rusland liet A. Popov in 1895 's werelds eerste radio-ontvanger in werking zien. Maar over het algemeen is dit ook een draadloze overdracht van energie.

De belangrijkste vraag en tegelijkertijd het probleem van de hele technologie van draadloos opladen en soortgelijke methoden ligt in twee punten:

• hoe ver kan elektriciteit op deze manier worden overgedragen

• en hoeveel

Laten we om te beginnen eens kijken hoeveel elektrische apparaten en huishoudelijke apparaten om ons heen hebben. Zo heeft een telefoon, smartwatch of tablet maximaal 10-12W nodig.

De laptop heeft meer verzoeken - 60-80W. Dit is te vergelijken met een gemiddelde gloeilamp. Maar huishoudelijke apparaten, vooral keukenapparatuur, verbruiken al enkele duizenden watt.

Daarom is het erg belangrijk om niet te besparen op het aantal stopcontacten in de keuken.

Dus wat zijn de methoden en methoden voor de overdracht van elektrische energie zonder het gebruik van kabels of andere geleiders die de mensheid in de loop der jaren heeft bedacht. En nog belangrijker, waarom ze nog niet zo actief in ons leven zijn geïntroduceerd als we zouden willen.

Neem dezelfde keukenapparatuur. Laten we het in meer detail begrijpen.

Vermogensoverdracht via spoelen

De gemakkelijkst te implementeren manier is om inductoren te gebruiken.

Hier is het principe heel eenvoudig. Er worden 2 spoelen genomen en dicht bij elkaar geplaatst. Een daarvan is horeca. De ander speelt de rol van ontvanger.

Wanneer de stroom wordt aangepast of gewijzigd in de voeding, verandert automatisch ook de magnetische flux op de tweede spoel. Zoals de wetten van de fysica zeggen, zal in dit geval een EMF ontstaan ​​en deze zal rechtstreeks afhangen van de mate van verandering van deze flux.

Het lijkt erop dat alles eenvoudig is. Maar de gebreken bederven het hele rooskleurige plaatje. Drie nadelen:

• weinig kracht

Zo zet je geen grote volumes over en kun je geen krachtige apparaten aansluiten. En als je dit probeert, smelt dan gewoon alle windingen.

• korte afstand

Denk er niet eens aan om hier elektriciteit over te hevelen naar tientallen of honderden meters. Deze methode heeft een beperkt effect.

Om fysiek te begrijpen hoe slecht dingen zijn, neem je twee magneten en bedenk je hoe ver ze van elkaar moeten worden verwijderd zodat ze elkaar niet meer aantrekken of afstoten. Dat is ongeveer hetzelfde rendement voor spoelen.

Je kunt natuurlijk bedenken en ervoor zorgen dat deze twee elementen altijd dicht bij elkaar liggen. Bijvoorbeeld een elektrische auto en een speciale oplaadweg.

Maar hoeveel gaat de aanleg van dergelijke snelwegen kosten?

• lage efficiëntie

Een ander probleem is een laag rendement. Het is niet meer dan 40%. Het blijkt dat je op deze manier niet veel elektriciteit over lange afstanden kunt transporteren.

Dezelfde N. Tesla wees hier al in 1899 op. Later stapte hij over op experimenten met atmosferische elektriciteit, in de hoop daarin een aanwijzing en een oplossing voor het probleem te vinden.

Maar hoe nutteloos al deze dingen ook lijken, ze kunnen nog steeds gebruikt worden om prachtige licht- en muziekvoorstellingen te arrangeren.

Of laad apparatuur op die veel groter is dan telefoons. Elektrische fietsen bijvoorbeeld.

Overdracht van laserenergie

Maar hoe breng je meer energie over een grotere afstand over? Denk aan de films waarin we deze technologie heel vaak zien.

Het eerste waar zelfs een schooljongen aan denkt, zijn Star Wars, lasers en lichtzwaarden.

Natuurlijk kunt u met hun hulp een grote hoeveelheid elektriciteit over zeer behoorlijke afstanden overbrengen. Maar nogmaals, een klein probleem bederft alles.

Gelukkig voor ons, maar helaas voor de laser, heeft de aarde een atmosfeer. En het dempt gewoon goed en verbruikt het grootste deel van de totale energie van laserstraling. Daarom moet je met deze technologie de ruimte in.

Op aarde waren er ook pogingen en experimenten om de prestaties van de methode te testen. NASA organiseerde zelfs wedstrijden voor laser draadloze krachtoverbrenging met een prijzenpot van iets minder dan $ 1 miljoen.

Uiteindelijk won Laser Motive. Hun winnende resultaat is 1 km en 0,5 kW continu uitgezonden vermogen. Toegegeven, tijdens het transmissieproces verloren wetenschappers 90% van alle oorspronkelijke energie.

Maar toch, zelfs met een efficiëntie van tien procent, werd het resultaat als succesvol beschouwd.

Bedenk dat een eenvoudige gloeilamp nuttige energie heeft die rechtstreeks naar het licht gaat, en nog minder. Daarom is het voordelig om er infraroodstralers van te maken.

Magnetron

Is er echt geen andere echt werkende manier om elektriciteit draadloos over te brengen? Er is, en het is uitgevonden vóór pogingen en kinderspellen in star wars.

Het blijkt dat speciale microgolven met een lengte van 12 cm (frequentie 2,45 GHz) als het ware transparant zijn voor de atmosfeer en hun voortplanting niet belemmeren.

Hoe slecht het weer ook is, bij het uitzenden met microgolven verlies je slechts vijf procent! Maar hiervoor moet je eerst de elektrische stroom omzetten in microgolven, ze vervolgens opvangen en weer in hun oorspronkelijke staat terugbrengen.

Wetenschappers hebben het eerste probleem heel lang geleden opgelost. Ze bedachten hiervoor een speciaal apparaat en noemden het de magnetron.

Bovendien is het zo professioneel en veilig gedaan dat ieder van jullie tegenwoordig zo'n apparaat in huis heeft. Ga naar de keuken en bekijk je magnetron.

Ze heeft dezelfde magnetron van binnen met een rendement van 95%.

Maar hier is hoe de omgekeerde transformatie te doen? En hier zijn twee benaderingen ontwikkeld:

• Amerikaans

• Sovjet

In de jaren zestig vond de wetenschapper W. Brown in de VS een antenne uit die de vereiste taak vervulde. Dat wil zeggen, het zette de straling die erop viel weer om in een elektrische stroom.

Hij gaf haar zelfs zijn naam - rectenna.

Na de uitvinding volgden experimenten. En in 1975 werd met behulp van een rectenna maar liefst 30 kW vermogen verzonden en ontvangen op een afstand van meer dan een kilometer. Het transmissieverlies was slechts 18%.

Bijna een halve eeuw later heeft niemand deze ervaring tot nu toe kunnen overtreffen. Het lijkt erop dat er een methode is gevonden, dus waarom werden deze rectenna's niet in de massa gelanceerd?

En ook hier komen de tekortkomingen weer naar voren. Rectenna's werden geassembleerd op basis van miniatuurhalfgeleiders. Hun normale taak is om slechts een paar watt vermogen over te dragen.

En als u tientallen of honderden kilowatts wilt overdragen, maak u dan klaar om gigantische panelen te monteren.

En hier verschijnen de onoplosbare moeilijkheden. Ten eerste is het heruitstoot.

Je verliest hierdoor niet alleen een deel van je energie, maar je kunt ook niet dicht bij de panelen komen zonder je gezondheid te verliezen.

De tweede hoofdpijn is de instabiliteit van de halfgeleiders in de panelen. Het is voldoende om er een uit te branden vanwege een kleine overbelasting, en de rest faalt als een lawine, zoals lucifers.

In de USSR waren de zaken enigszins anders. Het was niet tevergeefs dat ons leger er zeker van was dat zelfs met een nucleaire explosie al het buitenlandse materieel onmiddellijk zou uitvallen, maar dat van de Sovjet-Unie niet. Het hele geheim zit in de lampen.

Aan de Staatsuniversiteit van Moskou hebben twee van onze wetenschappers, V. Savin en V. Vanke, de zogenaamde cyclotron-energieomzetter ontworpen. Het heeft een behoorlijke omvang, omdat het is samengesteld op basis van lamptechnologie.

Uiterlijk is dit zoiets als een buis van 40 cm lang en 15 cm in diameter. De efficiëntie van deze lampeenheid is iets minder dan die van het Amerikaanse halfgeleiderding - tot 85%.

Maar in tegenstelling tot halfgeleiderdetectoren heeft de cyclotron-energieomvormer een aantal belangrijke voordelen:

• betrouwbaarheid

• grote kracht

• weerstand tegen overbelasting

• geen teruggave

• lage productiekosten

Ondanks al het bovenstaande worden echter over de hele wereld halfgeleidermethoden voor het implementeren van projecten als geavanceerd beschouwd. Er is hier ook een element van mode.

Na de eerste verschijning van halfgeleiders begon iedereen abrupt de buistechnologie te verlaten. Maar de praktijk leert dat dit vaak de verkeerde aanpak is.

Natuurlijk zijn buismobieltjes van 20 kg per stuk of computers die hele kamers bezetten voor niemand interessant.

Maar soms kunnen alleen beproefde oude methoden ons helpen in uitzichtloze situaties.

Als gevolg hiervan hebben we vandaag drie mogelijkheden om energie draadloos over te dragen. De allereerste van degenen die worden overwogen, wordt beperkt door zowel afstand als kracht.

Maar dit is voldoende om de batterij van een smartphone, tablet of iets groters op te laden. Hoewel de efficiëntie klein is, werkt de methode nog steeds.

De eerste begon veelbelovend. In de jaren 2000 was er op het eiland Réunion behoefte aan een constante transmissie van 10 kW vermogen over een afstand van 1 km.

Door het bergachtige terrein en de lokale vegetatie konden daar geen bovengrondse hoogspanningslijnen of kabellijnen worden aangelegd.

Alle bewegingen op het eiland tot nu toe werden uitsluitend uitgevoerd door helikopters.

Om het probleem op te lossen, werden de knapste koppen uit verschillende landen samengebracht in één team. Met inbegrip van degenen die eerder in het artikel werden genoemd, onze wetenschappers van de Staatsuniversiteit van Moskou V. Vanke en V. Savin.

Op het moment dat men echter zou beginnen met de praktische implementatie en bouw van energiezenders en -ontvangers, werd het project bevroren en stopgezet. En met het uitbreken van de crisis in 2008 hebben ze die volledig losgelaten.

In feite is dit zeer teleurstellend, aangezien het theoretische werk dat daar is gedaan enorm was en het waard was om te worden geïmplementeerd.

Het tweede project ziet er gekker uit dan het eerste. Er worden echter echte fondsen voor uitgetrokken. Het idee zelf werd al in 1968 geuit door een natuurkundige uit de VS, P. Glaser.

Hij stelde op dat moment een niet helemaal normaal idee voor - om een ​​enorme satelliet in een geostationaire baan te brengen op 36.000 km boven de aarde. Plaats daarop zonnepanelen die gratis energie van de zon opvangen.

Dan moet dit alles worden omgezet in een straal microgolfgolven en naar de grond worden gestuurd.

Een soort "ster van de dood" in onze aardse werkelijkheid.

Op de grond moet de straal worden opgevangen door gigantische antennes en worden omgezet in elektriciteit.

Hoe groot moeten deze antennes zijn? Stel je voor dat als de satelliet een diameter heeft van 1 km, de ontvanger op de grond 5 keer groter zou moeten zijn - 5 km (de grootte van de Garden Ring).

Maar grootte is slechts een klein deel van het probleem. Na alle berekeningen bleek dat zo'n satelliet elektriciteit zou opwekken met een vermogen van 5 GW. Bij het bereiken van de grond zou er slechts 2 GW overblijven. Zo levert de Krasnoyarsk HPP 6GW.

Daarom werd zijn idee overwogen, geteld en terzijde geschoven, aangezien alles aanvankelijk op de prijs rustte. De kosten van het ruimtevaartproject liepen in die dagen op tot meer dan $ 1 biljoen.

Maar de wetenschap staat gelukkig niet stil. Technologie wordt steeds beter en goedkoper. Verschillende landen zijn al bezig met de ontwikkeling van zo'n ruimtestation op zonne-energie. Hoewel aan het begin van de twintigste eeuw slechts één briljante persoon genoeg was voor de draadloze transmissie van elektriciteit.

De totale kosten van het project zijn gedaald van het oorspronkelijke naar $ 25 miljard. De vraag blijft: zullen we de implementatie ervan in de nabije toekomst zien?

Helaas kan niemand je een duidelijk antwoord geven. Er worden alleen weddenschappen gesloten op de tweede helft van deze eeuw. Laten we daarom voorlopig tevreden zijn met draadloze opladers voor smartphones en hopen dat wetenschappers hun efficiëntie kunnen verhogen. Nou, of uiteindelijk zal de tweede Nikola Tesla op aarde worden geboren.

Consumptie-ecologie.Technologieën:Wetenschappers van het Amerikaanse Disney Research Laboratory hebben een draadloze oplaadmethode ontwikkeld die kabels en opladers overbodig maakt.

De smartphones, tablets, laptops en andere draagbare apparaten van vandaag hebben een enorme kracht en prestatie. Maar naast alle voordelen van mobiele elektronica heeft het ook een keerzijde: de constante noodzaak om via kabels op te laden. Ondanks alle nieuwe batterijtechnologieën vermindert deze behoefte het gemak van apparaten en beperkt ze hun bewegingsvrijheid.

Wetenschappers van het Amerikaanse Disney Research Laboratory hebben een oplossing gevonden voor dit probleem. Ze ontwikkelden een draadloze oplaadmethode die kabels en opladers overbodig maakte. Bovendien kunt u met hun methode niet alleen gadgets tegelijkertijd opladen, maar bijvoorbeeld ook huishoudelijke apparaten en verlichting.

"Onze innovatieve methode maakt elektrische stroom net zo alomtegenwoordig als wifi", zegt Alanson Semple, een van de directeuren van het lab en hoofdwetenschapper. - Het opent de weg voor verdere ontwikkelingen op het gebied van robotica, voorheen beperkt door batterijcapaciteit. Tot nu toe hebben we de werking van de fabriek in een kleine ruimte gedemonstreerd, maar er zijn geen obstakels om de capaciteit uit te breiden tot de grootte van een magazijn.”

Het systeem van draadloze krachtoverbrenging werd in de jaren 1890 ontwikkeld door de beroemde wetenschapper Nikola Tesla, maar de uitvinding kreeg geen massadistributie. De draadloze krachtoverbrengingssystemen van vandaag werken voornamelijk in extreem kleine ruimtes.

De methode, quasi-statische holteresonantie (QSCR) genoemd, houdt in dat er stroom op de muren, de vloer en het plafond van een kamer wordt aangebracht. Deze genereren op hun beurt magnetische velden die inwerken op een ontvanger die is aangesloten op het apparaat dat wordt opgeladen en die een spoel bevat. De op deze manier opgewekte elektriciteit wordt overgebracht naar de batterij, nadat deze eerder door condensatoren is gegaan die de effecten van andere velden uitsluiten.

Tests hebben aangetoond dat op deze manier tot 1,9 kilowatt aan vermogen via een conventioneel elektriciteitsnet kan worden overgedragen. Deze energie is voldoende om tot 320 smartphones tegelijk op te laden. Bovendien is deze technologie volgens wetenschappers niet duur en is commerciële introductie eenvoudig te regelen.

De testen vonden plaats in een ruimte van 5 bij 5 meter, speciaal gemaakt van aluminium constructies. Semple benadrukte dat metalen wanden in de toekomst misschien niet meer nodig zijn. Het is mogelijk om geleidende panelen of speciale verf te gebruiken.

De ontwikkelaars verzekeren dat hun manier om energie door de lucht te transporteren geen enkele bedreiging vormt voor de menselijke gezondheid en andere levende wezens. Hun veiligheid wordt verzekerd door discrete condensatoren, die fungeren als een isolator voor potentieel gevaarlijke elektrische velden. gepubliceerd

Ontdekte de wet (later vernoemd naar de ontdekker de wet van Ampère) die aantoont dat een elektrische stroom een ​​magnetisch veld opwekt.

• IN 2007 In 1999 zond een onderzoeksteam onder leiding van professor Marin Soljacic vanaf 2 m afstand draadloos energie uit die voldoende was om een ​​gloeilamp van 60 watt te laten branden met een rendement van 40% met behulp van twee spoelen met een diameter van 60 cm.
• IN 2008 In 1999 stelde Bombardier een systeem voor draadloze krachtoverbrenging voor, "primove" genaamd, voor gebruik in trams en lightrail-motoren.
• IN 2008 In hetzelfde jaar reproduceerden Intel-medewerkers de experimenten van Nikola Tesla in 1894 en de experimenten van de groep van John Brown in 1988 met betrekking tot de draadloze overdracht van energie naar gloeilampen met een efficiëntie van 75%.
• IN 2009 In hetzelfde jaar ontwikkelde een consortium van geïnteresseerde bedrijven, het "Wireless Power Consortium" genaamd, een laagspanningsstandaard voor draadloos vermogen genaamd "". Qi begon te worden gebruikt in draagbare technologie.
• IN 2009 In 2009 introduceerde het Noorse bedrijf Wireless Power & Communication een door het bedrijf ontwikkelde industriële zaklamp die veilig kan werken en contactloos kan opladen in een atmosfeer die verzadigd is met brandbaar gas.
• IN 2009 Haier Group introduceerde 's werelds eerste volledig draadloze lcd-tv op basis van het onderzoek van professor Marin Soljacic naar draadloze energietransmissie en de Wireless Home Digital Interface (WHDI).
• IN 2011 Het Wireless Power Consortium begon de Qi-standaardspecificaties voor gemiddelde stromen uit te breiden.
• IN 2012 In hetzelfde jaar begon het privémuseum "Grand Maket Russia" in Sint-Petersburg met zijn werk, waarin miniatuurautomodellen draadloos stroom kregen via een model van de rijbaan.
• IN 2015 In 1999 ontdekten wetenschappers van de Universiteit van Washington dat elektriciteit kan worden overgedragen via Wi-Fi-technologie.

Technologieën

ultrasone methode

De ultrasone methode van energieoverdracht is uitgevonden door studenten van de Universiteit van Pennsylvania en werd voor het eerst aan het grote publiek gepresenteerd op de tentoonstelling "The All Things Digital" (D9) in 2011. Net als bij andere methoden om iets draadloos te verzenden, werden een ontvanger en een zender gebruikt. De zender zond ultrageluid uit; de ontvanger zette op zijn beurt wat werd gehoord om in elektriciteit. Ten tijde van de presentatie bereikte de zendafstand 7-10 meter en was een directe zichtlijn van de ontvanger en zender noodzakelijk. De uitgezonden spanning bereikte 8 volt; de resulterende stroom wordt niet gerapporteerd. De gebruikte ultrasone frequenties hebben geen effect op mensen. Er is ook geen informatie over de negatieve effecten van ultrasone frequenties op dieren.

Elektromagnetische inductiemethode

Draadloze krachtoverbrenging door elektromagnetische inductie maakt gebruik van een bijna-elektromagnetisch veld op afstanden van ongeveer een zesde van een golflengte. De energie in het nabije veld zelf is niet stralend, maar er treden wel enkele stralingsverliezen op. Daarnaast zijn er in de regel ook weerstandsverliezen. Door elektrodynamische inductie creëert een wisselende elektrische stroom die door de primaire wikkeling stroomt een wisselend magnetisch veld dat inwerkt op de secundaire wikkeling en daarin een elektrische stroom induceert. Om een ​​hoog rendement te bereiken, moet de interactie voldoende nauw zijn. Naarmate de secundaire wikkeling zich van de primaire wikkeling verwijdert, bereikt steeds meer van het magnetische veld de secundaire wikkeling niet. Zelfs over relatief korte afstanden wordt inductieve koppeling extreem inefficiënt, waardoor veel van de overgedragen energie wordt verspild.

Een elektrische transformator is het eenvoudigste apparaat voor draadloze krachtoverbrenging. De primaire en secundaire wikkelingen van een transformator zijn niet direct met elkaar verbonden. De overdracht van energie wordt uitgevoerd via een proces dat bekend staat als wederzijdse inductie. De belangrijkste functie van een transformator is het verhogen of verlagen van de primaire spanning. Contactloze opladers voor mobiele telefoons en elektrische tandenborstels zijn voorbeelden van het gebruik van het principe van elektrodynamische inductie. Inductiekookplaten gebruiken deze methode ook. Het grootste nadeel van de draadloze transmissiemethode is het extreem korte bereik. De ontvanger moet zich dicht bij de zender bevinden om er effectief mee te kunnen communiceren.

Het gebruik van resonantie vergroot het zendbereik iets. Bij resonantie-inductie zijn zender en ontvanger afgestemd op dezelfde frequentie. De prestaties kunnen verder worden verbeterd door de golfvorm van de aandrijfstroom te wijzigen van sinusvormige naar niet-sinusvormige transiënte golfvormen. Gepulste energieoverdracht vindt plaats over verschillende cycli. Er kan dus aanzienlijk vermogen worden overgedragen tussen twee op elkaar afgestemde LC-circuits met een relatief lage koppelingsfactor. De zend- en ontvangstspoelen zijn in de regel enkellaagse solenoïdes of een platte spoel met een set condensatoren waarmee u het ontvangstelement kunt afstemmen op de frequentie van de zender.

Een veel voorkomende toepassing van resonante elektrodynamische inductie is het opladen van batterijen in draagbare apparaten zoals laptops en mobiele telefoons, medische implantaten en elektrische voertuigen. De gelokaliseerde oplaadtechniek maakt gebruik van de selectie van een geschikte zendspoel in een meerlagige wikkelarraystructuur. Resonantie wordt gebruikt in zowel het draadloze oplaadstation (zendlus) als de ontvangermodule (ingebouwd in de belasting) om een ​​maximale efficiëntie van de energieoverdracht te garanderen. Deze transmissietechniek is geschikt voor universele draadloze oplaadpads voor het opladen van draagbare elektronica zoals mobiele telefoons. De techniek is overgenomen als onderdeel van de Qi-standaard voor draadloos opladen.

Resonante elektrodynamische inductie wordt ook gebruikt om apparaten zonder batterij van stroom te voorzien, zoals RFID-tags en contactloze smartcards, en om elektrische energie over te dragen van de primaire inductor naar de spiraalvormige Tesla-transformatorresonator, die ook een draadloze zender van elektrische energie is.

elektrostatische inductie

laser methode

In het geval dat de golflengte van elektromagnetische straling het zichtbare gebied van het spectrum nadert (van 10 micron tot 10 nm), kan de energie worden overgedragen door deze om te zetten in een laserstraal, die vervolgens naar de ontvangende fotocel kan worden gericht.

In vergelijking met andere draadloze transmissiemethoden heeft lasertransmissie een aantal voordelen:

• energieoverdracht over lange afstanden (vanwege de kleine divergentiehoek tussen smalle bundels van een monochromatische lichtgolf);
• gebruiksgemak voor kleine producten (vanwege het kleine formaat van een solid-state laser - een foto-elektrische halfgeleiderdiode);
• geen radiofrequentie-interferentie voor bestaande communicatieapparatuur zoals Wi-Fi en mobiele telefoons (de laser veroorzaakt dergelijke interferentie niet);
• de mogelijkheid om de toegang te controleren (alleen ontvangers die worden verlicht door een laserstraal kunnen elektriciteit ontvangen).

Deze methode heeft ook een aantal nadelen:

• de omzetting van laagfrequente elektromagnetische straling in hoogfrequente, wat licht is, is inefficiënt. Licht weer omzetten in elektriciteit is ook inefficiënt, aangezien de efficiëntie van zonnecellen 40-50% bereikt, hoewel de conversie-efficiëntie van monochromatisch licht veel hoger is dan de efficiëntie van zonnepanelen;
• verliezen in de atmosfeer;
• de noodzaak van een zichtlijn tussen zender en ontvanger (zoals bij microgolftransmissie).

Laserondersteunde krachtoverbrengingstechnologie is eerder voornamelijk onderzocht bij de ontwikkeling van nieuwe wapensystemen en in de lucht- en ruimtevaartindustrie, en wordt momenteel ontwikkeld voor commerciële en consumentenelektronica in apparaten met een laag vermogen. Draadloze vermogenstransmissiesystemen voor consumententoepassingen moeten voldoen aan de laserveiligheidseisen van IEC 60825. Voor een beter begrip van lasersystemen moet er rekening mee worden gehouden dat de voortplanting van een laserstraal veel minder afhankelijk is van diffractiebeperkingen, aangezien de ruimtelijke en spectrale afstemming van lasers maakt het mogelijk om het werkvermogen en de afstand te vergroten, aangezien de golflengte de focus beïnvloedt.

NASA's Dryden Flight Research Center demonstreerde de vlucht van een licht onbemand modelvliegtuig aangedreven door een laserstraal. Dit bewees de mogelijkheid van periodiek opladen door middel van een lasersysteem zonder het vliegtuig te hoeven landen.

Wisselstroom kan worden overgedragen door lagen van de atmosfeer met een atmosferische druk van minder dan 135 mm Hg. Kunst. De stroom vloeit door elektrostatische inductie door de lagere atmosfeer op ongeveer 2-3 mijl (3,2-4,8 kilometer) boven zeeniveau en door de stroom van ionen, dat wil zeggen elektrische geleiding door een geïoniseerd gebied op een hoogte van meer dan 5 km. Intense verticale bundels ultraviolette straling kunnen worden gebruikt om atmosferische gassen direct boven de twee verhoogde terminals te ioniseren, wat resulteert in de vorming van hoogspanningsplasma-elektriciteitslijnen die rechtstreeks naar de geleidende lagen van de atmosfeer leiden. Als gevolg hiervan wordt een elektrische stroom gevormd tussen de twee verhoogde terminals, die naar de troposfeer gaat, er doorheen en terug naar de andere terminal. Elektrische geleidbaarheid door de lagen van de atmosfeer wordt mogelijk dankzij de capacitieve plasmaontlading in een geïoniseerde atmosfeer.

Nikola Tesla ontdekte dat elektriciteit zowel door de aarde als door de atmosfeer kan worden getransporteerd. In de loop van zijn onderzoek slaagde hij erin een lamp op middelmatige afstanden te laten ontsteken en legde hij de transmissie van elektriciteit over lange afstanden vast. De Wardenclyffe-toren werd opgevat als een commercieel project voor transatlantische draadloze telefonie en werd een echte demonstratie van de mogelijkheid van draadloze transmissie van elektriciteit op wereldschaal. De installatie is niet voltooid vanwege onvoldoende financiering.

De aarde is een natuurlijke geleider en vormt één geleidend circuit. De retourlus wordt gerealiseerd door de bovenste troposfeer en de lagere stratosfeer op een hoogte van ongeveer 4,5 mijl (7,2 km).

Een wereldwijd systeem voor het draadloos overbrengen van elektriciteit, het zogenaamde "Worldwide Wireless System", gebaseerd op de hoge elektrische geleidbaarheid van plasma en de hoge elektrische geleidbaarheid van de aarde, werd begin 1904 voorgesteld door Nikola Tesla en zou heel goed de oorzaak kunnen zijn van de Toengoeska-meteoriet, ontstaan ​​door een "kortsluiting" tussen een geladen atmosfeer en de aarde.

Wereldwijd draadloos systeem

De vroege experimenten van de beroemde Servische uitvinder Nikola Tesla hadden betrekking op de voortplanting van gewone radiogolven, dat wil zeggen Hertz-golven, elektromagnetische golven die zich in de ruimte voortplanten.

In 1919 schreef Nikola Tesla: “Ik zou in 1893 begonnen zijn met werken aan draadloze transmissie, maar in feite heb ik de voorgaande twee jaar besteed aan het onderzoeken en ontwerpen van apparaten. Het was me vanaf het begin duidelijk dat succes kon worden bereikt door een reeks radicale beslissingen. Eerst moesten hoogfrequente generatoren en elektrische oscillatoren worden gemaakt. Hun energie moest worden omgezet in efficiënte zenders en op afstand worden opgevangen door goede ontvangers. Een dergelijk systeem zou effectief zijn als elke inmenging van buitenaf zou worden uitgesloten en de volledige exclusiviteit zou worden gegarandeerd. Na verloop van tijd realiseerde ik me echter dat om dit soort apparaten effectief te laten werken, ze ontworpen moesten worden rekening houdend met de fysieke eigenschappen van onze planeet.

Een van de voorwaarden voor het creëren van een wereldwijd draadloos systeem is de constructie van resonerende ontvangers. De geaarde helische resonator van de Tesla-spoel en de verhoogde aansluiting kunnen als zodanig worden gebruikt. Tesla demonstreerde herhaaldelijk persoonlijk de draadloze overdracht van elektrische energie van de zendende naar de ontvangende Tesla-spoel. Dit werd onderdeel van zijn draadloze transmissiesysteem (Amerikaans octrooi nr. 1.119.732, 18 januari 1902, "Apparatus for Transmitting Electrical Power"). Tesla stelde voor om meer dan dertig zend- en ontvangststations over de hele wereld te installeren. In dit systeem fungeert de opneemspoel als een step-down transformator met een hoge uitgangsstroom. De parameters van de zendspoel zijn identiek aan die van de ontvangstspoel.

Het doel van Tesla's Worldwide Wireless System was om krachtoverbrenging te combineren met uitzending en directionele draadloze communicatie, waardoor de talrijke hoogspanningsleidingen zouden worden geëlimineerd en de onderlinge verbinding van elektrische generatoren op wereldschaal zou worden vergemakkelijkt.

zie ook

• WiTricity

Notities

1. "Elektriciteit op de Columbian Exposition", door John Patrick Barrett. 1894, blz. 168-169
2. Experimenten met wisselende stromen van zeer hoge frequentie en hun toepassing op methoden van kunstmatige verlichting, AIEE, Columbia College, N.Y., mei 20, 1891 (Engels)
3. Experimenten met alternatieve stromen van hoog potentieel en hoge frequentie, IEE adres, London, februari 1892 (Engels)
4. On Licht en Overige Hoogfrequente verschijnselen, Franklin Instituut, Philadelphia, februari 1893 en National Electric Light Association, St. Louis, maart 1893 (Engels)
5. Het werk van Jagdish Chandra Bose: 100 jaar mm-wave onderzoek
6. Jagadish Chandra Bose
7. Nikola Tesla over zijn werk met wisselstromen en hun toepassing op draadloze telegrafie, telefonie en krachtoverbrenging, pp. 26-29. (Engels)
8. 5 juni 1899 Colorado Spring Aantekeningen 1899-1900, Nolit, 1978 (Engels)
9. Nikola Tesla: geleide wapens en computertechnologie
10. De elektricien(Londen), 1904 (Engels)
11. Scannen het verleden: Een geschiedenis van elektrische engineering uit het verleden, Hidetsugu Yagi
12. Tetelbaum SI Over de draadloze transmissie van elektriciteit over lange afstanden met behulp van radiogolven // Elektriciteit. - 1945. - Nr. 5. - blz. 43-46.
13. Kostenko A.A. Quasi-optica: historische premissen en moderne trends ontwikkeling // Radiofysica en radioastronomie. - 2000. - V. 5, nr. 3. - blz. 231.
14. Een onderzoek van de elementen van kracht transmissie via microgolf bundel, in 1961 IRE Int. conf. Rec., vol.9, deel 3, pp.93-105
15. IEEE Microwave Theorie en Technieken, Bill Brown's Distinguished Carrière
16. Kracht van de zon: zijn toekomst, Science Vol. 162, blz. 957-961 (1968)
17. Zonne-energie Satelliet octrooi
18. Geschiedenis van RFID
19. Ruimte Zonne-energie Initiatief
20. Wireless Power Transmission for Solar Power Satellite (SPS) (Second Draft by N. Shinohara), Space Solar Power Workshop, Georgia Institute of Technology
21. W. C. Brown: The History of Power Transmission by Radio Waves: Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions on september 1984, v. 32 (9), pp. 1230-1242 (Engels)
22. Draadloze Stroomoverdracht via Sterk Gekoppelde Magnetische Resonanties(Engels) . Wetenschap (7 juni 2007). Ontvangen op 6 september 2010. Gearchiveerd van het origineel op 29 februari 2012.,
    Een nieuwe methode draadloze transmissie elektriciteit (Russisch). MEMBRANA.RU (8 juni 2007). Ontvangen op 6 september 2010. Gearchiveerd van het origineel op 29 februari 2012.
23. Bombardier PRIMOVE technologie
24. Intel verbeeldt draadloze kracht voor uw laptop
25. specificatie voor draadloze elektriciteit bijna voltooid
26. Global Qi Standard Powers Draadloos Opladen - HONG KONG, sept. 2 /PRNewswire/
27. TX40 en CX40, Ex goedgekeurde zaklamp en lader
28. Haier's draadloze HDTV ontbreekt draden, slank profiel (video) (Engels) ,
    Draadloze elektriciteit verbaasde zijn makers (Russisch). MEMBRANA.RU (16 februari 2010). Ontvangen 6 september 2010.

Draadloze transmissie voor het leveren van elektriciteit heeft de mogelijkheid om grote vooruitgang te boeken in de industrie en toepassingen die afhankelijk zijn van het fysieke contact van een connector. Het kan op zijn beurt onbetrouwbaar zijn en tot mislukking leiden. De transmissie van draadloze elektriciteit werd voor het eerst gedemonstreerd door Nikola Tesla in de jaren 1890. Het is echter pas in het laatste decennium dat technologie zo wordt gebruikt dat het echte, tastbare voordelen biedt voor toepassingen in de echte wereld. Met name de ontwikkeling van een resonerend draadloos voedingssysteem voor de markt voor consumentenelektronica heeft aangetoond dat inductief opladen nieuwe niveaus van gemak brengt voor miljoenen alledaagse apparaten.

De kracht in kwestie is algemeen bekend onder vele termen. Inclusief inductieve transmissie, communicatie, resonerend draadloos netwerk en dezelfde spanningsteruggave. Elk van deze voorwaarden beschrijft in wezen hetzelfde fundamentele proces. Draadloze overdracht van elektriciteit of stroom van een stroombron naar laadspanning zonder connectoren via een luchtspleet. De basis is twee spoelen - een zender en een ontvanger. De eerste wordt geëxciteerd door een wisselstroom om een ​​magnetisch veld te genereren, dat op zijn beurt een spanning induceert in de tweede.

Hoe het betreffende systeem werkt

De basisprincipes van draadloze stroom omvatten het verdelen van stroom van een zender naar een ontvanger door middel van een oscillerend magnetisch veld. Om dit te bereiken wordt de door de voeding geleverde gelijkstroom omgezet in hoogfrequente wisselstroom. Met speciaal ontworpen elektronica ingebouwd in de zender. De wisselstroom activeert een spoel van koperdraad in de dispenser, die een magnetisch veld opwekt. Wanneer de tweede (ontvangende) wikkeling dicht bij elkaar is geplaatst. Het magnetische veld kan een wisselstroom opwekken in de ontvangstspoel. De elektronica in het eerste apparaat zet de wisselstroom vervolgens weer om in gelijkstroom, wat het opgenomen vermogen wordt.

Regeling van draadloze krachtoverbrenging

De "netspanning" wordt omgezet in een AC-signaal, dat vervolgens via een elektronische schakeling naar de zendspoel wordt gestuurd. Stromend door de wikkeling van de verdeler induceert een magnetisch veld. Het kan zich op zijn beurt verspreiden naar de ontvangerspoel, die relatief dichtbij is. Het magnetische veld wekt dan een stroom op die door de wikkeling van het ontvangende apparaat vloeit. Het proces waarbij energie wordt verdeeld tussen de zend- en ontvangstspoelen wordt ook wel magnetische of resonantiekoppeling genoemd. En het wordt bereikt met behulp van beide wikkelingen die op dezelfde frequentie werken. De stroom die in de ontvangerspoel vloeit, wordt door de ontvangercircuits omgezet in gelijkstroom. Het kan dan worden gebruikt om het apparaat van stroom te voorzien.

Wat betekent resonantie

De afstand waarover energie (of vermogen) kan worden overgedragen, neemt toe als de zender- en ontvangerspoelen op dezelfde frequentie resoneren. Net zoals een stemvork op een bepaalde hoogte oscilleert en zijn maximale amplitude kan bereiken. Het verwijst naar de frequentie waarmee een object van nature trilt.

Voordelen van draadloze transmissie

Wat zijn de voordelen? Voordelen:

• verlaagt de kosten die gepaard gaan met het onderhoud van directe connectoren (bijvoorbeeld in een traditionele industriële sleepring);
• meer gemak voor het opladen van conventionele elektronische apparaten;
• veilige overdracht naar applicaties die hermetisch afgesloten moeten blijven;
• elektronica kan volledig worden verborgen, waardoor de kans op corrosie door elementen als zuurstof en water wordt verkleind;
• betrouwbare en consistente stroomtoevoer naar roterende, zeer mobiele industriële apparatuur;
• zorgt voor een betrouwbare krachtoverbrenging naar kritieke systemen in natte, vuile en bewegende omgevingen.

Ongeacht de toepassing biedt het elimineren van de fysieke verbinding een aantal voordelen ten opzichte van traditionele kabelvoedingsconnectoren.

De efficiëntie van de beschouwde energieoverdracht

De algehele efficiëntie van een draadloos voedingssysteem is de allerbelangrijkste factor bij het bepalen van de prestaties. Systeemefficiëntie meet de hoeveelheid stroom die wordt overgedragen tussen de stroombron (d.w.z. stopcontact) en het ontvangende apparaat. Dit bepaalt weer zaken als laadsnelheid en voortplantingsbereik.

Draadloze communicatiesystemen variëren in hun efficiëntieniveau op basis van factoren zoals spoelconfiguratie en ontwerp, transmissieafstand. Een minder efficiënt apparaat genereert meer emissies en resulteert in minder stroom die door het ontvangende apparaat gaat. Doorgaans kunnen draadloze energietransmissietechnologieën voor apparaten zoals smartphones een prestatie van 70% bereiken.

Hoe efficiëntie wordt gemeten

In die zin, als de hoeveelheid stroom (in procenten) die wordt verzonden van de stroombron naar het ontvangende apparaat. Dat wil zeggen, draadloze stroomoverdracht voor een smartphone met een efficiëntie van 80% betekent dat 20% van het ingangsvermogen verloren gaat tussen het stopcontact en de batterij voor de gadget die wordt opgeladen. De formule voor het meten van werkefficiëntie is: prestatie = uitgaande gelijkstroom gedeeld door inkomend, het verkregen resultaat vermenigvuldigd met 100%.

Draadloze methoden van krachtoverbrenging

Stroom kan via het beschouwde netwerk worden gedistribueerd in bijna alle niet-metalen materialen, inclusief maar niet beperkt tot. Dit zijn vaste stoffen zoals hout, plastic, textiel, glas en bakstenen, maar ook gassen en vloeistoffen. Wanneer een metalen of elektrisch geleidend materiaal (d.w.z. geplaatst in de nabijheid van een elektromagnetisch veld) het object er stroom van absorbeert en daardoor opwarmt.Dit heeft op zijn beurt invloed op de efficiëntie van het systeem.Dit is bijvoorbeeld hoe inductiekoken werkt inefficiënte krachtoverbrenging van de kookplaat zorgt voor kookwarmte.

Om een ​​draadloos krachtoverbrengingssysteem te creëren, is het noodzakelijk om terug te keren naar de oorsprong van het onderwerp in kwestie. Of, meer precies, aan de succesvolle wetenschapper en uitvinder Nikola Tesla, die een generator creëerde en patenteerde die stroom kan opnemen zonder verschillende materialistische geleiders. Dus, om een ​​draadloos systeem te implementeren, is het noodzakelijk om alle belangrijke elementen en onderdelen samen te stellen, als resultaat zal er een klein apparaat worden geïmplementeerd Dit is een apparaat dat een elektrisch hoogspanningsveld creëert in de lucht eromheen. Tegelijkertijd is er een klein ingangsvermogen, het zorgt voor draadloze overdracht van energie op afstand.

Een van de belangrijkste manieren om energie over te dragen is inductieve koppeling. Het wordt voornamelijk gebruikt voor nearfield. Het wordt gekenmerkt door het feit dat wanneer stroom door één draad gaat, een spanning wordt geïnduceerd aan de uiteinden van een andere. Krachtoverdracht vindt plaats door wederkerigheid tussen de twee materialen. Een bekend voorbeeld is een transformator. De overdracht van microgolfenergie is als idee ontwikkeld door William Brown. Het hele concept omvat het omzetten van AC-vermogen in RF-vermogen en het in de ruimte verzenden en weer omzetten in AC-vermogen bij de ontvanger. In dit systeem wordt de spanning opgewekt met behulp van microgolfenergiebronnen. zoals klystron. En dit vermogen wordt overgedragen via de golfgeleider, die beschermt tegen het gereflecteerde vermogen. Evenals een tuner die de impedantie van de microgolfbron afstemt op andere elementen. Het ontvangstgedeelte bestaat uit een antenne. Het accepteert microgolfvermogen en een circuit voor aanpassing van de impedantie en een filter. Deze ontvangantenne kan samen met de gelijkrichtinrichting een dipool zijn. Komt overeen met het uitgangssignaal met een soortgelijk geluidsalarm van de gelijkrichtereenheid. Het ontvangerblok bestaat ook uit een soortgelijk gedeelte bestaande uit diodes die worden gebruikt om het signaal om te zetten in een DC-waarschuwing. Dit transmissiesysteem gebruikt frequenties in het bereik van 2 GHz tot 6 GHz.

Draadloze transmissie van elektriciteit met behulp waarvan de generator het gebruik van vergelijkbare magnetische oscillaties realiseerde. Het komt erop neer dat dit apparaat werkte dankzij drie transistors.

Het gebruik van een laserstraal om vermogen over te dragen in de vorm van lichtenergie, die aan de ontvangende kant wordt omgezet in elektrische energie. Het materiaal zelf wordt direct aangedreven met behulp van bronnen zoals de zon of een elektriciteitsgenerator. En implementeert dienovereenkomstig een gericht licht van hoge intensiteit. De grootte en vorm van de straal worden bepaald door de set optica. En dit uitgezonden laserlicht wordt opgevangen door fotovoltaïsche cellen, die het omzetten in elektrische signalen. Het gebruikt meestal glasvezelkabels voor transmissie. Net als bij het standaard zonne-energiesysteem, is de ontvanger die wordt gebruikt bij op laser gebaseerde voortplanting een reeks fotovoltaïsche cellen of een zonnepaneel. Zij kunnen op hun beurt het onsamenhangende omzetten in elektriciteit.

Essentiële kenmerken van het apparaat

De kracht van de Tesla-spoel ligt in een proces dat elektromagnetische inductie wordt genoemd. Dat wil zeggen, het veranderende veld creëert potentieel. Het laat stroom lopen. Wanneer elektriciteit door een spoel van draad stroomt, genereert het een magnetisch veld dat het gebied rond de spoel op een bepaalde manier vult. In tegenstelling tot sommige andere hoogspanningsexperimenten heeft de Tesla-spoel vele tests en proeven doorstaan. Het proces was behoorlijk arbeidsintensief en langdurig, maar het resultaat was succesvol en daarom met succes gepatenteerd door de wetenschapper. Je kunt zo'n spoel maken in aanwezigheid van bepaalde componenten. Voor de uitvoering zijn de volgende materialen nodig:

1. lengte 30 cm PVC (hoe meer hoe beter);
2. geëmailleerde koperdraad (secundaire draad);
3. berkenplaat voor de basis;
4. 2222A-transistor;
5. verbinding (primaire) draad;
6. weerstand 22 kΩ;
7. schakelaars en aansluitdraden;
8. 9 volt batterij.

Implementatiefasen van Tesla-apparaten

Eerst moet je een kleine gleuf in de bovenkant van de pijp plaatsen om het ene uiteinde van de draad rond te wikkelen. Wikkel de spoel langzaam en voorzichtig op en zorg ervoor dat u de draden niet overlapt of openingen creëert. Deze stap is het moeilijkste en vervelendste deel, maar de bestede tijd zal een zeer hoge kwaliteit en een goede spoel opleveren. Om de 20 omwentelingen worden ringen van afplaktape rond de wikkeling geplaatst. Ze werken als een barrière. Voor het geval de spoel begint te ontrafelen. Als u klaar bent, wikkelt u een strakke tape rond de boven- en onderkant van de wikkeling en spuit u deze in met 2 of 3 lagen email.

Vervolgens moet u de primaire en secundaire batterij op de batterij aansluiten. Daarna - schakel de transistor en weerstand in. De kleinere wikkeling is de primaire en de langere wikkeling is de secundaire. U kunt optioneel een aluminium bol bovenop de buis monteren. Sluit ook het open uiteinde van de secundaire aan op de toegevoegde, die als antenne zal fungeren. U moet alles met grote zorg maken om het secundaire apparaat niet aan te raken wanneer u de stroom inschakelt.

Als u het zelf verkoopt, bestaat er brandgevaar. Je moet de schakelaar omdraaien, een gloeilamp installeren naast het draadloze krachtoverbrengingsapparaat en genieten van de lichtshow.

Draadloze transmissie via zonne-energiesysteem

Traditionele bekabelde stroomdistributieconfiguraties vereisen doorgaans kabels tussen gedistribueerde apparaten en consumenteneenheden. Dit creëert veel beperkingen als de kosten van systeembekabeling. Verliezen opgelopen bij transmissie. Evenals afval in de distributie. Alleen al de weerstand van de transmissielijn leidt tot een verlies van ongeveer 20-30% van de opgewekte energie.

Een van de modernste draadloze energietransmissiesystemen is gebaseerd op de transmissie van zonne-energie met behulp van een magnetron of een laserstraal. De satelliet bevindt zich in een geostationaire baan en bestaat uit fotovoltaïsche cellen. Ze zetten zonlicht om in elektrische stroom, die wordt gebruikt om een ​​microgolfgenerator van stroom te voorzien. En realiseert zich dienovereenkomstig de kracht van microgolven. Deze spanning wordt via radiocommunicatie verzonden en ontvangen op het basisstation. Het is een combinatie van antenne en gelijkrichter. En het wordt weer omgezet in elektriciteit. Vereist wisselstroom of gelijkstroom. De satelliet kan tot 10 MW aan RF-vermogen uitzenden.

Als we het hebben over een DC-distributiesysteem, dan is zelfs dit onmogelijk. Omdat er een connector tussen de voeding en het apparaat nodig is. Er is zo'n beeld: het systeem is volledig verstoken van draden, waar je zonder extra apparaten wisselstroom in huis kunt krijgen. Waar het mogelijk is om je mobiele telefoon op te laden zonder dat je fysiek verbinding hoeft te maken met het stopcontact. Zo'n systeem is natuurlijk mogelijk. En veel moderne onderzoekers proberen iets gemoderniseerd te creëren, terwijl ze de rol bestuderen van het ontwikkelen van nieuwe methoden voor draadloze transmissie van elektriciteit op afstand. Hoewel het vanuit het oogpunt van de economische component niet helemaal gunstig zal zijn voor staten als dergelijke apparaten overal worden geïntroduceerd en standaardelektriciteit vervangen door natuurlijke elektriciteit.

Oorsprong en voorbeelden van draadloze systemen

Dit concept is niet echt nieuw. Dit hele idee is ontwikkeld door Nicholas Tesla in 1893. Toen ontwikkelde hij een systeem om vacuümbuizen te verlichten met behulp van draadloze transmissietechnieken. Het is onmogelijk voor te stellen dat de wereld bestaat zonder verschillende oplaadbronnen, die in materiële vorm worden uitgedrukt. Om het mogelijk te maken dat mobiele telefoons, thuisrobots, mp3-spelers, computers, laptops en andere draagbare gadgets zelfstandig kunnen worden opgeladen, zonder extra aansluitingen, waardoor gebruikers geen constante kabels meer nodig hebben. Sommige van deze apparaten hebben misschien niet eens een groot aantal elementen nodig. De geschiedenis van draadloze krachtoverbrenging is behoorlijk rijk, en vooral dankzij de ontwikkelingen van Tesla, Volta, enz. Maar vandaag blijven het alleen gegevens in de natuurwetenschap.

Het basisprincipe is om wisselstroom om te zetten in gelijkspanning met behulp van gelijkrichters en filters. En dan - in de terugkeer naar de oorspronkelijke waarde bij hoge frequentie met behulp van omvormers. Deze laagspanning, sterk oscillerende wisselstroom wordt vervolgens overgedragen van de primaire transformator naar de secundaire. Omgerekend naar gelijkspanning met behulp van een gelijkrichter, filter en regelaar. Het AC-signaal wordt direct door het geluid van de stroom. Evenals het gebruik van de bruggelijkrichtersectie. Het ontvangen DC-signaal wordt door een feedbackwikkeling geleid die als een oscillatorcircuit werkt. Tegelijkertijd dwingt het de transistor om het in de primaire omzetter in de richting van links naar rechts te geleiden. Wanneer stroom door de feedbackwikkeling gaat, vloeit de overeenkomstige stroom naar de primaire transformator in de richting van rechts naar links.

Dit is hoe ultrasone energieoverdracht werkt. Het signaal wordt gegenereerd via de sensor voor beide halve cycli van het AC-alarm. De geluidsfrequentie is afhankelijk van de kwantitatieve indicatoren van de trillingen van de generatorcircuits. Dit AC-signaal verschijnt op de secundaire wikkeling van de transformator. En wanneer het is aangesloten op de transducer van een ander object, is de wisselspanning 25 kHz. Er verschijnt een meting doorheen in een step-down transformator.

Deze wisselspanning wordt gecompenseerd door een bruggelijkrichter. En vervolgens gefilterd en gereguleerd om een ​​5V output te krijgen om de LED aan te sturen. De 12V uitgangsspanning van de condensator wordt gebruikt om de DC-ventilatormotor van stroom te voorzien om deze te laten werken. Dus vanuit natuurkundig oogpunt is de transmissie van elektriciteit een redelijk ontwikkeld gebied. Zoals de praktijk laat zien, zijn draadloze systemen echter nog niet volledig ontwikkeld en verbeterd.

Sinds de ontdekking van elektriciteit door de mens hebben veel wetenschappers geprobeerd het verbazingwekkende fenomeen van stromingen te bestuderen en de bruikbare werkingscoëfficiënt te vergroten door talloze experimenten uit te voeren en modernere materialen uit te vinden die verbeterde eigenschappen hebben voor het overbrengen van energie zonder weerstand. De meest veelbelovende richting in dergelijk wetenschappelijk werk is de draadloze transmissie van elektriciteit over lange afstanden en met minimale transportkosten. Dit artikel bespreekt manieren om energie over een afstand over te dragen, evenals soorten apparaten voor dergelijke acties.

Draadloze krachtoverbrenging is een transportmethode die geen gebruik maakt van geleiders of netwerken van kabels, en de stroom wordt over een aanzienlijke afstand naar de consument verzonden met de maximale effectieve vermogensfactor via de ether. Om dit te doen, worden apparaten gebruikt om elektriciteit op te wekken, evenals een zender die stroom in zichzelf verzamelt en deze in alle richtingen verspreidt, evenals een ontvanger met een consumentenapparaat. De ontvanger vangt elektromagnetische golven en velden op en, door ze te concentreren op een kort stuk van de geleider, stuurt het energie naar een lamp of een ander apparaat met een bepaald vermogen.

Er zijn veel manieren voor draadloze transmissie van elektriciteit, die door veel wetenschappers zijn uitgevonden tijdens het bestuderen van stromingen, maar Nikola Tesla behaalde in praktische termen de beste resultaten. Hij slaagde erin een zender en ontvanger te maken, die op een afstand van 48 kilometer van elkaar verwijderd waren. Maar op dat moment waren er geen technologieën die elektriciteit over zo'n afstand konden transporteren met een coëfficiënt hoger dan 50%. In dit opzicht sprak de wetenschapper een groot vooruitzicht uit, niet voor de overdracht van kant-en-klaar opgewekte energie, maar voor het opwekken van stroom uit het aardmagnetisch veld en het gebruik ervan voor huishoudelijke behoeften. Het transport van dergelijke elektriciteit moest draadloos gebeuren, door transmissie via magnetische velden.

Methoden voor draadloze transmissie van elektriciteit

De meeste theoretici en beoefenaars die de werking van elektrische stroom bestuderen, hebben hun eigen methoden voorgesteld om deze over een afstand over te brengen zonder het gebruik van geleiders. Aan het begin van dergelijke studies probeerden veel wetenschappers praktijk te lenen van het werkingsprincipe van radio-ontvangers, die worden gebruikt om morsecode of kortegolfradio uit te zenden. Maar dergelijke technologieën rechtvaardigden zichzelf niet, aangezien de huidige dissipatie te klein was en geen lange afstanden kon overbruggen, bovendien was het transport van elektriciteit via radiogolven alleen mogelijk bij het werken met lage vermogens die zelfs het eenvoudigste mechanisme niet konden aandrijven.

Als resultaat van de experimenten bleek dat microgolfgolven het meest geschikt zijn voor het overbrengen van elektriciteit zonder draad, die een stabielere configuratie en spanning hebben, en ook veel minder energie verliezen tijdens dissipatie dan welke andere methode dan ook.

Deze methode werd voor het eerst met succes toegepast door de uitvinder en ontwerper William Brown, die een vliegend platform modelleerde bestaande uit een metalen platform met een motor met een vermogen van ongeveer 0,1 pk. Het platform is gemaakt in de vorm van een ontvangstantenne met een rooster dat microgolfgolven opvangt die worden uitgezonden door een speciaal ontworpen generator. Na slechts veertien jaar presenteerde dezelfde ontwerper een vliegtuig met een laag vermogen dat energie ontving van een zender op een afstand van 1,6 kilometer, de stroom werd in een geconcentreerde straal uitgezonden door microgolfgolven. Helaas werd dit werk niet veel gebruikt, omdat er in die tijd geen technologieën waren die het transport van hoogspanningsstroom op deze manier konden garanderen, hoewel de efficiëntie van de ontvanger en generator meer dan 80% was.

In 1968 ontwikkelden Amerikaanse wetenschappers een project, ondersteund door wetenschappelijk werk, dat de plaatsing van grote zonnepanelen in een lage baan om de aarde voorstelde. Energieontvangers moesten op de zon worden gericht en stroomopslagapparaten werden aan hun basis geplaatst. Nadat de zonnestraling was geabsorbeerd en omgezet in microgolven of magnetische golven, werd de stroom via een speciaal apparaat naar de grond geleid. De ontvangst moest worden verzorgd door een speciale antenne met groot oppervlak, afgestemd op een bepaalde golf en de golven omzetten in gelijkstroom of wisselstroom. Een dergelijk systeem wordt in veel landen zeer gewaardeerd als een veelbelovend alternatief voor moderne elektriciteitsbronnen.

Een elektrische auto draadloos van stroom voorzien

Veel fabrikanten van auto's die op elektrische stroom rijden, ontwikkelen een alternatieve manier om een ​​auto op te laden zonder deze op het netwerk aan te sluiten. Groot succes op dit gebied is bereikt door de technologie van het opladen van voertuigen vanaf een speciaal wegdek, waarbij de auto energie ontving van een coating die was opgeladen met een magnetisch veld of microgolfgolven. Maar zo'n herlading was alleen mogelijk als de afstand tussen de weg en het ontvangende apparaat niet meer dan 15 centimeter was, wat in moderne omstandigheden niet altijd haalbaar is.

Dit systeem is in ontwikkeling, dus aangenomen kan worden dat deze vorm van krachtoverbrenging zonder geleider nog doorontwikkeld zal worden en mogelijk geïntroduceerd zal worden in de moderne transportindustrie.

State-of-the-art ontwikkelingen op het gebied van krachtoverbrenging

In de moderne realiteit wordt draadloze elektriciteit opnieuw een belangrijke richting in de studie en het ontwerp van apparaten. Er zijn de meest veelbelovende manieren om draadloze krachtoverbrenging te ontwikkelen, waaronder:

1. Het gebruik van elektriciteit in bergachtige gebieden, waar het niet mogelijk is draagkabels naar de consument te leggen. Ondanks de studie van de kwestie van elektriciteit, zijn er plaatsen op aarde waar geen elektriciteit is, en de mensen die daar wonen kunnen niet genieten van zo'n zegen van de beschaving. Natuurlijk worden daar vaak autonome stroombronnen gebruikt, zoals zonnepanelen of generatoren, maar deze bron is beperkt en kan niet volledig in de behoefte voorzien;
2. Sommige fabrikanten van moderne huishoudelijke apparaten introduceren al apparaten om energie draadloos in hun producten over te brengen. Zo wordt er een speciale unit op de markt aangeboden die op het lichtnet wordt aangesloten en door gelijkstroom om te zetten in microgolfgolven deze doorgeeft aan omliggende apparaten. De enige voorwaarde voor het gebruik van dit apparaat is dat huishoudelijke apparaten een ontvangstapparaat hebben dat deze golven omzet in gelijkstroom. Er zijn televisies op de markt die volledig worden gevoed door draadloze energie die wordt ontvangen van de zender;
3. Voor militaire doeleinden, in de meeste gevallen in de defensiesector, zijn er ontwikkelingen op het gebied van communicatieapparatuur en andere hulpapparatuur.

Een grote doorbraak op dit gebied van technologie vond plaats in 2014, toen een groep wetenschappers een apparaat ontwikkelde om draadloos energie op te wekken en te ontvangen over een afstand, met behulp van een lenssysteem dat tussen de zend- en ontvangstspoelen was geplaatst. Eerder werd aangenomen dat de overdracht van stroom zonder geleider mogelijk is op een afstand die de grootte van de apparaten niet overschrijdt, dus er was een enorme constructie nodig om elektriciteit over een lange afstand te transporteren. Maar moderne ontwerpers hebben het werkingsprincipe van dit apparaat veranderd en een zender gemaakt die geen microgolfgolven stuurt, maar magnetische velden met lage frequenties. In dit geval verliezen elektronen geen kracht en worden ze over een afstand in een geconcentreerde straal verzonden, bovendien is energieverbruik niet alleen mogelijk door verbinding te maken met het ontvangende deel, maar ook door simpelweg in het gebied van de velden te zijn.

Ter informatie. Het eerste apparaat dat draadloze energie zal ontvangen, technologen zijn van plan een mobiele telefoon of tabletcomputer te maken, de ontwikkeling van een dergelijk systeem is al aan de gang.

De meest veelbelovende richtingen

Draadloze elektriciteit wordt voortdurend bestudeerd door veel natuurkundigen, de meest veelbelovende gebieden op dit gebied worden overwogen, waaronder:

1. Mobiele apparaten opladen zonder een kabel aan te sluiten;
2. De implementatie van stroom voor onbemande luchtvaartuigen is een richting waar veel vraag naar zal zijn in zowel de civiele als de militaire industrie, aangezien dergelijke apparaten de laatste tijd vaak voor verschillende doeleinden worden gebruikt.

De procedure zelf voor het verzenden van gegevens over een afstand zonder het gebruik van draden enige tijd geleden werd beschouwd als een doorbraak in het onderzoek van natuurkunde en energie, nu verbaast het niemand meer en is het voor iedereen toegankelijk geworden. Dankzij de moderne ontwikkeling van technologieën en ontwikkelingen wordt het transport van elektriciteit op deze manier een realiteit en kan het heel goed worden geïmplementeerd.

Video