Transmisión de potencia a distancia sin cables
La historia del desarrollo.
El desarrollo de la transmisión de energía eléctrica sin cables a distancia está asociado con el progreso en el campo de la ingeniería de radio, ya que ambos procesos son de la misma naturaleza. Los inventos en ambas áreas están asociados con el estudio del método de inducción electromagnética y sus efectos sobre la formación de corriente eléctrica.
En 1820 a.m. Ampere descubrió la ley de interacción de las corrientes, que consistía en el hecho de que si la corriente fluye a lo largo de dos conductores cercanos en una dirección, entonces se atraen entre sí y, si son diferentes, se repelen.
En 1831, M. Faraday estableció durante los experimentos que un campo magnético alterno (que varía en magnitud y dirección en el tiempo) generado por el flujo de corriente eléctrica induce (induce) corrientes en los conductores cercanos. Aquellos. Hay una transmisión de electricidad sin cables. En detalle Ley de Faraday lo consideramos en el artículo anterior.
Bueno, J.K. Maxwell, 33 años después, en 1864, transfirió los datos experimentales de Faraday a una forma matemática, y las ecuaciones de Maxwell son fundamentales en la electrodinámica. Describen cómo se relacionan la corriente eléctrica y el campo electromagnético.
La existencia de ondas electromagnéticas fue confirmada en 1888 por G. Hertz, en el curso de sus experimentos con un transmisor de chispa con un chopper en una bobina Rumkorf. Por lo tanto, se produjeron ondas EM con una frecuencia de hasta medio gigahercio. Vale la pena señalar que estas ondas podrían ser recibidas por varios receptores, pero deben sintonizarse en resonancia con el transmisor. El alcance de la instalación fue de alrededor de 3 metros. Cuando ocurrió una chispa en el transmisor, lo mismo ocurrió en los receptores. De hecho, este es el primer experimento sobre la transmisión de electricidad sin cables.
La investigación en profundidad fue realizada por el famoso científico Nikola Tesla. Estudió corriente alterna de alto voltaje y frecuencia en 1891. Como resultado, se sacaron las conclusiones:
Para cada propósito específico, necesita ajustar la instalación a la frecuencia y voltaje apropiados. Sin embargo, la alta frecuencia no es un requisito previo. Los mejores resultados se lograron a una frecuencia de 15-20 kHz y un voltaje del transmisor de 20 kV. Para obtener una corriente y voltaje de alta frecuencia, se utilizó una descarga de condensador oscilatorio. Por lo tanto, es posible transmitir electricidad y producir luz.
El científico en sus discursos y conferencias demostró el brillo de las lámparas (tubos de vacío) bajo la influencia de un campo electrostático de alta frecuencia.En realidad, las principales conclusiones de Tesla fueron que, incluso en el caso de utilizar sistemas resonantes, no se puede transmitir mucha energía utilizando una onda electromagnética.
Paralelamente, varios científicos hasta 1897 se dedicaron a estudios similares: Jagdish Boche en India, Alexander Popov en Rusia y Guglielmo Marconi en Italia.
Cada uno de ellos ha contribuido al desarrollo de la transmisión de energía inalámbrica:
- J. Boche en 1894, encendió la pólvora, transmitiendo electricidad a una distancia sin cables. Lo hizo en una manifestación en Calcuta.
- A. Popov, el 25 de abril (7 de mayo) de 1895, utilizando el código Morse, transmitió el primer mensaje.
- En 1896, G. Marconi en Gran Bretaña también transmitió una señal de radio (código Morse) a una distancia de 1,5 km, más tarde 3 km en la llanura de Salisbury.
Vale la pena señalar que el trabajo de Tesla, subestimado en algún momento y perdido durante siglos, excedió el trabajo de sus contemporáneos en términos de parámetros y capacidades. Al mismo tiempo, es decir, en 1896, sus dispositivos transmitieron una señal a largas distancias (48 km), desafortunadamente era una pequeña cantidad de electricidad.
Y para 1899, Tesla llegó a la conclusión:
El fracaso del método de inducción parece enorme en comparación con el método de excitación de una carga de tierra y aire.
Estas conclusiones llevarán a otros estudios, en 1900 logró alimentar una lámpara desde una bobina realizada en el campo, y en 1903 se lanzó la torre Wondercliff en Long Island. Consistía en un transformador con un devanado secundario conectado a tierra, y en su parte superior se encontraba una cúpula esférica de cobre. Con su ayuda, resultó encender 200 lámparas de 50 vatios. Al mismo tiempo, el transmisor estaba a 40 km de distancia. Desafortunadamente, estos estudios se interrumpieron, se suspendieron los fondos y la transmisión gratuita de electricidad sin cables no era económicamente viable para los empresarios. La torre fue destruida en 1917.
Estos dias
Las tecnologías de transmisión inalámbrica de energía han dado un gran paso adelante, principalmente en el campo de la transmisión de datos. Se logró un éxito significativo con las comunicaciones por radio, las tecnologías inalámbricas como Bluetooth y Wi-Fi. No se produjeron innovaciones particulares, principalmente las frecuencias cambiadas, los métodos de cifrado de la señal, la representación de la señal cambiada de analógica a digital.
Si hablamos de la transmisión de electricidad sin cables para alimentar equipos eléctricos, vale la pena mencionar que en 2007, los investigadores del Instituto de Massachusetts transfirieron 2 metros de energía y encendieron una bombilla de 60 vatios de esta manera. Esta tecnología se llama WiTricity, se basa en la resonancia electromagnética del receptor y el transmisor. Vale la pena señalar que el receptor recibe alrededor del 40-45% de la electricidad. En la siguiente figura se muestra un diagrama generalizado de un dispositivo para transmitir energía a través de un campo magnético:
El video muestra un ejemplo de la aplicación de esta tecnología para cargar un vehículo eléctrico. La conclusión es que hay un receptor conectado a la parte inferior del automóvil eléctrico y se instala un transmisor en el piso del garaje o en otro lugar.
Debe estacionar la máquina de modo que el receptor se coloque sobre el transmisor. El dispositivo transfiere mucha electricidad sin cables, de 3.6 a 11 kW por hora.
En el futuro, la compañía está considerando proporcionar electricidad con dicha tecnología y electrodomésticos, así como todo el departamento en su conjunto. En 2010, Haier introdujo un televisor inalámbrico que recibe energía usando tecnología similar, así como video inalámbrico. Otras compañías líderes, como Intel y Sony, también están llevando a cabo tales desarrollos.
En la vida cotidiana, las tecnologías de transmisión inalámbrica de energía se utilizan ampliamente, por ejemplo, para cargar un teléfono inteligente. El principio es similar: hay un transmisor, hay un receptor, la eficiencia es de aproximadamente el 50%, es decir para una carga de 1A, el transmisor consumirá 2A. El transmisor generalmente se denomina base en dichos conjuntos, y la parte que se conecta al teléfono es el receptor o la antena.
Otro nicho es la transmisión inalámbrica de electricidad usando microondas o un láser.Esto proporciona un mayor radio de acción que un par de metros, lo que proporciona inducción magnética. En el método de microondas, se instala una rectenna (antena no lineal para convertir una onda electromagnética en corriente continua) en el dispositivo receptor, y el transmisor dirige su radiación en esta dirección. En esta realización de la transmisión inalámbrica de electricidad, no hay necesidad de visibilidad directa de los objetos. La desventaja es que la radiación de microondas no es segura para el medio ambiente.
Recomendamos ver un video en el que se considere el problema con más detalle:
En conclusión, me gustaría señalar que la transmisión inalámbrica de electricidad es ciertamente conveniente para su uso en la vida cotidiana, pero tiene sus ventajas y desventajas. Si hablamos sobre el uso de tales tecnologías para cargar dispositivos, la ventaja es que no tiene que insertar y quitar constantemente el enchufe del conector de su teléfono inteligente, respectivamente, el conector no fallará. La desventaja es la baja eficiencia, si para un teléfono inteligente la pérdida de energía no es significativa (unos pocos vatios), entonces para la carga inalámbrica de un automóvil eléctrico, este es un problema muy grande. El objetivo principal del desarrollo de esta tecnología es aumentar la eficiencia de la instalación, porque en el contexto de una carrera generalizada por la conservación de la energía, el uso de tecnologías de baja eficiencia es muy dudoso.
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