Brezžični prenos za dobavo električne energije omogoča velik napredek v panogah in aplikacijah, ki so odvisne od fizičnega stika konektorja. To pa je lahko nezanesljivo in vodi v neuspeh. Prenos brezžične električne energije je prvi pokazal Nikola Tesla v 1890-ih. Vendar je bila tehnologija šele v zadnjem desetletju uporabljena do te mere, da ponuja resnične, oprijemljive koristi za aplikacije v resničnem svetu. Zlasti je razvoj resonančnega brezžičnega napajalnega sistema za trg potrošniške elektronike pokazal, da induktivno polnjenje prinaša nove ravni udobja milijonom vsakodnevnih naprav.
Zadevna moč je splošno znana pod številnimi izrazi. Vključuje induktivni prenos, komunikacijo, resonančno brezžično omrežje in enako povratno napetost. Vsak od teh pogojev v bistvu opisuje isti temeljni proces. Brezžični prenos električne energije ali moči od vira napajanja do napetosti obremenitve brez konektorjev skozi zračno režo. Osnova sta dve tuljavi- oddajnik in sprejemnik. Prvi se napaja z izmeničnim tokom, da ustvari magnetno polje, ki inducira napetost v drugem.
Kako zadevni sistem deluje
Osnove brezžične energije vključujejo distribucijo energije od oddajnika do sprejemnika prek nihajnega magnetnega polja. Da bi to dosegli, se enosmerni tok, ki ga napaja napajalnik, pretvori v visokofrekvenčni izmenični tok. S posebej zasnovano elektroniko, vgrajeno v oddajnik. Izmenični tok aktivira tuljavo bakrene žice v razpršilniku, ki ustvarja magnetno polje. Ko je drugo (sprejemno) navitje nameščeno v neposredni bližini. Magnetno polje lahko inducira izmenični tok v sprejemni tuljavi. Elektronika v prvi napravi nato pretvori izmenični tok nazaj v enosmerni, kar postane poraba energije.
Shema brezžičnega prenosa energije
Napetost "omrežja" se pretvori v izmenični signal, ki se nato prek elektronskega vezja pošlje v tuljavo oddajnika. Teče skozi navitje razdelilnika inducira magnetno polje. Po drugi strani se lahko razširi na sprejemno tuljavo, ki je v relativni bližini. Magnetno polje nato ustvari tok, ki teče skozi navitje sprejemne naprave. Postopek, s katerim se energija porazdeli med oddajno in sprejemno tuljavo, se imenuje tudi magnetna ali resonančna sklopka. In to se doseže s pomočjo obeh navitij, ki delujeta na isti frekvenci. Tok, ki teče v sprejemni tuljavi,vezje sprejemnika pretvori v DC. Nato ga lahko uporabite za napajanje naprave.
Kaj pomeni resonanca
Razdalja, na katero se lahko prenaša energija (ali moč), se poveča, če tuljava oddajnika in sprejemnika resonirata na isti frekvenci. Tako kot glasbene vilice nihajo na določeni višini in lahko dosežejo največjo amplitudo. Nanaša se na frekvenco, pri kateri predmet naravno vibrira.
Prednosti brezžičnega prenosa
Kakšne so prednosti? Prednosti:
- zmanjšuje stroške, povezane z vzdrževanjem ravnih konektorjev (npr. v tradicionalnem industrijskem drsnem obroču);
- večje udobje za polnjenje običajnih elektronskih naprav;
- varen prenos na aplikacije, ki morajo ostati hermetično zaprte;
- elektronika je lahko popolnoma skrita, kar zmanjša tveganje korozije zaradi elementov, kot sta kisik in voda;
- zanesljivo in dosledno napajanje za vrtljivo, zelo mobilno industrijsko opremo;
- zagotavlja zanesljiv prenos energije do kritičnih sistemov v mokrih, umazanih in gibljivih okoljih.
Ne glede na aplikacijo, odprava fizične povezave zagotavlja številne prednosti pred tradicionalnimi kabelskimi napajalnimi konektorji.
Učinkovitost zadevnega prenosa energije
Splošna učinkovitost brezžičnega elektroenergetskega sistema je najpomembnejši dejavnik pri njegovem določanjuizvedba. Učinkovitost sistema meri količino energije, ki se prenaša med virom energije (tj. stensko vtičnico) in sprejemno napravo. To pa določa vidike, kot sta hitrost polnjenja in razpon širjenja.
Brezžični komunikacijski sistemi se razlikujejo po stopnji učinkovitosti glede na dejavnike, kot so konfiguracija in zasnova tuljave, razdalja prenosa. Manj učinkovita naprava bo ustvarila več emisij in povzročila manj energije, ki prehaja skozi sprejemno napravo. Običajno lahko tehnologije brezžičnega prenosa energije za naprave, kot so pametni telefoni, dosežejo 70-odstotno učinkovitost.
Kako se meri uspešnost
Pomen, kot količina moči (v odstotkih), ki se prenaša od vira energije do sprejemne naprave. To pomeni, da brezžični prenos energije za pametni telefon z učinkovitostjo 80 % pomeni, da se 20 % vhodne moči izgubi med stensko vtičnico in baterijo za polnilni pripomoček. Formula za merjenje delovne učinkovitosti je: zmogljivost=izhod DC, deljen z vhodom, rezultat pomnožite s 100%.
Brezžični prenos električne energije
Moč se lahko porazdeli po obravnavanem omrežju prek skoraj vseh nekovinskih materialov, vključno z, vendar ne omejeno nanje. To so trdne snovi, kot so les, plastika, tekstil, steklo in opeka, pa tudi plini in tekočine. Ko kovinski ozElektrično prevoden material (tj. ogljikova vlakna) je nameščen v neposredni bližini elektromagnetnega polja, predmet iz njega absorbira moč in se zaradi tega segreje. To pa vpliva na učinkovitost sistema. Tako deluje indukcijsko kuhanje, na primer neučinkovit prenos moči s kuhalne plošče ustvarja toploto za kuhanje.
Če želite ustvariti sistem brezžičnega prenosa energije, se morate vrniti k izvoru teme. Oziroma uspešnemu znanstveniku in izumitelju Nikoli Tesli, ki je ustvaril in patentiral generator, ki lahko prevzame moč brez različnih materialističnih prevodnikov. Torej, za izvedbo brezžičnega sistema je potrebno sestaviti vse pomembne elemente in dele, posledično bo izvedena majhna Teslina tuljava. To je naprava, ki ustvarja visokonapetostno električno polje v zraku okoli sebe. Ima majhno vhodno moč, zagotavlja brezžični prenos energije na daljavo.
Eden najpomembnejših načinov prenosa energije je induktivna sklopka. Uporablja se predvsem za bližnje polje. Zanj je značilno, da ko tok teče skozi eno žico, se na koncih druge inducira napetost. Prenos moči poteka z vzajemnostjo med obema materialoma. Pogost primer je transformator. Mikrovalovni prenos energije je kot idejo razvil William Brown. Celoten koncept vključuje pretvorbo izmenične energije v moč RF in njeno prenašanje skozi vesolje in ponovno vspremenljiva moč na sprejemniku. V tem sistemu se napetost ustvarja z uporabo mikrovalovnih virov energije. kot je klistron. In ta moč se preko valovoda prenaša na oddajno anteno, ki ščiti pred odbito močjo. Pa tudi sprejemnik, ki se ujema z impedanco mikrovalovnega vira z drugimi elementi. Sprejemni del je sestavljen iz antene. Sprejema mikrovalovno moč in vezje za ujemanje impedance ter filter. Ta sprejemna antena je skupaj z usmerjevalno napravo lahko dipol. Ustreza izhodnemu signalu s podobnim zvočnim opozorilom usmerniške enote. Blok sprejemnika je prav tako sestavljen iz podobnega dela, sestavljenega iz diod, ki se uporabljajo za pretvorbo signala v DC opozorilo. Ta prenosni sistem uporablja frekvence med 2 GHz in 6 GHz.
Brezžični prenos električne energije s pomočjo Brovinovega voznika, ki je generator implementiral s podobnimi magnetnimi nihanji. Bistvo je, da je ta naprava delovala zahvaljujoč trem tranzistorjem.
Uporaba laserskega žarka za prenos moči v obliki svetlobne energije, ki se na sprejemnem koncu pretvori v električno energijo. Sam material se neposredno napaja z viri, kot je sonce ali kateri koli generator električne energije. In v skladu s tem izvaja osredotočeno svetlobo visoke intenzivnosti. Velikost in obliko žarka določa nabor optike. In to oddano lasersko svetlobo sprejemajo fotovoltaične celice, ki jo pretvarjajo v električne signale. Ponavadi uporabljakabli iz optičnih vlaken za prenos. Tako kot pri osnovnem sistemu sončne energije je sprejemnik, ki se uporablja pri laserskem širjenju, niz fotonapetostnih celic ali sončne plošče. Ti pa lahko pretvorijo nekoherentno monokromatsko svetlobo v elektriko.
Bistvene funkcije naprave
Moč Tesline tuljave je v procesu, imenovanem elektromagnetna indukcija. To pomeni, da spreminjajoče se polje ustvarja potencial. Omogoča pretok toka. Ko električna energija teče skozi tuljavo žice, ustvari magnetno polje, ki na določen način zapolni območje okoli tuljave. Za razliko od nekaterih drugih visokonapetostnih eksperimentov je Teslova tuljava zdržala številne teste in preizkuse. Postopek je bil precej naporen in dolgotrajen, vendar je bil rezultat uspešen, zato ga je znanstvenik uspešno patentiral. Takšno tuljavo lahko ustvarite v prisotnosti določenih komponent. Za izvedbo bodo potrebni naslednji materiali:
- dolžina 30 cm PVC (več je bolje);
- emajlirana bakrena žica (sekundarna žica);
- brezova deska za podlago;
- 2222A tranzistor;
- priključna (primarna) žica;
- upor 22 kΩ;
- stikala in povezovalne žice;
- 9-voltna baterija.
Fape implementacije naprav Tesla
Najprej morate vstaviti majhno režo na vrhu cevi, da se ovije okoli enega konca žiceokoli. Tuljavo navijajte počasi in previdno, pri čemer pazite, da se žice ne prekrivajo ali ustvarjajo vrzeli. Ta korak je najtežji in dolgočasen del, vendar bo porabljen čas dal zelo kakovostno in dobro tuljavo. Vsakih 20 ali več obratov se okoli navitja namestijo obroči maskirnega traku. Delujejo kot ovira. V primeru, da se tuljava začne razpletati. Ko končate, ovijte močan trak okoli zgornjega in spodnjega dela navitja in ga poškropite z 2 ali 3 plastmi emajla.
Potem morate priključiti primarno in sekundarno baterijo na baterijo. Po - vklopite tranzistor in upor. Manjše navitje je primarno, daljše navitje pa sekundarno. Po želji lahko na vrh cevi namestite aluminijasto kroglo. Odprti konec sekundarja povežite tudi z dodanim, ki bo deloval kot antena. Paziti je treba, da se sekundarne naprave ne dotaknete, ko je napajanje vklopljeno.
Obstaja nevarnost požara, če ga prodajate sami. Preklopiti morate stikalo, namestiti žarnico poleg naprave za brezžični prenos moči in uživati v svetlobnem šovu.
Brezžični prenos preko solarnega sistema
Tradicionalne konfiguracije žične distribucije električne energije običajno zahtevajo žice med porazdeljenimi napravami in potrošniškimi enotami. To ustvarja številne omejitve glede stroškov sistemastroški kablov. Izgube, nastale pri prenosu. Pa tudi odpadki v distribuciji. Samo upor prenosnega voda vodi do izgube približno 20-30 % proizvedene energije.
Eden najsodobnejših sistemov brezžičnega prenosa energije temelji na prenosu sončne energije z uporabo mikrovalovne pečice ali laserskega žarka. Satelit je postavljen v geostacionarno orbito in je sestavljen iz fotovoltaičnih celic. Sončno svetlobo pretvarjajo v električni tok, ki se uporablja za napajanje mikrovalovnega generatorja. In v skladu s tem spozna moč mikrovalovne pečice. Ta napetost se prenaša z radijsko komunikacijo in sprejema na bazni postaji. Je kombinacija antene in usmernika. In se pretvori nazaj v elektriko. Zahteva AC ali DC napajanje. Satelit lahko oddaja do 10 MW RF moči.
Ko govorimo o distribucijskem sistemu DC, je tudi to nemogoče. Ker zahteva priključek med napajalnikom in napravo. Obstaja taka slika: sistem je popolnoma brez žic, kjer lahko dobite izmenični tok v domovih brez dodatnih naprav. Kjer je mogoče polniti svoj mobilni telefon, ne da bi ga bilo treba fizično priključiti na vtičnico. Seveda je tak sistem možen. In veliko sodobnih raziskovalcev poskuša ustvariti nekaj posodobljenega, medtem ko preučuje vlogo razvoja novih metod brezžičnega prenosa električne energije na daljavo. Čeprav z vidika gospodarske komponente za države to ne boprecej donosno je, če takšne naprave uvedemo povsod in zamenjamo standardno elektriko z naravno elektriko.
Izvori in primeri brezžičnih sistemov
Ta koncept ni res nov. To celotno idejo je razvil Nicholas Tesla leta 1893. Ko je razvil sistem osvetlitve vakuumskih cevi z uporabo tehnik brezžičnega prenosa. Nemogoče si je predstavljati, da svet obstaja brez različnih virov polnjenja, ki se izražajo v materialni obliki. Omogočiti, da se mobilni telefoni, domači roboti, MP3 predvajalniki, računalniki, prenosniki in drugi prenosni pripomočki polnijo sami, brez dodatnih povezav, s čimer uporabnike osvobodimo stalnih žic. Nekatere od teh naprav morda niti ne zahtevajo velikega števila elementov. Zgodovina brezžičnega prenosa energije je precej bogata in predvsem zahvaljujoč razvoju Tesle, Volte itd. Toda danes ostaja le podatki v fiziki.
Osnovno načelo je pretvarjanje izmenične napetosti v enosmerno napetost z uporabo usmernikov in filtrov. In potem - v vrnitvi na prvotno vrednost pri visoki frekvenci z uporabo pretvornikov. Ta nizkonapetostna, močno nihajoča izmenična moč se nato prenese s primarnega transformatorja na sekundarni. Pretvori se v enosmerno napetost z uporabo usmernika, filtra in regulatorja. AC signal postane neposredenzahvaljujoč zvoku toka. Kot tudi z uporabo odseka mostnega usmernika. Prejeti DC signal se prenaša skozi povratno navitje, ki deluje kot oscilatorsko vezje. Hkrati pa prisili tranzistor, da ga vodi v primarni pretvornik v smeri od leve proti desni. Ko tok teče skozi povratno navitje, ustrezen tok teče na primarno stran transformatorja od desne proti levi.
Tako deluje ultrazvočna metoda prenosa energije. Signal se generira prek senzorja za oba polovična cikla opozorila AC. Frekvenca zvoka je odvisna od kvantitativnih kazalnikov vibracij generatorskih vezij. Ta AC signal se pojavi na sekundarnem navitju transformatorja. In ko je priključen na pretvornik drugega predmeta, je izmenična napetost 25 kHz. Skozi to se prikaže odčitavanje v padajočem transformatorju.
Ta izmenična napetost je izravnana z mostičnim usmernikom. Nato filtriramo in reguliramo, da dobimo 5V izhod za pogon LED. Izhodna napetost 12 V iz kondenzatorja se uporablja za napajanje motorja enosmernega ventilatorja za njegovo delovanje. Torej je z vidika fizike prenos električne energije dokaj razvito področje. Vendar, kot kaže praksa, brezžični sistemi niso v celoti razviti in izboljšani.
