Přenos výkonu na dálku bez vodičů
Historie vývoje
Vývoj přenosu elektrické energie bez drátů na dálku je spojen s pokrokem v oblasti radiotechniky, protože oba procesy jsou stejné povahy. Vynálezy v obou oblastech jsou spojeny se studiem metody elektromagnetické indukce a jejích účinků na tvorbu elektrického proudu.
V roce 1820 A.M. Ampere objevil zákon vzájemného působení proudů, který spočíval ve skutečnosti, že pokud proud protéká dvěma těsně umístěnými vodiči v jednom směru, přitahují se k sobě, a pokud se liší, pak se odrazí.
V roce 1831 M. Faraday v průběhu experimentů zjistil, že střídavé (měnící se velikost a směr v čase) magnetické pole vytvářené tokem elektrického proudu indukuje (indukuje) proudy v blízkých vodičích. I.e. dochází k přenosu elektřiny bez vodičů. V detailu Faradayův zákon v článku jsme uvažovali dříve.
Po J. C. Maxwellovi, o 33 let později, v roce 1864, přenesl Faradayova experimentální data do matematické podoby a Maxwellovy rovnice jsou samy o sobě zásadní v elektrodynamice. Popisují vztah elektrického proudu a elektromagnetického pole.
Existenci elektromagnetických vln potvrdil v roce 1888 G. Hertz, během svých experimentů s vysílačem jisker s vrtulníkem na Rumkorfově cívce. Takto byly vyrobeny EM vlny s frekvencí až půl gigahertzu. Stojí za zmínku, že tyto vlny mohly být přijímány několika přijímači, ale musí být vyladěny v rezonanci s vysílačem. Dosah instalace byl kolem 3 metrů. Když se ve vysílači vyskytla jiskra, to samé se stalo na přijímačích. Ve skutečnosti se jedná o první experimenty s přenosem elektřiny bez vodičů.
Hloubkový výzkum provedl slavný vědec Nikola Tesla. V roce 1891 studoval střídavý proud vysokého napětí a frekvence. V důsledku toho byly vyvozeny závěry:
Pro každý konkrétní účel je třeba naladit instalaci na příslušnou frekvenci a napětí. Vysoká frekvence však není nutným předpokladem. Nejlepší výsledky byly dosaženy při frekvenci 15-20 kHz a napětí vysílače 20 kV. K získání vysokofrekvenčního proudu a napětí bylo použito výboje oscilačního kondenzátoru. Je tedy možné přenášet elektřinu a produkovat světlo.
Vědec ve svých projevech a přednáškách demonstroval záři lamp (vakuové trubice) pod vlivem vysokofrekvenčního elektrostatického pole.Ve skutečnosti hlavní závěry Tesly byly, že ani v případě použití rezonančních systémů nelze pomocí elektromagnetické vlny přenášet velké množství energie.
Souběžně bylo do podobných studií zapojeno několik vědců do roku 1897: Jagdish Boche v Indii, Alexander Popov v Rusku a Guglielmo Marconi v Itálii.
Každá z nich přispěla k rozvoji bezdrátového přenosu energie:
- J. Boche v roce 1894 zapálil střelný prach a přenášel elektřinu na vzdálenost bez vodičů. Udělal to na demonstraci v Kalkatě.
- A. Popov 25. dubna (7. května) 1895 pomocí Morseova kódu vyslal první zprávu.
- V roce 1896 vyslal G. Marconi ve Velké Británii také rádiový signál (Morseův kód) na vzdálenost 1,5 km, později 3 km na Salisbury Plain.
Stojí za povšimnutí, že práce Tesly, která byla podceňována najednou a po staletí ztracena, přesahovala práci svých současníků co do parametrů a schopností. Zároveň, konkrétně v roce 1896, jeho zařízení vysílala signál na velké vzdálenosti (48 km), bohužel to bylo malé množství elektřiny.
A do roku 1899 dospěl Tesla k závěru:
Neúspěch indukční metody se zdá být obrovský ve srovnání s metodou excitace náboje země a vzduchu.
Tyto závěry povedou k dalším studiím, v roce 1900 se mu podařilo vypálit lampu z cívky prováděné na poli a v roce 1903 byla zahájena věž Wondercliff na Long Islandu. Skládalo se z transformátoru s uzemněným sekundárním vinutím a na jeho vrcholu stála měděná sférická kupole. S jeho pomocí se ukázalo, že rozsvítilo 200 50 W žárovek. Současně byl vysílač 40 km od něj. Tyto studie byly bohužel přerušeny, financování bylo přerušeno a bezplatný přenos elektřiny bez vodičů nebyl pro podnikatele ekonomicky životaschopný. Věž byla zničena v roce 1917.
V těchto dnech
Technologie bezdrátového přenosu energie učinily velký krok vpřed, zejména v oblasti přenosu dat. Významného úspěchu bylo dosaženo pomocí rádiových komunikací, bezdrátových technologií, jako je Bluetooth a Wi-fi. Nedocházelo k žádným konkrétním inovacím, zejména ke změnám kmitočtů, metodám šifrování signálu, změně signalizace signálu z analogového na digitální.
Pokud mluvíme o přenosu elektřiny bez drátů k napájení elektrických zařízení, je třeba zmínit, že v roce 2007 vědci z Massachusetts Institute přenesli 2 metry energie a osvětlili tak 60 wattovou žárovku. Tato technologie se nazývá WiTricity, je založena na elektromagnetické rezonanci přijímače a vysílače. Stojí za povšimnutí, že přijímač přijímá asi 40-45% elektřiny. Obecný diagram zařízení pro přenos energie magnetickým polem je znázorněn na obrázku níže:
Video ukazuje příklad použití této technologie pro nabíjení elektrického vozidla. Pointa je, že přijímač je připevněn ke dnu elektromobilu a vysílač je nainstalován na podlaze v garáži nebo jinde.
Stroj musíte zaparkovat tak, aby byl přijímač umístěn nad vysílačem. Zařízení přenáší velké množství elektřiny bez vodičů - z 3,6 na 11 kW za hodinu.
Společnost v budoucnu uvažuje o dodávce elektřiny pomocí této technologie a domácích spotřebičů, jakož i celého bytu jako celku. V roce 2010 uvedl Haier bezdrátovou televizi, která přijímá energii pomocí podobné technologie, a také bezdrátové video. Další přední společnosti, jako jsou Intel a Sony, také provádějí tento vývoj.
V každodenním životě se technologie bezdrátového přenosu energie běžně používají například k nabíjení smartphonu. Princip je podobný - existuje vysílač, přijímač, účinnost je asi 50%, tzn. za poplatek 1A vysílač spotřebuje 2A. Vysílač se v takových sadách obvykle nazývá základnou a součástí, která se připojuje k telefonu, je přijímač nebo anténa.
Dalším výklenkem je bezdrátový přenos elektřiny pomocí mikrovln nebo laseru.To poskytuje větší poloměr působení než pár metrů, což poskytuje magnetickou indukci. V mikrovlnné metodě je na přijímacím zařízení instalována rektena (nelineární anténa pro převod elektromagnetické vlny na stejnosměrný proud) a vysílač směruje své záření v tomto směru. V této verzi bezdrátového přenosu elektřiny není potřeba přímá viditelnost objektů. Nevýhodou je, že mikrovlnné záření není bezpečné pro životní prostředí.
Doporučujeme sledovat video, o kterém je problém podrobněji zvažován:
Na závěr bych rád poznamenal, že bezdrátový přenos elektřiny je určitě vhodný pro použití v každodenním životě, ale má své výhody i nevýhody. Pokud mluvíme o použití takových technologií k nabíjení miniaplikací, výhodou je, že nemusíte neustále vkládat a odstraňovat zástrčku z konektoru smartphonu, konektor se nezdaří. Nevýhodou je nízká účinnost, pokud u smartphonu není energetická ztráta významná (několik wattů), pak pro bezdrátové nabíjení elektromobilu - to je velmi velký problém. Hlavním cílem vývoje této technologie je zvýšení účinnosti instalace, protože na pozadí široce rozšířeného závodu na úsporu energie je používání technologií s nízkou účinností velmi pochybné.
Podobné materiály:
Načítám ...
