Передача энергии по воздуху: 3 способа беспроводной передачи энергии

Содержание

3 способа беспроводной передачи энергии

как передать энергию без проводовКогда компания Apple представила свое первое беспроводное зарядное устройство для сотовых телефонов и гаджетов, многие посчитали это революцией и огромным скачком вперед в беспроводных способах передачи энергии.

Но были ли они первопроходцами или еще до них, кому-то удавалось проделать нечто похожее, правда без должного маркетинга и пиара? Оказывается были, притом очень давно и изобретателей таких было множество.

Так еще в далеком 1893г прославленный Никола Тесла, продемонстрировал изумленной публике свечение люминесцентных ламп. При том, что все они были без проводов.опыты Тесла по зажиганию ламп без проводов

Сейчас такой фокус может повторить любой школьник, выйдя в чистое поле и встав с лампой дневного света под линию высокого напряжения от 220кв и выше.что такое aeroz провод инновационные высоковольтные ВЛ

Чуть попозже, Тесла уже сумел зажечь таким же беспроводным способом фосфорную лампочку накаливания.как тесла зажег фосфорную лампочку накаливания

В России в 1895г А.Попов показал в работе первый в мире радиоприемник. А ведь по большому счету это тоже является беспроводной передачей энергии.

Самый главный вопрос и одновременно проблема всей технологии беспроводных зарядок и подобных методов заключается в двух моментах:

  • как далеко можно передать электроэнергию таким способом
  • и какое количество

Для начала давайте разберемся, какую мощность имеют приборы и бытовая техника нас окружающие. Например для телефона, смартчасов или планшета требуется максимум 10-12Вт.зарядка беспроводная для часов

У ноутбука запросы уже побольше - 60-80Вт. Это можно сравнить со средней лампочкой накаливания. А вот бытовая техника, особенно кухонная, кушает уже несколько тысяч ватт.расход электроэнергии у кухонной техники

Поэтому очень важно не экономить с количеством розеток на кухне.схема расположения розеток на кухне

Так какие же методы и способы для передачи эл.энергии без применения кабелей или любых других проводников, придумало человечество за все эти годы. И самое главное, почему они до сих пор не внедрены столь активно в нашу жизнь, как того хотелось бы.

Взять ту же самую кухонную технику. Давайте разбираться подробнее.

Передача энергии через катушки

Самый легко реализуемый способ - использование катушек индуктивности.

Здесь принцип очень простой. Берутся 2 катушки и размещаются недалеко друг от друга. На одну из них подается питание. Другая играет роль приемника.способ беспроводной передачи электроэнергии через катушки индуктивности

Когда в источнике питания регулируется или изменяется сила тока, на второй катушке магнитный поток автоматически также изменяется. Как гласят законы физики, при этом будет возникать ЭДС и она будет напрямую зависеть от скорости изменения этого потока.

Казалось бы все просто. Но недостатки портят всю радужную картинку. Минусов три:

  • маленькая мощность

Данным способом вы не передадите большие объемы и не сможете подключить мощные приборы. А попытаетесь это сделать, то просто поплавите все обмотки.беспроводной способ передачи электричества

  • небольшое расстояние

Даже не задумывайтесь здесь о передаче электричества на десятки или сотни метров. Такой способ имеет ограниченное действие.

Чтобы физически понять, насколько все плохо, возьмите два магнита и прикиньте, как далеко их нужно развести, чтобы они перестали притягиваться или отталкиваться друг от друга. Вот примерно такая же эффективность и у катушек.

беспроводной способ передачи электричества

Можно конечно исхитриться и добиться того, чтобы эти два элемента всегда были близко друг от друга. Например электромобиль и специальная подзаряжающая дорога.автоматическая беспроводная подзарядка автомобиля при движении по дороге

Но в какие суммы выльется строительство таких магистралей.

Еще одна проблема это низкий КПД. Он не превышает 40%. Получается, что таким способом передать много эл.энергии на большие расстояния вы не сможете.

Тот же Н.Тесла указал на это еще в 1899г. Позже он перешел на эксперименты с атмосферным электричеством, рассчитывая в нем найти разгадку и решение проблемы.катушка Теслы и автомобиль

Однако какими бы не казались бесполезными все эти штуки, с их помощью до сих пор можно устраивать красивые светомузыкальные представления.

Или подзаряжать технику гораздо большую чем телефоны. Например электрические велосипеды.беспроводная подзарядка велосипедов

Лазерная передача энергии

Но как же передать больше энергии на большее расстояние? Задумайтесь, в каких фильмах подобную технологию мы видим очень часто.

Первое что приходит на ум даже школьнику - это "Звездные войны", лазеры и световые мечи.звездные войны и передача энергии на расстоянии

Безусловно, с их помощью можно передать большое количество эл.энергии на очень приличные расстояния. Но опять все портит маленькая проблемка.

К нашему счастью, но несчастью для лазера, на Земле есть атмосфера. А она как раз таки хорошо глушит и кушает большую часть всей энергии лазерного излучения. Поэтому с данной технологией нужно идти в космос.

На Земле также были попытки и эксперименты по проверке работоспособности метода. Nasa даже устраивали состязания по лазерной беспроводной передаче энергии с призовым фондом чуть менее 1млн.$.

В итоге выиграла компания Laser Motive. Их победный результат - 1км и 0,5квт переданной непрерывной мощности. Правда при этом в процессе передачи, ученые потеряли 90% всей изначальной энергии.

звездные войны и передача энергии на расстоянии

звездные войны и передача энергии на расстоянии

Но все равно, даже с КПД в десять процентов, результат посчитали успешным.

Напомним, что у простой лампочки полезной энергии, которая идет непосредственно на свет, и того меньше. Поэтому из них и выгодно изготавливать инфракрасные обогреватели. как из простой лампочки или галогенки сделать обогреватель и печку для дома

Неужели нет другого реально работающего способа передать электричество без проводов. Есть, и его изобрели еще до попыток и детских игр в звездные войны.

Оказывается, что специальные микроволны с длиной в 12см (частота 2,45Ггц), являются как бы прозрачными для атмосферы и она им не мешает в распространении.какие волны беспрепятственно распространяются в атмосфере

Какой бы ни была плохой погода, при передаче с помощью микроволн, вы потеряете всего пять процентов! Но для этого вы сначала должны преобразовать электрический ток в микроволны, затем их поймать и опять вернуть в первоначальное состояние.

Первую проблему ученые решили очень давно. Они изобрели для этого специальное устройство и назвали его магнетрон.магнетрон в микроволновке

Причем это было сделано настолько профессионально и безопасно, что сегодня каждый из вас у себя дома имеет такой аппарат. Зайдите на кухню и обратите внимание на свою микроволновку.микроволновка и магнетрон

У нее внутри стоит тот самый магнетрон с КПД равным 95%.

Но вот как сделать обратное преобразование? И тут было выработано два подхода:

электропроводка в домах сша и россии отличия и сравнение правил

В США еще в шестидесятых годах ученый У.Браун придумал антенну, которая и выполняла требуемую задачу. То есть преобразовывала падающее на него излучение, обратно в электрический ток.

Он даже дал ей свое название - ректенна.ректенна для преобразования микроволн в электричество

После изобретения последовали опыты. И в 1975г при помощи ректенны, было передано и принято целых 30 квт мощности на расстоянии более одного километра. Потери при передаче составили всего 18%.схема передачи энергии без проводов

Спустя почти полвека, этот опыт до сих так никто и не смог превзойти. Казалось бы метод найден, так почему же эти ректенны не запустили в массы?

И тут опять всплывают недостатки. Ректенны были собраны на основе миниатюрных полупроводников. Нормальная работа для них - это передача всего нескольких ватт мощности.

А если вы захотите передать десятки или сотни квт, то готовьтесь собирать гигантские панели.панели для приема микроволновых волн

И вот тут как раз таки появляются не разрешимые сложности. Во-первых, это переизлучение.

Мало того, что вы потеряете из-за него часть энергии, так еще и приблизиться к панелям без потери своего здоровья не сможете.нужно ли вытаскивать зарядку от телефона и смартфона из розетки

Вторая головная боль - нестабильность полупроводников в панелях. Достаточно из-за малой перегрузки перегореть одному, и остальные выходят из строя лавинообразно, подобно спичкам.горят спички

В СССР все было несколько иначе. Не зря наши военные были уверены, что даже при ядерном взрыве, вся зарубежная техника сразу выйдет из строя, а советская нет. Весь секрет тут в лампах.лампочка ильича

В МГУ два наших ученых В.Савин и В.Ванке, сконструировали так называемый циклотронный преобразователь энергии. Он имеет приличные размеры, так как собран на основе ламповой технологии.

Внешне это что-то вроде трубки длиной 40см и диаметром 15см. КПД у этого лампового агрегата чуть меньше, чем у американской полупроводниковой штуки - до 85%.циклотронный преобразователь энергии

Но в отличие от полупроводниковых детекторов, циклотронный преобразователь энергии имеет ряд существенных достоинств:

  • большая мощность
  • стойкость к перегрузкам
  • отсутствие переизлучения
  • невысокая цена изготовления
Однако несмотря на все вышесказанное, во всем мире передовым считаются именно полупроводниковые методы реализации проектов. Здесь тоже присутствует свой элемент моды.

После первого появления полупроводников, все резко начали отказываться от ламповых технологий. Но практические испытания говорят о том, что это зачастую неправильный подход.

Конечно, ламповые сотовые телефоны по 20кг или компьютеры, занимающие целые комнаты никому не интересны.ламповый сотовый телефон и компьютер

Но иногда только проверенные старые методы, могут нас выручить в безвыходных ситуациях. 111_opressbez

В итоге на сегодняшний день, мы имеем три возможности передать энергию без проводов. Самый первый из рассмотренных ограничен как расстоянием, так и мощностью.

Но этого вполне хватит, чтобы зарядить батарейку смартфона, планшета или чего-то побольше. КПД хоть и маленький, но метод все же рабочий.подзарядка различных устройст на расстоянии без проводов

Способ с лазерами хорош только в космосе. На поверхности земли это не очень эффективно. Правда когда другого выхода нет, можно воспользоваться и им.

Зато микроволны дают полет для фантазий. С их помощью можно передавать энергию:

  • на земле и в космосе
  • с поверхности земли на космический корабль или спутник
  • и наоборот, со спутника в космосе обратно на землю

Реальные проекты в наши дни

За все последние годы, согласно вышеприведенным технологиям, ученые пытались и пытаются реализовать всего два проекта.

Первый из них начинался очень обнадеживающе. В 2000-х годах на о.Реюньон, возникла потребность в постоянной передаче 10кВт мощности на расстояние в 1км.реальный опыт по передаче мощности в 10квт

Горный рельеф и местная растительность, не позволяли проложить там ни воздушные линии электропередач, ни кабельные.

Все перемещения на острове в эту точку осуществлялось исключительно на вертолетах.

Для решения проблемы в одну команду были собраны лучшие умы из разных стран. В том числе и ранее упоминавшиеся в статье, наши ученые из МГУ В.Ванке и В.Савин.реальный опыт по передаче мощности в 10квт

Однако в момент, когда должны были приступать к практической реализации и строительству передатчиков и приемников энергии, проект заморозили и остановили. А с началом кризиса в 2008 году и вовсе забросили.

На самом деле это очень обидно, так как теоретическая работа там была проделана колоссальная и достойная реализации.

Второй проект, выглядит более безумным чем первый. Однако на него выделяются реальные средства. Сама идея была высказана еще в 1968г физиком из США П.Глэйзером.как передать энергию из космоса на землю

Он предложил на тот момент не совсем нормальную идею - вывести на геостационарную орбиту в 36000 км над землей огромный спутник. На нем расположить солнечные панели, которые будут собирать бесплатную энергию солнца.

Затем все это должно преобразовываться в пучок СВЧ волн и передаваться на землю.передача солнечной энергии на землю от спутника

Этакая "звезда смерти" в наших земных реалиях.звезда смерти на земле

На земле пучок нужно поймать гигантскими антеннами и преобразовать в электричество.

Насколько огромны должны быть эти антенны? Представьте, что если спутник будет в диаметре 1км, то на земле приемник должен быть в 5 раз больше - 5км (размер Садового кольца).проблемы при передаче электроэнергии из космоса на землю по беспроводной технологии

Но размеры это всего лишь малая часть проблем. После всех расчетов оказалось, что такой спутник вырабатывал бы электричество мощностью в 5ГВт. При достижении земли оставалось бы всего 2ГВт. К примеру Красноярская ГЭС дает 6ГВт.

Поэтому его идею рассмотрели, посчитали и отложили в сторонку, так как все изначально упиралось в цену. Стоимость космического проекта в те времена вылезла за 1трлн.$.

Но наука к счастью не стоит на месте. Технологии совершенствуются и дешевеют. Сейчас разработку такой солнечной космической станции уже ведут несколько стран. Хотя в начале двадцатого века для беспроводной передачи электроэнергии хватало всего одного гениального человека.башня тесла для передачи энергии без проводов

Общая цена проекта упала от изначальной до 25млрд.$. Остается вопрос - увидим ли мы в ближайшее время его реализацию?

К сожалению никто вам четкого ответа не даст. Ставки делают только на вторую половину нынешнего столетия. Поэтому пока давайте довольствоваться беспроводными зарядками для смартфонов и надеяться что ученым удастся повысить их КПД. Ну или в конце концов на Земле родится второй Никола Тесла.

Статьи по теме

Электричество на расстоянии: способ беспроводной передачи электричества

Решить проблему беспроводной передачи электрической энергии на большие расстояния – давнишняя мечта человечества. Можно представить, насколько бы подешевела электроэнергия без затрат на токопроводную продукцию. Научно-техническая революция не стоит на месте. Есть надежда, что эта мечта сбудется в недалёком будущем. Тому свидетельствуют новые разработки в данной сфере.

Мечта человечества – беспроводная передача электроэнергии

Мечта человечества – беспроводная передача электроэнергии

История беспроводной передачи энергии

Великий французский физик Ампер в 1820 году путём многочисленных опытов пришёл к выводу о том, что магнитное поле может возбуждать в теле металла электрический ток. Так появился основополагающий закон Ампера.

Майкл Фарадей в 1831 открыл закон индукции, который стал базой для развития такой науки, как электромагнетизм.

Джеймс Максвелл после долгих экспериментов систематизировал свои наблюдения, квинтэссенцией которых в 1864 году стало уравнение Максвелла. Формула объясняла поведение электромагнитного поля.

Никола Тесла усовершенствовал аппарат для генерации электромагнитного поля, изобретённый Генрихом Герцем в 1888 году. На Всемирной выставке в 1893 г., состоявшейся в Чикаго, Тесла продемонстрировал свечение фосфорных лампочек без проводов.

Никола Тесла

Никола Тесла

Свой вклад в развитие беспроводной передачи энергии сделал русский учёный Александр Попов. В 1895 г. на заседании Русского физико-химического общества он показал изобретённый им детекторный радиоприёмник.

Далее вплоть до наших дней происходило патентование новых изобретений в области беспроводной передачи электрической энергии. Были произведены масса экспериментов, совершенно большое количество открытий. Последнее достижение в этой сфере – это передача электричества на большие расстояния без проводов с помощью технологии Wi-Fi. В 2017 году изобретён мобильный телефон без батареи.

Как это работает

Беспроводное электричество базируется на таком явлении, как электромагнетизм. В работе участвуют две катушки из металлических проводов. Одна из них подключена к источнику тока, вокруг которой создаётся магнитное поле. Вторая катушка, воспринимая это поле, индуцирует в своей обмотке вторичный электрический ток.

Схема передачи электричества без проводов

Схема передачи электричества без проводов

Принципы передачи

В последних разработках учёных из США и Южной Кореи применялись магнитно-резонансные системы CMRS и DCRS. Корейская технология оказалась более совершенной. Удалось передать электроэнергию на 5 метров. Благодаря компактным дипольным катушкам DCRS, можно запитать всех потребителей в помещении средних размеров без проводов.

Важно! Несовершенство современной аппаратуры существенно ограничивает длину пути электричества по воздуху.

Несмотря на это, учёные всего мира заняты получением новых технологий, задача которых – передача энергии на расстоянии в десятки и сотни километров. Уже сегодня развиваются и претворяются в жизнь новые достижения науки в области доставки электроэнергии без проводных линий электропередач.

Технологии

Наиболее перспективными направлениями в разработке новых методов и способов транспортировки электричества без материального контакта являются:

  • ультразвуковой способ;
  • метод электромагнитной индукции;
  • электростатическая индукция;
  • микроволновое излучение;
  • лазерный метод;
  • электропроводность Земли.

Ультразвуковой способ

Студентами Пенсильванского университета (США) на недавней выставке в 2011 году был продемонстрирован способ передачи электротока с помощью ультразвука. Передатчик генерировал акустические волны в ультразвуковом диапазоне, приёмник преобразовывал их в электрический ток. В качестве носителя энергии ультразвук был выбран не случайно. Его воздействие на организм человека абсолютно безвредно.

Несовершенство этого способа заключается в том, что КПД передачи очень низкий, нужны прямая видимость между абонентами и ограниченность расстояния (7-10 метров).

Метод электромагнитной индукции

Работа обыкновенного трансформатора даёт представление о том, как осуществляется передача электричества без проводов методом электромагнитной индукции. В процессе участвуют две катушки. Магнитное поле, возбуждаемое протекающим током по виткам первичной обмотки, индуцирует электрический поток во вторичной обмотке трансформатора.

Примерами использования эффекта электромагнитной индукции могут быть зарядные устройства смартфонов и электрические зубные щётки. Недостатком такого способа передачи энергии является непременная близость катушек. Даже при небольшом увеличении промежутка между обмотками большая часть энергии начинает распыляться в пространстве.

Один из видов электромагнитной индукции – это использование резонанса. Суть способа заключается в том, что приёмник и передатчик функционируют в одном частотном диапазоне. Передающее и приёмное устройства представляют собой соленоид с одним слоем витков. Генерирующий прибор оснащён конденсаторной схемой, с помощью которой он настраивается на частоту приёмника.

Демонстрация метода электромагнитной индукции

Демонстрация метода электромагнитной индукции

Электростатическая индукция

В основе метода заложен принцип прохождения энергии через тело диэлектрика. Способ называют ёмкостной связью. Генератор создаёт в ёмкости электрическое поле, которое возбуждает разницу потенциалов между двумя электродами потребителя.

Никола Тесла для демонстрации беспроводной лампы освещения использовал именно метод электростатической индукции. Лампа получала питание от переменного электрического поля высокой частоты. Она светилась ровно, независимо от её перемещения в пространстве комнаты.

Микроволновое излучение

Специалисты космотехники разработали способ передачи электроэнергии от орбитальных солнечных батарей на космические корабли с помощью радиосигнала микроволнового диапазона. Проблема этого метода состоит в том, что для приёма и передачи пучкового излучения требуются антенны с очень большой диафрагмой.

Учёные НАСА в 1978 году пришли к выводу, что для передачи микроволнового луча частотой 2,45 ГГц излучающая антенна должна иметь диаметр отражающей поверхности 1 км. Приёмная ректенна должна быть диаметром 10 км. Уменьшить эти размеры возможно путём использования сверхкоротких волн. Однако сигналы такого диапазона быстро поглощаются атмосферой или блокируются дождевыми осадками.

Обратите внимание! Безопасная плотность мощности излучаемой энергии равняется 1 мВт/см2. Этой норме отвечает антенна диаметром 10 км с передающей мощностью потенциала 750 МВт.

Лазерный метод

Передачу электроэнергии на большие расстояния без проводов с помощью лазера стали осуществлять сосем недавно. Идея состоит в том, что лазерный луч, несущий в себе энергетический потенциал, попадает на фотоэлемент приёмного устройства, где высокочастотное электромагнитное излучение преобразуется в электрический ток.

Лазерная технология передачи энергии, ранее применяемая в военной области, успешно внедряется в гражданскую сферу деятельности человека. Разработки американских учёных привели к изобретению беспилотного летательного аппарата, получающего энергетическое питание от лазерного луча. В 2006 году был продемонстрирован беспилотник, который мог летать в беспосадочном режиме, питаясь от лазерной установки.

В 2009 году был успешно осуществлён эксперимент в космосе по передаче энергии на один километр мощностью 500Вт.

Электропроводность Земли

Существует теория использования недр и океанов Земли для беспроводной передачи энергии. Электропроводимость гидросферы, залежей металлических руд может быть использована для передачи низкочастотного переменного тока. Электростатическая индукция диэлектрических тел может возникать в огромных залежах кварцевого песка и тому подобных минералов.

Передача электрического тока возможна также через воздушное пространство методом электростатической индукции. Никола Тесла в своё время выдвинул предположение, что в будущем появятся технологии, которые для передачи электроэнергии будут использовать землю, океанические воды и атмосферу планеты.

Всемирная беспроводная система

Впервые о Всемирной беспроводной системе передачи электроэнергии стало известно от великого учёного Теслы. В 1904 году он заявил, что создание ВБС, используя высокую электрическую проводимость плазмы и Земли, вполне осуществимо.

Реальные проекты в наши дни

Из всего того, что на сегодня предлагает рынок электротехники, относятся к беспроводной передаче электроэнергии зарядные устройства для смартфонов, электрические зубные щётки. В них используется принцип электромагнитной индукции.

Бесконтактная зарядка смартфона

Бесконтактная зарядка смартфона

В авиастроении началось серийное производство летательных беспилотных аппаратов, питающихся за счёт беспроводной передачи электричества. Небольшой микроволновый вертолёт с ректенной может подниматься на высоту до 15 метров над землёй. Появились беспилотники, которые могут летать в зоне видимости лазерного луча.

Китайский производитель бытовой техники Haier Group с 2010 года выпускает беспроводные LCD телевизоры.

Перспективы беспроводной передачи электричества

Сейчас ведутся исследовательские работы, и разрабатываются проекты создания электромобилей, которые будут передвигаться по дорожному покрытию с токопроводом, который индуцирует электрический ток в моторе транспорта.

Питание электромобиля

Питание электромобиля

Ряд передовых фирм заняты разработкой беспроводных источников питания, которые смогут снабжать электроэнергией всех потребителей в пределах одного помещения.

В перспективе появление трасс, состоящих из ряда беспроводных источников электричества, которые смогут обеспечить перемещение летательных аппаратов на большие расстояния.

С появлением новых материалов, усовершенствованных приборов и изобретений беспроводная передача электроэнергии в недалёком будущем охватит все сферы деятельности человека.

Видео

Почему мы не используем технологию Теслы беспроводной передачи электроэнергии?

Ознакомьтесь - Прайс-лист электролаборатории Тест-Лайн на 2020 год

Во-первых, мы должны взглянуть на патентную модель Теслы. Сам Тесла утверждал, что эта технология не имеет никакого отношения к радио. Готовясь к посещению ведомства, Тесла установил в своей лаборатории пару маленьких трансформаторов, а затем соединил высоковольтные выводы вместе, используя ... флуоресцентную трубку! 

Длинная стеклянная трубка была откачана почти до вакуума, и образовывала плазму при включении одного трансформатора. Второй трансформатор понижал напряжение, чтобы на нем могли работать обычные вещи, типа освещения и двигателей.

Другими словами, он использовал неоновую вывеску в качестве линии электропередачи. Нет проводов. Просто стеклянная трубка, полная плазмы.

image1.png

Это было его великое изобретение. Это была модель, которую руководитель Патентного Бюро Америки пришел осмотреть в лаборатории Теслы в Нью-Йорке. Устройство, которое убедило его позволить Тесле продвинуть патент на беспроводную передачу электроэнергии.

Итак, как сказал Тесла, это никак не связано с радио. Закон обратных квадратов не ограничивает его, и даже не применяется к технологии вообще. Но его проблемы были намного сложнее! Тесла предлагал использовать ультра-высокое напряжение для создания вертикального плазменного столба, который соединяется с… САМИМ НЕБОМ, МУА-ХА-ХА!

Нет, серьезно.

Плазма является проводником, и Тесла планировал ионизировать небо (если оно еще не было ионизировано, и оказалось, что оно уже само по себе ионизировано). Тесла, очевидно, планировал создать вертикальный проводящий плазменный поток, столб, который будет действовать как огромный кабель, чтобы соединить гигантскую катушку Тесла с проводящей ионосферой высоко в небе. Затем он будет питать ионосферу мегавольтами переменного тока 5-10 кГц. 

И тогда в любой точке Земли люди могли поднять металлическую пластину на деревянном столбе, подключить ее к заземленному резонансному трансформатору и привести в действие электрические часы и, возможно, несколько лампочек. (Я имею в виду люминесцентные лампы. Не те расточительные, неэффективные лампы накаливания из угольной электростанции Эдисона.)

Так почему же никто не сделал этого после того, как Тесла перестал получать финансирование? Кто-то пытался, еще в 1920 году. Вот их предложение, найденное в журнале Electrical Experimenter. Оказалось, не работает. Ультрафиолетовые прожекторы не могут образовывать достаточно длинные ионизированные потоки:

image2.png

Сравните вышесказанное с рекламным искусством Теслы с начала 1900-х годов ниже. Обратите особое внимание на дирижабль с лучами плазменного проводника, направленными вверх и вниз. Также обратите внимание на город на заднем плане, с похожими гигантскими «плазменными антеннами», выступающими вверх. 

Но все в то время просто предполагали, что это были прожекторы! Да, это типичный Тесла, готовящийся к будущим патентным битвам, выставляя свою технологию на всеобщее обозрение, но все секреты в безопасности, потому что никто не знает, на что они смотрят. Даже у самолетов Теслы есть плазменные лучи. Это имеет смысл, если вы используете металлический фюзеляж и крылья в качестве емкостной приемной пластины, поскольку резонансная катушка внутри любого летательного аппарата также нуждается в проводящем соединении с землей.

image3.png

Итак, почему никто не финансировал это? Даже не создал небольшую версию? Все просто. Никто не знает, как создать ста(100!!)-мегавольтный, 30-ти километровый вертикальный плазменный поток. Гигантский потрескивающий луч непрерывной молнии. Все, что меньше, не будет работать. 

«Настольная модель» не будет работать, если у вас также не будет настольной модели атмосферы Земли, включая изолирующий воздух и проводящую ионосферу выше. Тесла никогда не раскрывал, как он собирается это сделать. Ученые сегодня предполагают, что это невозможно.

Интересно, что репортер расспросил Теслу по этому поводу, спросив, будут ли в его системе использованы ультрафиолетовые лучи. Тесла ушел от ответа. Позже, в 1915 году, Тесла описал историю изобретения, сказав, что в течение многих лет он пытался заставить его работать с помощью ультрафиолетовых прожекторов, но он потерпел тотальную неудачу, пока не отказался от дуговых ламп и не обнаружил совершенно другой метод. 

Он отправился в Колорадо из-за высоты и низкого давления воздуха, но затем нашел способ заставить его работать на уровне моря. Он утверждал, что его новый метод позволил ему освещать небо ночью, как если бы это была гигантская люминесцентная лампа. Действительно ли он сделал это? Нам понадобятся свидетельства очевидцев из того места, где оно предположительно произошло: 1899, Колорадо-Спрингс. Возможно, он также работал в Wardenclyffe, так как упомянул, что если бы местные жители не ложились спать так рано, они бы действительно что-то увидели. Плазменные лучи высотой 30 км? Или гигантское сияние по небу, как изображено другом Теслы Хьюго Гернсбеком в «Электрическом экспериментаторе» от мая 1913?

image4.jpeg

Тем временем Музей Теслы в Белграде недавно опубликовал концепцию этого художника о беспроводной системе Тесла в действии – запитывание судов в море. Сравните с двумя приведенными выше иллюстрациями.

Технология Теслы будет работать только с плазменными лучами. Получить которые можно только в теории. В наше время.


И еще, последнее замечание. 3-х фазная электросеть, каковы процентные потери? Какие потери должна преодолеть система Теслы? Я нахожу различные цифры. По данным МОЭСК и Россетей, 8-20% электрической энергии от генераторов тратится на нагрев проводов и потери при трансформации. И это в новых сетях. В старых может доходить до 30-40%. 

Тесла утверждал, что его измерения в Колорадо Спрингс показывают 3% потерь для его "Мировой системы". Может быть, это было преувеличено. Но даже в этом случае, потерь меньше, затрат на строительство сетей меньше, и вообще. Разве не здорово было бы повсюду наблюдать плазменные потоки энергии, как в Звездных Войнах. Работа электролабораторий перешла бы на совершенно другой уровень=)


Беспроводная передача электричества: теория, видео — Asutpp

Многие годы ученые бьются над вопросом минимизации электрических расходов. Есть разные способы и предложения, но все, же самой известной теорией является беспроводная передача электричества. Предлагаем рассмотреть, как она выполняется, кто является её изобретателем и почему пока что её не воплотили в жизнь.

Теория

Беспроводное электричество – это буквально передача электрической энергии без проводов. Люди часто сравнивают беспроводную передачу электрической энергии с передачей информации, например, радио, сотовые телефоны, или Wi-Fi доступ в Интернет. Основное различие заключается в том, что с радио-или СВЧ-передач – это технология, направленная на восстановление и транспортировку именно информации, а не энергии, которая изначально была затрачена на передачу.

Беспроводной электроэнергии является относительно новой областью технологии, но достаточно динамично развивающейся. Сейчас разрабатываются методы, как эффективно и безопасно передавать энергию на расстоянии без перебоев.

Как работает беспроводное электричество

Основная работа основана именно на магнетизме и электромагнетизме, как и в случае с радиовещанием. Беспроводная зарядка, также известна как индуктивная зарядка, основана на нескольких простых принципах работы, в частности технология требует наличия двух катушек. Передатчика и приемника, которые вместе генерируют переменное магнитное поле непостоянного тока. В свою очередь это поле вызывает напряжение в катушке приемника; это может быть использовано для питания мобильного устройства или зарядки аккумулятора.

Если направить электрический ток через провод, то вокруг кабеля создается круговое магнитное поле. Несмотря на то, что магнитное поле воздействует и на петлю, и на катушку сильнее всего оно проявляется именно на кабеле. Когда возьмете второй моток проволоки, на который не поступает электрический ток, проходящий через него, и место, в которое мы установим катушку в магнитном поле первой катушки, электрический ток от первой катушки будет передаваться через магнитное поле и через вторую катушку, создавая индуктивную связь.

Как пример возьмем электрическую зубную щетку. В ней зарядное устройство подключено к розетке, которая отправляет электрический ток на витой провод внутри зарядного устройства, создающего магнитное поле. Существует вторая катушка внутри зубной щетки, когда ток начинает поступать и на неё, благодаря образовавшемуся МП, начинается заряд щетки без её непосредственного подключения к сети питания 220 В.

История

Беспроводная передача энергии в качестве альтернативы передачи и распределения электрических линий, впервые была предложена и продемонстрирована Никола Тесла. В 1899 году Тесла презентовал беспроводную передачу на питание поля люминесцентных ламп, расположенных в двадцати пяти милях от источника питания без использования проводов. Но в то время было дешевле сделать проводку из медных проводов на 25 миль, а не строить специальные электрогенераторы, которых требует опыт Тесла. Патент ему так и не выдали, а изобретение осталось в закромах науки.

В то время как Тесла был первым человеком, который смог продемонстрировать практические возможности беспроводной связи еще в 1899 году, сегодня, в продаже есть совсем немного приборов, это беспроводные щетки наушники, зарядки для телефонов и прочее.

Технология беспроводной связи

Беспроводной передачи энергии включает в себя передачу электрической энергии или мощности на расстоянии без проводов. Таким образом, основная технология лежит на концепции электроэнергии, магнетизма и электромагнетизма.

Магнетизм

Это фундаментальная сила природы, которая провоцирует определенные типы материала притягивать или отталкивать друг друга. Единственными постоянными магнитами считаются полюса Земли. Ток потока в контуре генерирует магнитные поля, которые отличаются от осциллирующих магнитных полей скоростью и временем, потребным для генерации переменного тока (AC). Силы, которые при этом появляются, изображает схема ниже.

магнетизмТак появляется магнетизм

Электромагнетизм – это взаимозависимость переменных электрических и магнитных полей.

Магнитная индукция

Если проводящий контур подключен к источнику питания переменного тока, он будет генерировать колебательное магнитное поле внутри и вокруг петли. Если второй проводящий контур расположен достаточно близко, он захватит часть этого колеблющегося магнитного поля, которое в свою очередь порождает или индуцирует электрический ток во второй катушке.

Видео: как происходит беспроводная передача электричества

Таким образом, происходит электрическая передача мощности от одного цикла или катушки к другой, что известно как магнитная индукция. Примеры такого явления используются в электрических трансформаторах и генератора. Это понятие основано на законах электромагнитной индукции Фарадея. Там, он утверждает, что, когда есть изменение магнитного потока, соединяющегося с катушкой ЭДС, индуцированного в катушке, то величина равна произведению числа витков катушки и скорости изменения потока.

Электрический трансформаторЭлектрический трансформатор

Мощностная муфта

Эта деталь необходима, когда одно устройство не может передавать энергию на другой прибор.

Магнитная связь генерируется, когда магнитное поле объекта способно индуцировать электрический ток с другими устройствами в поле его досягаемости.

Два устройства, как говорят, взаимно индуктивно-связанной или магнитную связь, когда они выполнены так, что изменение тока при том, что один провод индуцирует напряжение на концах другого провода посредством электромагнитной индукции. Это связано с взаимной индуктивности

Технология

принцип индуктивной связиПринцип индуктивной связи

Два устройства, взаимно индуктивно-связанные или имеющие магнитную связь, выполнены так, что изменение тока при том, что один провод индуцирует напряжение на концах другого провода, производится посредством электромагнитной индукции. Это связано с взаимной индуктивностью.
Индуктивная связь является предпочтительной из-за её способности работать без проводов, а также устойчивости к ударам.

Резонансная индуктивная связь является сочетанием индуктивной связи и резонанса. Используя понятие резонанса можно заставить два объекта работать зависимо от сигналов друг друга.

Концепция резонанса индуктивной связиКонцепция резонанса индуктивной связи

Как видно из схемы выше, резонанс обеспечивает индуктивность катушки. Конденсатор подключен параллельно к обмотке. Энергия будет перемещаться назад и вперед между магнитным полем, окружающим катушку и электрическим полем вокруг конденсатора. Здесь потери на излучение будет минимальными.

Существует также концепция беспроводной ионизированной связи.

Она тоже воплотима в жизнь, но здесь необходимо приложить немного больше усилий. Эта техника уже существует в природе, но вряд ли есть целесообразность ее реализации, поскольку она нуждается в высоком магнитном поле, от 2,11 М /м [10] . Её разработал гениальный ученый Ричард Волрас, разработчик вихревого генератора, который посылает и передает энергию тепла на огромные расстояния, в частности при помощи специальных коллекторов. Самой простой пример такой связи – это молния.

Плюсы и минусы

Конечно, у этого изобретения есть свои преимущества перед проводными методиками, и недостатки. Предлагаем их рассмотреть.

К достоинствам относятся:

  1. Полное отсутствие проводов;
  2. Не нужны источники питания;
  3. Необходимость батареи упраздняется;
  4. Более эффективно передается энергия;
  5. Значительно меньше нужно технического обслуживания.

К недостаткам же можно отнести следующее:

  • Расстояние ограничено;
  • магнитные поля не так уж и безопасны для человека;
  • беспроводная передача электричества, с помощью микроволн или прочих теорий практически неосуществима в домашних условиях и своими руками;
  • высокая стоимость монтажа.
Беспроводное электричество. Работа и применение. Особенности

Беспроводное электричество стало известно с 1831 года, когда Майкл Фарадей открыл явление электромагнитной индукции. Он экспериментально установил, что меняющееся магнитное поле, порождаемое электрическим током, может индуцировать электрический ток в ином проводнике. Проводились многочисленные опыты, благодаря чему появился первый электрический трансформатор. Однако полноценно воплотить идею передачи электричества на расстоянии в практическом применении удалось лишь Николе Тесла.

На Всемирной выставке в Чикаго в 1893-м году он показал беспроводную передачу электричества, зажигая фосфорные лампочки, которые отстояли друг от друга. Тесла продемонстрировал множество вариаций по передаче электричества без проводов, мечтая, что в будущем данная технология позволит людям передавать энергию в атмосфере на большие расстояния. Но в это время это изобретение ученого оказалось невостребованным. Лишь век спустя технологиями Николы Теслы заинтересовались компании Intel и Sony, а за тем и иные компании.

Как это работает

Беспроводное электричество в буквальном смысле представляет передачу электрической энергии без проводов. Часто эту технологию сравнивают с передачей информации, к примеру, с Wi-Fi, сотовыми телефонами и радио. Беспроводная электроэнергия – это сравнительно новая и динамично развивающаяся технология. Сегодня разрабатываются методы, как безопасно и эффективно передавать на расстоянии энергию без перебоев.

Технология основана на магнетизме и электромагнетизме и базируется на ряде простых принципов работы. В первую очередь это касается наличия в системе двух катушек.

  • Система состоит из передатчика и приемника, генерирующих вместе переменное магнитное поле непостоянного тока.
  • Это поле создает напряжение в катушке приемника, к примеру, для зарядки аккумулятора или питания мобильного устройства.
  • При направлении электрического тока через провод вокруг кабеля появляется круговое магнитное поле.
  • На мотке проволоки, куда не поступает электрический ток напрямую, начнет поступать электрический ток от первой катушки через магнитное поле, в том числе вторую катушку, обеспечивая индуктивную связь.
Принципы передачи

До последнего времени наиболее совершенной технологией передачи электроэнергии считалась магнитно-резонансная система CMRS, созданная в 2007 году в Массачусетском технологическом институте. Данная технология обеспечивала передачу тока на расстояние до 2,1 метра. Однако запустить ее в массовое производство мешали некоторые ограничения, к примеру, высокая частота передачи, большие размеры, сложная конфигурация катушек, а также высокая чувствительность к внешним помехам, в том числе к присутствию человека.

Однако ученые из Южной Кореи создали новый передатчик электроэнергии, который позволит передавать энергию до 5 метров. А все приборы в комнате будут питаться от единого хаба. Резонансная система из дипольных катушек DCRS способна работать до 5 метров. Система лишена целого ряда недостатков CMRS, в том числе применяются довольно компактные катушки размерами 10х20х300 см, их можно незаметно установить в стены квартиры.

Эксперимент позволил передать на частоте 20 кГц:
  1. 209 Вт на 5 м;
  2. 471 Вт на 4 м;
  3. 1403 Вт на 3 м.

Беспроводное электричество позволяет запитывать современные большие ЖК-телевизоры, требующих 40 Вт, на расстоянии 5 метров. Единственное из электросети будет «выкачиваться» 400 ватт, однако не будет никаких проводов. Электромагнитная индукция обеспечивает высокий КПД, но на малом расстоянии.

Существуют и иные технологии, которые позволяют передавать электроэнергию без проводов. Наиболее перспективными из них являются:
  • Лазерное излучение. Обеспечивает защищенность сетей, а также большую дальность действия. Однако требуется прямая видимость между приемником и передатчиком. Работающие установки, применяющие питание от лазерного луча, уже созданы. Lockheed Martin, американский производитель военной техники и самолетов, испытал беспилотный летательный аппарат Stalker, который питается от лазерного луча и остается в воздухе в течение 48 часов.
  • Микроволновое излучение. Обеспечивает большую дальность действия, но имеет высокую стоимость оборудования. В качестве передатчика электроэнергии применяется радиоантенна, которая создает микроволновое излучение. На устройстве-приемнике стоит ректенна, которая преобразует в электроток принимаемое микроволновое излучение.

Данная технология дает возможность существенного удаления приемника от передатчика, в том числе нет прямой нужды прямой видимости. Но с увеличением дальности пропорционально увеличивается себестоимость и размеры оборудования. В то же время микроволновое излучение большой мощности, создаваемое установкой, может наносить вред окружающей среде.

Особенности
  • Самая реалистичная из технологий — беспроводное электричество на основе электромагнитной индукции. Но существуют ограничения. Ведутся работы по масштабированию технологии, но здесь появляются вопросы безопасности для здоровья.
  • Технологии передачи электричества при помощи ультразвука, лазера и микроволнового излучения также будут развиваться и тоже найдут свои ниши.
  • Орбитальные спутники с громадными солнечными батареями нуждаются в ином подходе, потребуется прицельная передача электроэнергии. Здесь уместен лазер и СВЧ. На данный момент нет идеального решения, однако имеется много вариантов со своими плюсами и минусами.
  • В настоящее время крупнейшие производители телекоммуникационного оборудования объединились в консорциум беспроводной электромагнитной энергии с целью создания всемирного стандарта для беспроводных зарядных устройств, которые действуют по принципу электромагнитной индукции. Из крупных производителей поддержку стандарта QI на ряде своих моделей обеспечивают Sony, Samsung, Nokia, Motorola Mobility, LG Electronics, Huawei, HTC. В скором времени QI станет единым стандартом для любых подобных устройств. Благодаря этому можно будет создавать беспроводные зоны подзарядки гаджетов в кафе, на транспортных узлах и в иных общественных местах.
Применение
  • Микроволновый вертолет. Модель вертолета имела ректенну и поднималась на высоту 15 м.
  • Беспроводное электричество применяется для питания электрических зубных щеток. Зубная щетка имеет полную герметичность корпуса и не имеет разъемов, что позволяет избежать удара током.
  • Питание самолетов при помощи лазера.
  • В продаже появились системы беспроводной зарядки мобильных устройств, которые можно использовать повседневно. Они работают на базе электромагнитной индукции.
  • Универсальная зарядная площадка. Они позволяют питать энергией большую часть популярных моделей смартфонов, которые не оборудованы модулем для беспроводной зарядки, в том числе обычные телефоны. Кроме самой зарядной площадки будет нужно купить чехол-приемник для гаджета. Он соединяется со смартфоном через USB-порт и через него заряжается.
  • На текущий момент на мировом рынке продается свыше 150 устройств до 5 Ватт, которые поддерживают стандарт QI. В будущем появится оборудование средней мощности до 120 Ватт.
Перспективы

Сегодня ведутся работы над крупными проектами, которые будут использовать беспроводное электричество. Это питание электромобилей «по воздуху» и бытовые электросети:

  • Густая сеть автозарядных точек позволит уменьшить аккумуляторы и значительно снизить себестоимость электромобилей.
  • В каждой комнате будут устанавливаться источники питания, которые будут передавать электроэнергию аудио- и видеоаппаратуре, гаджетам и бытовым приборам, оборудованными соответствующими адаптерами.
Достоинства и недостатки
Беспроводное электричество имеет следующие преимущества:
  • Не требуются источники питания.
  • Полное отсутствие проводов.
  • Упразднение необходимости использования батарей.
  • Требуется меньше технического обслуживания.
  • Огромные перспективы.
К недостаткам также можно отнести:
  • Недостаточная проработанность технологий.
  • Ограниченность по расстоянию.
  • Магнитные поля не являются полностью безопасными для человека.
  • Высокая стоимость оборудования.
Похожие темы:

Заряжай!: Передача энергии по воздуху

Беспроводное зарядное устройство, пока что существующее лишь в виде компьютерной модели, способно передавать энергию по воздуху без существенных потерь и ущерба для окружающих. Весьма возможно, вскоре оно будет заряжать «все, что понадобится» — от мобильных телефонов до автомобильных аккумуляторов.

Магнитный резонанс позволяет передать энергию с одного устройства на другое без использования проводов

Группа разработчиков, слева направо: Марин Солячич, Аристедис Каралис (Aristeidis Karalis) и Джон Джоаннопулос

Вот уже более двух столетий известно, что для передачи электроэнергии вовсе не обязательно использовать провода. К примеру, в электромоторах и трансформаторах энергия передается с одной катушки на другую благодаря электромагнитной индукции: ток, текущий в одной из катушек, порождает ток в соседней, при этом механического контакта между ними нет. Вскоре после этого было обнаружено и существование радиоволн — длинноволнового электромагнитного излучения. Позже стало очевидно, что и видимый свет, и солнечное тепло также являются электромагнитным излучением. Чем не пример передачи энергии беспроводным способом? Проблема в том, что преобразование света в электричество является довольно сложной задачей. Можно передавать энергию в виде электромагнитных волн другой частоты, однако при мощности, достаточной для зарядки мобильных устройств, они оказываются небезопасными для здоровья. Кроме того, распространение этих волн в пространстве будет довольно сильно рассеивать энергию.

Группа ученых под руководством Марина Солячича (Marin Soljacic) и Джона Джоаннопулоса (John Joannopoulos) из Массачусетского технологического института (MIT) пришла к выводу, что использование электромагнитной индукции более перспективно, хотя до сих пор никто не рассматривал ее в качестве способа передачи энергии по воздуху. Дело в том, что по мере удаления от источника напряженность магнитного поля падает пропорционально квадрату расстояния — так что передавать энергию на сколько-нибудь большие дистанции с помощью индукции не представляется возможным. Однако если речь идет о комнатных масштабах, задача оказывается вполне решаемой.

Созданная технология «неизлучающего» поля позволяет эффективно передавать энергию посредством электромагнитной индукции. Медный кольцеобразный передатчик, подключенный к источнику тока, создает вокруг себя вполне безобидное электромагнитное поле, пульсирующее в определенном ритме. Чтобы черпать из него энергию, приемник (также сделанный из меди и в форме кольца) должен быть настроен на резонансную с ним частоту. Таким образом решается проблема с появлением в зоне действия беспроводной зарядки «несанкционированных» токов: само по себе поле достаточно слабо, и лишь резонанс позволяет добиться передачи значительных количеств энергии на приемник. Детальное описание системы представлено 14 ноября на форуме Американского института физики (American Institute of Physics).

Пока что технология существует лишь «на бумаге» и «на диске» — в виде теоретических расчетов и компьютерных моделей. Однако уже готовится прототип, который будет испытан в лаборатории в будущем году. По мнению разработчиков, в будущем мобильные электронные устройства вообще лишатся проводов, поскольку теперь по воздуху можно передавать не только данные, но и энергию. Ничто не мешает также заряжать подобным образом различную бытовую технику — электрические зубные щетки, пылесосы, беспроводные клавиатуры, мыши и так далее, и так далее.

По сообщению Physorg.Com

Передача энергии по воздуху. Передача электроэнергии без проводов

Основы беспроводной зарядки

Беспроводная передача электрической энергии (WPT) дает нам шанс избавиться от тирании кабелей питания. В настоящее время эта технология проникает во все виды устройств и систем. Давайте взглянем на нее!

Беспроводной путь

Большинство современных жилых домов и коммерческих зданий питаются от сетей переменного тока. Электростанции генерируют электричество переменного тока, которое доставляется в дома и офисы с помощью высоковольтных линий электропередачи и понижающих трансформаторов.

Электричество поступает в распределительный щит, а затем электропроводка доставляет электричество к оборудованию и устройствам, которые мы используем каждый день: светильники, кухонная техника, зарядные устройства и так далее.

Все компоненты стандартизованы. Любое устройство, рассчитанное на стандартные ток и напряжение, будет работать от любой розетки по всей стране. Хотя стандарты разных стран и различаются между собой, в конкретной электрической системе любое устройство будет работать при условии соблюдения стандартов данной системы.

Тут кабель, там кабель... Большинство наших электрических устройств обладает кабелем питания от сети переменного тока.

Технология беспроводной передачи электроэнергии

Беспроводная передача электрической энергии (WPT) позволяет подавать питание через воздушный зазор без необходимости использования электрических проводов. Беспроводная передача электроэнергии может обеспечить питание от источника переменного тока для совместимых аккумуляторов или устройств без физических разъемов и проводов. Беспроводная передача электрической энергии может обеспечить заряд мобильных телефонов и планшетных компьютеров, беспилотных летательных аппаратов, автомобилей и прочего транспортного оборудования. Она может даже сделать возможной беспроводную передачу в космосе электроэнергии, полученной от солнечных панелей.

Беспроводная передача электрической энергии начала свое быстрое развитие в области бытовой электроники, заменяя проводные зарядные устройства. На выставке CES 2017 будет показано множество устройств, использующих беспроводную передачу электроэнергии.

Однако концепция передачи электрической энергии бес проводов возникла примерно в 1890-х годах. Никола Тесла в своей лаборатории в Колорадо Спрингс мог без проводов зажечь электрическую лампочку, используя электродинамическую индукцию (используемой в резонансном трансформаторе).


Были зажжены три лампочки, размещенные на расстоянии 60 футов (18 метров) от источника питания, и демонстрация была задокументирована. У Теслы были большие планы, он надеялся, что его башня Ворденклиф , расположенная на Лонг-Айленд, будет без проводов передавать электрическую энергию через Атлантический океан. Этого никогда не произошло из-за различных проблем, в том числе, и с финансированием и сроками.

Беспроводная передача электрической энергии использует поля, создаваемые заряженными частицами, для переноса энергии через воздушный зазор между передатчиками и приемниками. Воздушный зазор закорачивается с помощью преобразования электрической энергии в форму, которая может передаваться по воздуху. Электрическая энергия преобразуется в переменное поле, передается по воздуху, и затем с помощью приемника преобразуется в пригодный для использования электрический ток. В зависимости от мощности и расстояния, электрическая энергия может эффективно передаваться через электрическое поле, магнитное поле или электромагнитные волны, такие как радиоволны, СВЧ излучение или даже свет.

В следующей таблице перечислены различные технологии беспроводной передачи электрической энергии, а также формы передачи энергии.

Технологии беспроводной передачи электрической энергии (WPT)
Технология Переносчик электрической энергии Что позволяет передавать электрическую энергию
Индуктивная связь Магнитные поля Витки провода
Резонансная индуктивная связь Магнитн
Технология беспроводной передачи энергии Работа с приложениями
Wireless Power Transmission Wireless Power Transmission

Беспроводная передача энергии

В настоящее время электричество считается одной из основных потребностей людей. Традиционная система передачи энергии использует линии передачи для передачи энергии из одного места в другое, но это обходится дороже с точки зрения стоимости кабеля, а также существуют определенные потери при передаче. Одной из поддерживаемых технологий, ведущих эту плату, является беспроводная передача энергии (WPT).Это также известно как индуктивная передача энергии (IPT).

Технология беспроводной передачи энергии

Технология беспроводной передачи энергии не является новой технологией. В 1980 году его продемонстрировал Никола Тельса. Для беспроводной передачи электроэнергии используются три основные системы: солнечные элементы, микроволновые печи и резонанс. В электрическом устройстве микроволны используются для передачи электромагнитного излучения от источника к приемнику. Название беспроводной передачи энергии заявляет о передаче электрической энергии от источника к электрическому устройству без помощи проводов.По сути, это две катушки: передатчик и приемник. Катушка передатчика питается переменным током для создания магнитного поля, которое, в свою очередь, вызывает напряжение в приемной катушке.

Основы WPT включают индуктивную передачу энергии от передатчика к приемнику через колеблющееся магнитное поле. Чтобы получить этот постоянный ток, который подается от источника питания, он преобразуется в высокочастотный переменный ток с помощью специально разработанной электроники, встроенной в передатчик.

В секции передатчика переменный ток усиливает медный провод, который генерирует магнитное поле. Как только приемная катушка находится в непосредственной близости от магнитного поля, поле может индуцировать переменный ток в приемной катушке. Электроны в приемном устройстве затем преобразуют переменный ток обратно в постоянный ток, который становится полезной мощностью.

Типы беспроводных методов передачи энергии:

Существуют различные типы беспроводных методов передачи энергии: микроволновая передача, индуктивная передача и лазерная передача.

1. Микроволновая передача энергии

Уильям Браун, пионер в технологии WPT, разработал и продемонстрировал, как мощность может передаваться через свободное пространство с помощью микроволн. Концепция WPT объясняется функциональной блок-схемой, которая показана ниже.

Microwave Power Transmission Microwave Power Transmission

Микроволновая передача энергии

Функциональная блок-схема WPT состоит из двух секций: секции передачи и секции приема. В секции передачи источник микроволновой энергии генерирует микроволновую мощность, которая управляется электронными цепями управления.Волноводный циркулятор защищает микроволновый источник от отраженной мощности, которая подключена через коаксиальный волноводный адаптер. Тюнер оспаривает импеданс между источником СВЧ и передающей антенной. Затем на основании направления распространения сигнала ослабленные сигналы разделяются направленным ответвителем. Передающая антенна регулярно излучает энергию через свободное пространство на приемную антенну.

В приемной секции приемная антенна принимает передаваемую мощность и преобразует микроволновую мощность в мощность постоянного тока.Фильтр и схема согласования импедансов предусмотрены для установки выходного импеданса источника сигнала, который равен схеме выпрямления. Эта схема состоит из диодов Шоттки, которые преобразуют полученную микроволновую мощность в энергию постоянного тока.

2. Передача мощности с индуктивной связью:

Метод индуктивной связи является наиболее важным методом беспроводной передачи энергии посредством индуктивной связи. В основном это используется для передачи энергии ближнего поля.Передача энергии происходит между двумя проводящими материалами через взаимную индуктивность. Общий пример передачи мощности с индуктивной связью - трансформатор.

Inductive Coupling Power Transmission Inductive Coupling Power Transmission

Передача мощности с индуктивной связью

3. Передача мощности лазера:

В этом типе способа передачи энергии используется ЛАЗЕР для передачи энергии в виде световой энергии, и она преобразуется в электрическую энергию на стороне получателя. Лазер получает питание от различных источников, таких как солнце, генератор электроэнергии или высокоинтенсивный фокусированный свет.Размер и форма луча определяются комплектом оптики. Переданный лазерный свет принимается фотоэлектрическими элементами, которые преобразуют свет в электрические сигналы. Обычно для передачи используются оптоволоконные кабели.

Laser Power Transmission System Laser Power Transmission System

Лазерная система передачи энергии

Рабочий пример беспроводной передачи энергии

Основным намерением этого проекта является разработка системы беспроводной передачи энергии в трехмерном пространстве.

Block Diagram of Wireless Power Transfer Block Diagram of Wireless Power Transfer

Блок-схема беспроводной передачи энергии

Требования к оборудованию включают в себя ВЧ трансформатор, диод, выпрямитель, конденсаторы, трансформаторы, лампу и катушку индуктивности, заполненную воздухом.

Для этого проекта требуется переменный ток 230 В 50 Гц и переменный ток 20 КГц в цепи 12 В. Переменный ток 50 Гц выпрямляется BR1, а постоянный ток выводится снова, а затем подается на переменный ток с помощью транзисторов, переключающихся с частотой 40 кГц. Это связано с другим ВЧ трансформатором (высокая частота). Выходной сигнал которого затем подается на резонирующую катушку, которая действует как первичная обмотка другого трансформатора с воздушным сердечником. Затем вторичный высокочастотный идентификатор подается на второй выпрямитель для возбуждения нагрузки постоянного тока.

Основная концепция этой беспроводной передачи энергии в трехмерном пространстве заключается в том, что воздушный сердечник работает на частоте 40 кГц, а воздушный сердечник не может передавать мощность переменного тока на частоте 50 Гц.

Магнитный резонанс вторичной катушки развивает напряжение 40 кГц при напряжении около 12 В, принимая над первичной катушкой.Но общая эффективность передачи мощности ниже 70% для всех слабосвязанных последовательных резонаторов, которые используются в этом проекте.

Преимущества WPT:
  • Система WPT полностью уменьшает существующие высоковольтные кабели, подстанции и опоры линий электропередачи между потребители и генераторная станция.
  • Стоимость распространения и передачи становятся меньше.
  • Стоимость электроэнергии для потребителей также снижается.
  • Мощность может передаваться в места, в которые проводная передача невозможна.
Benifits of Wireless Power Transmission Benifits of Wireless Power Transmission

Преимущества беспроводной передачи энергии

Применение беспроводной передачи энергии:
  • Крупнейшим применением БПЭ является производство электроэнергии путем размещения спутников с гигантскими солнечными батареями на геосинхронной земной орбите и передачи энергии в виде микроволн на Земля, известная как Солнечные энергетические спутники (SPS).
  • WPT используется в движущихся объектах, таких как безтопливные электромобили, безтопливные самолеты, безтопливные ракеты и движущиеся роботы.
  • Другими применениями WPT являются беспроводной источник питания или повсеместный источник питания, радиочастотные адаптивные выпрямительные цепи и беспроводные датчики.

Таким образом, можно разработать беспроводную систему передачи энергии для простых электронных устройств, таких как мобильные устройства, мобильные телефоны, которые не только снижают риск поражения электрическим током, но и позволяют многократно подключаться к розеткам. Мы надеемся, что эта статья, возможно, предоставила вам некоторые базовые сведения о беспроводной передаче энергии.

Photo Credits:

  • Беспроводная передача энергии от wpc
  • Преимущества WPT от dolcera
.
Простая беспроводная схема передачи энергии - проекты DIY Electronics

В этом посте мы собираемся построить простую схему, которая может светиться беспроводным светом на расстоянии нескольких дюймов от передатчика.

Мы увидим:

  • Что такое беспроводная передача энергии.
  • Типы беспроводной передачи энергии.
  • принципиальная схема и описание.
  • Эффективность беспроводной передачи энергии.
  • Безопасно ли для человека?
  • Преимущества и недостатки беспроводной передачи энергии.

Хотите ли вы построить простейшую беспроводную схему передачи энергии для своего мини-проекта для школы или колледжа или даже для хобби? Тогда вы попали на нужную страницу. Вы узнаете все о технологии беспроводной передачи энергии и узнаете, как создать ее у себя дома.

Что такое беспроводная передача энергии:

Давайте начнем с простого вопроса «что такое беспроводная передача энергии?» это электричество проходит через разреженный воздух? Это меня шокирует? Безопасно ли это для живых существ? Насколько это безопасно для ближайших электронных гаджетов?

Это вопрос, поднятый многими техническими энтузиастами, которые только исследуют эту концепцию.Мы ответим на эти вопросы в этой статье.

Беспроводная энергия - это средство передачи, передающее электричество без проводов на определенное расстояние. Этот практический процесс состоит из:

  • Передатчик
  • Средний
  • Приемник

Передатчик:

Передатчик используется для передачи электрической энергии; передаваемая энергия может быть в форме света или изменяющегося магнитного поля или электромагнитной волны, такой как микроволновая печь.

Здесь в основном мы преобразуем электрическую энергию в какую-то другую форму энергии для передачи энергии.

Medium:

Medium - это то место, через которое передается энергия. Среда может быть твердой или вакуумной или воздушной. Если вы знакомы с беспроводной зарядкой смартфона, энергия от зарядной панели проходит через твердые частицы, такие как стеклянный или пластиковый корпус зарядной панели, а также проходит через воздух для достижения телефона.

Металлическая среда - это большое «НЕТ» для беспроводной среды (между передатчиком и приемником), поскольку она не пропускает энергию, поглощает большую часть энергии и выделяет тепло.Это применимо только для индуктивной беспроводной передачи энергии.

Приемник:

Приемник - это тот, который принимает передаваемую мощность и преобразует свет или изменяющееся магнитное поле или электромагнитную волну обратно в электричество, которое мы можем использовать.

Итак, начальный и конечный продукт - это электричество, а промежуточные продукты - это другая форма энергии.

Типы беспроводной передачи энергии:

Существует три основных протокола беспроводной передачи энергии:

  • Передача мощности с индуктивной связью.
  • Лазерная передача энергии.
  • Микроволновая передача энергии.

Давайте исследуем их каждый.

Передача мощности с индуктивной связью:

В этом проекте мы собираемся построить схему передачи мощности на основе индуктивности, и мы углубимся в изучение этой концепции.

Передача мощности с индуктивной связью является наиболее коммерчески используемым протоколом; Вы можете обнаружить их на беспроводной зарядке смартфона, электрической зубной щетке, зарядке дистанционных ключей от роскошных автомобилей и т. д.

Мы можем сравнить этот протокол с обычным трансформатором, в котором первичная и вторичная катушки электрически изолированы и соединены железным сердечником трансформатора.

Индуктивная зарядка включает преобразование электричества в высокочастотное переменное магнитное поле, которое генерируется катушкой передатчика. Приемная катушка улавливает высокочастотное магнитное поле и преобразует обратно в высокочастотный переменный ток и выпрямляет его.

Эффективность индуктивной передачи мощности зависит от «коэффициента связи», передающая и приемная катушка должны резонировать на одной частоте.

Максимальная эффективность системы достигается при ее резонансной частоте. Резонансная частота определяется емкостью и индуктивностью контура бака.

Резонансная частота определяется следующим образом:

F = 1/2 x pi x квадратный корень (L x C)

F - частота в Гц.

L - индуктивность по Генри.

C - емкость в Фараде.

Скажите, что ваша резонансная частота составляет 100 кГц; Вы должны приложить колебательное напряжение при 100 кГц к передающей катушке.Приемная катушка также должна иметь одинаковую резонирующую частоту, и теперь вы добьетесь хорошей эффективности и увеличенного диапазона беспроводной передачи.

Вы можете узнать об этой концепции гораздо глубже в этом видео от GreatScott:

Передача мощности лазера:

При передаче энергии лазером начальным и конечным продуктом является электрическая энергия, а промежуточным продуктом является свет. Передатчик преобразует электрическую энергию в световой луч, который резко фокусируется на приемнике.

При передаче мощности лазера в основном используются инфракрасные лазеры. Приемник состоит из фотоэлектрических элементов, которые настроены на длину волны и частоту проходящего лазерного луча.

Преимущество этой топологии состоит в том, что мы можем передавать мощность намного на большее расстояние, даже на несколько метров, с наименьшими средними потерями.

Один такой продукт разрабатывается, и вы можете увидеть, как он работает в этом потрясающем видео от LinusTechTips:

Передача СВЧ-мощности:

Передача СВЧ-энергии намного сложнее в строительстве, и большинство эффективный протокол беспроводной передачи энергии.В этом методе электрическая энергия преобразуется в микроволновую печь, да в ту же полосу частот, на которой ваши блюда готовятся в вашей духовке.

Но не беспокойтесь, это, вероятно, не приготовит ваше тело. Микроволновый спектр варьируется от 300 МГц до 300 ГГц, который включает в себя частоту связи вашего мобильного телефона и даже частоту вашего Wi-Fi.

Микроволновый передатчик энергии состоит из микроволнового генератора и волновода для направления волны в определенном направлении. Антенна может быть микрополосковой накладкой или параболическими отражателями или щелевой волноводной антенной.

При использовании щелевой волноводной антенны может быть достигнута до 95% эффективности, что является очень впечатляющим результатом по сравнению с двумя другими протоколами, эффективность которых составляет от 5% до 40%.

Приемная антенна также называется «RECTENNA». Это комбинация антенны и выпрямления; он напрямую преобразует полученные микроволны в постоянный ток.

В этом видео вы можете наблюдать беспроводную передачу энергии с помощью микроволновой печи:

Достаточно теории! Давайте посмотрим, как его построить.

Схема цепи : Схема беспроводной передачи энергии

Описание:

Схема состоит из очень немногих компонентов и может быть легко построена. Катушка передатчика состоит из 10 витков с центральным отводом; пожалуйста, используйте толстые электрические провода для катушки. Используйте радиатор для Транзистора NPN BD139.

Схема контактов NPN-транзистора BD139:

4.7nF и катушка с 10 витками напоминают контур бака, который резонирует на определенной частоте.Приемная катушка также состоит из 10 витков одинаковой толщины и 4,7 нФ конденсатора для соответствия резонансу.

Диод IN4148, используемый в качестве полуволнового выпрямителя, IN4148 - это диод Шоттки, который может эффективно выпрямлять высокочастотный переменный ток. Вы также можете использовать обычный диод 1N4007, но вы можете увидеть небольшое снижение яркости светодиода из-за более высокого падения прямого напряжения.

Конструкция катушки:

Приемная катушка имеет 10 витков и 5 см в диаметре (или 10 витков с любым диаметром), но убедитесь, что передающая и приемная катушки имеют одинаковый диаметр.

Катушка передатчика:

Обмотайте 2 катушки по 5 витков, сложите их друг в друга, склейте их и припаяйте центральный отвод, и ваша катушка передатчика готова.

Электропередача


Передача электроэнергии на большие расстояния является одной из основных задач электрической эпохи. Цели, над которыми работали инженеры остались прежними, несмотря на то, что многое изменилось года.

1. КПД - транспортный электрический мощность на расстоянии с минимальными потерями
2. Безопасность - передача энергии через городские и сельские районы сводят к минимуму вред людям и животным.
3. Стоимость - использовать минимальное сырье материалы и строительные / эксплуатационные расходы возможны
4. Надежность - создать систему который не чувствителен к скачкам молнии, солнечным вспышкам, землетрясениям, ледяные бури, ветровые бури и система сможет «лечить» себя, когда происходят отключения, изолируя проблемные зоны.

Ниже: простая иллюстрация энергосистемы, показывающая высокое напряжение ушел на фидерные линии

С первой силы на дальние расстояния Передача в Мюнхенскую Германию в 1882 году люди совершили каждую ошибку возможно и извлечено из этого.Инженеры все еще пытаются решить очень сложные проблемы, такие как контроль затрат и устойчивость к солнечным вспышкам который может выбить власть по всему миру.

Существует четыре способа транспортировки электричества мощность:



переменного тока высокого напряжения

Наиболее распространенный в мире метод, в котором используются алюминиевые проводники со стальной Центр поддержки. Линии подвешены высоко над землей. Чем выше напряжение, тем больше электромагнитный поле генерируется вокруг провода

Ниже: простая модель системы распределения переменного тока.Сила шагнула до 345 кВ, снизили до 69 кВ и в итоге оказались в доме по адресу 220 вольт. Трансформаторы изменяют напряжение, в то время как конденсаторы и катушки индуктивности держать форму волны в синхронизации. Влияние индуктивности и изменяющихся нагрузок может отключить синхронизацию сигнала переменного тока, что приведет к потере эффективного передача инфекции.

выше: HVDC облегчает пересечение водоемов. Дания и Великобритания зависят от Соединения HVDC с материком, чтобы сохранить их системы частью большего сетка.

Высокое напряжение постоянного тока

Это может быть более эффективным, чем AC и технология для твердого Состояние систем HVDC относительно новое. HVDC был первой формой передача на дальние расстояния Эти линии не находятся в конфигурации «сетки» которые могут равномерно распределять мощность в сети, но системы HVDC являются единым междугородняя линия, соединяющая основные сети. Решетки HVDC пересекают Китай, США и Европа, соединяющая основные географические районы.HVDC особенно полезно соединить острова, такие как Великобритания и Япония, так как вода.


Вверху: поперечное сечение сверхпроводящего ленточного провода. Сверхпроводящий провод разработан инженерами специально для данного использования.

Сверхпроводники

Если мы используем сверхпроводящие проводники при сверхнизких температурах, мы можем поставлять энергию через подземные кабели практически без потерь. К сожалению, эта технология еще не рентабельна.Краткая экспериментальная линии были проложены в Олбани, штат Нью-Йорк и других местах в Японии и Германия.

Беспроводная передача энергии

Возможна беспроводная передача энергии по воздуху. Никола Тесла и General Electric Research Lab экспериментировали с этим, однако это нецелесообразно по ряду причин. Это крайне неэффективно проходя через воздух, и это смертельно для животных, таких как птицы проходя через мощные лучи.Вряд ли эта технология будет когда-либо полезен, особенно потому, что мы выходим вперед с HVDC, достижение впечатляющих уровней эффективности.

Тестирование:

Инженеры работают в специальных лабораториях, чтобы проверить сопротивление на освещение, шорты, EMP бомбардировки. Многие инженеры Эдисон Технический центр провел собеседование на протяжении многих лет и обнаружил, что тестирование удовлетворительная карьера.

Первый шаг в понимании передачи энергии - это поведение проводов и электромагнетизма.

Узнайте о деталях «трансмиссии» электрической сети:


Молниеотводы
Трансформаторы
Изоляторы
Регуляторы напряжения
Шунтирующие конденсаторы
Провода
Метры

Источники:
Джон Д. Харнден младший Эдисон Технический центр.
Интервью с Майком Морлангом. Сан-Мигель Энергетическая Ассоциация. 2014
Интервью с Марком Бенцем и Карлом Рознером.Эдисон Технический Центр. 2008

,
Передача электроэнергии | Центр прогнозирования космической погоды NOAA / NWS

Электросеть, а следовательно, и питание вашего дома и бизнеса, может быть нарушена из-за космической погоды. Одним из великих открытий 19-го века было осознание того, что изменяющееся во времени магнитное поле способно производить электрический ток в проводящем проводе. Основная идея заключается в том, что скорость изменения магнитного потока (то есть линий магнитной силы), проходящего через токовую петлю, пропорциональна току, который генерируется вокруг этой петли.Несколько более ранним, но не менее важным открытием стало то, что провод с током создает магнитное поле. Применение этих принципов широко распространено в современном обществе, например, в электрогенераторах, силовых трансформаторах и электродвигателях.

Изменяющиеся во времени магнитные поля и системы электрического тока являются не просто искусственными явлениями, но на самом деле довольно распространены в природе. Системы естественного электрического тока, которые меняются во времени, можно найти внутри Земли, в океанах и в верхних слоях атмосферы Земли (выше ~ 100 км), где составляющие атмосферы включают положительно заряженные ионы и отрицательно заряженные электроны, которые движутся вокруг во множестве сложных способов.Многие из этих систем токов в верхних слоях атмосферы постоянно присутствуют и регулярно модулируются в ответ на вращение Земли, гравитационное притяжение Луны и медленное изменение солнечной радиации в течение солнечного цикла. Временами, однако, эти современные системы могут быть значительно улучшены и демонстрировать быстрые изменения во времени и пространстве, явление, обычно называемое геомагнитной бурей. Геомагнитные бури, в свою очередь, вызваны возмущениями, которые распространяются вдали от Солнца, проходят через межпланетное пространство и взаимодействуют с космической средой Земли.

Можно ожидать, что первые изобретатели телеграфных систем не осознавали, что электрическая цепь, которую они строили, была пронизана линиями естественного магнитного потока, и, что еще более удивительно, этот поток мог изменяться со временем и вызывать естественный ток. в их системе. Однако вскоре после их развертывания появились сообщения об аномальных токах, которые иногда могут препятствовать обмену информацией или запускать систему без источника питания, или в более драматических случаях вызывать возгорание бумаги для записей. (см. обзор Boteler 2003 и ссылки в нем).Подобные эффекты продолжали замечаться время от времени со следующим поколением линий связи (коаксиальные кабели).

Еще одна система искусственных электрических цепей начала расти с появлением систем электроснабжения. Как и в телеграфах, этот сложный набор цепей связан с естественным магнитным потоком, и, как и в телеграфах, быстрые изменения этого магнитного потока во время геомагнитных бурь вызывают протекание естественного тока через систему.Впервые об этом эффекте было сообщено после геомагнитной бури 24 марта 1940 года (Davidson, 1940; см. Также Germaine, 1940 для сообщений о воздействии на кабели связи большой длины). В течение ряда лет сообщалось о многочисленных крупных и умеренных воздействиях на сеть, включая отключение электроэнергии в 1958 г. (Lanzerotti & Gregori, 1986), проблемы с отключением оборудования и стабильностью напряжения (4 августа 1972 г.), отключение в течение девяти часов в Канаде и потеря трансформатора (13 марта 1989 г. - см. фото) и отключение электроэнергии в Швеции во время шторма в октябре 2003 г.(См. Boteler, 2001, для всесторонней компиляции эффектов).

Оценка воздействия геомагнитных бурь на электрическую сеть включает в себя ряд соображений. Путь для протекания тока, который реагирует на изменяющиеся внешние токи в верхних слоях атмосферы, следует за искусственными путями тока на земле (линиями электропередач), а также различными путями естественного тока (, например, проводящих конструкций под землей и рядом с водоемами) , Как только пути естественного тока учтены, чистое геоэлектрическое поле, которое накладывается на пути искусственного тока, приводит к квази D.C. (периоды от 10 секунд до 10 секунд (десятки) минут) тока в линиях электропередач. Эти геомагнитно-индуцированные токи приводят к тому, что «ток возбуждения» в силовых трансформаторах выходит за пределы их проектного диапазона, что приводит к насыщению материала магнитного сердечника внутри трансформатора. Как только сердечник насыщается, трансформатор больше не выдает никакой обратной «электродвижущей силы» (разновидность электрической инерции), а токи и напряжения в обмотках становятся ненормально большими. В зависимости от конструкции трансформатора это может привести к нагреву окружающих конструкций из-за индуцированных «вихревых токов», которые могут повредить части трансформатора.Дополнительное влияние насыщения трансформатора состоит в том, что напряжения и токи больше не имеют простой синусоидальной (60 циклов) формы, и это может вызвать срабатывание защитного оборудования в других местах сети, когда это не должно происходить. Это «отключение» оборудования может отключить необходимое оборудование и вызвать проблемы со стабильностью напряжения. Дополнительной проблемой для системы является то, что все насыщающие трансформаторы проявляются как значительная индуктивная нагрузка на сеть в целом. Это означает, что система, которая близка к пиковым уровням спроса до события геомагнитной бури, может быть не в состоянии удовлетворить общую потребность в энергии, когда происходит геомагнитная буря, что приводит к частичному или общесистемному отключению.

Список литературы

Boteler, D.H., Геомагнитные опасности для проводящих сетей, Естественные опасности, 28: 537-561, 2003

Ботелер, Д.Х., Геомагнитные опасности, Геологическая служба Канады, Бюллетень 548, 2001

Дэвидсон, W.F., Магнитная буря 24 марта 1940 года - эффекты в энергосистеме, Вестник Эдисон Электрик Институт, 1940

Germaine, L.W., Магнитная буря 24 марта 1940 года - эффекты в системе связи, Вестник Edison Electric Institute, 1940

Lanzerotti, L.J. и G.P. Грегори, Теллурические течения: природная среда и взаимодействие с искусственными системами; в электрической среде Земли (ред.) Р. Робл и Э.П. Krider; Пресса Национальной Академии, Вашингтон, округ Колумбия, стр. 232-257, 1986,

,

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о