Kraftöverföring över ett avstånd utan kablar
Utvecklingens historia
Utvecklingen av elektrisk kraftöverföring utan ledningar på distans är förknippad med framsteg inom radioteknik, eftersom båda processerna är av samma karaktär. Uppfinningarna i båda områdena är associerade med studien av metoden för elektromagnetisk induktion och dess effekter på bildandet av elektrisk ström.
1820 A.M. Ampere upptäckte lagen om växelverkan mellan strömmar, som bestod i det faktum att om strömmen flyter längs två nära belägna ledare i en riktning, så dras de till varandra, och om de är annorlunda, så stöter de tillbaka.
1831 fastställde M. Faraday under experiment att ett växlande (varierande i storlek och riktning i tid) magnetfält genererat av flödet av elektrisk ström inducerar (inducerar) strömmar i närliggande ledare. De där. det finns en överföring av el utan ledningar. I detalj Faradays lag vi behandlade i artikeln tidigare.
Tja, efter J. C. Maxwell, 33 år senare, 1864, överförde han Faradays experimentella data till en matematisk form, och Maxwells ekvationer är själva grundläggande i elektrodynamiken. De beskriver hur elektrisk ström och elektromagnetiskt fält är relaterade.
Förekomsten av elektromagnetiska vågor bekräftades 1888 av G. Hertz, under hans experiment med en gnistsändare med en hackare på en Rumkorf-spole. Således producerades EM-vågor med en frekvens av upp till en halv gigahertz. Det är värt att notera att dessa vågor kan tas emot av flera mottagare, men de måste vara inställda i resonans med sändaren. Räckvidden för installationen var cirka 3 meter. När en gnista inträffade i sändaren inträffade samma på mottagarna. I själva verket är detta de första experimenten på överföring av el utan ledningar.
Fördjupad forskning genomfördes av den berömda forskaren Nikola Tesla. Han studerade växelström av högspänning och frekvens 1891. Som ett resultat drogs slutsatserna:
För varje specifikt syfte måste du ställa in installationen till rätt frekvens och spänning. Högfrekvens är dock inte en förutsättning. De bästa resultaten uppnåddes med en frekvens av 15-20 kHz och en sändarspänning på 20 kV. För att erhålla en högfrekvent ström och spänning användes en oscillerande kondensatorutladdning. Således är det möjligt att överföra både elektricitet och producera ljus.
Forskaren visade i sina tal och föreläsningar lampans glöd (vakuumrör) under påverkan av ett högfrekvent elektrostatisk fält.Egentligen var de viktigaste slutsatserna från Tesla att även när det gäller resonanssystem kan mycket energi inte överföras med hjälp av en elektromagnetisk våg.
Parallellt deltog ett antal forskare fram till 1897 i liknande studier: Jagdish Boche i Indien, Alexander Popov i Ryssland och Guglielmo Marconi i Italien.
Var och en av dem har bidragit till utvecklingen av trådlös kraftöverföring:
- J. Boche 1894, antände krut, överförde elektricitet till ett avstånd utan ledningar. Han gjorde detta vid en demonstration i Calcutta.
- A. Popov i april 25 (7 maj), 1895 med Morse-koden överförde det första meddelandet.
- År 1896 överförde G. Marconi i Storbritannien också en radiosignal (Morse-kod) över ett avstånd av 1,5 km, senare 3 km på Salisbury Plain.
Det är värt att notera att Teslas arbete, som vid en tid underskattades och förlorat i århundraden, överskred sina samtiders arbete när det gäller parametrar och kapacitet. Samtidigt, nämligen 1896, överförde hans enheter en signal över långa avstånd (48 km), tyvärr var det en liten mängd el.
Och 1899 kom Tesla till slutsatsen:
Bristen på induktionsmetoden verkar enorm jämfört med metoden för excitation av en laddning av jord och luft.
Dessa slutsatser kommer att leda till andra studier, 1900 lyckades han driva en lampa från en spole som utfördes i fältet och 1903 lanserades Wondercliff-tornet på Long Island. Den bestod av en transformator med en jordad sekundärlindning, och på dess topp stod en kopparsfärisk kupol. Med sin hjälp visade det sig att tända 200 50-watts lampor. Samtidigt var sändaren 40 km från den. Tyvärr avbröts dessa studier, finansieringen avbröts och fri överföring av el utan ledningar var inte ekonomiskt hållbart för affärsmän. Tornet förstördes 1917.
Nu för tiden
Trådlös kraftöverföringsteknologi har tagit ett stort steg framåt, främst inom området överföring av data. Så betydande framgång uppnåddes med radiokommunikation, trådlös teknik som Bluetooth och Wi-fi. Inga speciella innovationer inträffade, främst frekvenserna ändrades, signalkrypteringsmetoderna, signalrepresentationen bytte från analog till digital.
Om vi talar om överföring av elektricitet utan ledningar till elektrisk utrustning, är det värt att nämna att forskare från Massachusetts Institute 2007 överförde 2 meter energi och tände en 60-watts glödlampa på detta sätt. Denna teknik kallas WiTricity, den är baserad på den elektromagnetiska resonansen hos mottagaren och sändaren. Det är värt att notera att mottagaren tar emot cirka 40-45% av elen. Ett generaliserat diagram över en anordning för överföring av energi genom ett magnetfält visas i figuren nedan:
Videon visar ett exempel på tillämpningen av denna teknik för laddning av ett elektriskt fordon. I första hand är det att en mottagare är ansluten till elbilens botten och en sändare installeras på golvet i garaget eller någon annanstans.
Du måste parkera maskinen så att mottagaren är placerad ovanför sändaren. Enheten överför mycket el utan ledningar - från 3,6 till 11 kW per timme.
Företaget överväger i framtiden att tillhandahålla el med sådan teknik och hushållsapparater samt hela lägenheten som helhet. 2010 introducerade Haier en trådlös TV som tar emot ström med liknande teknik, liksom trådlös video. Andra ledande företag, som Intel och Sony, genomför också en sådan utveckling.
I vardagen används teknik för trådlös kraftöverföring i stor utsträckning, till exempel för att ladda en smartphone. Principen är liknande - det finns en sändare, det finns en mottagare, effektiviteten är cirka 50%, dvs för en laddning av 1A kommer sändaren att förbruka 2A. Sändaren kallas vanligtvis en bas i sådana uppsättningar, och den del som ansluter till telefonen är mottagaren eller antennen.
En annan nisch är trådlös överföring av elektricitet med mikrovågor eller laser.Detta ger en större handlingsradie än ett par meter, vilket ger magnetisk induktion. I mikrovågsmetoden installeras en rektenna (icke-linjär antenn för omvandling av en elektromagnetisk våg till likström) på mottagaranordningen, och sändaren riktar strålningen i denna riktning. I denna version av den trådlösa överföringen av el finns det inget behov av direkt synlighet av föremål. Nackdelen är att mikrovågsstrålning inte är säker för miljön.
Vi rekommenderar att du tittar på en video där frågan behandlas mer i detalj:
Sammanfattningsvis vill jag notera att den trådlösa överföringen av el verkligen är bekväm att använda i vardagen, men den har sina fördelar och nackdelar. Om vi talar om användningen av sådana tekniker för att ladda prylar är plusen att du inte behöver ständigt sätta i och ta bort kontakten från kontakten på din smartphone, respektive kommer kontakten inte att misslyckas. Nackdelen är den låga effektiviteten, om energiförlusten för en smartphone inte är betydande (några watt), då för trådlös laddning av en elbil - detta är ett mycket stort problem. Huvudmålet med utvecklingen inom denna teknik är att öka effektiviteten i installationen, eftersom användningen av lågeffektiv teknik mot bakgrund av en utbredd ras för energibesparing är mycket tveksam.
Liknande material:
Läser in...
