Elektrik sağlamak için kablosuz iletim, konektörün fiziksel temasına bağlı olan endüstrilerde ve uygulamalarda büyük ilerlemeler sağlama yeteneğine sahiptir. Buna karşılık, güvenilmez olabilir ve başarısızlığa yol açabilir. Kablosuz elektriğin iletimi ilk olarak 1890'larda Nikola Tesla tarafından gösterildi. Bununla birlikte, teknolojinin gerçek dünyadaki uygulamalar için gerçek, somut faydalar sunduğu noktaya kadar kullanılması ancak son on yılda olmuştur. Özellikle, tüketici elektroniği pazarı için rezonanslı bir kablosuz güç sisteminin geliştirilmesi, endüktif şarjın milyonlarca günlük cihaza yeni kolaylık seviyeleri getirdiğini göstermiştir.
Söz konusu güç, yaygın olarak birçok terimle bilinir. Endüktif iletim, iletişim, rezonans kablosuz ağ ve aynı voltaj dönüşü dahil. Bu koşulların her biri esasen aynı temel süreci tanımlar. Bir güç kaynağından elektrik veya gücün bir hava boşluğu aracılığıyla konektörler olmadan yük voltajına kablosuz iletimi. Temel iki bobindir- verici ve alıcı. Birincisi, bir manyetik alan oluşturmak için alternatif bir akım tarafından enerjilendirilir ve bu da ikincisinde bir voltaj indükler.
Söz konusu sistem nasıl çalışır
Kablosuz gücün temelleri, gücü bir vericiden alıcıya salınımlı bir manyetik alan aracılığıyla dağıtmayı içerir. Bunu başarmak için, güç kaynağı tarafından sağlanan doğru akım, yüksek frekanslı alternatif akıma dönüştürülür. Vericiye yerleştirilmiş özel olarak tasarlanmış elektronik ile. Alternatif akım, dağıtıcıda bir manyetik alan oluşturan bir bakır tel bobinini harekete geçirir. İkinci (alıcı) sargı yakın yerleştirildiğinde. Manyetik alan, alıcı bobinde alternatif bir akım indükleyebilir. İlk cihazdaki elektronikler daha sonra AC'yi tekrar DC'ye dönüştürür ve bu da güç tüketimi olur.
Kablosuz güç aktarım şeması
"Şebeke" voltajı bir AC sinyaline dönüştürülür ve daha sonra bir elektronik devre aracılığıyla verici bobine gönderilir. Distribütörün sargısından akan, bir manyetik alan indükler. Sırasıyla, göreceli olarak yakın olan alıcı bobine yayılabilir. Manyetik alan daha sonra alıcı cihazın sargısından akan bir akım üretir. Verici ve alıcı bobinler arasında enerjinin dağıtıldığı süreç, manyetik veya rezonans kuplaj olarak da adlandırılır. Ve aynı frekansta çalışan her iki sargının yardımıyla elde edilir. Alıcı bobinde akan akım,alıcı devresi tarafından DC'ye dönüştürülür. Daha sonra cihaza güç sağlamak için kullanılabilir.
Rezonans ne anlama geliyor
Verici ve alıcı bobinleri aynı frekansta rezonansa girerse, enerjinin (veya gücün) iletilebileceği mesafe artar. Tıpkı bir diyapazonun belirli bir yükseklikte salınım yapması ve maksimum genliğine ulaşması gibi. Bir nesnenin doğal olarak titreştiği frekansı ifade eder.
Kablosuz iletimin avantajları
Faydaları nelerdir? Artıları:
- Düz konektörlerin bakımıyla ilişkili maliyetleri az altır (ör. geleneksel bir endüstriyel kayma halkasında);
- genel elektronik cihazları şarj etmek için daha fazla kolaylık;
- Hermetik olarak kapalı kalması gereken uygulamalara güvenli aktarım;
- elektronik tamamen gizlenebilir, oksijen ve su gibi elementlerden kaynaklanan korozyon riskini az altır;
- dönen, son derece hareketli endüstriyel ekipman için güvenilir ve tutarlı güç kaynağı;
- Islak, kirli ve hareketli ortamlarda kritik sistemlere güvenilir güç aktarımı sağlar.
Uygulama ne olursa olsun, fiziksel bağlantının ortadan kaldırılması, geleneksel kablo güç konektörlerine göre bir dizi avantaj sağlar.
Söz konusu enerji transferinin verimliliği
Kablosuz güç sisteminin genel verimliliği, performansını belirlemede en önemli faktördür.verim. Sistem verimliliği, güç kaynağı (yani duvar prizi) ile alıcı cihaz arasında aktarılan güç miktarını ölçer. Bu da şarj hızı ve yayılma aralığı gibi özellikleri belirler.
Kablosuz iletişim sistemleri, bobin konfigürasyonu ve tasarımı, iletim mesafesi gibi faktörlere bağlı olarak verimlilik seviyelerinde farklılık gösterir. Daha az verimli bir cihaz, daha fazla emisyon üretecek ve alıcı cihazdan daha az güç geçmesine neden olacaktır. Tipik olarak, akıllı telefonlar gibi cihazlar için kablosuz güç aktarım teknolojileri %70 performansa ulaşabilir.
Performans nasıl ölçülür
Güç kaynağından alıcı cihaza iletilen güç miktarı (yüzde olarak) olarak anlamı. Diğer bir deyişle, bir akıllı telefon için %80 verimliliğe sahip kablosuz güç aktarımı, giriş gücünün %20'sinin duvar prizi ile şarj edilen aygıtın pili arasında kaybolması anlamına gelir. İş verimliliğini ölçmek için formül şu şekildedir: performans=DC çıkışının girişe bölümü, sonucu %100 ile çarpın.
Elektriğin kablosuz iletimi
Güç, dikkate alınan ağ üzerinden, bunlarla sınırlı olmamak üzere, neredeyse tüm metalik olmayan malzemeler aracılığıyla dağıtılabilir. Bunlar ahşap, plastik, tekstil, cam ve tuğla gibi katı maddeler ile gazlar ve sıvılardır. ne zaman metal veyaElektriksel olarak iletken bir malzeme (yani karbon fiber) bir elektromanyetik alanın yakınına yerleştirilir, nesne ondan gücü emer ve sonuç olarak ısınır. Bu da sistemin verimliliğini etkiler. İndüksiyonla pişirme bu şekilde çalışır, örneğin ocaktan verimsiz güç aktarımı pişirme için ısı oluşturur.
Kablosuz bir güç iletim sistemi oluşturmak için konunun kökenine geri dönmeniz gerekir. Daha doğrusu, çeşitli materyalist iletkenler olmadan güç alabilen bir jeneratörü yaratan ve patentini alan başarılı bilim adamı ve mucit Nikola Tesla'ya. Bu nedenle, kablosuz bir sistem uygulamak için tüm önemli unsurları ve parçaları bir araya getirmek gerekir, bunun sonucunda küçük bir Tesla bobini uygulanacaktır. Bu, etrafındaki havada yüksek voltajlı bir elektrik alanı oluşturan bir cihazdır. Küçük bir giriş gücüne sahiptir, uzaktan kablosuz güç iletimi sağlar.
Enerjiyi aktarmanın en önemli yollarından biri endüktif kuplajdır. Genelde yakın alan için kullanılır. Akım bir telden geçtiğinde, diğerinin uçlarında bir voltajın indüklenmesi ile karakterize edilir. Güç aktarımı iki malzeme arasında karşılıklılık ile yapılır. Yaygın bir örnek bir transformatördür. Mikrodalga enerji transferi bir fikir olarak William Brown tarafından geliştirildi. Bütün konsept, AC gücünün RF gücüne dönüştürülmesini ve uzayda iletilmesini ve yenidenalıcıda değişken güç. Bu sistemde voltaj, mikrodalga enerji kaynakları kullanılarak üretilir. klistron gibi. Ve bu güç, yansıyan güçten koruyan dalga kılavuzu aracılığıyla verici antene iletilir. Mikrodalga kaynağının empedansını diğer elementlerle eşleştiren bir tunerin yanı sıra. Alıcı bölüm bir antenden oluşur. Mikrodalga gücünü ve bir empedans eşleştirme devresini ve bir filtreyi kabul eder. Bu alıcı anten, doğrultucu cihaz ile birlikte bir dipol olabilir. Doğrultucu ünitesinin benzer bir sesli uyarısı ile çıkış sinyaline karşılık gelir. Alıcı bloğu ayrıca, sinyali bir DC uyarısına dönüştürmek için kullanılan diyotlardan oluşan benzer bir bölümden oluşur. Bu iletim sistemi 2 GHz ile 6 GHz arasındaki frekansları kullanır.
Benzer manyetik salınımlar kullanarak jeneratörü uygulayan Brovin'in sürücüsünün yardımıyla elektriğin kablosuz iletimi. Sonuç olarak, bu cihaz üç transistör sayesinde çalıştı.
Alıcı uçta elektrik enerjisine dönüştürülen ışık enerjisi biçimindeki gücü iletmek için bir lazer ışını kullanma. Malzemenin kendisi, Güneş veya herhangi bir elektrik jeneratörü gibi kaynaklar kullanılarak doğrudan çalıştırılır. Ve buna göre, yüksek yoğunluklu odaklanmış bir ışık uygular. Kirişin boyutu ve şekli, optik set tarafından belirlenir. Ve iletilen bu lazer ışığı, onu elektrik sinyallerine dönüştüren fotovoltaik hücreler tarafından alınır. genellikle kullanıriletim için fiber optik kablolar. Temel güneş enerjisi sisteminde olduğu gibi, lazer tabanlı yayılımda kullanılan alıcı, bir dizi fotovoltaik hücre veya bir güneş panelidir. Onlar da, tutarsız monokromatik ışığı elektriğe dönüştürebilirler.
Cihazın temel özellikleri
Tesla Bobininin gücü, elektromanyetik indüksiyon adı verilen bir süreçte yatar. Yani değişen alan potansiyel yaratır. Akım akışını sağlar. Elektrik bir tel bobinden geçtiğinde, bobinin etrafındaki alanı belirli bir şekilde dolduran bir manyetik alan oluşturur. Diğer bazı yüksek voltaj deneylerinden farklı olarak, Tesla bobini birçok test ve denemeden geçmiştir. Süreç oldukça zahmetli ve uzundu, ancak sonuç başarılı oldu ve bu nedenle bilim adamı tarafından başarıyla patentlendi. Belirli bileşenlerin varlığında böyle bir bobin oluşturabilirsiniz. Uygulama için aşağıdaki malzemeler gerekli olacaktır:
- uzunluk 30 cm PVC (ne kadar çok o kadar iyi);
- emaye bakır tel (ikincil tel);
- Taban için huş tahtası;
- 2222A transistör;
- bağlama (birincil) kablo;
- direnç 22 kΩ;
- anahtarlar ve bağlantı kabloları;
- 9 volt pil.
Tesla Cihazı Uygulama Aşamaları
Önce telin bir ucunu sarmak için borunun üst kısmına küçük bir yuva koymanız gerekiretrafında. Bobini yavaş ve dikkatli bir şekilde sarın, kabloların üst üste gelmemesine veya boşluk oluşturmamasına dikkat edin. Bu adım en zor ve meşakkatli kısımdır fakat harcanan zaman çok kaliteli ve iyi bir coil verecektir. Her 20 turda bir, sargının etrafına maskeleme bandı halkaları yerleştirilir. Bariyer görevi görürler. Bobinin çözülmeye başlaması durumunda. Bittiğinde, sargının üst ve alt kısmına kalın bant sarın ve üzerine 2 veya 3 kat emaye püskürtün.
Ardından birincil ve ikincil pili pile bağlamanız gerekir. Sonra - transistörü ve direnci açın. Daha küçük sargı birincil ve daha uzun sargı ikincildir. İsteğe bağlı olarak borunun üstüne alüminyum küre takabilirsiniz. Ayrıca, sekonderin açık ucunu, anten görevi görecek olan eklenene bağlayın. Güç açıkken ikincil cihaza dokunmamaya özen gösterilmelidir.
Tek başınıza satılırsa yangın riski vardır. Düğmeyi çevirmeniz, kablosuz güç aktarım cihazının yanına bir akkor lamba takmanız ve ışık gösterisinin keyfini çıkarmanız gerekiyor.
Güneş enerjisi sistemi ile kablosuz iletim
Geleneksel kablolu güç dağıtım yapılandırmaları, tipik olarak dağıtılmış cihazlar ve tüketici birimleri arasında kablolar gerektirir. Bu, sistem maliyeti olarak birçok kısıtlama yaratır.kablo maliyetleri. İletim sırasında meydana gelen kayıplar. Dağıtımdaki atıkların yanı sıra. İletim hattı direnci tek başına üretilen enerjinin yaklaşık %20-30'u kadar bir kayba yol açar.
En modern kablosuz güç aktarım sistemlerinden biri, bir mikrodalga fırın veya bir lazer ışını kullanılarak güneş enerjisinin iletilmesine dayanır. Uydu, durağan yörüngeye yerleştirilmiştir ve fotovoltaik hücrelerden oluşur. Güneş ışığını bir mikrodalga jeneratörüne güç sağlamak için kullanılan elektrik akımına dönüştürürler. Ve buna göre, mikrodalgaların gücünü fark eder. Bu voltaj, radyo iletişimi kullanılarak iletilir ve baz istasyonunda alınır. Anten ve doğrultucu kombinasyonudur. Ve tekrar elektriğe dönüştürülür. AC veya DC güç gerektirir. Uydu, 10 MW'a kadar RF gücü iletebilir.
Bir DC dağıtım sisteminden bahsederken, bu bile imkansızdır. Güç kaynağı ve cihaz arasında bir konektör gerektirdiğinden. Böyle bir resim var: Sistem, herhangi bir ek cihaz olmadan evlerde AC gücü alabileceğiniz kablolardan tamamen yoksundur. Sokete fiziksel olarak bağlanmak zorunda kalmadan cep telefonunuzu şarj etmenin mümkün olduğu yerler. Elbette böyle bir sistem mümkün. Ve birçok modern araştırmacı, uzaktan elektriğin kablosuz iletimi için yeni yöntemler geliştirmenin rolünü incelerken, modernize edilmiş bir şey yaratmaya çalışıyor. Her ne kadar ekonomik bileşen açısından, devletler için bu olmayacakbu tür cihazların her yerde tanıtılması ve standart elektriğin doğal elektrikle değiştirilmesi oldukça karlı.
Kablosuz sistemlerin kökenleri ve örnekleri
Bu konsept gerçekten yeni değil. Bütün bu fikir, 1893'te Nicholas Tesla tarafından geliştirildi. Kablosuz iletim tekniklerini kullanarak vakum tüplerini aydınlatan bir sistem geliştirdiğinde. Maddi biçimde ifade edilen çeşitli şarj kaynakları olmadan dünyanın var olduğunu hayal etmek imkansızdır. Cep telefonlarının, ev robotlarının, MP3 çalarların, bilgisayarların, dizüstü bilgisayarların ve diğer taşınabilir cihazların herhangi bir ek bağlantı olmadan kendi başlarına şarj edilmesini mümkün kılmak, kullanıcıları sabit kablolardan kurtarmak. Bu cihazlardan bazıları çok sayıda eleman gerektirmeyebilir. Kablosuz güç iletiminin tarihi oldukça zengindir ve esas olarak Tesla, Volta vb.'deki gelişmeler sayesindedir. Ancak bugün yalnızca fizik biliminde veri olarak kalmaktadır.
Temel ilke, doğrultucular ve filtreler kullanarak AC gücünü DC voltajına dönüştürmektir. Ve sonra - invertörler kullanılarak yüksek frekansta orijinal değere dönüş. Bu düşük voltajlı, yüksek salınımlı AC gücü daha sonra birincil transformatörden ikincil transformatöre iletilir. Doğrultucu, filtre ve regülatör kullanılarak DC voltajına dönüştürülür. AC sinyali doğrudan olurakımın sesi sayesinde. Köprü doğrultucu bölümünü kullanmanın yanı sıra. Alınan DC sinyali, bir osilatör devresi görevi gören bir geri besleme sargısından geçirilir. Aynı zamanda, transistörü soldan sağa doğru birincil dönüştürücüye iletmeye zorlar. Akım geri besleme sargısından geçtiğinde, karşılık gelen akım trafonun birincil tarafına sağdan sola doğru akar.
Ultrasonik enerji transferi yöntemi bu şekilde çalışır. Sinyal, AC uyarısının her iki yarım döngüsü için sensör aracılığıyla üretilir. Ses frekansı, jeneratör devrelerinin titreşimlerinin nicel göstergelerine bağlıdır. Bu AC sinyali, transformatörün sekonder sargısında görünür. Ve başka bir nesnenin dönüştürücüsüne bağlandığında AC voltajı 25 kHz'dir. Bir aşağı inen transformatörde bir okuma görünür.
Bu AC voltajı bir köprü doğrultucu tarafından eşitlenir. Ardından LED'i sürmek için 5V'luk bir çıkış elde etmek için filtrelendi ve düzenlendi. Kondansatörden gelen 12V çıkış voltajı, DC fan motorunu çalıştırmak için çalıştırmak için kullanılır. Dolayısıyla fizik açısından elektriğin iletimi oldukça gelişmiş bir alandır. Ancak, uygulamanın gösterdiği gibi, kablosuz sistemler tam olarak geliştirilmemiştir ve iyileştirilmemiştir.
