Ang
Wireless transmission para sa paghahatid ng kuryente ay may kakayahang maghatid ng malalaking pag-unlad sa mga industriya at aplikasyon na nakadepende sa pisikal na pakikipag-ugnayan ng connector. Ito naman, ay maaaring hindi mapagkakatiwalaan at humantong sa kabiguan. Ang pagpapadala ng wireless na kuryente ay unang ipinakita ni Nikola Tesla noong 1890s. Gayunpaman, nitong nakaraang dekada pa lang nagamit na ang teknolohiya hanggang sa punto kung saan nag-aalok ito ng tunay, nasasalat na mga benepisyo para sa mga real-world na aplikasyon. Sa partikular, ang pagbuo ng isang resonant wireless power system para sa consumer electronics market ay nagpakita na ang inductive charging ay nagdudulot ng mga bagong antas ng kaginhawahan sa milyun-milyong pang-araw-araw na device.
Ang kapangyarihang pinag-uusapan ay karaniwang kilala sa maraming termino. Kabilang ang inductive transmission, komunikasyon, resonant wireless network at ang parehong pagbabalik ng boltahe. Ang bawat isa sa mga kundisyong ito ay mahalagang naglalarawan ng parehong pangunahing proseso. Wireless na pagpapadala ng koryente o kapangyarihan mula sa pinagmumulan ng kuryente upang mag-load ng boltahe nang walang mga connector sa pamamagitan ng air gap. Ang batayan ay dalawang coils- transmitter at receiver. Ang una ay pinalakas ng isang alternating current upang makabuo ng magnetic field, na nag-uudyok naman ng boltahe sa pangalawa.
Paano gumagana ang pinag-uusapang system
Ang mga pangunahing kaalaman ng wireless power ay kinabibilangan ng pamamahagi ng power mula sa isang transmitter patungo sa isang receiver sa pamamagitan ng isang oscillating magnetic field. Upang makamit ito, ang direktang kasalukuyang ibinibigay ng power supply ay binago sa high frequency alternating current. Na may espesyal na idinisenyong electronics na nakapaloob sa transmitter. Ang alternating current ay nagpapagana ng coil ng copper wire sa dispenser, na bumubuo ng magnetic field. Kapag ang pangalawang (pagtanggap) paikot-ikot ay inilagay sa malapit. Ang magnetic field ay maaaring magbuod ng alternating current sa receiving coil. Pagkatapos, iko-convert ng electronics sa unang device ang AC pabalik sa DC, na nagiging power consumption.
Wireless power transmission scheme
Ang boltahe ng "mains" ay ginagawang AC signal, na pagkatapos ay ipapadala sa transmitter coil sa pamamagitan ng electronic circuit. Ang pag-agos sa paikot-ikot ng distributor, ay nag-uudyok ng magnetic field. Ito, sa turn, ay maaaring kumalat sa receiver coil, na nasa relatibong kalapitan. Ang magnetic field pagkatapos ay bumubuo ng isang kasalukuyang dumadaloy sa pamamagitan ng paikot-ikot ng receiving device. Ang proseso kung saan ang enerhiya ay ipinamamahagi sa pagitan ng nagpapadala at tumatanggap na mga coil ay tinutukoy din bilang magnetic o resonant coupling. At ito ay nakamit sa tulong ng parehong windings na tumatakbo sa parehong dalas. Ang kasalukuyang dumadaloy sa receiver coil,na-convert sa DC ng circuitry ng receiver. Maaari na itong gamitin para paganahin ang device.
Ano ang ibig sabihin ng resonance
Ang distansya kung saan maaaring magpadala ng enerhiya (o kapangyarihan) ay tumataas kung ang transmitter at receiver coils ay tumutunog sa parehong frequency. Tulad ng isang tuning fork na nag-o-oscillate sa isang tiyak na taas at maaaring maabot ang pinakamataas na amplitude nito. Ito ay tumutukoy sa dalas ng natural na pag-vibrate ng isang bagay.
Mga kalamangan ng wireless transmission
Ano ang mga benepisyo? Mga kalamangan:
- binabawasan ang mga gastos na nauugnay sa pagpapanatili ng mga straight connector (hal. sa isang tradisyonal na pang-industriyang slip ring);
- mas mahusay na kaginhawahan para sa pagsingil ng mga karaniwang electronic device;
- secure na paglipat sa mga application na dapat manatiling hermetically sealed;
- electronics ay maaaring ganap na maitago, na binabawasan ang panganib ng kaagnasan dahil sa mga elemento tulad ng oxygen at tubig;
- maaasahan at pare-pareho ang supply ng kuryente para sa umiikot, napaka-mobile na pang-industriyang kagamitan;
- nagtitiyak ng maaasahang paghahatid ng kuryente sa mga kritikal na system sa basa, marumi at gumagalaw na kapaligiran.
Anuman ang application, ang pag-aalis ng pisikal na koneksyon ay nagbibigay ng ilang pakinabang sa mga tradisyonal na cable power connector.
Efficiency ng energy transfer na pinag-uusapan
Ang pangkalahatang kahusayan ng isang wireless power system ay ang pinakamahalagang salik sa pagtukoy nitopagganap. Sinusukat ng kahusayan ng system ang dami ng inilipat na kuryente sa pagitan ng pinagmumulan ng kuryente (ibig sabihin, saksakan sa dingding) at ng tumatanggap na device. Tinutukoy nito ang mga aspeto gaya ng bilis ng pag-charge at hanay ng pagpapalaganap.
Ang mga wireless na sistema ng komunikasyon ay nag-iiba sa kanilang antas ng kahusayan batay sa mga salik gaya ng coil configuration at disenyo, transmission distance. Ang hindi gaanong mahusay na device ay bubuo ng mas maraming emisyon at magreresulta sa mas kaunting power na dumadaan sa receiving device. Karaniwan, ang mga teknolohiyang wireless power transmission para sa mga device gaya ng mga smartphone ay maaaring umabot sa 70% performance.
Paano sinusukat ang performance
Ibig sabihin, bilang ang dami ng power (sa porsyento) na ipinapadala mula sa pinagmumulan ng kuryente patungo sa tumatanggap na device. Iyon ay, ang wireless power transmission para sa isang smartphone na may kahusayan na 80% ay nangangahulugan na 20% ng input power ang nawala sa pagitan ng saksakan sa dingding at ng baterya para sa gadget na sinisingil. Ang formula para sa pagsukat ng kahusayan sa trabaho ay: performance=DC output na hinati sa input, i-multiply ang resulta sa 100%.
Wireless transmission ng kuryente
Maaaring ipamahagi ang kapangyarihan sa itinuturing na network sa pamamagitan ng halos lahat ng non-metallic na materyales, kabilang ngunit hindi limitado sa. Ito ay mga solido tulad ng kahoy, plastik, tela, salamin at ladrilyo, pati na rin ang mga gas at likido. Kapag metal oAng isang electrically conductive material (i.e., carbon fiber) ay inilalagay sa malapit sa isang electromagnetic field, ang bagay ay sumisipsip ng kapangyarihan mula dito at nag-iinit bilang isang resulta. Ito naman ay nakakaapekto sa kahusayan ng system. Ganito gumagana ang induction cooking, halimbawa, ang hindi mahusay na paglipat ng kuryente mula sa hob ay lumilikha ng init para sa pagluluto.
Upang gumawa ng wireless power transmission system, kailangan mong bumalik sa pinagmulan ng paksa. O sa halip, sa matagumpay na siyentipiko at imbentor na si Nikola Tesla, na lumikha at nag-patent ng isang generator na maaaring kumuha ng kapangyarihan nang walang iba't ibang materyalistikong conductor. Kaya, upang ipatupad ang isang wireless system, kinakailangan upang tipunin ang lahat ng mahahalagang elemento at bahagi, bilang isang resulta, isang maliit na Tesla coil ang ipapatupad. Ito ay isang aparato na lumilikha ng isang mataas na boltahe na electric field sa hangin sa paligid nito. Mayroon itong maliit na input power, nagbibigay ito ng wireless power transmission sa malayo.
Isa sa pinakamahalagang paraan ng paglilipat ng enerhiya ay ang inductive coupling. Ito ay pangunahing ginagamit para sa malapit na field. Ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng katotohanan na kapag ang kasalukuyang dumadaan sa isang kawad, ang isang boltahe ay sapilitan sa mga dulo ng isa pa. Ang paglipat ng kapangyarihan ay ginagawa sa pamamagitan ng katumbasan sa pagitan ng dalawang materyales. Ang isang karaniwang halimbawa ay isang transpormer. Ang paglipat ng enerhiya ng microwave, bilang isang ideya, ay binuo ni William Brown. Ang buong konsepto ay nagsasangkot ng pag-convert ng AC power sa RF power at pagpapadala nito sa espasyo at muling pumasokvariable na kapangyarihan sa receiver. Sa sistemang ito, ang boltahe ay nabuo gamit ang mga mapagkukunan ng enerhiya ng microwave. tulad ng klystron. At ang kapangyarihang ito ay ipinapadala sa transmitting antenna sa pamamagitan ng waveguide, na nagpoprotekta mula sa nakalarawan na kapangyarihan. Pati na rin ang isang tuner na tumutugma sa impedance ng pinagmulan ng microwave sa iba pang mga elemento. Ang seksyon ng pagtanggap ay binubuo ng isang antena. Tumatanggap ito ng microwave power at isang impedance matching circuit at isang filter. Ang receiving antenna na ito, kasama ang rectifying device, ay maaaring isang dipole. Naaayon sa output signal na may katulad na sound alert ng rectifier unit. Ang block ng receiver ay binubuo din ng isang katulad na seksyon na binubuo ng mga diode na ginagamit upang i-convert ang signal sa isang DC alert. Gumagamit ang transmission system na ito ng mga frequency sa pagitan ng 2 GHz at 6 GHz.
Wireless transmission ng kuryente sa tulong ng driver ni Brovin, na nagpatupad ng generator gamit ang mga katulad na magnetic oscillations. Ang bottom line ay gumagana ang device na ito salamat sa tatlong transistor.
Paggamit ng laser beam para magpadala ng power sa anyo ng light energy, na na-convert sa electrical energy sa receiving end. Ang materyal mismo ay direktang pinapagana gamit ang mga mapagkukunan tulad ng Araw o anumang generator ng kuryente. At, nang naaayon, nagpapatupad ng nakatutok na liwanag ng mataas na intensity. Ang laki at hugis ng sinag ay tinutukoy ng hanay ng mga optika. At ang ipinadalang laser light na ito ay natatanggap ng mga photovoltaic cells, na nagko-convert nito sa mga electrical signal. Karaniwang ginagamit niyafiber optic cable para sa paghahatid. Tulad ng basic solar power system, ang receiver na ginagamit sa laser-based propagation ay isang hanay ng mga photovoltaic cell o solar panel. Nagagawa naman nilang gawing kuryente ang hindi magkakaugnay na monochromatic na ilaw.
Mga mahahalagang feature ng device
Ang kapangyarihan ng Tesla Coil ay nakasalalay sa isang prosesong tinatawag na electromagnetic induction. Iyon ay, ang nagbabagong larangan ay lumilikha ng potensyal. Gumagawa ito ng kasalukuyang daloy. Kapag ang kuryente ay dumadaloy sa isang coil ng wire, ito ay bumubuo ng magnetic field na pumupuno sa lugar sa paligid ng coil sa isang tiyak na paraan. Hindi tulad ng ilang iba pang mga eksperimento sa mataas na boltahe, ang Tesla coil ay nakatiis sa maraming pagsubok at pagsubok. Ang proseso ay medyo matrabaho at mahaba, ngunit ang resulta ay matagumpay, at samakatuwid ay matagumpay na na-patent ng siyentipiko. Maaari kang lumikha ng tulad ng isang likid sa pagkakaroon ng ilang mga bahagi. Ang mga sumusunod na materyales ay kakailanganin para sa pagpapatupad:
- haba 30 cm PVC (mas marami mas maganda);
- naka-enamel na tansong kawad (pangalawang kawad);
- birch board para sa base;
- 2222A transistor;
- pagkonekta (pangunahing) wire;
- resistor 22 kΩ;
- switch at connecting wire;
- 9 volt na baterya.
Mga Yugto ng Pagpapatupad ng Tesla Device
Una kailangan mong maglagay ng maliit na puwang sa tuktok ng tubo upang ibalot sa isang dulo ng kawadsa paligid. Dahan-dahan at maingat na paikutin ang coil, mag-ingat na huwag mag-overlap ang mga wire o lumikha ng mga puwang. Ang hakbang na ito ay ang pinakamahirap at nakakapagod na bahagi, ngunit ang oras na ginugol ay magbibigay ng napakataas na kalidad at magandang coil. Tuwing 20 o higit pa na pagliko, ang mga singsing ng masking tape ay inilalagay sa paligid ng paikot-ikot. Gumaganap sila bilang isang hadlang. Kung sakaling ang likid ay magsisimulang mag-unravel. Kapag tapos na, balutin ang mabigat na tape sa itaas at ibaba ng paikot-ikot at i-spray ito ng 2 o 3 patong ng enamel.
Pagkatapos ay kailangan mong ikonekta ang pangunahin at pangalawang baterya sa baterya. Pagkatapos - i-on ang transistor at risistor. Ang mas maliit na paikot-ikot ay ang pangunahin at ang mas mahabang paikot-ikot ay ang pangalawa. Maaari kang opsyonal na mag-install ng aluminum sphere sa ibabaw ng pipe. Gayundin, ikonekta ang bukas na dulo ng pangalawa sa idinagdag, na magsisilbing antena. Dapat mag-ingat na huwag hawakan ang pangalawang device kapag naka-on ang power.
May panganib ng sunog kung ibebenta nang mag-isa. Kailangan mong i-flip ang switch, mag-install ng incandescent lamp sa tabi ng wireless power transmission device at mag-enjoy sa light show.
Wireless transmission sa pamamagitan ng solar power system
Ang mga tradisyonal na wired power distribution configuration ay karaniwang nangangailangan ng mga wire sa pagitan ng mga distributed device at consumer units. Lumilikha ito ng maraming paghihigpit bilang gastos ng systemgastos sa cable. Mga pagkalugi na natamo sa paghahatid. Pati na rin ang basura sa pamamahagi. Ang resistensya ng linya ng paghahatid lamang ay humahantong sa pagkawala ng humigit-kumulang 20-30% ng nabuong enerhiya.
Ang isa sa pinakamodernong wireless power transmission system ay batay sa transmission ng solar energy gamit ang microwave oven o laser beam. Ang satellite ay inilagay sa geostationary orbit at binubuo ng mga photovoltaic cells. Kino-convert nila ang sikat ng araw sa electrical current, na ginagamit upang paganahin ang microwave generator. At, nang naaayon, napagtanto ang kapangyarihan ng mga microwave. Ang boltahe na ito ay ipinapadala gamit ang komunikasyon sa radyo at natanggap sa base station. Ito ay isang kumbinasyon ng antenna at rectifier. At ito ay na-convert pabalik sa kuryente. Nangangailangan ng AC o DC power. Ang satellite ay maaaring magpadala ng hanggang 10 MW ng RF power.
Kapag pinag-uusapan ang isang DC distribution system, kahit na imposible iyon. Dahil nangangailangan ito ng connector sa pagitan ng power supply at ng device. Mayroong ganoong larawan: ang sistema ay ganap na walang mga wire, kung saan maaari kang makakuha ng AC power sa mga tahanan nang walang anumang karagdagang mga aparato. Kung saan posibleng i-charge ang iyong mobile phone nang hindi kinakailangang pisikal na kumonekta sa socket. Siyempre, posible ang ganitong sistema. At maraming mga modernong mananaliksik ang nagsisikap na lumikha ng isang bagay na moderno, habang pinag-aaralan ang papel ng pagbuo ng mga bagong pamamaraan ng wireless transmission ng kuryente sa malayo. Bagaman, mula sa punto ng view ng pang-ekonomiyang bahagi, para sa mga estado ay hindi ito magigingito ay lubos na kumikita kung ang mga naturang device ay ipinakilala sa lahat ng dako, at papalitan ang karaniwang kuryente ng natural na kuryente.
Mga pinagmulan at halimbawa ng mga wireless system
Hindi talaga bago ang konseptong ito. Ang buong ideyang ito ay binuo ni Nicholas Tesla noong 1893. Nang bumuo siya ng isang sistema ng pag-iilaw ng mga vacuum tube gamit ang mga wireless transmission techniques. Imposibleng isipin na ang mundo ay umiiral nang walang iba't ibang mga mapagkukunan ng pagsingil, na ipinahayag sa materyal na anyo. Upang gawing posible para sa mga mobile phone, mga robot sa bahay, mga MP3 player, mga computer, mga laptop at iba pang mga transportable na gadget na masingil nang mag-isa, nang walang anumang karagdagang mga koneksyon, na nagpapalaya sa mga gumagamit mula sa patuloy na mga wire. Ang ilan sa mga device na ito ay maaaring hindi man lang nangangailangan ng malaking bilang ng mga elemento. Ang kasaysayan ng wireless power transmission ay napakayaman, at, higit sa lahat, salamat sa mga pag-unlad ng Tesla, Volta, atbp. Ngunit, ngayon ito ay nananatiling data lamang sa pisikal na agham.
Ang pangunahing prinsipyo ay ang pag-convert ng AC power sa DC voltage gamit ang mga rectifier at filter. At pagkatapos - sa pagbabalik sa orihinal na halaga sa mataas na dalas gamit ang mga inverters. Ang mababang boltahe, mataas na oscillating AC power ay ipinapasa mula sa pangunahing transpormer patungo sa pangalawa. Na-convert sa DC boltahe gamit ang isang rectifier, filter at regulator. Nagiging direkta ang signal ng ACsalamat sa tunog ng agos. Pati na rin ang paggamit ng bridge rectifier section. Ang natanggap na DC signal ay ipinapasa sa pamamagitan ng isang feedback winding na gumaganap bilang isang oscillator circuit. Kasabay nito, pinipilit nito ang transistor na isagawa ito sa pangunahing converter sa direksyon mula kaliwa hanggang kanan. Kapag dumaan ang current sa feedback winding, ang kaukulang current ay dumadaloy sa pangunahing bahagi ng transformer mula kanan papuntang kaliwa.
Ganito gumagana ang ultrasonic na paraan ng paglilipat ng enerhiya. Ang signal ay nabuo sa pamamagitan ng sensor para sa parehong kalahating cycle ng AC alert. Ang dalas ng tunog ay nakasalalay sa dami ng mga tagapagpahiwatig ng mga vibrations ng mga circuit ng generator. Ang AC signal na ito ay lilitaw sa pangalawang paikot-ikot ng transpormer. At kapag ito ay konektado sa transduser ng isa pang bagay, ang AC boltahe ay 25 kHz. May lalabas na pagbabasa sa pamamagitan nito sa isang step-down na transformer.
Ang boltahe ng AC na ito ay tinutumbasan ng bridge rectifier. At pagkatapos ay na-filter at kinokontrol upang makakuha ng isang 5V output upang himukin ang LED. Ang 12V output boltahe mula sa kapasitor ay ginagamit upang paganahin ang DC fan motor upang patakbuhin ito. Kaya, mula sa punto ng view ng pisika, ang paghahatid ng kuryente ay isang medyo binuo na lugar. Gayunpaman, tulad ng ipinapakita sa pagsasanay, ang mga wireless system ay hindi ganap na binuo at napabuti.
