Transmetimi me valë për shpërndarjen e energjisë elektrike ka aftësinë për të ofruar përparime të mëdha në industri dhe aplikacione që varen nga kontakti fizik i lidhësit. Ai, nga ana tjetër, mund të jetë jo i besueshëm dhe të çojë në dështim. Transmetimi i energjisë elektrike me valë u demonstrua për herë të parë nga Nikola Tesla në vitet 1890. Megjithatë, ka qenë vetëm në dekadën e fundit që teknologjia është përdorur deri në pikën ku ofron përfitime reale, të prekshme për aplikacionet e botës reale. Në veçanti, zhvillimi i një sistemi energjie me valë rezonante për tregun e elektronikës së konsumit ka treguar se karikimi induktiv sjell nivele të reja komoditeti për miliona pajisje të përditshme.
Fuqia në fjalë njihet zakonisht me shumë terma. Përfshirë transmetimin induktiv, komunikimin, rrjetin pa tel rezonant dhe të njëjtin kthim të tensionit. Secila prej këtyre kushteve në thelb përshkruan të njëjtin proces themelor. Transmetimi pa tela i energjisë elektrike ose energjisë nga një burim energjie në tensionin e ngarkesës pa lidhës përmes një hendeku ajri. Baza është dy mbështjellje- transmetues dhe marrës. E para energjizohet nga një rrymë alternative për të gjeneruar një fushë magnetike, e cila nga ana tjetër shkakton një tension në të dytën.
Si funksionon sistemi në fjalë
Bazat e fuqisë me valë përfshijnë shpërndarjen e energjisë nga një transmetues te një marrës përmes një fushe magnetike lëkundëse. Për të arritur këtë, rryma direkte e furnizuar nga furnizimi me energji konvertohet në rrymë alternative me frekuencë të lartë. Me elektronikë të projektuar posaçërisht të integruara në transmetues. Rryma alternative aktivizon një spirale me tela bakri në shpërndarës, e cila gjeneron një fushë magnetike. Kur mbështjellja e dytë (marrëse) vendoset në afërsi. Fusha magnetike mund të shkaktojë një rrymë alternative në spiralen marrëse. Elektronika në pajisjen e parë më pas e kthen AC përsëri në DC, e cila bëhet konsumi i energjisë.
Skema e transmetimit të energjisë pa tela
Tensioni "rrjeti" konvertohet në një sinjal AC, i cili më pas dërgohet në bobinën e transmetuesit nëpërmjet një qarku elektronik. Rrjedhja nëpër mbështjelljen e shpërndarësit, shkakton një fushë magnetike. Ai, nga ana tjetër, mund të përhapet në spiralen e marrësit, e cila është në afërsi relative. Fusha magnetike më pas gjeneron një rrymë që rrjedh nëpër mbështjelljen e pajisjes marrëse. Procesi me të cilin energjia shpërndahet midis bobinave transmetuese dhe marrëse quhet edhe bashkim magnetik ose rezonant. Dhe kjo arrihet me ndihmën e të dy mbështjelljeve që funksionojnë në të njëjtën frekuencë. Rryma që rrjedh në spiralen e marrësit,konvertohet në DC nga qarku i marrësit. Më pas mund të përdoret për të fuqizuar pajisjen.
Çfarë do të thotë rezonanca
Distanca mbi të cilën mund të transmetohet energjia (ose fuqia) rritet nëse bobinat e transmetuesit dhe të marrësit rezonojnë në të njëjtën frekuencë. Ashtu si një pirun akordues lëkundet në një lartësi të caktuar dhe mund të arrijë amplituda e tij maksimale. Ai i referohet frekuencës në të cilën një objekt dridhet natyrshëm.
Përparësitë e transmetimit me valë
Cilat janë përfitimet? Pro:
- zvogëlon kostot që lidhen me mirëmbajtjen e lidhësve të drejtë (p.sh. në një unazë tradicionale industriale rrëshqitëse);
- komoditet më i madh për karikimin e pajisjeve elektronike të zakonshme;
- transferim i sigurt te aplikacionet që duhet të mbeten të mbyllura hermetikisht;
- elektronikat mund të fshihen plotësisht, duke zvogëluar rrezikun e korrozionit për shkak të elementëve të tillë si oksigjeni dhe uji;
- furnizimi me energji i besueshëm dhe i qëndrueshëm për pajisjet industriale rrotulluese, shumë të lëvizshme;
- siguron transmetim të besueshëm të energjisë në sistemet kritike në mjedise të lagështa, të pista dhe në lëvizje.
Pavarësisht nga aplikimi, eliminimi i lidhjes fizike ofron një sërë avantazhesh ndaj lidhësve tradicionalë të energjisë kabllore.
Efiçenca e transferimit të energjisë në fjalë
Efiçenca e përgjithshme e një sistemi energjie me valë është faktori më i rëndësishëm në përcaktimin e tijperformancës. Efikasiteti i sistemit mat sasinë e energjisë së transferuar midis burimit të energjisë (d.m.th. prizës në mur) dhe pajisjes marrëse. Kjo, nga ana tjetër, përcakton aspekte të tilla si shpejtësia e karikimit dhe diapazoni i përhapjes.
Sistemet e komunikimit me valë ndryshojnë në nivelin e tyre të efikasitetit bazuar në faktorë të tillë si konfigurimi dhe dizajni i spirales, distanca e transmetimit. Një pajisje më pak efikase do të gjenerojë më shumë emetime dhe do të rezultojë në kalimin e më pak të energjisë përmes pajisjes marrëse. Në mënyrë tipike, teknologjitë e transmetimit të energjisë pa tel për pajisje të tilla si telefonat inteligjentë mund të arrijnë performancën 70%.
Si matet performanca
Kuptimi, si sasia e fuqisë (në përqindje) që transmetohet nga burimi i energjisë te pajisja marrëse. Kjo do të thotë, transmetimi i energjisë pa tel për një smartphone me një efikasitet prej 80% do të thotë që 20% e fuqisë hyrëse humbet midis prizës së murit dhe baterisë për pajisjen që po ngarkohet. Formula për matjen e efikasitetit të punës është: performanca=prodhimi DC pjesëtuar me hyrjen, shumëzojeni rezultatin me 100%.
Transmetim pa tela i energjisë elektrike
Fuqia mund të shpërndahet në rrjetin e konsideruar përmes pothuajse të gjitha materialeve jometalike, duke përfshirë por pa u kufizuar në. Këto janë lëndë të ngurta si druri, plastika, tekstilet, qelqi dhe tullat, si dhe gazrat dhe lëngjet. Kur metali oseNjë material përçues elektrik (d.m.th., fibër karboni) vendoset në afërsi të një fushe elektromagnetike, objekti thith fuqinë prej tij dhe si rezultat nxehet. Kjo, nga ana tjetër, ndikon në efikasitetin e sistemit. Kështu funksionon gatimi me induksion, për shembull, transferimi joefikas i energjisë nga pianura krijon nxehtësi për gatim.
Për të krijuar një sistem transmetimi të energjisë pa tel, duhet të ktheheni te origjina e temës. Ose më mirë, shkencëtarit dhe shpikësit të suksesshëm Nikola Tesla, i cili krijoi dhe patentoi një gjenerator që mund të marrë pushtetin pa përcjellës të ndryshëm materialistë. Pra, për të zbatuar një sistem pa tel, është e nevojshme të mblidhen të gjithë elementët dhe pjesët e rëndësishme, si rezultat, do të zbatohet një spirale e vogël Tesla. Kjo është një pajisje që krijon një fushë elektrike të tensionit të lartë në ajrin rreth saj. Ka një fuqi të vogël hyrëse, siguron transmetimin e energjisë pa tel në distancë.
Një nga mënyrat më të rëndësishme për të transferuar energji është bashkimi induktiv. Përdoret kryesisht për fushë afër. Karakterizohet nga fakti se kur rryma kalon nëpër një tel, një tension induktohet në skajet e një tjetri. Transferimi i fuqisë bëhet me reciprocitet ndërmjet dy materialeve. Një shembull i zakonshëm është një transformator. Transferimi i energjisë me mikrovalë, si një ide, u zhvillua nga William Brown. I gjithë koncepti përfshin konvertimin e energjisë AC në fuqi RF dhe transmetimin e saj përmes hapësirës dhe rikthimit nëfuqi e ndryshueshme në marrës. Në këtë sistem, voltazhi gjenerohet duke përdorur burimet e energjisë me mikrovalë. të tilla si klistron. Dhe kjo fuqi transmetohet në antenën transmetuese përmes valëzuesit, i cili mbron nga fuqia e reflektuar. Si dhe një sintonizues që përputhet me rezistencën e rezistencës së burimit të mikrovalës me elementë të tjerë. Seksioni marrës përbëhet nga një antenë. Ai pranon fuqinë e mikrovalës dhe një qark të përputhjes së rezistencës dhe një filtër. Kjo antenë marrëse, së bashku me pajisjen ndreqëse, mund të jetë një dipol. Korrespondon me sinjalin e daljes me një sinjal të ngjashëm zanor të njësisë ndreqës. Blloku i marrësit gjithashtu përbëhet nga një seksion i ngjashëm i përbërë nga dioda të cilat përdoren për të kthyer sinjalin në një alarm DC. Ky sistem transmetimi përdor frekuenca ndërmjet 2 GHz dhe 6 GHz.
Transmetim pa tela i energjisë elektrike me ndihmën e shoferit të Brovin, i cili zbatoi gjeneratorin duke përdorur lëkundje të ngjashme magnetike. Përfundimi është se kjo pajisje funksionoi falë tre transistorëve.
Përdorimi i një rreze lazer për të transmetuar fuqinë në formën e energjisë së dritës, e cila shndërrohet në energji elektrike në skajin marrës. Vetë materiali furnizohet drejtpërdrejt me energji duke përdorur burime të tilla si Dielli ose ndonjë gjenerator të energjisë elektrike. Dhe, në përputhje me rrethanat, zbaton një dritë të fokusuar me intensitet të lartë. Madhësia dhe forma e rrezes përcaktohen nga grupi i optikës. Dhe kjo dritë lazer e transmetuar merret nga qelizat fotovoltaike, të cilat e shndërrojnë atë në sinjale elektrike. Ai zakonisht përdorkabllot me fibra optike për transmetim. Ashtu si me sistemin bazë të energjisë diellore, marrësi i përdorur në përhapjen e bazuar në lazer është një grup qelizash fotovoltaike ose një panel diellor. Ata, nga ana tjetër, mund të shndërrojnë dritën monokromatike jokoherente në energji elektrike.
Veçoritë thelbësore të pajisjes
Fuqia e spirales Tesla qëndron në një proces të quajtur induksion elektromagnetik. Kjo do të thotë, fusha në ndryshim krijon potencial. Bën rrjedhjen e rrymës. Kur energjia elektrike rrjedh nëpër një spirale teli, ajo gjeneron një fushë magnetike që mbush zonën rreth spirales në një mënyrë të caktuar. Ndryshe nga disa eksperimente të tjera të tensionit të lartë, spiralja Tesla i ka rezistuar shumë testeve dhe sprovave. Procesi ishte mjaft i mundimshëm dhe i gjatë, por rezultati ishte i suksesshëm, dhe për këtë arsye u patentua me sukses nga shkencëtari. Ju mund të krijoni një spirale të tillë në prani të përbërësve të caktuar. Materialet e mëposhtme do të kërkohen për zbatimin:
- gjatësia 30 cm PVC (sa më shumë aq më mirë);
- tel bakri të emaluar (tel dytësor);
- dërrasë thupër për bazë;
- 2222A transistor;
- tela lidhëse (primare);
- rezistencë 22 kΩ;
- çelsat dhe telat lidhës;
- 9 volt.
Bateri
Fazat e zbatimit të pajisjes Tesla
Së pari ju duhet të vendosni një vrimë të vogël në pjesën e sipërme të tubit për ta mbështjellë rreth njërin skaj të telitpërreth. Fryni spiralen ngadalë dhe me kujdes, duke pasur kujdes që të mos mbivendosni telat ose të krijoni boshllëqe. Ky hap është pjesa më e vështirë dhe e lodhshme, por koha e kaluar do të japë një spirale shumë cilësore dhe të mirë. Çdo rreth 20 rrotullime, rreth mbështjelljes vendosen unaza me shirit maskues. Ata veprojnë si një pengesë. Në rast se spiralja fillon të zbërthehet. Kur të mbaroni, mbështillni shiritin e rëndë rreth pjesës së sipërme dhe të poshtme të mbështjelljes dhe spërkateni me 2 ose 3 shtresa sm alt.
Pastaj duhet të lidhni baterinë parësore dhe dytësore me baterinë. Pas - ndizni tranzistorin dhe rezistencën. Dredha-dredha më e vogël është primare dhe mbështjellja më e gjatë është dytësore. Mund të instaloni opsionalisht një sferë alumini në krye të tubit. Gjithashtu, lidhni skajin e hapur të sekondarit me atë të shtuar, i cili do të veprojë si antenë. Duhet pasur kujdes që të mos prekni pajisjen dytësore kur energjia është e ndezur.
Ka rrezik zjarri nëse shiten vetë. Duhet të rrokullisni çelësin, të instaloni një llambë inkandeshente pranë pajisjes së transmetimit të energjisë me valë dhe të shijoni shfaqjen e dritës.
Transmetim me valë nëpërmjet sistemit të energjisë diellore
Konfigurimet tradicionale të shpërndarjes së energjisë me tela zakonisht kërkojnë tela midis pajisjeve të shpërndara dhe njësive të konsumatorit. Kjo krijon shumë kufizime si kostoja e sistemitkostot e kabllove. Humbjet e shkaktuara në transmetim. Si dhe mbetjet në shpërndarje. Vetëm rezistenca e linjës së transmetimit çon në një humbje prej rreth 20-30% të energjisë së gjeneruar.
Një nga sistemet më moderne të transmetimit të energjisë pa tel bazohet në transmetimin e energjisë diellore duke përdorur një furrë me mikrovalë ose një rreze lazer. Sateliti është i vendosur në orbitë gjeostacionare dhe përbëhet nga qeliza fotovoltaike. Ata konvertojnë dritën e diellit në rrymë elektrike, e cila përdoret për të fuqizuar një gjenerator të mikrovalës. Dhe, në përputhje me rrethanat, kupton fuqinë e mikrovalëve. Ky tension transmetohet duke përdorur komunikimin radio dhe merret në stacionin bazë. Është një kombinim i antenës dhe ndreqësit. Dhe kthehet në energji elektrike. Kërkon energji AC ose DC. Sateliti mund të transmetojë deri në 10 MW fuqi RF.
Kur flasim për një sistem shpërndarjeje DC, edhe kjo është e pamundur. Meqenëse kërkon një lidhës midis furnizimit me energji elektrike dhe pajisjes. Ekziston një pamje e tillë: sistemi është plotësisht i lirë nga telat, ku mund të merrni energji AC në shtëpi pa ndonjë pajisje shtesë. Ku është e mundur të karikoni celularin tuaj pa pasur nevojë të lidheni fizikisht me prizën. Sigurisht, një sistem i tillë është i mundur. Dhe shumë studiues modernë po përpiqen të krijojnë diçka të modernizuar, ndërsa studiojnë rolin e zhvillimit të metodave të reja të transmetimit pa tel të energjisë elektrike në distancë. Edhe pse, nga pikëpamja e komponentit ekonomik, për shtetet kjo nuk do të jetëështë mjaft fitimprurëse nëse pajisje të tilla futen kudo dhe zëvendësojnë energjinë elektrike standarde me energji elektrike natyrale.
Origjina dhe shembujt e sistemeve me valë
Ky koncept nuk është vërtet i ri. E gjithë kjo ide u zhvillua nga Nicholas Tesla në 1893. Kur ai zhvilloi një sistem të tubave ndriçues të vakumit duke përdorur teknika të transmetimit pa tel. Është e pamundur të imagjinohet se bota ekziston pa burime të ndryshme ngarkimi, të cilat shprehen në formë materiale. Për të bërë të mundur që telefonat celularë, robotët e shtëpisë, MP3 player, kompjuterët, laptopët dhe pajisjet e tjera të transportueshme të karikohen vetë, pa asnjë lidhje shtesë, duke i çliruar përdoruesit nga telat konstante. Disa nga këto pajisje mund të mos kërkojnë as një numër të madh elementësh. Historia e transmetimit të energjisë me valë është mjaft e pasur dhe, kryesisht, falë zhvillimeve të Teslës, Voltës, etj. Por, sot ajo mbetet vetëm të dhëna në shkencën fizike.
Parimi bazë është konvertimi i fuqisë AC në tension DC duke përdorur ndreqës dhe filtra. Dhe pastaj - në kthimin në vlerën origjinale me frekuencë të lartë duke përdorur inverterë. Kjo fuqi AC me tension të ulët dhe shumë lëkundëse kalohet më pas nga transformatori primar në sekondar. Shndërrohet në tension DC duke përdorur një ndreqës, filtër dhe rregullator. Sinjali AC bëhet i drejtpërdrejtëfalë zhurmës së rrymës. Si dhe duke përdorur seksionin e ndreqësit të urës. Sinjali i marrë DC kalon përmes një dredha-dredha kthyese e cila vepron si një qark oshilator. Në të njëjtën kohë, ai detyron transistorin ta përçojë atë në konvertuesin primar në drejtim nga e majta në të djathtë. Kur rryma kalon nëpër mbështjelljen e reagimit, rryma përkatëse rrjedh në anën kryesore të transformatorit nga e djathta në të majtë.
Kështu funksionon metoda ultrasonike e transferimit të energjisë. Sinjali gjenerohet përmes sensorit për të dy gjysmë ciklet e alarmit AC. Frekuenca e zërit varet nga treguesit sasiorë të dridhjeve të qarqeve të gjeneratorit. Ky sinjal AC shfaqet në mbështjelljen dytësore të transformatorit. Dhe kur lidhet me transduktorin e një objekti tjetër, voltazhi AC është 25 kHz. Një lexim shfaqet përmes tij në një transformator në rënie.
Ky tension AC barazohet nga një ndreqës ure. Dhe pastaj filtrohet dhe rregullohet për të marrë një dalje 5V për të drejtuar LED. Tensioni i daljes 12 V nga kondensatori përdoret për të fuqizuar motorin e ventilatorit DC për ta drejtuar atë. Pra, nga pikëpamja e fizikës, transmetimi i energjisë elektrike është një zonë mjaft e zhvilluar. Megjithatë, siç tregon praktika, sistemet me valë nuk janë zhvilluar dhe përmirësuar plotësisht.
