Prijenos snage na daljinu bez žica
Povijest razvoja
Razvoj prijenosa električne energije bez žica na daljinu povezan je s napretkom u području radiotehnike, jer su oba procesa iste prirode. Izumi u oba područja povezani su s izučavanjem metode elektromagnetske indukcije i njezinim utjecajima na stvaranje električne struje.
Godine 1820. A.M. Ampere je otkrio zakon interakcije struja, koji se sastojao u činjenici da ako struja teče duž dva usko smještena vodiča u jednom smjeru, onda ih privlače jedni druge, a ako su različita, onda se odbijaju.
Godine 1831. M. Faraday je tijekom pokusa utvrdio da izmjenično (varirajući u veličini i smjeru u vremenu) magnetsko polje nastalo strujanjem električne struje inducira (inducira) struju u obližnjim vodičima. tj postoji prijenos električne energije bez žica. U detalje Faradayev zakon razmatrali smo u članku ranije.
Pa, J. K. Maxwell 33 godine kasnije, 1864., prenio je Faradayeve eksperimentalne podatke u matematički oblik, a Maxwell-ove jednadžbe su temeljne u elektrodinamici. Oni opisuju povezanost električne struje i elektromagnetskog polja.
Postojanje elektromagnetskih valova potvrdio je 1888. G. Hertz, tijekom svojih pokusa s prijenosnikom iskre s helikopterom na svici Rumkorf. Tako su nastali EM valovi s frekvencijom do pola gigaherca. Vrijedno je napomenuti da bi te valove moglo primiti nekoliko prijemnika, ali oni moraju biti podešeni rezonantno s odašiljačem. Doseg instalacije bio je oko 3 metra. Kad se u predajniku pojavila iskra, isto se dogodilo i na prijemnicima. Zapravo, ovo su prvi eksperimenti na prijenosu električne energije bez žica.
Dubinska istraživanja proveo je poznati znanstvenik Nikola Tesla. Proučavao je izmjeničnu struju visokog napona i frekvencije 1891. godine. Kao rezultat toga, izvučeni su zaključci:
Za svaku određenu svrhu trebate prilagoditi instalaciju na odgovarajuću frekvenciju i napon. Međutim, visoka frekvencija nije preduvjet. Najbolji rezultati postignuti su na frekvenciji 15-20 kHz i naponu odašiljača 20 kV. Da bi se dobila visokofrekventna struja i napon, korišten je iscjedak kondenzatorskog oscilatornog napona. Dakle, moguće je prenijeti i električnu energiju i proizvoditi svjetlost.
Znanstvenik je u svojim govorima i predavanjima demonstrirao sjaj svjetiljki (vakuumskih cijevi) pod utjecajem visokofrekventnog elektrostatičkog polja.Zapravo, glavni zaključci Tesle bili su da se čak i u slučaju korištenja rezonantnih sustava, puno energije ne može prenijeti pomoću elektromagnetskog vala.
Paralelno, brojni znanstvenici do 1897. bavili su se sličnim istraživanjima: Jagdish Boche u Indiji, Alexander Popov u Rusiji i Guglielmo Marconi u Italiji.
Svaki od njih doprinio je razvoju bežičnog prijenosa energije:
- J. Boche 1894. zapalio je barut, prenoseći struju na daljinu bez žica. To je učinio na demonstraciji u Kalkuti.
- A. Popov je 25. travnja (7. svibnja 1895.) pomoću Morseovog koda poslao prvu poruku.
- G. Marconi je 1896. u Velikoj Britaniji također prenio radio signal (Morseov kod) na udaljenosti od 1,5 km, kasnije 3 km na ravnici Salisbury.
Vrijedi napomenuti da je Teslin rad, podcjenjivan odjednom i izgubljen stoljećima, nadmašio rad njegovih suvremenika u pogledu parametara i mogućnosti. U isto vrijeme, naime 1896. godine, njegovi su uređaji odašiljali signal na velikim daljinama (48 km), nažalost radilo se o maloj količini električne energije.
I do 1899. Tesla je došao do zaključka:
Neuspjeh indukcijske metode čini se ogromnim u usporedbi s metodom pobuđenja naboja zemlje i zraka.
Ti će zaključci dovesti do drugih studija, 1900. uspio je napajati svjetiljku iz svitka izvedenog na terenu, a 1903. puštena je kula Wondercliff na Long Islandu. Sastojao se od transformatora s uzemljenim sekundarnim namotom, a na vrhu je stajala bakrena sferna kupola. Uz njegovu pomoć, ispostavilo se da upali 200-vatne lampe. U isto vrijeme, odašiljač je bio 40 km od njega. Nažalost, te su studije prekinute, financiranje je obustavljeno, a besplatni prijenos električne energije bez žica nije bio ekonomski isplativ za gospodarstvenike. Toranj je uništen 1917. godine.
Ovih dana
Bežične tehnologije prijenosa električne energije napravile su veliki korak naprijed, uglavnom na polju prijenosa podataka. Tako značajan uspjeh postigli su radio komunikacija, bežične tehnologije poput Bluetooth i Wi-fi. Nisu se dogodile posebne inovacije, uglavnom su se mijenjale frekvencije, metode šifriranja signala, prikaz signala prešao s analognog na digitalni.
Ako govorimo o prijenosu električne energije bez žica na električnu opremu, vrijedno je spomenuti da su 2007. godine, istraživači iz Instituta u Massachusettsu prenijeli 2 metra energije i na taj način zapalili 60-vatnu žarulju. Ta se tehnologija naziva WiTricity, a temelji se na elektromagnetskoj rezonanci prijemnika i odašiljača. Vrijedno je napomenuti da prijemnik prima oko 40-45% električne energije. Općeniti dijagram uređaja za prijenos energije kroz magnetsko polje prikazan je na donjoj slici:
Video prikazuje primjer primjene ove tehnologije za punjenje električnog vozila. Dno crta je da je na dnu električnog automobila pričvršćen prijemnik, a odašiljač je instaliran na podu u garaži ili negdje drugdje.
Stroj morate parkirati tako da prijemnik bude postavljen iznad odašiljača. Uređaj prenosi puno električne energije bez žica - od 3,6 do 11 kW na sat.
Tvrtka u budućnosti razmatra opskrbu električnom energijom takvom tehnologijom i kućanskim aparatima, kao i cijeli stan u cjelini. Haier je 2010. predstavio bežični televizor koji prima energiju pomoću slične tehnologije, kao i bežični video. I druge vodeće tvrtke, poput Intel i Sony, također provode takve razvoje.
U svakodnevnom životu tehnologije bežičnog prijenosa energije široko se koriste, na primjer, za punjenje pametnog telefona. Princip je sličan - postoji predajnik, postoji prijemnik, učinkovitost je oko 50%, tj. za naboj 1A, odašiljač će trošiti 2A. U takvim se odašiljačima obično naziva baza, a dio koji se spaja na telefon je prijamnik ili antena.
Još jedna niša je bežični prijenos električne energije pomoću mikrotalasa ili lasera.To osigurava veći polumjer djelovanja od nekoliko metara, što omogućuje magnetsku indukciju. U mikrovalnoj metodi je na prijemnom uređaju instalirana rectenna (nelinearna antena za pretvaranje elektromagnetskog vala u istosmjernu struju), a odašiljač usmjerava svoje zračenje u tom smjeru. U ovoj izvedbi bežičnog prijenosa električne energije nema potrebe za izravnom vidljivošću predmeta. Loša strana je da mikrovalno zračenje nije sigurno za okoliš.
Preporučujemo da pogledate videozapis u kojem se problem detaljnije razmatra:
Zaključno želim napomenuti da je bežični prijenos električne energije sigurno prikladan za uporabu u svakodnevnom životu, ali ima svoje prednosti i nedostatke. Ako govorimo o korištenju takvih tehnologija za punjenje gadgeta, plus je u tome što ne morate stalno umetati i uklanjati utikač iz konektora vašeg pametnog telefona, odnosno konektor neće uspjeti. Loša strana je niska učinkovitost, ako za pametni telefon gubitak energije nije značajan (nekoliko vati), onda je za bežično punjenje električnog automobila - to vrlo velik problem. Glavni cilj razvoja ove tehnologije je povećati učinkovitost instalacije, jer je u pozadini rasprostranjene utrke za uštedom energije upotreba tehnologija niske učinkovitosti vrlo upitna.
Slični materijali:
Učitavanje ...
