La transmissió sense fil per subministrar electricitat té la capacitat d'oferir grans avenços en indústries i aplicacions que depenen del contacte físic del connector. Al seu torn, pot ser poc fiable i conduir al fracàs. La transmissió d'electricitat sense fil va ser demostrada per primera vegada per Nikola Tesla a la dècada de 1890. Tanmateix, només en l'última dècada s'ha utilitzat la tecnologia fins al punt que ofereix beneficis reals i tangibles per a aplicacions del món real. En particular, el desenvolupament d'un sistema d'alimentació sense fil ressonant per al mercat d'electrònica de consum ha demostrat que la càrrega inductiva aporta nous nivells de comoditat a milions de dispositius quotidians.
El poder en qüestió es coneix comunament amb molts termes. Inclou transmissió inductiva, comunicació, xarxa sense fil ressonant i el mateix retorn de tensió. Cadascuna d'aquestes condicions descriu essencialment el mateix procés fonamental. Transmissió sense fil d'electricitat o potència des d'una font d'alimentació per carregar tensió sense connectors a través d'un buit d'aire. La base són dues bobines- transmissor i receptor. El primer s'activa amb un corrent altern per generar un camp magnètic, que al seu torn indueix una tensió en el segon.
Com funciona el sistema en qüestió
Els conceptes bàsics de l'energia sense fil impliquen la distribució de potència d'un transmissor a un receptor mitjançant un camp magnètic oscil·lant. Per aconseguir-ho, el corrent continu subministrat per la font d'alimentació es converteix en corrent altern d' alta freqüència. Amb una electrònica especialment dissenyada integrada al transmissor. El corrent altern activa una bobina de fil de coure al dispensador, que genera un camp magnètic. Quan el segon bobinatge (recepció) es col·loca molt a prop. El camp magnètic pot induir un corrent altern a la bobina receptora. L'electrònica del primer dispositiu torna a convertir la CA en CC, que es converteix en el consum d'energia.
Esquema de transmissió d'energia sense fil
La tensió de la xarxa es converteix en un senyal de CA, que després s'envia a la bobina del transmissor mitjançant un circuit electrònic. Fluir pel bobinatge del distribuïdor, indueix un camp magnètic. Al seu torn, es pot estendre a la bobina receptora, que es troba en relativa proximitat. Aleshores, el camp magnètic genera un corrent que flueix pel bobinatge del dispositiu receptor. El procés pel qual es distribueix l'energia entre les bobines transmissores i receptores també s'anomena acoblament magnètic o ressonant. I s'aconsegueix amb l'ajuda dels dos bobinatges que funcionen a la mateixa freqüència. El corrent que flueix a la bobina receptora,convertit a CC pel circuit del receptor. Aleshores es pot utilitzar per alimentar el dispositiu.
Què vol dir la ressonància
La distància a la qual es pot transmetre energia (o potència) augmenta si les bobines del transmissor i del receptor ressonen a la mateixa freqüència. Igual que un diapasó oscil·la a una certa alçada i pot assolir la seva màxima amplitud. Es refereix a la freqüència amb què un objecte vibra de manera natural.
Avantatges de la transmissió sense fil
Quins són els avantatges? Avantatges:
- redueix els costos associats amb el manteniment de connectors rectes (per exemple, en un anell lliscant industrial tradicional);
- més comoditat per carregar dispositius electrònics habituals;
- transferència segura a aplicacions que han de romandre hermèticament tancades;
- l'electrònica es pot amagar completament, reduint el risc de corrosió a causa d'elements com l'oxigen i l'aigua;
- font d'alimentació fiable i constant per a equips industrials rotatius i molt mòbils;
- assegura una transmissió d'energia fiable a sistemes crítics en entorns humits, bruts i en moviment.
Independentment de l'aplicació, l'eliminació de la connexió física ofereix una sèrie d'avantatges respecte als connectors d'alimentació de cable tradicionals.
Eficiència de la transferència d'energia en qüestió
L'eficiència global d'un sistema d'alimentació sense fil és el factor més important per determinar-nerendiment. L'eficiència del sistema mesura la quantitat d'energia transferida entre la font d'alimentació (és a dir, la presa de corrent) i el dispositiu receptor. Això, al seu torn, determina aspectes com la velocitat de càrrega i el rang de propagació.
Els sistemes de comunicació sense fil varien en el seu nivell d'eficiència en funció de factors com ara la configuració i el disseny de la bobina, la distància de transmissió. Un dispositiu menys eficient generarà més emissions i donarà lloc a menys potència que passa pel dispositiu receptor. Normalment, les tecnologies de transmissió d'energia sense fil per a dispositius com ara telèfons intel·ligents poden assolir el 70% de rendiment.
Com es mesura el rendiment
Significat, com la quantitat d'energia (en percentatge) que es transmet des de la font d'alimentació al dispositiu receptor. És a dir, la transmissió d'energia sense fil per a un telèfon intel·ligent amb una eficiència del 80% significa que es perd el 20% de la potència d'entrada entre la presa de corrent i la bateria del gadget que es carrega. La fórmula per mesurar l'eficiència del treball és: rendiment=sortida de CC dividida per l'entrada, multipliqueu el resultat per 100%.
Transmissió sense fil d'electricitat
El poder es pot distribuir per la xarxa considerada a través de gairebé tots els materials no metàl·lics, inclosos, entre d' altres,. Es tracta de sòlids com la fusta, plàstic, tèxtils, vidre i maons, així com gasos i líquids. Quan el metall oUn material elèctricament conductor (és a dir, fibra de carboni) es col·loca molt a prop d'un camp electromagnètic, l'objecte n'absorbeix energia i s'escalfa com a resultat. Això, al seu torn, afecta l'eficiència del sistema. Així és com funciona la cocció d'inducció, per exemple, la transferència d'energia ineficient des de la placa crea calor per cuinar.
Per crear un sistema de transmissió d'energia sense fil, heu de tornar als orígens del tema. O millor dit, al científic i inventor d'èxit Nikola Tesla, que va crear i patentar un generador que pot prendre energia sense diversos conductors materialistes. Per tant, per implementar un sistema sense fil, cal muntar tots els elements i peces importants, com a resultat, s'implementarà una petita bobina de Tesla. Aquest és un dispositiu que crea un camp elèctric d' alta tensió a l'aire que l'envolta. Té una potència d'entrada petita, proporciona transmissió d'energia sense fil a distància.
Una de les maneres més importants de transferir energia és l'acoblament inductiu. S'utilitza principalment per a camp proper. Es caracteritza pel fet que quan el corrent passa per un cable, s'indueix una tensió als extrems d'un altre. La transferència de potència es fa per reciprocitat entre els dos materials. Un exemple comú és un transformador. La transferència d'energia de microones, com a idea, va ser desenvolupada per William Brown. Tot el concepte implica convertir l'energia de CA en potència de RF i transmetre-la a través de l'espai i tornar-la a entrarpotència variable al receptor. En aquest sistema, la tensió es genera mitjançant fonts d'energia de microones. com klystron. I aquesta potència es transmet a l'antena transmissora a través de la guia d'ones, que protegeix de la potència reflectida. Així com un sintonitzador que combina la impedància de la font de microones amb altres elements. La secció receptora consta d'una antena. Accepta potència de microones i un circuit d'adaptació d'impedància i un filtre. Aquesta antena receptora, juntament amb el dispositiu rectificador, pot ser un dipol. Correspon al senyal de sortida amb una alerta sonora similar de la unitat rectificadora. El bloc receptor també consta d'una secció similar formada per díodes que s'utilitzen per convertir el senyal en una alerta de CC. Aquest sistema de transmissió utilitza freqüències entre 2 GHz i 6 GHz.
Transmissió sense fil d'electricitat amb l'ajuda del conductor de Brovin, que va implementar el generador amb oscil·lacions magnètiques similars. La conclusió és que aquest dispositiu va funcionar gràcies a tres transistors.
Utilitzar un raig làser per transmetre potència en forma d'energia lluminosa, que es converteix en energia elèctrica a l'extrem receptor. El material en si s'alimenta directament mitjançant fonts com el Sol o qualsevol generador d'electricitat. I, en conseqüència, implementa una llum focalitzada d' alta intensitat. La mida i la forma del feix estan determinades pel conjunt d'òptiques. I aquesta llum làser transmesa és rebuda per cèl·lules fotovoltaiques, que la converteixen en senyals elèctrics. Normalment fa servircables de fibra òptica per a la transmissió. Igual que amb el sistema d'energia solar bàsic, el receptor utilitzat en la propagació basada en làser és una matriu de cèl·lules fotovoltaiques o un panell solar. Al seu torn, poden convertir la llum monocromàtica incoherent en electricitat.
Funcions essencials del dispositiu
La potència de la bobina de Tesla rau en un procés anomenat inducció electromagnètica. És a dir, el camp canviant crea potencial. Fa fluir el corrent. Quan l'electricitat flueix a través d'una bobina de filferro, genera un camp magnètic que omple l'àrea al voltant de la bobina d'una determinada manera. A diferència d' altres experiments d' alta tensió, la bobina de Tesla ha suportat moltes proves i assaigs. El procés va ser força laboriós i llarg, però el resultat va ser reeixit i, per tant, el científic va patentar amb èxit. Podeu crear aquesta bobina en presència de determinats components. Es necessitaran els materials següents per a la implementació:
- longitud 30 cm PVC (com més millor);
- filferro de coure esm altat (filferro secundari);
- tauler de bedoll per a la base;
- 2222A transistor;
- cable de connexió (primari);
- resistència 22 kΩ;
- interruptors i cables de connexió;
- bateria de 9 volts.
Fases d'implementació del dispositiu Tesla
Primer heu de posar una petita ranura a la part superior de la canonada per envoltar un extrem del cableal voltant. Enrotlleu la bobina lentament i amb cura, tenint cura de no solapar els cables ni crear buits. Aquest pas és la part més difícil i tediosa, però el temps dedicat donarà una bobina de molt alta qualitat i bona. Cada 20 voltes aproximadament, es col·loquen anells de cinta adhesiva al voltant del bobinatge. Actuen com a barrera. En cas que la bobina comenci a desfer-se. Quan hagis acabat, emboliqueu una cinta gruixuda al voltant de la part superior i inferior de l'enrotllament i ruixeu-la amb 2 o 3 capes d'esm alt.
A continuació, heu de connectar la bateria principal i la secundària a la bateria. Després, engegueu el transistor i la resistència. El bobinatge més petit és el primari i el bobinatge més llarg és el secundari. Opcionalment, podeu instal·lar una esfera d'alumini a la part superior de la canonada. A més, connecteu l'extrem obert del secundari al afegit, que actuarà com a antena. S'ha de tenir cura de no tocar el dispositiu secundari quan estigui encès.
Hi ha risc d'incendi si ho vens tu mateix. Heu d'encendre l'interruptor, instal·lar una làmpada incandescent al costat del dispositiu de transmissió d'energia sense fil i gaudir de l'espectacle de llum.
Transmissió sense fil mitjançant un sistema d'energia solar
Les configuracions tradicionals de distribució d'energia per cable solen requerir cables entre dispositius distribuïts i unitats de consum. Això crea moltes restriccions com el cost del sistemacostos del cable. Pèrdues produïdes en la transmissió. Així com els residus en la distribució. Només la resistència de la línia de transmissió provoca una pèrdua d'un 20-30% de l'energia generada.
Un dels sistemes de transmissió d'energia sense fil més moderns es basa en la transmissió d'energia solar mitjançant un forn de microones o un raig làser. El satèl·lit està situat en òrbita geoestacionària i està format per cèl·lules fotovoltaiques. Converteixen la llum solar en corrent elèctric, que s'utilitza per alimentar un generador de microones. I, en conseqüència, s'adona del poder dels microones. Aquesta tensió es transmet mitjançant la comunicació per ràdio i es rep a l'estació base. És una combinació d'antena i rectificador. I es torna a convertir en electricitat. Requereix alimentació CA o CC. El satèl·lit pot transmetre fins a 10 MW de potència de RF.
Quan es parla d'un sistema de distribució de corrent continu, fins i tot això és impossible. Ja que requereix un connector entre la font d'alimentació i el dispositiu. Hi ha una imatge així: el sistema està completament desproveït de cables, on podeu obtenir energia de CA a les llars sense cap dispositiu addicional. On és possible carregar el telèfon mòbil sense haver de connectar-se físicament a la presa. Per descomptat, aquest sistema és possible. I molts investigadors moderns estan intentant crear quelcom modernitzat, mentre estudien el paper de desenvolupar nous mètodes de transmissió sense fil d'electricitat a distància. Encara que, des del punt de vista del component econòmic, per als estats això no seràés força rendible si aquests dispositius s'introdueixen a tot arreu i substitueixen l'electricitat estàndard per electricitat natural.
Orígens i exemples de sistemes sense fil
Aquest concepte no és realment nou. Tota aquesta idea va ser desenvolupada per Nicholas Tesla el 1893. Quan va desenvolupar un sistema d'il·luminació de tubs de buit mitjançant tècniques de transmissió sense fil. És impossible imaginar que el món existeixi sense diverses fonts de càrrega, que s'expressen en forma material. Per fer possible que telèfons mòbils, robots domèstics, reproductors de MP3, ordinadors, portàtils i altres aparells transportables es carreguin sols, sense cap connexió addicional, alliberant els usuaris de cables constants. Alguns d'aquests dispositius potser ni tan sols requereixen un gran nombre d'elements. La història de la transmissió d'energia sense fil és força rica i, sobretot, gràcies als desenvolupaments de Tesla, Volta, etc. Però, avui dia, només són dades de la ciència física.
El principi bàsic és convertir l'alimentació CA en tensió CC mitjançant rectificadors i filtres. I després - en el retorn al valor original a alta freqüència amb inversors. Aquesta potència de CA de baixa tensió i altament oscil·lant es passa després del transformador primari al secundari. Convertit a tensió de CC mitjançant un rectificador, filtre i regulador. El senyal de CA esdevé directegràcies al so del corrent. A més d'utilitzar la secció del pont rectificador. El senyal de corrent continu rebut es fa passar a través d'un bobinatge de retroalimentació que actua com a circuit oscil·lador. Al mateix temps, obliga el transistor a conduir-lo al convertidor primari en direcció d'esquerra a dreta. Quan el corrent passa pel bobinatge de retroalimentació, el corrent corresponent flueix cap al costat primari del transformador de dreta a esquerra.
Així és com funciona el mètode ultrasònic de transferència d'energia. El senyal es genera a través del sensor per als dos semicicles de l'alerta de CA. La freqüència del so depèn dels indicadors quantitatius de les vibracions dels circuits del generador. Aquest senyal de CA apareix al bobinatge secundari del transformador. I quan està connectat al transductor d'un altre objecte, la tensió de CA és de 25 kHz. Hi apareix una lectura en un transformador reductor.
Aquesta tensió CA s'equalitza mitjançant un pont rectificador. I després es filtra i es regula per obtenir una sortida de 5 V per conduir el LED. La tensió de sortida de 12 V del condensador s'utilitza per alimentar el motor del ventilador de CC per fer-lo funcionar. Per tant, des del punt de vista de la física, la transmissió d'electricitat és un àmbit força desenvolupat. Tanmateix, com mostra la pràctica, els sistemes sense fil no estan completament desenvolupats i millorats.
