Krachtoverbrenging over een afstand zonder kabels
De geschiedenis van ontwikkeling
De ontwikkeling van elektrische krachtoverbrenging zonder draden over een afstand wordt geassocieerd met vooruitgang op het gebied van radiotechniek, aangezien beide processen van dezelfde aard zijn. De uitvindingen op beide gebieden houden verband met de studie van de methode van elektromagnetische inductie en de effecten ervan op de vorming van elektrische stroom.
In 1820 A.M. Ampere ontdekte de wet van interactie van stromen, die bestond in het feit dat als de stroom door twee dicht bij elkaar gelegen geleiders in één richting stroomt, ze tot elkaar worden aangetrokken en in andere gevallen afstoten.
In 1831 stelde M. Faraday tijdens experimenten vast dat een wisselend (variërend in grootte en richting in de tijd) magnetisch veld dat wordt opgewekt door de stroom van elektrische stroom, inducties (induceert) stromen in nabijgelegen geleiders. D.w.z. er is een transmissie van elektriciteit zonder draden. In detail De wet van Faraday We hebben eerder in het artikel overwogen.
Welnu, J.K. Maxwell, 33 jaar later, in 1864, bracht de experimentele gegevens van Faraday over naar een wiskundige vorm, en de vergelijkingen van Maxwell zelf zijn fundamenteel in de elektrodynamica. Ze beschrijven hoe elektrische stroom en elektromagnetisch veld met elkaar in verband staan.
Het bestaan van elektromagnetische golven werd in 1888 bevestigd door G. Hertz, tijdens zijn experimenten met een vonkzender met een hakmolen op een Rumkorf-spoel. Zo ontstonden EM-golven met een frequentie tot een halve gigahertz. Het is vermeldenswaard dat deze golven door verschillende ontvangers kunnen worden ontvangen, maar ze moeten in resonantie worden afgestemd met de zender. Het bereik van de installatie was circa 3 meter. Als er een vonk in de zender optrad, gebeurde hetzelfde bij de ontvangers. In feite zijn dit de eerste experimenten met de transmissie van elektriciteit zonder kabels.
Diepgaand onderzoek werd uitgevoerd door de beroemde wetenschapper Nikola Tesla. Hij bestudeerde wisselstroom van hoogspanning en frequentie in 1891. Als resultaat werden de conclusies getrokken:
Voor elk specifiek doel moet u de installatie afstemmen op de juiste frequentie en spanning. Hoge frequentie is echter geen vereiste. De beste resultaten werden behaald bij een frequentie van 15-20 kHz en een zendspanning van 20 kV. Om een hoogfrequente stroom en spanning te verkrijgen, werd een oscillerende condensatorontlading gebruikt. Het is dus mogelijk om zowel elektriciteit door te geven als licht te produceren.
De wetenschapper demonstreerde in zijn toespraken en lezingen de gloed van lampen (vacuümbuizen) onder invloed van een hoogfrequent elektrostatisch veld.De belangrijkste conclusies van Tesla waren eigenlijk dat zelfs bij gebruik van resonantiesystemen veel energie niet kan worden overgedragen met behulp van een elektromagnetische golf.
Tegelijkertijd waren een aantal wetenschappers tot 1897 bezig met soortgelijke onderzoeken: Jagdish Boche in India, Alexander Popov in Rusland en Guglielmo Marconi in Italië.
Elk van hen heeft bijgedragen aan de ontwikkeling van draadloze stroomoverdracht:
- J. Boche stak in 1894 buskruit aan en bracht elektriciteit zonder kabels over een afstand over. Hij deed dit tijdens een demonstratie in Calcutta.
- A. Popov verstuurde op 25 april (7 mei) 1895 met behulp van de morsecode het eerste bericht.
- In 1896 zond G. Marconi in Groot-Brittannië ook een radiosignaal (morsecode) uit over een afstand van 1,5 km, later 3 km op de Salisbury-vlakte.
Het is vermeldenswaard dat het werk van Tesla, ooit onderschat en eeuwenlang verloren gegaan, het werk van zijn tijdgenoten overtrof in termen van parameters en mogelijkheden. Tegelijkertijd, namelijk in 1896, zonden zijn apparaten een signaal uit over lange afstanden (48 km), helaas was het een kleine hoeveelheid elektriciteit.
En tegen 1899 kwam Tesla tot de conclusie:
Het falen van de inductiemethode lijkt enorm vergeleken met de excitatiemethode van de lading van de aarde en lucht.
Deze conclusies zullen tot andere studies leiden, in 1900 slaagde hij erin een lamp aan te drijven met een spoel die in het veld was uitgevoerd, en in 1903 werd de Wondercliff-toren op Long Island gelanceerd. Het bestond uit een transformator met een geaarde secundaire wikkeling en bovenaan stond een koperen bolvormige koepel. Met zijn hulp bleek het 200 lampen van 50 watt aan te steken. Tegelijkertijd bevond de zender zich op 40 km afstand. Helaas werden deze onderzoeken onderbroken, werd de financiering stopgezet en was gratis transport van elektriciteit zonder kabels economisch niet haalbaar voor zakenlieden. De toren werd in 1917 verwoest.
Vandaag de dag
Technologieën voor draadloze energieoverdracht hebben een grote stap voorwaarts gemaakt, vooral op het gebied van datatransmissie. Zo veel succes werd behaald door radiocommunicatie, draadloze technologieën zoals Bluetooth en Wi-Fi. Er vonden geen bijzondere innovaties plaats, vooral de veranderde frequenties, de signaalcoderingsmethoden, de signaalweergave schakelde van analoog naar digitaal.
Als we het hebben over de transmissie van elektriciteit zonder draden om elektrische apparatuur aan te drijven, is het vermeldenswaard dat onderzoekers van het Massachusetts Institute in 2007 2 meter energie hebben overgebracht en op deze manier een lamp van 60 watt hebben aangestoken. Deze technologie heet WiTricity en is gebaseerd op de elektromagnetische resonantie van de ontvanger en zender. Het is vermeldenswaard dat de ontvanger ongeveer 40-45% van de elektriciteit ontvangt. Een algemeen diagram van een apparaat voor het verzenden van energie door een magnetisch veld wordt weergegeven in de onderstaande afbeelding:
De video toont een voorbeeld van de toepassing van deze technologie voor het opladen van een elektrisch voertuig. Waar het op neerkomt, is dat een ontvanger aan de onderkant van de elektrische auto is bevestigd en een zender op de vloer in de garage of elders wordt geïnstalleerd.
U moet de machine zo parkeren dat de ontvanger zich boven de zender bevindt. Het apparaat draagt veel elektriciteit zonder kabels over - van 3,6 tot 11 kW per uur.
Het bedrijf overweegt in de toekomst elektriciteit te voorzien van dergelijke technologie en huishoudelijke apparaten, evenals het hele appartement als geheel. In 2010 introduceerde Haier een draadloze tv die stroom ontvangt met vergelijkbare technologie, evenals draadloze video. Andere toonaangevende bedrijven, zoals Intel en Sony, voeren dergelijke ontwikkelingen ook door.
In het dagelijks leven worden technologieën voor draadloze energieoverdracht veel gebruikt, bijvoorbeeld om een smartphone op te laden. Het principe is vergelijkbaar - er is een zender, er is een ontvanger, het rendement is ongeveer 50%, d.w.z. voor een lading van 1A verbruikt de zender 2A. De zender wordt in dergelijke sets meestal een basis genoemd en het deel dat op de telefoon wordt aangesloten, is de ontvanger of antenne.
Een andere niche is de draadloze transmissie van elektriciteit met microgolven of een laser.Dit zorgt voor een grotere actieradius dan een paar meter, wat zorgt voor magnetische inductie. Bij de microgolfmethode wordt een rectenna (niet-lineaire antenne voor het omzetten van een elektromagnetische golf in gelijkstroom) op het ontvangende apparaat geïnstalleerd en richt de zender zijn straling in deze richting. In deze uitvoering van de draadloze transmissie van elektriciteit is er geen behoefte aan directe zichtbaarheid van objecten. Het nadeel is dat microgolfstraling niet veilig is voor het milieu.
We raden aan om een video te bekijken waarin het probleem in meer detail wordt bekeken:
Tot slot zou ik willen opmerken dat draadloze transmissie van elektriciteit zeker handig is voor gebruik in het dagelijks leven, maar het heeft zijn voor- en nadelen. Als we het hebben over het gebruik van dergelijke technologieën om gadgets op te laden, is het pluspunt dat je niet constant de stekker van de connector van je smartphone hoeft in te steken en te verwijderen, de connector zal niet falen. Het nadeel is het lage rendement, als voor een smartphone het energieverlies niet significant is (een paar watt), dan voor het draadloos opladen van een elektrische auto - dit is een heel groot probleem. Het belangrijkste doel van ontwikkeling in deze technologie is het verhogen van de efficiëntie van de installatie, omdat tegen de achtergrond van een wijdverbreide race voor energiebesparing het gebruik van technologieën met een laag rendement zeer twijfelachtig is.
Vergelijkbare materialen:
Bezig met laden ...
