انتقال برق بدون سیم در فواصل طولانی. انتقال بی سیم برق: تاریخچه، فناوری، تجهیزات

دانشمندان در قرن سوم در حال بررسی موضوع انتقال برق بدون سیم بودند. که در اخیرامسئله این نیست که ارتباط خود را از دست نداده است، بلکه گامی رو به جلو برداشته است که فقط خوشحال کننده است. ما تصمیم گرفتیم به خوانندگان سایت با جزئیات بگوییم که چگونه انتقال بی سیم برق در فواصل مختلف از ابتدا تا به امروز توسعه یافته است و همچنین چه فناوری هایی در حال حاضر در حال استفاده هستند.

تاریخ توسعه

انتقال برق از راه دور بدون سیم همگام با پیشرفت در زمینه انتقال رادیویی توسعه می یابد، زیرا اصل عملکرد در این پدیده ها از بسیاری جهات مشابه است، اگر یکسان نباشد. بیشتر اختراعات بر اساس روش القای الکترومغناطیسی و همچنین میدان الکترواستاتیک است.

در سال 1820 ق. آمپر قانون برهمکنش جریان ها را کشف کرد که به این صورت بود که اگر دو هادی نزدیک به هم در یک جهت جریان داشته باشند، جذب یکدیگر می شوند و اگر در جهت های مختلف باشند، یکدیگر را دفع می کنند.

M. Faraday در سال 1831 در فرآیند انجام آزمایش‌ها ثابت کرد که یک میدان مغناطیسی متغیر (تغییر در اندازه و جهت در زمان) که توسط جریان جریان الکتریکی ایجاد می‌شود، جریان‌هایی را در هادی‌های مجاور القا می‌کند (القا می‌کند). آن ها انتقال برق بدون سیم در مقاله قبلی به تفصیل به آن پرداختیم.

خوب، جی کی ماکسول 33 سال بعد، در سال 1864، داده های تجربی فارادی را به شکلی ریاضی ترجمه کرد، معادلات خود ماکسول در الکترودینامیک اساسی هستند. آنها چگونگی ارتباط را توصیف می کنند برقو میدان الکترومغناطیسی

وجود امواج الکترومغناطیسی در سال 1888 توسط G. Hertz در جریان آزمایشات خود با یک فرستنده جرقه با یک چاپر روی یک سیم پیچ Ruhmkorff تایید شد. به این ترتیب امواج EM با فرکانس هایی تا نیم گیگاهرتز تولید می شدند. شایان ذکر است که این امواج را می توان توسط چندین گیرنده دریافت کرد، اما باید آنها را با فرستنده تنظیم کرد. برد نصب در منطقه 3 متر بود. وقتی جرقه ای در فرستنده ظاهر شد، همان جرقه روی گیرنده ها ظاهر شد. در واقع، این اولین آزمایشات در انتقال برق بدون سیم است.

تحقیقات عمیق توسط دانشمند معروف نیکولا تسلا انجام شد. او در سال 1891 جریان متناوب را مطالعه کرد ولتاژ بالاو فرکانس ها در نتیجه، نتایج زیر حاصل شد:

برای هر هدف خاص، باید نصب را با فرکانس و ولتاژ مناسب تنظیم کنید. با این حال، فرکانس بالا نیست پيش نياز. بالاترین امتیازهادر فرکانس 15-20 کیلوهرتز و ولتاژ فرستنده 20 کیلو ولت به دست آمد. برای به دست آوردن جریان فرکانس بالاو ولتاژ، تخلیه نوسانی خازن استفاده شد. بنابراین، انتقال الکتریسیته و تولید نور امکان پذیر است.

این دانشمند در سخنرانی ها و سخنرانی های خود درخشش لامپ ها (لوله های خلاء) را تحت تأثیر میدان الکترواستاتیکی با فرکانس بالا نشان داد. در واقع، نتیجه گیری اصلی تسلا این بود که حتی در مورد استفاده از سیستم های تشدید، انرژی زیادی نمی تواند با استفاده از یک موج الکترومغناطیسی منتقل شود.

به موازات آن، تعدادی از دانشمندان تا سال 1897 درگیر مطالعات مشابه بودند: جاگدیش بوز در هند، الکساندر پوپوف در روسیه و گوگلیلمو مارکونی در ایتالیا.

هر یک از آنها به توسعه انتقال برق بی سیم کمک کردند:

1. جی بوز در سال 1894، باروت را مشتعل کرد و برق را در فاصله ای بدون سیم منتقل کرد. او این کار را در تظاهراتی در کلکته انجام داد.
2. A. Popov در 25 آوریل (7 مه)، 1895، با استفاده از کد مورس، اولین پیام را مخابره کرد. در روسیه، این روز، 7 می، همچنان روز رادیو است.
3. در سال 1896، جی مارکونی در بریتانیا نیز یک سیگنال رادیویی (کد مورس) را در فاصله 1.5 کیلومتری، بعداً 3 کیلومتر در دشت سالزبری ارسال کرد.

شایان ذکر است که آثار تسلا که در زمان خود دست کم گرفته شده و برای قرن ها گم شده اند، از نظر پارامترها و قابلیت ها از آثار هم عصر خود پیشی گرفته اند. در همان زمان، یعنی در سال 1896، دستگاه های او سیگنالی را در مسافت های طولانی (48 کیلومتر) مخابره می کردند، متأسفانه این مقدار کمی برق بود.

و در سال 1899 تسلا به این نتیجه رسید:

به نظر می رسد ناهماهنگی روش القاء در مقایسه با روش تحریک بار زمین و هوا بسیار زیاد است.

این نتایج به تحقیقات دیگری منجر می شود، در سال 1900 او موفق شد یک لامپ را از یک سیم پیچ در این میدان برق رسانی کند و در سال 1903 برج Wondercliff در لانگ آیلند راه اندازی شد. از یک ترانسفورماتور با یک ثانویه زمینی تشکیل شده بود و در بالای آن یک گنبد کروی مسی قرار داشت. با کمک آن، 200 لامپ 50 واتی روشن شد. در همان زمان فرستنده در 40 کیلومتری آن قرار داشت. متأسفانه این مطالعات قطع شد، بودجه قطع شد و انتقال رایگان برق بدون سیم از نظر اقتصادی برای بازرگانان مفید نبود. این برج در سال 1917 تخریب شد.

این روزها

فناوری‌های انتقال برق بی‌سیم، عمدتاً در زمینه انتقال داده‌ها، پیشرفت‌های بزرگی داشته‌اند. بنابراین پیشرفت قابل توجهی توسط ارتباطات رادیویی حاصل شده است، فناوری های بی سیممانند بلوتوث و وای فای. هیچ نوآوری خاصی وجود نداشت، فرکانس ها، روش های رمزگذاری سیگنال عمدتا تغییر کردند، نمایش سیگنال از شکل آنالوگ به دیجیتال تغییر یافت.

هنگامی که صحبت از انتقال برق بدون سیم برای تامین برق تجهیزات الکتریکی می شود، لازم به ذکر است که در سال 2007، محققان موسسه ماساچوست انرژی را بیش از 2 متر منتقل کردند و یک لامپ 60 وات را به این روش روشن کردند. این فناوری WiTricity نام دارد که بر اساس تشدید الکترومغناطیسی گیرنده و فرستنده است. شایان ذکر است که گیرنده حدود 40-45 درصد برق را دریافت می کند. نمودار کلی دستگاهی برای انتقال انرژی از طریق میدان مغناطیسی در شکل زیر نشان داده شده است:

در این ویدئو نمونه ای از استفاده از این فناوری برای شارژ خودروی برقی نشان داده شده است. نکته اصلی این است که یک گیرنده به پایین ماشین الکتریکی وصل شده است و یک فرستنده روی زمین در یک گاراژ یا مکان دیگری نصب شده است.

باید ماشین را طوری قرار دهید که گیرنده بالای فرستنده باشد. این دستگاه برق زیادی را بدون سیم منتقل می کند - از 3.6 تا 11 کیلو وات در ساعت.

این شرکت مشتاقانه منتظر تامین برق با این فناوری و لوازم خانگی، و همچنین کل آپارتمان به عنوان یک کل. در سال 2010، حایر معرفی کرد تلویزیون بی سیمکه توسط فناوری مشابه و همچنین سیگنال ویدیویی به صورت بی سیم تغذیه می شود. پیشرفت های مشابهی توسط سایر شرکت های پیشرو مانند اینتل و سونی انجام می شود.

در زندگی روزمره، فناوری های انتقال برق بی سیم، به عنوان مثال، برای شارژ تلفن هوشمند، گسترده است. اصل مشابه است - یک فرستنده وجود دارد، یک گیرنده وجود دارد، بازده حدود 50٪ است. برای شارژ با جریان 1 آمپر، فرستنده 2 آمپر مصرف می کند. فرستنده را معمولاً در چنین کیت هایی پایه و قسمتی که به گوشی متصل می شود گیرنده یا آنتن نامیده می شود.

یکی دیگر از موضوعات مهم انتقال بی سیم برق با استفاده از امواج مایکروویو یا لیزر است. این یک محدوده بزرگتر از پارامترهای ارائه شده توسط القای مغناطیسی را فراهم می کند. در روش مایکروویو یک رکتن (آنتن غیر خطی برای تبدیل موج الکترومغناطیسی به جریان مستقیم) روی دستگاه گیرنده نصب می شود و فرستنده تابش خود را به این سمت هدایت می کند. در این نسخه از انتقال بی سیم برق، نیازی به خط دید مستقیم اجسام نیست. نکته منفی این است که تشعشعات مایکروویو برای محیط زیست ناامن است.

در پایان، من می خواهم توجه داشته باشم که انتقال بی سیم برق مطمئناً برای استفاده در زندگی روزمره راحت است، اما مزایا و معایب خود را دارد. اگر ما در مورد استفاده از چنین فناوری هایی برای شارژ وسایل صحبت می کنیم، مزیت آن این است که مجبور نیستید به طور مداوم دوشاخه را از کانکتور گوشی هوشمند خود وارد کرده و جدا کنید، کانکتور خراب نمی شود. نقطه ضعف راندمان پایین است، اگر تلفات انرژی برای یک تلفن هوشمند (چند وات) قابل توجه نباشد، پس برای شارژ بی سیم یک ماشین الکتریکی، این بسیار است. یک مشکل بزرگ. هدف اصلی توسعه در این فناوری افزایش راندمان نصب است، زیرا با توجه به رقابت گسترده برای صرفه جویی در انرژی، استفاده از فناوری های با راندمان پایین بسیار مشکوک است.

مطالب مرتبط:

پسندیدن( 0 ) من دوست ندارم( 0 )

ما دستگاهی برای انتقال برق بدون سیم با ضریب عملکرد (COP) حدود 100 درصد ارائه می دهیم. در آینده، مقدار کارایی ≈ 100% اثبات می شود و البته ما این مقدار را با دستگاه آزمایشی خود نشان می دهیم.

اهمیت مشکل انتقال بی سیم برق بدون شک - غلبه بر موانع طبیعی (رودخانه ها، کوه ها و دره ها) است. منبع تغذیه پشتیبان، حمل و نقل الکتریکی، حل تعدادی از مشکلات منبع تغذیه بی سیم برای خانگی و دستگاه های صنعتیو غیره. - همه اینها عناصر مشکل ذکر شده هستند.

کمی تاریخ

برای اولین بار، مشکل انتقال بی سیم برق در سپیده دم قرن گذشته توسط N. Tesla شناسایی شد. دستگاه نمایش او بر اساس روش انتشار و دریافت امواج الکترومغناطیسی توسط یک مدار رزونانس باز بود که حاوی یک آنتن - یک ظرفیت و یک سیم پیچ - یک اندوکتانس است. شاخص های مشخصه دستگاه تسلا به شرح زیر است: راندمان = 4٪، برد انتقال - 42 کیلومتر، حداکثر ابعاد برج آنتن - 60 متر، طول موج - 2000 متر، قابل توجه است که در دستگاه تسلا سیاره زمین به عنوان یکی در نظر گرفته شده است. از سیم ها در انتقال برق، از آنجایی که انتشار و دریافت چنین امواج طولانی بدون اتصال به زمین موثر نیست.

پس از آزمایش‌های تسلا، در طول قرن بیستم گذشته، همه تلاش‌ها برای انتقال بی‌سیم برق با کارایی قابل قبول بی‌ثمر بود.

در دهه جاری، کار به طور مستقیم یا غیرمستقیم در موسسه فناوری ماساچوست به سرپرستی M. Solya-chich گزارش شده است. کار آنها بر اساس القای شناخته شده، با کمک یک میدان مغناطیسی، روش انتقال الکتریسیته است که توسط سلف های مسطح تشدید اجرا می شود. این روش به طور ایده آل بازده = 50٪ را با محدوده انتقال متناسب با ابعاد سیم پیچ آنتن فراهم می کند. شاخص های مشخصه دستگاه نمایش آنها به شرح زیر است: راندمان ≈ 40٪، محدوده انتقال - 2 متر، اندازه سیم پیچ آنتن - 0.6 متر، طول موج - 30 متر.

سیستم بسته انرژی

در دستگاه ما، مانند دستگاه تسلا، حامل انرژی امواج الکترومغناطیسی است، یعنی. بردار معروف Poynting عمل می کند.

موارد زیر از نظر تئوری اثبات شده و از نظر تجربی تأیید می‌شوند: آنتن‌های فرستنده و گیرنده دستگاه انتقال برق بی‌سیم یک سیستم بسته انرژی را تشکیل می‌دهند که تا حدی شامل انرژی میدان الکترومغناطیسی زمین است. از طریق تحریک (فعال سازی) میدان الکترومغناطیسی زمین در این سیستم، الکتریسیته از آنتن فرستنده به آنتن گیرنده با بازده ≈ 100% منتقل می شود (شکل 1).

شکل. 1

شکل. 2

با استفاده از این آنتن می توان مشکلی را فرموله کرد که راه حل آن انتقال برق بدون سیم را تضمین می کند:

1. آنتن های فرستنده و گیرنده باید میدان الکترومغناطیسی زمین را در یک ناحیه محلی (محدود) از فضا تحریک (فعال) کنند.

2. میدان الکترومغناطیسی برانگیخته زمین نیز باید در فضا محلی باشد و انرژی مصرف نکند (باید یک موج الکترومغناطیسی ایستاده بین آنتن های فرستنده و گیرنده باشد).

راه‌حل این مشکل با آنتن‌هایی که بر اساس بازنمایی‌های فضایی هندسه اقلیدس با اصل پنجم معروف آن - اصل خطوط موازی - ایجاد شده‌اند، غیرواقعی است. این اصل در کتاب های درسی مدرسه می گوید: از طریق نقطه ای که روی یک خط معین نیست، فقط یک خط را می توان به موازات خط داده شده رسم کرد.

شکل. 3

شهرت این اصل در این واقعیت نهفته است که از قرن اول شروع شده است. قبل از میلاد، به مدت 2000 سال بهترین ذهن های جهان تلاش کردند تا آن را به عنوان یک قضیه اثبات کنند. و در سال 1826، لوباچفسکی روسی مبانی هندسه خود را ترسیم کرد، که در آن اصل پنجم هندسه اقلیدس در واقع با نفی آن فرمول بندی شد: از طریق نقطه ای که روی یک خط معین نیست، حداقل دو خط موازی با خط داده شده می توان رسم کرد.

شکل. 4

و اگرچه این فرض با ایده‌های فضایی ما سازگار نیست، هندسه لوباچفسکی سازگار است و در زمان‌های اخیر مرتباً در خدمت فیزیکدانان بوده است. به عنوان مثال، هندسه لوباچفسکی در توصیف تعداد زیادی از پدیده ها از ارتعاشات در خطوط انتقال مکانیکی تا تعامل ذرات بنیادی و فرآیندهای غشای یک سلول زنده نقش دارد.

شبه کره

درست است، تا سال 1863، تقریباً به مدت 40 سال، هندسه لوباچفسکی به عنوان چیزی تلقی می شد که هیچ ربطی به واقعیت نداشت. اما، در سال 1863، بلترامی ریاضیدان ایتالیایی ثابت کرد که تمام ویژگی های صفحه هندسه لوباچفسکی بر روی سطح شبه کره - یک جسم هندسی، که ویژگی های آن با خواص کره منطبق یا مخالف است، تحقق می یابد. در شکل. 5 یک شبه کره را نشان می دهد و شکل. 6 ژنراتیکس آن یک تراتریکس با مجانب X'X است. با برابری شعاع دایره های بزرگ (موازی) شبه کره و کره، می توان حجم و مساحت سطوح آنها را به صورت کمی مقایسه کرد.

شکل. 5

شکل. 6

آنتن های دستگاه ما به شکل نیمه شبه کره است. ما دستگاهی را با ویژگی های زیر نشان می دهیم: راندمان = 100٪، محدوده انتقال - 1.8 متر، حداکثر اندازه سیم پیچ آنتن - 0.2 متر، طول موج - 500 متر، زمین لازم نیست.

در اینجا لازم به ذکر است که مجموع ویژگی های نام برده شده دستگاه نمایشی با اصول الکترودینامیک کلاسیک - مهندسی رادیو در تضاد است.

چه خصوصیاتی از آنتن های نیمه شبه کره چنین ویژگی هایی را برای دستگاه ما فراهم می کند؟

در میان بیش از دوازده ویژگی خارق‌العاده شبه کره، موارد زیر قبل از هر چیز شایسته توجه هستند:

بدنه شبه کره، بی نهایت در فضا گسترش یافته است، دارای حجم محدود و سطح محدود است.

این خاصیت شبه کره است که به کمک آنتن ها-نیمه شبه کره ها، ایجاد یک سیستم محدود، از نظر مکانی محدود و از نظر انرژی بسته را امکان پذیر می کند. شرط لازمبرای انتقال انرژی از بازده = 100%.

دومین مشکل اساسی که در دستگاه ما حل شده است مربوط به محیطی است که سیستم بسته انرژی ذکر شده را پر می کند. نکته اصلی این است که فقط در الکترودینامیک کوانتومی که ثمره آن لیزرها و میزرها هستند، رسانه فعال در نظر گرفته می شود. برعکس، در الکترودینامیک کلاسیک، رسانه به اجسام غیرفعال اشاره دارد. این با تضعیف، از دست دادن انرژی الکترومغناطیسی در طول انتشار همراه است.

غیر قابل باور، اما واقعی، در دستگاه ما فعال شدن میدان های الکتریکی و مغناطیسی زمین است. این فیلدها اشیای محیط در دستگاه ما هستند، زیرا آنها سیستم بسته انرژی ذکر شده را پر می کنند. فعال شدن این محیط نیز نتیجه خواص شبه کره است.

نکته اصلی این است که تمام نقاط روی سطح شبه کره، به گفته ریاضیدانان، هذلولی و در فضا ناپیوسته هستند. با توجه به آنتن های نیمه شبه کره دستگاه ما، این مساوی است با ناپیوستگی، کمی سازی میدان های الکتریکی و مغناطیسی در هر نقطه از سیم سیم پیچ سیم پیچ آنتن های نیمه شبه کره. این منجر به اختلالات الکترومغناطیسی - امواجی می شود که طول آنها متناسب با قطر سیم سیم پیچ سیم پیچ های آنتن های نیمه شبه کره است، یعنی. در عمل، طول چنین امواجی در حدود 1 میلی متر یا کمتر است. چنین امواج الکترومغناطیسی، همانطور که در تئوری و عمل به اثبات رسیده است، می توانند از طریق قطبش مولکول های هوا یا مستقیماً، میدان الکترومغناطیسی زمین را فعال کرده و در نتیجه اتلاف انرژی الکترومغناطیسی در مسیر انتقال آن را در دستگاه ما جبران کنند. این نیز برای توضیح بازده = 100٪ ضروری است.

علاوه بر این، ما یک مولد انرژی الکترومغناطیسی اضافی را اعلام کرده ایم که ضریب تبدیل انرژی (KPI) آن بیش از 400٪ است. آن ها قابل مقایسه با KPI پمپ های حرارتی شناخته شده است.

و در مورد آخرین کار سوم که در دستگاه ما حل شده است.

به خوبی شناخته شده است که انرژی در فضا فقط توسط یک موج الکترومغناطیسی در حال حرکت منتقل می شود، موجی که در آن میدان های الکتریکی و مغناطیسی در فاز هستند. این شرایط را نمی توان در فاصله 1.8 متری در طول موج 500 متر تحقق بخشید. اما به خوبی شناخته شده است که سرعت یک موج الکترومغناطیسی در حال حرکت در امتداد یک هادی مستقیم یا منحنی کاهش می یابد و در مقایسه با سرعت در آن کاهش می یابد. فضای خالی; طول موج نیز کاهش می یابد. این اثر به طور گسترده در مهندسی برق و رادیو در سیستم های به اصطلاح عقب نشینی استفاده می شود. کاهش طول موج در این سیستم ها از دهم واحد با سیم های مستقیم تا 30 واحد با سیم های منحنی (مارپیچ) متغیر است.

این اثر کاهش سرعت، کاهش طول موج است که امکان تشکیل یک موج در حرکت را فراهم می کند. مسافت های کوتاهدر دستگاه ما

در واقع، طول موج دستگاه آزمایشی ما به طول موج ذکر شده در بالا کاهش می یابد ، که یک موج الکترومغناطیسی در حال حرکت و حامل انرژی را در دستگاه ما تشکیل می دهد. در این حالت ضریب کاهش موج برابر است با واحدها چنین کاهش عظیمی در طول موج همچنین این واقعیت تجربی را توضیح می دهد که دستگاه ما حتی بدون اتصال به فرستنده و گیرنده برق به طور موثر کار می کند.

یکی دیگر از ویژگی های شگفت انگیز شبه کره در عملکرد دستگاه ما نقش دارد:

حجم شبه کره نصف حجم کره است، در حالی که مساحت سطوح آنها برابر است.

از این ویژگی نتیجه می شود که حجم یک کره محدود به مساحت سطح خود شامل دو حجم از شبه کره است که توسط دو سطح ترکیبی سطح خود و یک ناحیه سوم از کره مذکور محدود شده است. این به ما اجازه می دهد تا حجم کره اطراف زمین پر از میدان های الکتریکی و مغناطیسی زمین، دو حجم از شبه کره و 2 حجم کره ی اطراف زمین را نشان دهیم که هر کدام محدود به مناطق هستند و حاوی نیمی از میدان های الکتریکی و مغناطیسی زمین هستند. (شکل 7). با توجه به این واقعیت و اینکه دستگاه ما به ناچار فقط در یک طرف زمین قرار دارد، این بحث وجود دارد که آنتن های دستگاه ما تنها با نیمی از میدان های الکتریکی و مغناطیسی زمین تعامل دارند. در عین حال، نباید تصور کرد که نیمه دوم این فیلدها غیرفعال هستند. این امر با موارد زیر تأیید می شود.

شکل. 7

به یاد بیاورید که اکثر قوانین فیزیک برای قاب های مرجع اینرسی فرموله شده اند که در آنها زمان نامربوط (مطلق) است، فضا همسانگرد است، سرعت حرکت مستقیم امواج الکترومغناطیسی (نور) مطلق است و غیره. در چارچوب سیستم های مرجع اینرسی، به خوبی شناخته شده است که در فضای آزاد، هنگامی که یک موج الکترومغناطیسی در حال حرکت بازتاب می شود، یک موج ایستاده تشکیل می شود که در آن یک موج الکتریکی ایستاده جداگانه و یک موج مغناطیسی ایستاده جداگانه متمایز می شود. با طول موج سیار برابر است، طول موج های الکتریکی و مغناطیسی ایستاده برابر با نصف طول موج سیر است، یعنی. . همچنین ضروری است که دوره این امواج ایستاده برابر با دوره موج سیر باشد، یعنی. ، از آنجایی که دوره یک موج ایستاده از مجموع دو نیم دوره نیمه موج مستقیم و منعکس شده تشکیل شده است.

واقعیت محاسبه، و نه تعیین تجربی، کمیتی با دقتی که به دقت تعیین مدت یک روز روی زمین بستگی دارد، اجازه می دهد نگاهی کاملاً جدید به تعدادی از مسائل در فیزیک داشته باشیم.

سال هاست که دانشمندان با موضوع به حداقل رساندن هزینه های برق دست و پنجه نرم می کنند. بخور راه های مختلفو پیشنهادات، اما هنوز هم معروف ترین نظریه انتقال بی سیم برق است. ما پیشنهاد می کنیم در نظر بگیریم که چگونه انجام می شود، مخترع آن کیست و چرا هنوز زنده نشده است.

تئوری

برق بی سیم به معنای واقعی کلمه انتقال است انرژی الکتریکیبدون سیم مردم اغلب انتقال بی سیم انرژی الکتریکی را با انتقال اطلاعات، مانند رادیو، مقایسه می کنند. تلفن های همراه، یا دسترسی به وای فایدر اینترنت. تفاوت اصلی این است که انتقال رادیویی یا مایکروویو یک فناوری با هدف بازیابی و انتقال دقیقاً اطلاعات است و نه انرژی که در ابتدا صرف انتقال شده است.

برق بی سیم نسبتا است منطقه جدیدتکنولوژی، اما به طور پویا در حال توسعه است. اکنون روش هایی برای انتقال کارآمد و ایمن انرژی در فاصله ای بدون وقفه در حال توسعه است.

برق بی سیم چگونه کار می کند

کار اصلی دقیقاً بر اساس مغناطیس و الکترومغناطیس است، همانطور که در مورد پخش رادیویی وجود دارد. شارژر بی سیم، که به عنوان شارژ القایی نیز شناخته می شود، بر اساس چندین است اصول سادهکار، به ویژه، این فناوری نیاز به دو سیم پیچ دارد. فرستنده و گیرنده ای که با هم یک میدان مغناطیسی متناوب ایجاد می کنند، این کار را نمی کنند جریان مستقیم. به نوبه خود، این میدان باعث ایجاد ولتاژ در سیم پیچ گیرنده می شود. می توان از آن برای غذا استفاده کرد دستگاه موبایلیا شارژ باتری

اگر جریان الکتریکی را از طریق سیم هدایت کنید، میدان مغناطیسی دایره ای در اطراف کابل ایجاد می شود. علیرغم این واقعیت که میدان مغناطیسی بر روی حلقه و سیم پیچ تأثیر می گذارد، اما خود را به شدت روی کابل نشان می دهد. وقتی سیم پیچ دومی را که جریان الکتریکی از آن عبور نمی کند، بردارید و سیم پیچ را در میدان مغناطیسی سیم پیچ اول قرار دهید، جریان الکتریکی سیم پیچ اول از طریق میدان مغناطیسی و از طریق میدان دوم منتقل می شود. سیم پیچ، ایجاد یک جفت القایی.

بیایید یک مسواک برقی را به عنوان مثال در نظر بگیریم. در آن، شارژر به یک پریز متصل است که جریان الکتریکی را به یک سیم پیچ خورده در داخل می فرستد شارژرکه میدان مغناطیسی ایجاد می کند. یک سیم پیچ دوم در داخل مسواک وجود دارد که وقتی جریان شروع به جریان می کند و به لطف میدان مغناطیسی تشکیل شده، مسواک بدون اتصال مستقیم به منبع تغذیه 220 ولت شروع به شارژ می کند.

داستان

انتقال بی سیمانرژی به عنوان جایگزینی برای انتقال و توزیع خطوط الکتریکی، اولین بار توسط نیکولا تسلا پیشنهاد و نشان داده شد. در سال 1899، تسلا یک انتقال بی‌سیم ارائه کرد تا میدانی از لامپ‌های فلورسنت را که در 25 مایلی منبع برق بدون استفاده از سیم قرار دارد، تامین کند. اما در آن زمان، سیم‌کشی 25 مایلی سیم مسی به جای ساخت ژنراتورهای الکتریکی سفارشی که تجربه تسلا نیاز دارد، ارزان‌تر بود. او هرگز حق ثبت اختراع نگرفت و این اختراع در سطل های علم باقی ماند.

در حالی که تسلا اولین کسی بود که توانست نمایش دهد امکانات عملی ارتباطات بی سیمدر سال 1899، امروزه دستگاه های بسیار کمی برای فروش وجود دارد، اینها برس های هدفون بی سیم، شارژر تلفن و موارد دیگر هستند.

فناوری بی سیم

انتقال برق بی سیم شامل انتقال انرژی الکتریکی یا توان در مسافت بدون سیم است. بنابراین، فناوری اصلی بر روی مفاهیم الکتریسیته، مغناطیس و الکترومغناطیس نهفته است.

مغناطیس

این یک نیروی اساسی طبیعت است که باعث می شود انواع خاصی از مواد یکدیگر را جذب یا دفع کنند. قطب های زمین تنها آهنرباهای دائمی در نظر گرفته می شوند. جریان جریان در حلقه میدان های مغناطیسی ایجاد می کند که از نظر سرعت و زمان لازم برای تولید با میدان های مغناطیسی نوسانی متفاوت است. جریان متناوب(AC). نیروهایی که در این حالت ظاهر می شوند در نمودار زیر نشان داده شده است.

الکترومغناطیس وابستگی متقابل میدان های الکتریکی و مغناطیسی متناوب است.

القای مغناطیسی

اگر یک حلقه رسانا به یک منبع برق AC متصل شود، یک میدان مغناطیسی نوسانی در داخل و اطراف حلقه ایجاد می کند. اگر حلقه رسانای دوم به اندازه کافی نزدیک باشد، مقداری از این میدان مغناطیسی نوسانی را می گیرد که به نوبه خود جریان الکتریکی را در سیم پیچ دوم ایجاد یا القا می کند.

ویدئو: انتقال بی سیم برق چگونه است

بنابراین، اتفاق می افتد انتقال الکتریکیقدرت از یک سیکل یا سیم پیچ به سیکل دیگر که به عنوان القای مغناطیسی شناخته می شود. نمونه هایی از این پدیده در ترانسفورماتورهای الکتریکیو یک ژنراتور این مفهوم بر اساس قوانین القای الکترومغناطیسی فارادی است. او در آنجا بیان می کند که وقتی تغییری در شار مغناطیسی متصل به سیم پیچ وجود دارد، EMF القا شده در سیم پیچ برابر است با حاصل ضرب تعداد چرخش سیم پیچ و نرخ تغییر شار.

کلاچ قدرت

این قسمت زمانی ضروری است که یک دستگاه قادر به انتقال برق به دستگاه دیگر نباشد.

یک پیوند مغناطیسی زمانی ایجاد می شود که میدان مغناطیسی یک جسم قادر به القای جریان الکتریکی با وسایل دیگر در دسترس خود باشد.

به دو وسیله گفته می شود که به صورت القایی یا مغناطیسی با یکدیگر جفت می شوند که طوری طراحی شوند که وقتی یک سیم از طریق القای الکترومغناطیسی ولتاژی را در انتهای سیم دیگر القا می کند، تغییر در جریان رخ می دهد. این به دلیل اندوکتانس متقابل است

فن آوری

این دو دستگاه که به صورت القایی یا مغناطیسی جفت شده اند، به گونه ای طراحی شده اند که تغییر در جریان زمانی که یک سیم در انتهای سیم دیگر ولتاژ القا می کند، توسط القای الکترومغناطیسی ایجاد می شود. این به دلیل اندوکتانسیون متقابل است.
کوپلینگ القایی به دلیل توانایی آن در عملکرد بی سیم و همچنین مقاومت در برابر ضربه ترجیح داده می شود.

کوپلینگ القایی تشدید ترکیبی از جفت القایی و رزونانس است. با استفاده از مفهوم تشدید، می توانید کاری کنید که دو جسم بسته به سیگنال های یکدیگر کار کنند.

همانطور که از نمودار بالا می بینید، رزونانس اندوکتانس سیم پیچ را فراهم می کند. خازن به صورت موازی به سیم پیچ متصل می شود. انرژی به عقب و جلو حرکت خواهد کرد میدان مغناطیسیاطراف سیم پیچ و میدان الکتریکی اطراف خازن. در اینجا، تلفات تشعشع حداقل خواهد بود.

مفهوم ارتباط یونیزه بی سیم نیز وجود دارد.

این نیز امکان پذیر است، اما در اینجا شما باید کمی تلاش کنید. این تکنیک قبلاً در طبیعت وجود دارد، اما به سختی دلیلی برای اجرای آن وجود دارد، زیرا به میدان مغناطیسی بالا، از 2.11 M/m نیاز دارد. این توسط دانشمند باهوش ریچارد ولراس، توسعه دهنده مولد گرداب، که انرژی گرمایی را در فواصل بسیار دور، به ویژه با کمک جمع کننده های ویژه، ارسال و انتقال می دهد، توسعه داده شد. ساده ترین مثال از چنین اتصالی رعد و برق است.

مزایا و معایب

البته این اختراع نسبت به روش های سیمی مزایا و معایبی دارد. از شما دعوت می کنیم تا آنها را در نظر بگیرید.

مزایا عبارتند از:

1. عدم وجود کامل سیم؛
2. بدون نیاز به منبع تغذیه؛
3. نیاز به باتری حذف شده است.
4. انرژی با کارایی بیشتری منتقل می شود.
5. به طور قابل توجهی تعمیر و نگهداری کمتر مورد نیاز است.

معایب شامل موارد زیر است:

• فاصله محدود است؛
• میدان های مغناطیسی برای انسان چندان ایمن نیستند.
• انتقال بی سیم برق با استفاده از امواج مایکروویو یا تئوری های دیگر، عملاً در خانه و با دستان خود غیرممکن است.
• هزینه نصب بالا

با نگاهی منظم به دستاوردهای خارجی در زمینه مهندسی رادیو، با یک دستگاه انتقال برق بی سیم خوب مواجه شدم که بر روی برخی از ریزمدارهای کمیاب ساخته نشده است، اما کاملاً مقرون به صرفه است. خود مونتاژ. مستندات کامل به زبان انگلیسی را می توان از لینک دانلود کرد و در اینجا خلاصه ای به زبان روسی شامل برخی از راه حل های مدار ارائه خواهم کرد.

سیم پیچ های فرستنده و گیرنده جریان

شکل موج سیگنال

این مقاله چندین مشابه را ارائه می دهد نمودارهای مدارفقط در ولتاژ و توان متفاوت است. آنها به عنوان یک "آنتن" انرژی عمل می کنند کویل های کوچکاز یک سیم ضخیم، ترانزیستورها یک میدان قدرتمند معمولی هستند، بنابراین می توانید همه اینها را خودتان جمع آوری کنید.

ما فوراً به شما هشدار می دهیم - این در مورد انتقال انرژی بیش از چندین متر نیست، دستگاه های مشابهبرای سایر دستگاه های مشابه که فاصله آنها چند سانتی متر است مناسب تر است. اما توانی که در هوا "پرواز" می کند به 100 وات می رسد!

اصول کارکرد، اصول جراحی، اصول عملکرد

مبدل تشدید معمولاً در فرکانس کاری ثابت کار می کند که با فرکانس تشدید مدار LC تعیین می شود. به محض اینکه یک ولتاژ DC به مدار اعمال می شود، با کمک ترانزیستور شروع به تولید می کند. نوعی مولتی ویبراتور با تغییر فاز 180 درجه. ترانزیستورها به طور متناوب انتهای یک مدار رزونانس موازی را به جرم متصل می کنند که به این مدار اجازه می دهد تا به طور دوره ای با انرژی شارژ شود و به دنبال آن تابش آن به فضا می رسد.

طرح های عملی

طرح اساسی

عکس فرستنده-گیرنده انرژی تمام شده

به طور خلاصه، ما متذکر می شویم که انتقال برق بی سیم به طور فزاینده ای در زمینه لوازم الکترونیکی مصرفی، صنعتی، نظامی و تجهیزات پزشکی معرفی می شود. چقدر بی سیم شبکه محلیو بلوتوث و برق بی سیمبه یک گزینه تبدیل می شود. این به شما امکان می دهد از دکمه ها، کابل ها، اتصالات برق غیر قابل اعتماد خلاص شوید. یکی دیگر از زمینه های کاربردی مربوط به ترانسفورماتورها است که باید شرایط خاصی را برآورده کنند - دارای عایق تقویت شده یا دوگانه. و از همه مهمتر: ایمنی الکتریکی! بسیاری از شبکه های کم قدرت لوازم خانگیمی توان نه از طریق کابل های 220 ولت، دوشاخه ها و پریزها، بلکه روش بدون تماس- به سادگی با انتقال آنها به سطح مورد نظر.