Elektri edastamiseks mõeldud juhtmeta edastus on võimeline saavutama suuri edusamme tööstusharudes ja rakendustes, mis sõltuvad pistiku füüsilisest kontaktist. See võib omakorda olla ebausaldusväärne ja viia ebaõnnestumiseni. Juhtmevaba elektri edastamist demonstreeris esmakordselt Nikola Tesla 1890. aastatel. Kuid alles viimasel kümnendil on tehnoloogiat kasutatud nii palju, et see pakub tegelikele rakendustele reaalset ja käegakatsutavat kasu. Eelkõige on tarbeelektroonika turu jaoks mõeldud resonantse juhtmeta toitesüsteemi arendamine näidanud, et induktiivne laadimine toob miljonite igapäevaste seadmete jaoks uue mugavuse taseme.
Kõnealune võimsus on üldiselt tuntud mitme termini all. Sealhulgas induktiivne ülekanne, side, resonantse traadita võrk ja sama pinge tagastus. Kõik need tingimused kirjeldavad sisuliselt sama põhiprotsessi. Elektrienergia või toite juhtmevaba ülekanne toiteallikast koormuspingele ilma pistikuteta õhupilu kaudu. Aluseks on kaks mähist- saatja ja vastuvõtja. Esimene on pingestatud vahelduvvooluga, et tekitada magnetväli, mis omakorda indutseerib teises pinge.
Kuidas kõnealune süsteem töötab
Traadita toite põhitõed hõlmavad võimsuse jaotamist saatj alt vastuvõtjale võnkuva magnetvälja kaudu. Selle saavutamiseks muundatakse toiteallikast saadav alalisvool kõrgsageduslikuks vahelduvvooluks. Saatja sisse ehitatud spetsiaalselt disainitud elektroonikaga. Vahelduvvool aktiveerib jaoturis vasktraadist mähise, mis tekitab magnetvälja. Kui teine (vastuvõttev) mähis asetatakse vahetusse lähedusse. Magnetväli võib vastuvõtvas mähises indutseerida vahelduvvoolu. Seejärel teisendab esimese seadme elektroonika vahelduvvoolu tagasi alalisvooluks, millest saab energiatarve.
Traadita jõuülekande skeem
Võrgupinge muudetakse vahelduvvoolu signaaliks, mis seejärel saadetakse elektroonilise vooluahela kaudu saatja mähisesse. Läbi jaoturi mähise voolamine kutsub esile magnetvälja. See võib omakorda levida suhteliselt lähedal asuvale vastuvõtja mähisele. Seejärel tekitab magnetväli voolu, mis voolab läbi vastuvõtuseadme mähise. Protsessi, mille käigus energia jaotatakse saate- ja vastuvõtupoolide vahel, nimetatakse ka magnet- või resonantssidestamiseks. Ja see saavutatakse mõlema samal sagedusel töötava mähise abil. Vastuvõtja mähises voolav vool,teisendatakse vastuvõtja vooluringi abil alalisvooluks. Seejärel saab seda kasutada seadme toiteks.
Mida tähendab resonants
Energia (või võimsuse) edastamise kaugus suureneb, kui saatja ja vastuvõtja mähised resoneerivad samal sagedusel. Nii nagu häälehark võngub teatud kõrgusel ja võib saavutada oma maksimaalse amplituudi. See viitab sagedusele, millega objekt loomulikult vibreerib.
Traadita edastuse eelised
Millised eelised on? Plussid:
- vähendab sirgete pistikute hooldamisega seotud kulusid (nt traditsioonilises tööstuslikus libisemisrõngas);
- suurem mugavus levinud elektroonikaseadmete laadimisel;
- turvaline ülekanne rakendustele, mis peavad jääma hermeetiliselt suletuks;
- elektroonika saab täielikult peita, vähendades korrosiooniohtu, mis on tingitud sellistest elementidest nagu hapnik ja vesi;
- usaldusväärne ja ühtlane toiteallikas pöörlevatele, väga mobiilsetele tööstusseadmetele;
- tagab usaldusväärse jõuülekande kriitilistele süsteemidele märjas, määrdunud ja liikuvas keskkonnas.
Sõltumata rakendusest annab füüsilise ühenduse kõrvaldamine traditsiooniliste kaablitoitepistikutega võrreldes mitmeid eeliseid.
Kõnealuse energiaülekande efektiivsus
Traadita toitesüsteemi üldine tõhusus on selle määramisel kõige olulisem teguresitus. Süsteemi tõhusus mõõdab toiteallika (st seinakontakti) ja vastuvõtva seadme vahel ülekantavat võimsust. See omakorda määrab sellised aspektid nagu laadimiskiirus ja leviulatus.
Traadita sidesüsteemide tõhususe tase varieerub sõltuv alt sellistest teguritest nagu mähise konfiguratsioon ja disain, edastuskaugus. Vähem tõhus seade tekitab rohkem emissioone ja selle tulemusel läbib vastuvõtvat seadet vähem võimsust. Tavaliselt võivad seadmete (nt nutitelefonid) juhtmevaba jõuülekande tehnoloogiad saavutada 70% jõudluse.
Kuidas jõudlust mõõdetakse
Tähendus, kui võimsus (protsentides), mis edastatakse toiteallikast vastuvõtvasse seadmesse. See tähendab, et 80% efektiivsusega nutitelefoni juhtmevaba jõuülekanne tähendab seda, et 20% sisendvõimsusest kaob seinakontakti ja laetava vidina aku vahel. Töö efektiivsuse mõõtmise valem on järgmine: jõudlus=alalisvoolu väljund jagatud sisendiga, tulemus korrutada 100%.
Elektri juhtmeta ülekanne
Võrgut saab jaotada üle vaadeldava võrgu peaaegu kõigi mittemetalliliste materjalide, sealhulgas, kuid mitte ainult, kaudu. Need on tahked ained nagu puit, plast, tekstiil, klaas ja tellised, aga ka gaasid ja vedelikud. Kui metallist võiElektrit juhtiv materjal (s.o süsinikkiud) asetatakse elektromagnetvälja vahetusse lähedusse, objekt neelab sellest energiat ja selle tulemusena kuumeneb. See omakorda mõjutab süsteemi tõhusust. Nii toimib induktsioonküpsetamine, näiteks ebaefektiivne võimsusülekanne pliidiplaadilt tekitab toiduvalmistamiseks kuumust.
Traadita jõuülekandesüsteemi loomiseks peate minema tagasi teema algte juurde. Õigemini edukale teadlasele ja leiutajale Nikola Teslale, kes lõi ja patenteeris generaatori, mis suudab voolu võtta ilma erinevate materialistlike juhtideta. Seega on traadita süsteemi juurutamiseks vaja kokku panna kõik olulised elemendid ja osad, mille tulemusena rakendatakse väikest Tesla mähist. See on seade, mis loob enda ümber õhku kõrgepinge elektrivälja. Sellel on väike sisendvõimsus, see tagab juhtmevaba toiteedastuse vahemaa tagant.
Üks olulisemaid viise energia ülekandmiseks on induktiivne sidumine. Seda kasutatakse peamiselt lähiväljadel. Seda iseloomustab asjaolu, et kui vool läbib ühte juhet, indutseeritakse pinge teise juhtme otstes. Jõuülekanne toimub kahe materjali vahelise vastastikkuse alusel. Tavaline näide on trafo. Mikrolaineenergia ülekande ideena töötas välja William Brown. Kogu kontseptsioon hõlmab vahelduvvoolu muundamist RF-võimsuseks ja selle edastamist läbi ruumi ja uuestimuutuv võimsus vastuvõtjas. Selles süsteemis genereeritakse pinge mikrolaineenergiaallikate abil. nagu klystron. Ja see võimsus edastatakse saateantennile läbi lainejuhi, mis kaitseb peegeldunud võimsuse eest. Nagu ka tuuner, mis sobitab mikrolaineallika impedantsi teiste elementidega. Vastuvõtuosa koosneb antennist. See aktsepteerib mikrolainevõimsust ja impedantsi sobitusahelat ja filtrit. See vastuvõtuantenn võib koos alaldusseadmega olla dipool. Vastab väljundsignaalile alaldi sarnase helihoiatusega. Vastuvõtjaplokk koosneb ka sarnasest sektsioonist, mis koosneb dioodidest, mida kasutatakse signaali teisendamiseks alalisvoolu hoiatuseks. See edastussüsteem kasutab sagedusi vahemikus 2 GHz kuni 6 GHz.
Elektri juhtmevaba ülekanne Brovini draiveri abil, kes rakendas generaatori sarnaseid magnetvõnkumisi kasutades. Põhimõte on see, et see seade töötas tänu kolmele transistorile.
Laserkiire kasutamine võimsuse edastamiseks valgusenergia kujul, mis muundatakse vastuvõtvas otsas elektrienergiaks. Materjali ise toidetakse otse sellistest allikatest nagu päike või mis tahes elektrigeneraator. Ja vastav alt sellele rakendab suure intensiivsusega fokuseeritud valgust. Kiire suuruse ja kuju määrab optika komplekt. Ja seda edastatavat laservalgust võtavad vastu fotogalvaanilised elemendid, mis muudavad selle elektrilisteks signaalideks. Tavaliselt ta kasutabkiudoptilised kaablid edastamiseks. Nagu põhilise päikeseenergiasüsteemi puhul, on laseripõhisel levimisel kasutatav vastuvõtja fotogalvaaniliste elementide või päikesepaneelide massiiv. Need võivad omakorda muuta ebaühtlase monokromaatilise valguse elektriks.
Seadme põhifunktsioonid
Tesla pooli võimsus seisneb protsessis, mida nimetatakse elektromagnetiliseks induktsiooniks. See tähendab, et muutuv väli loob potentsiaali. See paneb voolu voolama. Kui elekter voolab läbi juhtmepooli, tekitab see magnetvälja, mis teatud viisil täidab mähise ümbruse. Erinev alt mõnest teisest kõrgepingekatsetusest on Tesla mähis paljudele katsetele ja katsetele vastu pidanud. Protsess oli üsna töömahukas ja pikk, kuid tulemus oli edukas ja seetõttu patenteeris teadlane eduk alt. Sellise mähise saate luua teatud komponentide juuresolekul. Rakendamiseks on vaja järgmisi materjale:
- pikkus 30 cm PVC (mida rohkem, seda parem);
- emailitud vasktraat (sekundaartraat);
- kaseplaat alusele;
- 2222A transistor;
- ühendav (esmane) juhe;
- takisti 22 kΩ;
- lülitid ja ühendusjuhtmed;
- 9-voldine aku.
Tesla seadme juurutamise etapid
Esm alt peate toru ülaossa tegema väikese pilu, et keerata ümber traadi ühe otsaümber. Kerige mähis aeglaselt ja ettevaatlikult, vältides juhtmete kattumist ega lünkade tekitamist. See samm on kõige keerulisem ja tüütum osa, kuid ajakulu annab väga kvaliteetse ja hea pooli. Umbes iga 20 pöörde järel asetatakse mähise ümber maalriteibi rõngad. Nad toimivad barjäärina. Juhuks, kui mähis hakkab lahti hargnema. Kui olete lõpetanud, keerake mähise üla- ja alaosa ümber paks teip ning piserdage sellele 2 või 3 emaili kihti.
Seejärel peate ühendama primaar- ja sekundaaraku akuga. Pärast - lülitage transistor ja takisti sisse. Väiksem mähis on esmane ja pikem mähis on sekundaarne. Soovi korral saate toru peale paigaldada alumiiniumist kera. Samuti ühendage sekundaarmooduli avatud ots lisatud otsaga, mis toimib antennina. Tuleb olla ettevaatlik, et mitte puudutada sekundaarset seadet, kui toide on sisse lülitatud.
Ise müümisel on tulekahju oht. Peate lülitit ümber pöörama, juhtmevaba jõuülekandeseadme kõrvale paigaldama hõõglambi ja nautima valgusshowd.
Traadita edastus päikeseenergiasüsteemi kaudu
Traditsiooniliste juhtmega toitejaotuse konfiguratsioonide jaoks on tavaliselt vaja juhtmeid hajutatud seadmete ja tarbijaseadmete vahel. See loob süsteemi maksumusele palju piiranguidkaablikulud. Ülekandmisel tekkinud kahjud. Nagu ka jäätmed jaotamisel. Ainuüksi ülekandeliini takistus põhjustab umbes 20–30% genereeritud energia kadu.
Üks moodsamaid juhtmevaba jõuülekandesüsteeme põhineb päikeseenergia edastamisel mikrolaineahju või laserkiire abil. Satelliit on paigutatud geostatsionaarsele orbiidile ja koosneb fotogalvaanilistest elementidest. Nad muudavad päikesevalguse elektrivooluks, mida kasutatakse mikrolainegeneraatori toiteks. Ja vastav alt sellele mõistab mikrolainete võimsust. See pinge edastatakse raadioside abil ja võetakse vastu tugijaamas. See on antenni ja alaldi kombinatsioon. Ja see muundatakse tagasi elektriks. Vajab vahelduv- või alalisvoolu. Satelliit suudab edastada kuni 10 MW raadiosageduslikku võimsust.
Alalisvoolu jaotussüsteemist rääkides on isegi see võimatu. Kuna selleks on vaja pistikut toiteallika ja seadme vahel. Selline pilt on olemas: süsteem on täiesti ilma juhtmeteta, kust saab kodudes vahelduvvoolu ilma lisaseadmeteta. Kus on võimalik laadida oma mobiiltelefoni ilma, et peaks füüsiliselt pistikupessa ühendama. Muidugi on selline süsteem võimalik. Ja paljud kaasaegsed teadlased püüavad luua midagi moderniseeritud, uurides samal ajal uute meetodite väljatöötamist juhtmeta elektrienergia kaugülekandeks. Kuigi majanduskomponendi seisukohast riikide jaoks see nii ei oleon üsna tulus, kui selliseid seadmeid kõikjal kasutusele võtta ja standardne elekter loodusliku elektriga asendada.
Traadita süsteemide päritolu ja näited
See kontseptsioon pole tegelikult uus. Kogu selle idee töötas välja Nicholas Tesla 1893. aastal. Kui ta töötas välja vaakumtorude valgustussüsteemi, kasutades traadita edastustehnikaid. On võimatu ette kujutada, et maailm eksisteerib ilma erinevate laadimisallikateta, mis väljenduvad materiaalses vormis. Et mobiiltelefonid, kodurobotid, MP3-mängijad, arvutid, sülearvutid ja muud teisaldatavad vidinad saaksid laadida iseseisv alt ilma lisaühendusteta, vabastades kasutajad pidevatest juhtmetest. Mõned neist seadmetest ei pruugi isegi vajada suurt hulka elemente. Traadita jõuülekande ajalugu on üsna rikas ja seda peamiselt tänu Tesla, Volta jne arengutele. Kuid tänapäeval on see ainult füüsikateaduse andmeteks.
Põhipõhimõte on muundada vahelduvvool alalispingeks, kasutades alaldeid ja filtreid. Ja siis - inverterite abil kõrge sagedusega algse väärtuse naasmisel. See madalpinge, tugev alt võnkuv vahelduvvool suunatakse seejärel primaartrafost sekundaarmuundurisse. Teisendatakse alalispingeks, kasutades alaldit, filtrit ja regulaatorit. Vahelduvvoolu signaal muutub otsesekstänu hoovuse helile. Nagu ka sillaalaldi sektsiooni kasutamine. Vastuvõetud alalisvoolu signaal juhitakse läbi tagasisidemähise, mis toimib ostsillaatori ahelana. Samal ajal sunnib see transistori juhtima seda primaarmuundurisse suunaga vasakult paremale. Kui vool läbib tagasisidemähist, liigub vastav vool trafo primaarpoolele parem alt vasakule.
Nii töötab ultraheli energiaülekande meetod. Signaal genereeritakse anduri kaudu vahelduvvoolu hoiatuse mõlema poole tsükli jaoks. Heli sagedus sõltub generaatori ahelate vibratsiooni kvantitatiivsetest näitajatest. See vahelduvvoolu signaal ilmub trafo sekundaarmähisele. Ja kui see on ühendatud mõne teise objekti muunduriga, on vahelduvpinge 25 kHz. Läbi selle kuvatakse näit astmelises trafos.
See vahelduvpinge on võrdsustatud sildalaldi abil. Seejärel filtreeriti ja reguleeriti, et saada 5 V väljund LED-i juhtimiseks. Kondensaatori 12 V väljundpinget kasutatakse alalisvooluventilaatori mootori toiteks selle käitamiseks. Nii et füüsika seisukoh alt on elektri edastamine üsna arenenud valdkond. Kuid nagu praktika näitab, ei ole traadita süsteemid täielikult välja töötatud ja täiustatud.
