Uzun mesafelerde telsiz elektrik iletimi. Elektriğin kablosuz iletimi: tarih, teknoloji, ekipman

Bilim adamları üçüncü yüzyıldan beri elektriğin kablosuz olarak iletilmesi konusunu araştırıyorlar. İÇİNDE Son zamanlarda soru, alaka düzeyini kaybetmemiş olması değil, daha çok ileriye doğru bir adım atmış olması, ki bu sadece memnun. Başlangıçtan günümüze kablosuz elektrik iletiminin mesafeler boyunca nasıl geliştiğini ve halihazırda hangi teknolojilerin uygulandığını sitenin okuyucularına ayrıntılı olarak anlatmaya karar verdik.

geliştirme tarihi

Elektriğin telsiz bir mesafeden iletilmesi, radyo iletimi alanındaki ilerlemeyle el ele gelişir, çünkü bu fenomenlerdeki çalışma prensibi, aynı olmasa da birçok açıdan benzerdir. Buluşların çoğu, elektrostatik alanın yanı sıra elektromanyetik indüksiyon yöntemine dayanmaktadır.

1820'de Ampère, akımların etkileşim yasasını keşfetti; bu, yakın aralıklı iki iletkenden akım aynı yönde akarsa, o zaman birbirlerini çekerler ve farklı yönlerdeyseler birbirlerini iterler.

1831'de M. Faraday, elektrik akımı akışı tarafından üretilen değişken (zaman içinde büyüklük ve yönde değişen) bir manyetik alanın yakındaki iletkenlerde akımları indüklediğini (indüklediğini) deneyler yapma sürecinde kurdu. Onlar. telsiz elektrik iletimi. Daha önceki bir makalede ayrıntılı olarak tartıştık.

J.K. Maxwell 33 yıl sonra, 1864'te Faraday'ın deneysel verilerini matematiksel bir forma çevirdi, Maxwell'in kendi denklemleri elektrodinamikte temeldir. nasıl bağlantılı olduğunu anlatıyorlar elektrik ve elektromanyetik alan.

Elektromanyetik dalgaların varlığı, 1888'de G. Hertz tarafından bir Ruhmkorff bobini üzerinde bir kıyıcı ile bir kıvılcım vericisi ile yaptığı deneyler sırasında doğrulandı. Bu sayede yarım gigahertz'e varan frekanslarda EM dalgaları üretildi. Bu dalgaların birkaç alıcı tarafından alınabileceğini, ancak verici ile rezonansa ayarlanmaları gerektiğini belirtmekte fayda var. Kurulumun menzili 3 metre civarındaydı. Vericide bir kıvılcım göründüğünde, alıcılarda da aynı kıvılcım belirdi. Aslında bunlar, elektriğin telsiz iletimi konusundaki ilk deneylerdir.

Ünlü bilim adamı Nikola Tesla tarafından derin araştırmalar yapıldı. 1891'de alternatif akım okudu. yüksek voltaj ve frekanslar. Sonuç olarak, aşağıdaki sonuçlar çıkarıldı:

Her özel amaç için, kurulumu uygun frekans ve voltaja göre ayarlamanız gerekir. Ancak, yüksek frekans değil önkoşul. En iyi skorlar 15-20 kHz frekansta ve 20 kV verici voltajında ​​elde edildi. akım almak için yüksek frekans ve voltaj, kapasitörün salınımlı bir deşarjı kullanıldı. Böylece hem elektriği iletmek hem de ışık üretmek mümkün oluyor.

Bilim adamı, konuşmalarında ve derslerinde, yüksek frekanslı bir elektrostatik alanın etkisi altında lambaların (vakum tüpleri) parlamasını gösterdi. Aslında Tesla'nın vardığı ana sonuçlar, rezonans sistemlerinin kullanılması durumunda bile, elektromanyetik dalga kullanılarak çok fazla enerji iletilemeyeceğiydi.

Buna paralel olarak, 1897'ye kadar bir dizi bilim adamı benzer araştırmalarla uğraştı: Hindistan'da Jagdish Bose, Rusya'da Alexander Popov ve İtalya'da Guglielmo Marconi.

Her biri kablosuz güç aktarımının geliştirilmesine katkıda bulundu:

1. J. Bose 1894'te barutu ateşledi ve elektriği kablosuz bir mesafeye iletti. Bunu Kalküta'daki bir gösteride yaptı.
2. A. Popov, 25 Nisan (7 Mayıs) 1895'te Mors kodunu kullanarak ilk mesajı iletti. Rusya'da bu gün, yani 7 Mayıs hala Radyo Günü.
3. 1896'da İngiltere'deki G. Marconi de 1,5 km mesafeye, daha sonra 3 km Salisbury Ovası'na bir radyo sinyali (Mors alfabesi) iletti.

Tesla'nın kendi zamanında hafife alınan ve yüzyıllar boyunca kaybolan çalışmalarının, parametre ve yetenekler açısından çağdaşlarının çalışmalarını geride bıraktığını belirtmekte fayda var. Aynı zamanda, yani 1896'da, cihazları uzun mesafelere (48 km) bir sinyal iletti, ne yazık ki bu az miktarda elektrikti.

Ve 1899'da Tesla şu sonuca varıyor:

İndüksiyon yönteminin tutarsızlığı, toprak ve hava yükünün uyarılması yöntemiyle karşılaştırıldığında çok büyük görünüyor.

Bu sonuçlar başka araştırmalara yol açacak, 1900'de sahadaki bir bobinden bir lambaya güç vermeyi başardı ve 1903'te Long Island'daki Wondercliff kulesi fırlatıldı. Sekonderi topraklanmış bir transformatörden oluşuyordu ve üzerinde bakır küresel bir kubbe duruyordu. Yardımı ile 200 50 watt'lık lamba yaktığı ortaya çıktı. Aynı zamanda, verici ondan 40 km uzakta bulunuyordu. Ne yazık ki bu çalışmalar sekteye uğradı, finansman kesildi ve elektriğin telsiz bedava iletilmesi iş adamlarına ekonomik olarak fayda sağlamadı. Kule 1917'de yıkıldı.

Bu günlerde

Kablosuz güç iletim teknolojileri, özellikle veri iletimi alanında büyük ilerlemeler kaydetmiştir. Telsiz iletişimi konusunda çok önemli ilerlemeler sağlandı, kablosuz teknoloji Bluetooth ve Wi-Fi gibi. Özel bir yenilik yoktu, frekanslar, sinyal şifreleme yöntemleri esas olarak değiştirildi, sinyal gösterimi analogdan dijital forma geçti.

Elektrikli ekipmanlara güç sağlamak için elektriğin telsiz iletilmesi söz konusu olduğunda, 2007 yılında Massachusetts Enstitüsü'nden araştırmacıların 2 metrenin üzerinde enerji ilettiklerini ve bu şekilde 60 watt'lık bir ampul yaktıklarını belirtmekte fayda var. Bu teknolojiye WiTricity adı verilir, alıcı ve vericinin elektromanyetik rezonansına dayanır. Alıcının elektriğin yaklaşık% 40-45'ini aldığını belirtmekte fayda var. Bir manyetik alan yoluyla enerji iletmek için bir cihazın genelleştirilmiş bir diyagramı aşağıdaki şekilde gösterilmiştir:

Video, elektrikli bir arabayı şarj etmek için bu teknolojiyi kullanmanın bir örneğini gösteriyor. Sonuç olarak, elektrikli arabanın altına bir alıcı takılı ve bir garajda veya başka bir yerde zemine bir verici yerleştirildi.

Aracı, alıcı vericinin üzerinde olacak şekilde konumlandırmalısınız. Cihaz, kablosuz olarak çok fazla elektrik iletir - saatte 3,6 ila 11 kW.

Şirket, bu teknoloji ile elektrik sağlamayı dört gözle bekliyor ve Ev aletleri, bir bütün olarak tüm dairenin yanı sıra. 2010 yılında Haier tanıttı kablosuz televizyon, kablosuz olarak video sinyalinin yanı sıra benzer bir teknoloji ile güçlendirilmiştir. Benzer geliştirmeler Intel ve Sony gibi diğer lider şirketler tarafından da yapılıyor.

Günlük yaşamda, örneğin bir akıllı telefonu şarj etmek için kablosuz güç aktarım teknolojileri yaygındır. Prensip benzer - bir verici var, bir alıcı var, verimlilik yaklaşık% 50, yani. 1A akımla şarj etmek için verici 2A tüketecektir. Bu tür kitlerde verici genellikle baza, telefona bağlanan kısma ise alıcı veya anten adı verilir.

Başka bir niş, elektriğin mikrodalgalar veya lazerler kullanılarak kablosuz olarak iletilmesidir. Bu, manyetik indüksiyon tarafından sağlanan parametrelerden daha geniş bir aralık sağlar. Mikrodalga yönteminde, alıcı cihaza bir rectenna (elektromanyetik dalgayı doğru akıma dönüştürmek için doğrusal olmayan bir anten) kurulur ve verici radyasyonunu bu yönde yönlendirir. Elektriğin kablosuz iletiminin bu versiyonunda, nesnelerin doğrudan görüş hattına ihtiyacı yoktur. Dezavantajı, mikrodalga radyasyonunun çevre için güvensiz olmasıdır.

Sonuç olarak, kablosuz elektrik iletiminin günlük yaşamda kullanım için kesinlikle uygun olduğunu, ancak artıları ve eksileri olduğunu belirtmek isterim. Gadget'ları şarj etmek için bu tür teknolojileri kullanmaktan bahsedersek, bunun avantajı, sırasıyla akıllı telefonunuzun konektörüne sürekli olarak fişi takıp çıkarmanız gerekmemesidir, konektör arızalanmayacaktır. Dezavantajı düşük verimliliktir, eğer bir akıllı telefon için enerji kayıpları önemli değilse (birkaç watt), o zaman bir elektrikli arabanın kablosuz şarjı için bu çok büyük bir problem. Bu teknolojideki geliştirmenin temel amacı, tesisatın verimliliğini artırmaktır, çünkü yaygın enerji tasarrufu yarışının arka planında, düşük verimliliğe sahip teknolojilerin kullanılması çok şüphelidir.

İlgili içerik:

Beğenmek( 0 ) Sevmiyorum( 0 )

Yaklaşık %100'lük bir performans katsayısına (COP) sahip, telsiz elektrik iletmek için bir cihaz sunuyoruz. Gelecekte, ≈ %100 verimlilik değeri doğrulanacak ve elbette bu değeri deneysel cihazımızla gösteriyoruz.

Elektriğin kablosuz iletimi sorununun önemi şüphesizdir - doğal engellerin (nehirler, dağlar ve vadiler) aşılması; yedek güç kaynağı, elektrikli ulaşım, ev için kablosuz güç kaynağının bir dizi problemini çözme ve endüstriyel cihazlar vesaire. - tüm bunlar, adı geçen sorunun unsurlarıdır.

biraz tarih

İlk kez, elektriğin kablosuz iletimi sorunu geçen yüzyılın şafağında N. Tesla tarafından tanımlandı. Gösteri cihazı, bir anten - bir kapasitans ve bir tel bobin - bir endüktans içeren açık bir rezonans devresi tarafından elektromanyetik dalgalar yayma ve alma yöntemine dayanıyordu. Tesla'nın cihazının karakteristik göstergeleri aşağıdaki gibidir: verimlilik =% 4, iletim menzili - 42 km, anten kulesinin maksimum boyutu - 60 m, dalga boyu - 2000 m Tesla'nın cihazında Dünya gezegeninin bir olarak kabul edilmesi önemlidir. çünkü bu kadar uzun dalgaların topraklama olmadan emisyonu ve alımı etkili değildir.

Tesla'nın deneylerinden sonra, son yirminci yüzyıl boyunca, elektriğin kablosuz iletimini kabul edilebilir bir verimlilikle gerçekleştirmeye yönelik tüm girişimler sonuçsuz kaldı.

İçinde bulunduğumuz on yılda, Massachusetts Institute of Technology'de M. Solya-chich başkanlığında doğrudan veya dolaylı olarak çalışmalar rapor edilmektedir. Çalışmaları, manyetik alan yardımıyla iyi bilinen indüksiyona, rezonant düz indüktörler tarafından uygulanan elektrik iletme yöntemine dayanmaktadır. Bu yöntem, anten bobinlerinin boyutlarıyla orantılı bir iletim aralığı ile ideal olarak verimlilik = %50 sağlar. Gösteri cihazlarının karakteristik göstergeleri aşağıdaki gibidir: verimlilik ≈ %40, iletim aralığı - 2 m, anten bobini boyutu - 0,6 m, dalga boyu - 30 m.

Enerjik olarak kapalı sistem

Bizim cihazımızda da Tesla'nın cihazında olduğu gibi enerji taşıyıcısı elektromanyetik dalgalardır yani. iyi bilinen Poynting vektörü çalışır.

Aşağıdakiler teorik olarak kanıtlanmış ve deneysel olarak doğrulanmıştır: kablosuz güç aktarım cihazının verici ve alıcı antenleri, kısmen Dünya'nın elektromanyetik alanının enerjisini içeren, enerjik olarak kapalı bir sistem oluşturur; Bu sistemde Dünya'nın elektromanyetik alanının uyarılması (aktivasyonu) yoluyla, verici antenden alıcı antene elektrik ≈ %100 verimlilikle aktarılır (Şekil 1).

İncir. 1

İncir. 2

Bu anteni kullanarak, çözümü elektriğin kablosuz olarak iletilmesini sağlayacak bir sorunu formüle etmek kolaydır:

1. Verici ve alıcı antenler, uzayın yerel (sınırlı) bir bölgesinde Dünyanın elektromanyetik alanını harekete geçirmelidir (etkinleştirmelidir);

2. Dünyanın uyarılmış elektromanyetik alanı da uzayda yerel olmalı ve enerji tüketmemelidir (verici ve alıcı antenler arasında duran bir elektromanyetik dalga olmalıdır).

Bu sorunun çözümü, Öklid geometrisinin ünlü 5. postülası olan paralel çizgiler postülasının uzamsal temsilleri temelinde oluşturulan antenlerle gerçekçi değil. Okul ders kitaplarındaki bu varsayım şöyledir: Belirli bir doğru üzerinde olmayan bir noktadan, verilen doğruya paralel yalnızca bir doğru çizilebilir.

incir. 3

Bu varsayımın kötü şöhreti, 1. yüzyıldan başlayarak gerçeğinde yatmaktadır. MÖ 2000 yıl boyunca dünyanın en iyi beyinleri bunu bir teorem olarak kanıtlamayı başaramadılar. Ve 1826'da Rus Lobaçevski, Öklid geometrisinin 5. varsayımının aslında onun olumsuzlanmasıyla formüle edildiği geometrisinin temellerini özetledi: Belirli bir doğru üzerinde olmayan bir noktadan, verilen doğruya paralel en az iki doğru çizilebilir.

incir. 4

Ve bu koyut bizim uzamsal fikirlerimizle pek tutarlı olmasa da, Lobaçevski'nin geometrisi tutarlıdır ve son zamanlarda düzenli olarak fizikçilere hizmet etmektedir. Örneğin, Lobachevsky'nin geometrisi, mekanik iletim hatlarındaki titreşimlerden canlı bir hücrenin zarındaki temel parçacıkların ve süreçlerin etkileşimine kadar çok sayıda olgunun tanımında yer alır.

sözde dünya

Doğru, 1863'e kadar, neredeyse 40 yıl boyunca Lobachevsky'nin geometrisi, gerçeklikle hiçbir ilgisi olmayan bir şey olarak algılandı. Ancak, 1863'te İtalyan matematikçi Beltrami, Lobachevsky geometri düzleminin tüm özelliklerinin, özellikleri kürenin özellikleriyle çakışan veya zıt olan geometrik bir cisim olan bir sahte kürenin yüzeyinde gerçekleştirildiğini tespit etti. İncirde. Şekil 5 bir yalancı küreyi göstermektedir ve Şekil. 6, generatrisi, asimptot X'X'e sahip bir traktrikstir. Sahte küre ve kürenin büyük dairelerinin (paralellerinin) yarıçaplarının eşitliği ile, yüzeylerinin hacimlerini ve alanlarını nicel olarak karşılaştırmak mümkündür.

incir. 5

incir. 6

Cihazımızın antenlerinin yapıldığı yarı sahte küreler şeklindedir; aşağıdaki özelliklere sahip bir cihaz gösteriyoruz: verimlilik = %100, iletim aralığı - 1,8 m, maksimum anten bobini boyutu - 0,2 m, dalga boyu - 500 m, topraklama gerekli değildir.

Burada, gösteri cihazının belirtilen özelliklerinin tamamının, klasik elektrodinamiğin - radyo mühendisliğinin temelleriyle çeliştiğine dikkat edilmelidir.

Yarı-psödosfer antenlerin hangi özellikleri, cihazımızın bu tür özelliklerini sağlar?

Sahte dünyanın bir düzineden fazla olağanüstü özelliği arasında, her şeyden önce aşağıdakiler dikkati hak ediyor:

Uzayda sonsuzca uzanan yalancı kürenin gövdesi, sonlu bir hacme ve sınırlı bir yüzey alanına sahiptir.

Antenler-yarı uydusferlerin yardımıyla sonlu, uzamsal olarak sınırlı, enerjik olarak kapalı bir sistem yaratmayı mümkün kılan, sahte kürenin bu özelliğidir. gerekli kondisyon verimlilikten enerji transferi için = %100.

Cihazımızda çözülmüş olan ikinci temel sorun, söz konusu enerjisel olarak kapalı sistemi dolduran ortamla ilgilidir. Sonuç olarak, yalnızca meyveleri lazerler ve maserler olan kuantum elektrodinamiğinde aktif kabul edilen ortamdır. Aksine, klasik elektrodinamikte ortam pasif nesneleri ifade eder; yayılma sırasında elektromanyetik enerjinin kaybı olan zayıflama ile ilişkilidir.

İnanılmaz ama gerçek, cihazımızda Dünya'nın elektrik ve manyetik alanlarının aktivasyonu var. Bu alanlar, bahsi geçen enerjisel olarak kapalı sistemi doldurduğu için cihazımızdaki ortamın nesneleridir. Bu ortamın aktivasyonu aynı zamanda sahte kürenin özelliklerinin bir sonucudur.

Sonuç olarak, sahte kürenin yüzeyindeki tüm noktalar, matematikçilere göre hiperbolik, uzayda süreksizdir. Cihazımızın yarı-psödosfer antenleri ile ilgili olarak, bu, yarı-psödosfer antenlerin bobinlerinin sargı telinin her noktasında elektrik ve manyetik alanların süreksizlikleri, nicelleştirilmesi ile eşdeğerdir. Bu, elektromanyetik bozulmalara yol açar - uzunluğu, yarı psödosfer antenlerin bobinlerinin sargı telinin çapıyla orantılı olan dalgalar, yani. pratikte, bu tür dalgaların uzunluğu 1 mm veya daha azdır. Teori ve pratikte kanıtlandığı gibi bu tür elektromanyetik dalgalar, hava moleküllerinin polarizasyonu yoluyla veya doğrudan Dünya'nın elektromanyetik alanını aktive edebilir ve böylece cihazımızda iletilme yolundaki elektromanyetik enerji kaybını telafi edebilir. Bu, verimliliğin = %100'ü açıklamak için de gereklidir.

Ayrıca, enerji dönüşüm katsayısı (KPI) %400'den fazla olan fazla elektromanyetik enerji üreteci ilan ettik; onlar. bilinen ısı pompalarının KPI'ları ile karşılaştırılabilir.

Ve cihazımızda çözülen son üçüncü görev hakkında.

Enerjinin uzayda yalnızca elektrik ve manyetik alanların fazda olduğu bir dalga olan hareket eden bir elektromanyetik dalga tarafından taşındığı iyi bilinmektedir. Bu durum 1,8 m mesafede 500 m dalga boyunda gerçekleştirilemez, ancak düz veya eğri bir iletken boyunca ilerleyen bir elektromanyetik dalganın hızının, içindeki hıza göre yavaşladığı, azaldığı da iyi bilinmektedir. boş alan; dalga boyu da azalır. Bu etki, geciktirici denilen sistemlerde elektrik ve radyo mühendisliğinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu sistemlerde dalga boyundaki azalma, düz telli bir birimin onda biri ile eğrisel (spiral) olanlarda 30 birime kadar değişmektedir.

Yavaşlamanın, dalga boyunu azaltmanın etkisi, üzerinde hareket eden bir dalga oluşturmayı mümkün kılar. kısa mesafeler cihazımızda.

Gerçekten de demo cihazımızın dalga boyu yukarıda belirtilen dalga boyuna düşürülmüştür. , cihazımızda hareket eden, enerji taşıyan bir elektromanyetik dalga oluşturan. Bu durumda, dalga indirgeme katsayısı şuna eşittir: birimler. Dalga boyundaki bu kadar büyük bir azalma, cihazımızın elektrik vericisini ve alıcısını topraklamadan bile verimli çalıştığı deneysel gerçeğini de açıklıyor.

Sözde kürenin bir başka şaşırtıcı özelliği, cihazımızın çalışmasında yer almaktadır:

psödokürenin hacmi kürenin hacminin yarısı, yüzey alanları ise eşittir.

Bu özellikten, kendi yüzey alanıyla sınırlanan bir kürenin hacminin, iki kombine kendi yüzey alanı ve söz konusu kürenin üçüncü bir alanı ile sınırlanan iki ciltlik bir sahte küre içerdiği sonucu çıkar. Bu, Dünya'nın elektrik ve manyetik alanlarıyla dolu Dünya'nın etrafındaki kürenin hacmini, her biri alanlarla sınırlı ve Dünya'nın elektrik ve manyetik alanlarının yarısını içeren sahte kürenin iki hacmini temsil etmemizi sağlar. (Şek. 7). Bu gerçek ve cihazımızın kaçınılmaz olarak dünyanın sadece bir tarafında bulunduğu gerçeği göz önüne alındığında, cihazımızın antenlerinin Dünya'nın elektrik ve manyetik alanlarının sadece yarısı ile etkileşime girdiği iddia edilmektedir. Aynı zamanda, bu alanların ikinci yarısının devre dışı olduğu varsayılmamalıdır. Bu, aşağıdakiler tarafından onaylanmıştır.

incir. 7

Fizik yasalarının çoğunun, zamanın önemsiz (mutlak), uzayın izotropik, elektromanyetik dalgaların (ışık) doğrusal hareket hızının mutlak olduğu vb. eylemsiz referans çerçeveleri için formüle edildiğini hatırlayın. Atalet referans sistemleri çerçevesinde, serbest uzayda, hareket eden bir elektromanyetik dalga yansıdığında, ayrı duran bir elektrik dalgası ile ayrı duran bir manyetik dalganın ayırt edildiği bir duran dalga oluştuğu iyi bilinmektedir. Hareket eden bir dalga uzunluğu ile, duran elektrik ve manyetik dalgaların uzunlukları, hareket eden dalganın uzunluğunun yarısına eşittir, yani . Bu duran dalgaların periyodunun ilerleyen dalganın periyoduna eşit olması da önemlidir, yani , çünkü bir duran dalganın periyodu, doğrudan ve yansıyan yarım dalgaların iki yarı periyodunun toplamından oluşur.

Bir niceliğin, Dünya'daki bir günün süresinin belirlenmesinin doğruluğuna bağlı olan bir doğrulukla hesaplanması ve deneysel olarak belirlenmemesi gerçeği, fizikteki bir dizi soruna tamamen yeni bir bakış sağlar.

Uzun yıllardır bilim adamları elektrik maliyetlerini en aza indirme konusuyla uğraşıyorlar. Yemek yemek Farklı yollar ve öneriler, ancak yine de en ünlü teori, elektriğin kablosuz iletimidir. Nasıl yapıldığını, mucidi kim olduğunu ve neden henüz hayata geçirilmediğini düşünmeyi öneriyoruz.

teori

Kablosuz elektrik tam anlamıyla iletimdir elektrik enerjisi teller olmadan. İnsanlar genellikle elektrik enerjisinin kablosuz iletimini radyo gibi bilgilerin iletimi ile karşılaştırırlar. Cep telefonları, veya Wi-Fi erişimi internette. Temel fark, radyo veya mikrodalga iletiminin, başlangıçta iletim için harcanan enerjiyi değil, tam olarak bilgiyi geri yüklemeyi ve taşımayı amaçlayan bir teknoloji olmasıdır.

Kablosuz elektrik nispeten yeni alan teknoloji değil, dinamik olarak gelişmektedir. Artık enerjiyi verimli ve güvenli bir şekilde bir mesafe boyunca kesintisiz olarak aktarmak için yöntemler geliştirilmektedir.

Kablosuz elektrik nasıl çalışır?

Ana çalışma, radyo yayıncılığında olduğu gibi, tam olarak manyetizma ve elektromanyetizmaya dayanmaktadır. Kablosuz şarj cihazı endüktif şarj olarak da bilinir, birkaç temele dayanır basit ilkeler iş, özellikle, teknoloji iki bobin gerektirir. Birlikte alternatif bir manyetik alan oluşturan bir verici ve alıcı doğru akım. Bu alan da alıcı bobinde bir gerilime neden olur; yemek için kullanılabilir mobil cihaz veya pil şarjı.

Bir telden elektrik akımı yönlendirirseniz, kablonun etrafında dairesel bir manyetik alan oluşur. Manyetik alan hem döngüyü hem de bobini etkilemesine rağmen, kendisini en güçlü şekilde kabloda gösterir. İçinden elektrik akımı geçmeyen ikinci bir tel bobini alıp, bobini birinci bobinin manyetik alanına yerleştirdiğinizde, birinci bobinden gelen elektrik akımı manyetik alandan ve ikinci bobinden geçerek iletilecektir. bobin, endüktif bir bağlantı oluşturur.

Örnek olarak elektrikli diş fırçasını ele alalım. İçinde, şarj cihazı, içindeki bükülmüş bir tele elektrik akımı gönderen bir prize bağlıdır. şarj cihazı bu da bir manyetik alan yaratır. Diş fırçasının içinde ikinci bir bobin vardır, akım akmaya başladığında ve oluşan manyetik alan sayesinde fırça 220 V güç kaynağına doğrudan bağlanmadan şarj olmaya başlar.

Hikaye

kablosuz iletim Elektrik hatlarının iletimi ve dağıtımına alternatif olarak enerji, ilk olarak Nikola Tesla tarafından önerildi ve gösterildi. 1899'da Tesla, bir güç kaynağından yirmi beş mil uzakta bulunan bir flüoresan lamba tarlasını kablo kullanmadan çalıştırmak için kablosuz bir iletim sundu. Ancak o zamanlar Tesla'nın deneyiminin gerektirdiği özel elektrik jeneratörlerini yapmaktansa 25 millik bakır tel çekmek daha ucuzdu. Ona asla bir patent verilmedi ve buluş bilim kutusunda kaldı.

Tesla gösterebilen ilk kişi iken pratik olanaklar kablosuz iletişim 1899'da, bugün satılık çok az cihaz var, bunlar kablosuz kulaklık fırçaları, telefon şarj cihazları ve daha fazlası.

Kablosuz teknoloji

Kablosuz güç iletimi, elektrik enerjisinin veya gücün kablolar olmadan bir mesafe boyunca iletilmesini içerir. Böylece, temel teknoloji elektrik, manyetizma ve elektromanyetizma kavramlarına dayanmaktadır.

Manyetizma

Belirli malzeme türlerinin birbirini çekmesine veya itmesine neden olan temel bir doğa gücüdür. Dünyanın kutupları tek kalıcı mıknatıs olarak kabul edilir. Döngüdeki akış akımı, üretmek için gereken hız ve süre bakımından salınımlı manyetik alanlardan farklı manyetik alanlar üretir. alternatif akım(AC). Bu durumda ortaya çıkan kuvvetler aşağıdaki şemada gösterilmiştir.

Elektromanyetizma, alternatif elektrik ve manyetik alanların birbirine bağımlılığıdır.

Manyetik indüksiyon

İletken bir döngü bir AC güç kaynağına bağlanırsa, döngü içinde ve çevresinde salınımlı bir manyetik alan oluşturur. İkinci iletken halka yeterince yakınsa, bu salınımlı manyetik alanın bir kısmını toplayacak ve bu da ikinci bobinde bir elektrik akımı oluşturacak veya indükleyecektir.

Video: elektriğin kablosuz iletimi nasıl

Böylece olur elektrik iletimi manyetik indüksiyon olarak bilinen bir döngüden veya bobinden diğerine güç. Bu fenomenin örnekleri elektrik transformatörleri ve bir jeneratör. Bu kavram, Faraday'ın elektromanyetik indüksiyon yasalarına dayanmaktadır. Orada, bobine bağlı manyetik akıda bir değişiklik olduğunda, bobinde indüklenen EMF'nin, bobinin sarım sayısı ile akının değişim oranının ürününe eşit olduğunu belirtir.

güç debriyajı

Bu kısım, bir cihaz başka bir cihaza güç iletemediğinde gereklidir.

Bir nesnenin manyetik alanı, ulaşabileceği diğer cihazlarla bir elektrik akımı indükleyebildiğinde bir manyetik bağlantı üretilir.

İki cihaz, bir telin diğer telin uçlarında elektromanyetik indüksiyon yoluyla bir voltaj indüklediğinde akımda bir değişiklik meydana gelecek şekilde tasarlandıklarında, karşılıklı olarak endüktif olarak bağlı veya manyetik olarak bağlı oldukları söylenir. Bunun nedeni karşılıklı endüktanstır.

teknoloji

Karşılıklı olarak endüktif olarak bağlanmış veya manyetik olarak bağlanmış iki cihaz, bir tel diğer telin uçlarında bir voltajı indüklediğinde akımdaki değişikliğin elektromanyetik indüksiyon tarafından üretileceği şekilde tasarlanmıştır. Bunun nedeni karşılıklı endüktanstır.
Endüktif kuplaj, kablosuz çalışabilmesi ve şok direnci nedeniyle tercih edilmektedir.

Rezonant endüktif kuplaj, endüktif kuplaj ve rezonansın bir kombinasyonudur. Rezonans kavramını kullanarak iki nesneyi birbirinin sinyallerine bağlı olarak çalıştırabilirsiniz.

Yukarıdaki şemadan da görebileceğiniz gibi rezonans, bobinin endüktansını sağlar. Kondansatör sargıya paralel bağlanır. Enerji arasında ileri geri hareket edecek manyetik alan bobini çevreleyen ve kapasitörün etrafındaki elektrik alanı. Burada radyasyon kayıpları minimum olacaktır.

Kablosuz iyonize iletişim kavramı da var.

Aynı zamanda mümkün, ancak burada biraz daha çaba göstermeniz gerekiyor. Bu teknik doğada zaten var, ancak 2,11 M/m'den yüksek bir manyetik alana ihtiyaç duyduğu için onu uygulamak için neredeyse hiçbir neden yok. Özellikle özel toplayıcıların yardımıyla ısı enerjisini uzak mesafelere gönderen ve ileten girdap üretecinin geliştiricisi olan parlak bilim adamı Richard Volras tarafından geliştirilmiştir. Böyle bir bağlantının en basit örneği yıldırımdır.

Avantajlar ve dezavantajlar

Tabii ki, bu buluşun kablolu yöntemlere göre avantajları ve dezavantajları vardır. Sizi bunları düşünmeye davet ediyoruz.

Avantajlar şunları içerir:

1. Tellerin tamamen yokluğu;
2. Güç kaynağı gerekmez;
3. Pil ihtiyacı ortadan kalkar;
4. Enerji daha verimli aktarılır;
5. Önemli ölçüde daha az bakım gerektirir.

Dezavantajları aşağıdakileri içerir:

• Mesafe sınırlıdır;
• manyetik alanlar insanlar için o kadar güvenli değildir;
• mikrodalgalar veya diğer teoriler kullanılarak elektriğin kablosuz iletimi evde ve kendi ellerinizle pratik olarak imkansızdır;
• yüksek kurulum maliyeti.

Düzenli olarak radyo mühendisliği alanındaki yabancı başarılara bakarken, bazı kıt mikro devrelerde yapılmayan, ancak oldukça uygun fiyatlı, iyi bir kablosuz güç aktarım cihazına rastladım. kendinden montaj. İngilizce tam belgeler bağlantıdan indirilebilir ve burada bazı devre çözümleri de dahil olmak üzere Rusça bir özet vereceğim.

Akım alıcı-verici bobinleri

Sinyal dalga formu

Makale birkaç benzer sunar Devre diyagramları sadece voltaj ve güçte farklılık gösterir. Bir enerji "anteni" görevi görürler. küçük bobinler kalın bir telden, transistörler sıradan güçlü alanlardır, bu nedenle tüm bunları kendiniz monte edebilirsiniz.

Sizi hemen uyaracağız - bu, enerjiyi metrelerce öteye aktarmakla ilgili değil, benzer cihazlar mesafenin birkaç santimetre olduğu diğer benzer cihazlar için daha uygundur. Ancak havada "uçan" güç 100 watt'a ulaşıyor!

çalışma prensibi

Rezonans dönüştürücü genellikle, LC devresinin rezonans frekansı tarafından belirlenen sabit bir çalışma frekansında çalışır. Devreye bir DC gerilim uygulandığı anda transistörler yardımıyla üretmeye başlar. 180 ° faz kayması olan bir tür multivibratör. Transistörler dönüşümlü olarak paralel bir rezonans devresinin uçlarını kütleye bağlar, bu da bu devrenin periyodik olarak enerji ile yeniden yüklenmesini ve ardından uzaya yayılmasını sağlar.

pratik şemalar

Temel şema

Bitmiş enerji verici-alıcısının fotoğrafı

Özetle, kablosuz güç aktarımının tüketici elektroniği, endüstriyel, askeri ve tıbbi ekipman alanında giderek daha fazla kullanılmaya başlandığını not ediyoruz. Ne kadar kablosuz yerel ağ ve Bluetooth ve kablosuz güç bir seçenek haline gelir. Bu, güvenilir olmayan düğmelerden, kablolardan, güç konektörlerinden kurtulmanızı sağlar. Diğer bir uygulama alanı, güçlendirilmiş veya çift yalıtıma sahip olmak için özel gereksinimleri karşılaması gereken transformatörlerle ilgilidir. Ve en önemlisi: elektrik güvenliği! Birçok düşük güçlü ağ ev aletleri 220 V kablolar, fişler ve prizlerle değil, ancak temassız yöntem- sadece onları istenen yüzeye taşıyarak.