Электр энергиясын жеткізуге арналған сымсыз беріліс қосқыштың физикалық контактісіне тәуелді салалар мен қолданбалардағы негізгі жетістіктерді жеткізу мүмкіндігіне ие. Ол, өз кезегінде, сенімсіз болуы және сәтсіздікке әкелуі мүмкін. Сымсыз электр энергиясын беруді алғаш рет 1890 жылдары Никола Тесла көрсетті. Дегенмен, соңғы онжылдықта ғана технология нақты әлем қолданбалары үшін нақты, нақты артықшылықтар ұсынатын дәрежеге дейін қолданылды. Атап айтқанда, тұрмыстық электроника нарығына арналған резонансты сымсыз қуат жүйесінің дамуы индуктивті зарядтау миллиондаған күнделікті құрылғыларға ыңғайлылықтың жаңа деңгейін әкелетінін көрсетті.
Қарастырылып отырған қуат әдетте көптеген терминдер арқылы белгілі. Соның ішінде индуктивті беріліс, байланыс, резонансты сымсыз желі және бірдей кернеуді қайтару. Осы шарттардың әрқайсысы бірдей негізгі процесті сипаттайды. Ауа саңылауы арқылы қосқышсыз электр қуатын немесе қуат көзінен жүктеме кернеуіне сымсыз беру. Негізі - екі орам- таратқыш және қабылдағыш. Біріншісі магнит өрісін тудыру үшін айнымалы ток арқылы қуаттанады, ол өз кезегінде екіншісінде кернеуді индукциялайды.
Қарастырылып отырған жүйе қалай жұмыс істейді
Сымсыз қуаттың негіздері тербелмелі магнит өрісі арқылы таратқыштан қабылдағышқа қуатты таратуды қамтиды. Бұл мақсатқа жету үшін қуат көзінен берілетін тұрақты ток жоғары жиілікті айнымалы токқа айналады. Таратқышқа орнатылған арнайы жасалған электроникамен. Айнымалы ток диспенсердегі мыс сымның катушкасын белсендіреді, ол магнит өрісін тудырады. Екінші (қабылдау) орамасы жақын жерде орналастырылған кезде. Магнит өрісі қабылдағыш катушкада айнымалы токты тудыруы мүмкін. Бірінші құрылғыдағы электроника содан кейін айнымалы токты тұрақты токқа түрлендіреді, бұл қуат тұтынуға айналады.
Сымсыз қуат беру схемасы
«Желідегі» кернеу айнымалы ток сигналына түрленеді, содан кейін ол электронды тізбек арқылы таратқыш катушкаға жіберіледі. Дистрибьютордың орамасы арқылы ағып, магнит өрісін тудырады. Ол, өз кезегінде, салыстырмалы жақын орналасқан қабылдағыш катушкаға таралуы мүмкін. Содан кейін магнит өрісі қабылдағыш құрылғының орамасы арқылы өтетін токты тудырады. Энергияны жіберуші және қабылдаушы катушкалар арасында тарату процесі магниттік немесе резонанстық байланыс деп те аталады. Және бір жиілікте жұмыс істейтін екі орамның көмегімен қол жеткізіледі. Қабылдағыш орамында өтетін ток,қабылдағыш схемасы арқылы тұрақты токқа түрлендіріледі. Содан кейін оны құрылғыны қуаттандыру үшін пайдалануға болады.
Резонанс нені білдіреді
Таратқыш пен қабылдағыш катушкалар бірдей жиілікте резонанс тудырса, энергияны (немесе қуатты) тасымалдауға болатын қашықтық артады. Тюнинг шанышқы белгілі бір биіктікте тербеліп, өзінің максималды амплитудасына жете алатындай. Ол нысанның табиғи дірілдеу жиілігін білдіреді.
Сымсыз таратудың артықшылықтары
Қандай артықшылықтар бар? Артықшылықтары:
- түзу қосқыштарды ұстауға байланысты шығындарды азайтады (мысалы, дәстүрлі өнеркәсіптік сырғымалы сақинада);
- жалпы электронды құрылғыларды зарядтауға ыңғайлырақ;
- герметикалық жабылуы керек қолданбаларға қауіпсіз тасымалдау;
- электрониканы толығымен жасыруға болады, бұл оттегі және су сияқты элементтердің әсерінен коррозия қаупін азайтады;
- айналмалы, жоғары мобильді өнеркәсіптік жабдық үшін сенімді және дәйекті қуат көзі;
- ылғалды, лас және қозғалатын орталарда маңызды жүйелерге сенімді қуат беруді қамтамасыз етеді.
Қолданбаға қарамастан, физикалық қосылымды жою дәстүрлі кабельдік қуат қосқыштарына қарағанда бірқатар артықшылықтар береді.
Қарастырылып отырған энергия тасымалдаудың тиімділігі
Сымсыз қуат жүйесінің жалпы тиімділігі оны анықтаудағы ең маңызды фактор болып табыладыөнімділік. Жүйе тиімділігі қуат көзі (яғни, қабырға розеткасы) мен қабылдау құрылғысы арасында тасымалданатын қуат мөлшерін өлшейді. Бұл өз кезегінде зарядтау жылдамдығы мен таралу ауқымы сияқты аспектілерді анықтайды.
Сымсыз байланыс жүйелері катушкалар конфигурациясы мен дизайны, тасымалдау қашықтығы сияқты факторларға негізделген тиімділік деңгейінде әр түрлі болады. Тиімділігі төмен құрылғы көбірек шығарындылар шығарады және қабылдау құрылғысы арқылы аз қуат өтеді. Әдетте смартфондар сияқты құрылғыларға арналған сымсыз қуат беру технологиялары 70% өнімділікке жетуі мүмкін.
Өнімділік қалай өлшенеді
Мағынасы, қуат көзінен қабылдаушы құрылғыға берілетін қуат мөлшері (пайызбен). Яғни, 80% тиімділігі бар смартфон үшін сымсыз қуат беру зарядталып жатқан гаджеттің қабырғадағы розетка мен батарея арасында кіріс қуатының 20% жоғалғанын білдіреді. Жұмыс тиімділігін өлшеу формуласы: өнімділік=тұрақты ток шығысын кіріске бөлу, нәтижені 100%-ға көбейту.
Электр қуатын сымсыз жіберу
Қуатты барлық дерлік металл емес материалдар, соның ішінде, бірақ олармен шектелмей, қарастырылатын желі арқылы таратуға болады. Бұл ағаш, пластик, тоқыма, шыны және кірпіш сияқты қатты заттар, сондай-ақ газдар мен сұйықтықтар. Қашан металл немесеЭлектр өткізгіш материал (яғни, көміртекті талшық) электромагниттік өріске жақын жерде орналасады, объект одан қуат алады және нәтижесінде қызады. Бұл өз кезегінде жүйенің тиімділігіне әсер етеді. Индукциялық пісіру осылай жұмыс істейді, мысалы, плитадан қуаттың тиімсіз берілуі тағам дайындау үшін жылу тудырады.
Сымсыз қуат беру жүйесін жасау үшін тақырыптың бастауына оралу керек. Дәлірек айтқанда, әртүрлі материалистік өткізгіштерсіз қуат алатын генераторды жасап, патенттеген табысты ғалым және өнертапқыш Никола Теслаға. Сонымен, сымсыз жүйені енгізу үшін барлық маңызды элементтер мен бөлшектерді жинау қажет, нәтижесінде кішкентай Tesla катушкасы іске қосылады. Бұл оның айналасындағы ауада жоғары кернеулі электр өрісін жасайтын құрылғы. Оның кіріс қуаты аз, ол қашықтықта сымсыз қуат беруді қамтамасыз етеді.
Энергияны тасымалдаудың маңызды тәсілдерінің бірі - индуктивті байланыс. Ол негізінен жақын далада қолданылады. Ол бір сым арқылы ток өткенде екіншісінің ұштарында кернеу индукциялануымен сипатталады. Қуатты беру екі материал арасындағы өзара әрекеттесу арқылы жүзеге асырылады. Жалпы мысал - трансформатор. Микротолқынды энергияны беру идеясын Уильям Браун жасаған. Тұжырымдама айнымалы ток қуатын РЖ қуатына түрлендіруді және оны кеңістік арқылы және қайта жіберуді қамтидықабылдағыштағы айнымалы қуат. Бұл жүйеде кернеу микротолқынды энергия көздері арқылы жасалады. клистрон сияқты. Және бұл қуат шағылған қуаттан қорғайтын толқын өткізгіш арқылы таратушы антеннаға беріледі. Сондай-ақ басқа элементтермен микротолқын көзінің кедергісіне сәйкес келетін тюнер. Қабылдау бөлімі антеннадан тұрады. Ол микротолқынды қуат пен кедергіні сәйкестендіру тізбегі мен сүзгіні қабылдайды. Бұл қабылдау антеннасы түзеткіш құрылғымен бірге диполь болуы мүмкін. Түзеткіш блогының ұқсас дыбыстық дабылы бар шығыс сигналына сәйкес келеді. Қабылдағыш блогы сонымен қатар сигналды тұрақты ток ескертуіне түрлендіру үшін қолданылатын диодтардан тұратын ұқсас бөлімнен тұрады. Бұл жіберу жүйесі 2 ГГц пен 6 ГГц арасындағы жиіліктерді пайдаланады.
Бровин жүргізушісінің көмегімен электр энергиясын сымсыз жіберу, ол генераторды ұқсас магниттік тербелістерді пайдалана отырып жүзеге асырды. Бұл құрылғы үш транзистордың арқасында жұмыс істеді.
Қуатты жарық энергиясы түрінде беру үшін лазер сәулесін пайдалану, ол қабылдау ұшында электр энергиясына айналады. Материалдың өзі тікелей Күн немесе кез келген электр генераторы сияқты көздерден қуат алады. Және, тиісінше, жоғары қарқындылықтың фокусталған жарығын жүзеге асырады. Сәуленің өлшемі мен пішіні оптика жиынтығымен анықталады. Және бұл жіберілген лазер сәулесін фотоэлектрлік элементтер қабылдайды, олар оны электрлік сигналға айналдырады. Ол әдетте пайдаланадыберу үшін талшықты-оптикалық кабельдер. Негізгі күн энергиясы жүйесіндегі сияқты, лазер негізіндегі таратуда қолданылатын қабылдағыш фотоэлектрлік элементтер массиві немесе күн панелі болып табылады. Олар, өз кезегінде, когерентсіз монохроматикалық жарықты электрге айналдыра алады.
Құрылғының негізгі мүмкіндіктері
Tesla катушкасының қуаты электромагниттік индукция деп аталатын процесте жатыр. Яғни, өзгермелі өріс потенциалды тудырады. Ол ток ағынын жасайды. Электр тогы сым катушкасынан өткенде, ол катушка айналасындағы аумақты белгілі бір жолмен толтыратын магнит өрісін тудырады. Кейбір басқа жоғары кернеу эксперименттерінен айырмашылығы, Tesla катушкасы көптеген сынақтар мен сынақтарға төтеп берді. Процесс өте ауыр және ұзақ болды, бірақ нәтиже сәтті болды, сондықтан ғалым сәтті патенттелген. Белгілі бір құрамдас бөліктердің қатысуымен сіз осындай орамды жасай аласыз. Орындау үшін келесі материалдар қажет:
- ұзындығы 30 см ПВХ (неғұрлым көп болса, соғұрлым жақсы);
- эмальданған мыс сым (екінші сым);
- негізге арналған қайың тақтасы;
- 2222A транзистор;
- қосылатын (негізгі) сым;
- резистор 22 кОм;
- қосқыштар және қосу сымдары;
- 9 вольтты батарея.
Tesla құрылғысын енгізу кезеңдері
Алдымен сымның бір ұшын орау үшін құбырдың жоғарғы жағына кішкене саңылау қою керек.айналасында. Сымдарды қабаттастырып алмау немесе саңылаулар жасамау үшін орамды баяу және абайлап ораңыз. Бұл қадам ең қиын және жалықтыратын бөлік, бірақ жұмсалған уақыт өте жоғары сапалы және жақсы катушка береді. Әрбір 20-ға жуық бұрылыста орамның айналасына маска таспасының сақиналары орналастырылады. Олар тосқауыл ретінде әрекет етеді. Катушка ыдырай бастаған жағдайда. Аяқтағаннан кейін ораманың үстіңгі және астыңғы жағына қалың таспаны орап, оған 2 немесе 3 қабат эмаль себіңіз.
Одан кейін негізгі және қосымша батареяны батареяға жалғау керек. Кейін - транзистор мен резисторды қосыңыз. Кіші орам бастапқы, ал ұзағырақ орам екінші болып табылады. Құбырдың үстіне алюминий шарын орнатуға болады. Сондай-ақ, қосымшаның ашық ұшын антенна ретінде әрекет ететін қосылғанға қосыңыз. Қуат қосулы кезде қосалқы құрылғыға қол тигізбеу үшін абай болу керек.
Өзіңіз сатсаңыз, өрт шығу қаупі бар. Қосқышты аударып, сымсыз қуат беру құрылғысының жанына қыздыру шамын орнатып, жарық шоуын тамашалау керек.
Күн энергиясы жүйесі арқылы сымсыз тарату
Дәстүрлі сымды қуатты тарату конфигурациялары әдетте таратылған құрылғылар мен тұтынушы блоктары арасында сымдарды қажет етеді. Бұл жүйенің құны ретінде көптеген шектеулерді тудырадыкабельдік шығындар. Тасымалдау кезінде келтірілген шығындар. Сондай-ақ бөлу кезіндегі қалдықтар. Электр беру желісінің кедергісі ғана өндірілген энергияның шамамен 20-30% жоғалуына әкеледі.
Ең заманауи сымсыз қуат беру жүйелерінің бірі микротолқынды пеш немесе лазер сәулесі арқылы күн энергиясын тасымалдауға негізделген. Спутник геостационарлық орбитаға орналастырылған және фотоэлектрлік элементтерден тұрады. Олар күн сәулесін микротолқынды генераторды қуаттандыру үшін қолданылатын электр тогына айналдырады. Және, тиісінше, микротолқынды пештердің күшін жүзеге асырады. Бұл кернеу радиобайланыстың көмегімен беріледі және базалық станцияда қабылданады. Бұл антенна мен түзеткіштің қосындысы. Және ол қайтадан электр энергиясына айналады. Айнымалы ток немесе тұрақты ток қуатын қажет етеді. Спутник 10 МВт дейін РЖ қуатын жібере алады.
Тұрақты ток тарату жүйесі туралы айтқанда, бұл мүмкін емес. Өйткені ол қуат көзі мен құрылғы арасындағы қосқышты қажет етеді. Мұндай сурет бар: жүйеде сымдар мүлдем жоқ, мұнда қосымша құрылғыларсыз үйлерде айнымалы ток қуатын алуға болады. Ұялы телефонды розеткаға физикалық қосусыз зарядтауға болатын жерде. Әрине, мұндай жүйе болуы мүмкін. Көптеген заманауи зерттеушілер электр энергиясын қашықтықтан сымсыз берудің жаңа әдістерін дамытудың рөлін зерттей отырып, модернизацияланған нәрсені жасауға тырысады. Экономикалық құрамдас жағынан алғанда, мемлекеттер үшін бұл болмайдымұндай құрылғылар барлық жерде енгізіліп, стандартты электр қуатын табиғи электр қуатына ауыстырса, бұл өте тиімді.
Сымсыз жүйелердің шығу тегі мен мысалдары
Бұл тұжырымдама шын мәнінде жаңа емес. Бұл идеяны 1893 жылы Николас Тесла әзірледі. Ол сымсыз тарату әдістерін қолдана отырып, вакуумдық түтіктерді жарықтандыру жүйесін жасаған кезде. Дүниенің материалдық формада көрсетілген әртүрлі заряд көздерінсіз өмір сүретінін елестету мүмкін емес. Ұялы телефондарды, үй роботтарын, MP3 ойнатқыштарын, компьютерлерді, ноутбуктерді және басқа да тасымалданатын гаджеттерді қосымша қосылымдарсыз өздігінен зарядтауға мүмкіндік беру, пайдаланушыларды тұрақты сымдардан босатады. Бұл құрылғылардың кейбірі тіпті көп элементтерді қажет етпеуі мүмкін. Сымсыз электр қуатын беру тарихы өте бай және, негізінен, Tesla, Volta және т.б. әзірлемелердің арқасында. Бірақ бүгінде ол тек физика ғылымындағы деректер болып қала береді.
Негізгі принцип – түзеткіштер мен сүзгілердің көмегімен айнымалы ток қуатын тұрақты кернеуге түрлендіру. Содан кейін - инверторлардың көмегімен жоғары жиіліктегі бастапқы мәнге қайтару. Бұл төмен кернеу, жоғары тербелмелі айнымалы ток күші содан кейін бастапқы трансформатордан қайталамаға беріледі. Түзеткіш, сүзгі және реттегіш көмегімен тұрақты кернеуге түрлендіріледі. Айнымалы ток сигналы тікелей боладыағынның дыбысының арқасында. Сондай-ақ көпір түзеткіш бөлігін пайдалану. Қабылданған тұрақты ток сигналы осциллятор тізбегі ретінде әрекет ететін кері байланыс орамасы арқылы өтеді. Сонымен бірге ол транзисторды солдан оңға қарай бастапқы түрлендіргішке өткізуге мәжбүр етеді. Кері орамнан ток өткенде, сәйкес ток трансформатордың бастапқы жағына оңнан солға қарай ағады.
Энергияны берудің ультрадыбыстық әдісі осылай жұмыс істейді. Сигнал айнымалы ток ескертуінің екі жарты циклі үшін сенсор арқылы жасалады. Дыбыс жиілігі генератор тізбектерінің тербелістерінің сандық көрсеткіштеріне байланысты. Бұл айнымалы ток сигналы трансформатордың қайталама орамында пайда болады. Ал оны басқа объектінің түрлендіргішіне қосқанда айнымалы ток кернеуі 25 кГц болады. Ол арқылы төмендеткіш трансформаторда көрсеткіш көрсетіледі.
Бұл айнымалы ток кернеуі көпір түзеткіш арқылы теңестіріледі. Содан кейін жарықдиодты басқару үшін 5 В шығысын алу үшін сүзіледі және реттеледі. Конденсатордан шығатын 12 В кернеуі тұрақты ток желдеткіш қозғалтқышын іске қосу үшін қуат беру үшін пайдаланылады. Сонымен, физика тұрғысынан электр энергиясын жеткізу жеткілікті дамыған сала болып табылады. Дегенмен, тәжірибе көрсеткендей, сымсыз жүйелер толығымен дамымаған және жетілдірілмеген.
