Drahtlose Übertragung zur Lieferung von Strom kann große Fortschritte in Branchen und Anwendungen bringen, die vom physischen Kontakt des Steckverbinders abhängen. Dies wiederum kann unzuverlässig sein und zum Ausfall führen. Die Übertragung von drahtloser Elektrizität wurde erstmals in den 1890er Jahren von Nikola Tesla demonstriert. Allerdings wurde die Technologie erst im letzten Jahrzehnt so weit eingesetzt, dass sie echte, greifbare Vorteile für Anwendungen in der realen Welt bietet. Insbesondere die Entwicklung eines resonanten drahtlosen Stromversorgungssystems für den Unterh altungselektronikmarkt hat gezeigt, dass das induktive Laden Millionen von Geräten des täglichen Lebens ein neues Maß an Komfort bringt.
Die fragliche Macht ist allgemein unter vielen Begriffen bekannt. Einschließlich induktiver Übertragung, Kommunikation, resonantem drahtlosem Netzwerk und der gleichen Spannungsrückgabe. Jede dieser Bedingungen beschreibt im Wesentlichen denselben grundlegenden Prozess. Drahtlose Übertragung von Strom oder Leistung von einer Stromquelle zur Verbraucherspannung ohne Steckverbinder durch einen Luftsp alt. Die Basis bilden zwei Spulen- Sender und Empfänger. Der erste wird durch einen Wechselstrom erregt, um ein Magnetfeld zu erzeugen, das wiederum im zweiten eine Spannung induziert.
Wie das betreffende System funktioniert
Die Grundlagen der drahtlosen Stromversorgung umfassen die Verteilung von Strom von einem Sender zu einem Empfänger durch ein oszillierendes Magnetfeld. Dazu wird der vom Netzteil gelieferte Gleichstrom in hochfrequenten Wechselstrom umgewandelt. Mit speziell entwickelter Elektronik, die in den Sender eingebaut ist. Der Wechselstrom aktiviert eine Spule aus Kupferdraht im Spender, die ein Magnetfeld erzeugt. Wenn die zweite (empfangende) Wicklung in unmittelbarer Nähe platziert wird. Das Magnetfeld kann in der Empfangsspule einen Wechselstrom induzieren. Die Elektronik im ersten Gerät wandelt dann den Wechselstrom wieder in Gleichstrom um, der zur Leistungsaufnahme wird.
Drahtloses Energieübertragungsschema
Die "Netz"-Spannung wird in ein Wechselstromsignal umgewandelt, das dann über eine elektronische Sch altung an die Sendespule gesendet wird. Fließt durch die Wicklung des Verteilers, wird ein Magnetfeld induziert. Es kann sich wiederum auf die Empfängerspule ausbreiten, die sich in relativer Nähe befindet. Das Magnetfeld erzeugt dann einen Strom, der durch die Wicklung der Empfangsvorrichtung fließt. Der Vorgang der Energieverteilung zwischen Sende- und Empfangsspule wird auch als magnetische oder resonante Kopplung bezeichnet. Und es wird mit Hilfe von beiden Wicklungen erreicht, die mit der gleichen Frequenz arbeiten. Der Strom, der in der Empfängerspule fließt,von der Empfängersch altung in Gleichstrom umgewandelt. Es kann dann verwendet werden, um das Gerät mit Strom zu versorgen.
Was bedeutet Resonanz
Die Entfernung, über die Energie (oder Leistung) übertragen werden kann, nimmt zu, wenn Sender- und Empfängerspule auf der gleichen Frequenz schwingen. So wie eine Stimmgabel auf einer bestimmten Höhe schwingt und ihre maximale Amplitude erreichen kann. Es bezieht sich auf die Frequenz, mit der ein Objekt natürlich vibriert.
Vorteile der drahtlosen Übertragung
Was sind die Vorteile? Vorteile:
- reduziert Kosten im Zusammenhang mit der Wartung gerader Steckverbinder (z. B. in einem herkömmlichen industriellen Schleifring);
- größerer Komfort beim Aufladen gängiger elektronischer Geräte;
- sicherer Transfer zu Anwendungen, die hermetisch verschlossen bleiben müssen;
- Elektronik kann vollständig verborgen werden, wodurch das Korrosionsrisiko durch Elemente wie Sauerstoff und Wasser verringert wird;
- zuverlässige und konstante Stromversorgung für rotierende, hochmobile Industrieanlagen;
- gewährleistet eine zuverlässige Stromübertragung zu kritischen Systemen in nassen, schmutzigen und bewegten Umgebungen.
Unabhängig von der Anwendung bietet der Wegfall der physischen Verbindung eine Reihe von Vorteilen gegenüber herkömmlichen Kabelsteckverbindern.
Wirkungsgrad der betrachteten Energieübertragung
Der Gesamtwirkungsgrad eines drahtlosen Stromversorgungssystems ist der wichtigste Faktor bei der Bestimmung seines WirkungsgradsLeistung. Die Systemeffizienz misst die Energiemenge, die zwischen der Stromquelle (d. h. der Steckdose) und dem empfangenden Gerät übertragen wird. Dies wiederum bestimmt Aspekte wie Ladegeschwindigkeit und Ausbreitungsreichweite.
Drahtlose Kommunikationssysteme variieren in ihrem Effizienzgrad, basierend auf Faktoren wie Spulenkonfiguration und -design, Übertragungsentfernung. Ein weniger effizientes Gerät erzeugt mehr Emissionen und führt dazu, dass weniger Strom durch das Empfangsgerät fließt. In der Regel können drahtlose Energieübertragungstechnologien für Geräte wie Smartphones eine Leistung von 70 % erreichen.
Wie Leistung gemessen wird
Bedeutung als die Menge an Leistung (in Prozent), die von der Stromquelle an das empfangende Gerät übertragen wird. Das heißt, die drahtlose Stromübertragung für ein Smartphone mit einem Wirkungsgrad von 80 % bedeutet, dass 20 % der Eingangsleistung zwischen der Steckdose und dem Akku für das aufzuladende Gerät verloren gehen. Die Formel zur Messung der Arbeitseffizienz lautet: Leistung=DC-Ausgang geteilt durch Eingang, multiplizieren Sie das Ergebnis mit 100 %.
Drahtlose Stromübertragung
Strom kann über fast alle nichtmetallischen Materialien, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, über das betrachtete Netzwerk verteilt werden. Dies sind Feststoffe wie Holz, Kunststoff, Textilien, Glas und Ziegel, aber auch Gase und Flüssigkeiten. Wenn Metall bzwEin elektrisch leitfähiges Material (z. B. Kohlefaser) wird in unmittelbarer Nähe eines elektromagnetischen Feldes platziert, das Objekt nimmt daraus Strom auf und erwärmt sich dadurch. Dies wiederum wirkt sich auf die Effizienz des Systems aus. So funktioniert zum Beispiel Induktionskochen, eine ineffiziente Stromübertragung vom Kochfeld erzeugt Hitze zum Kochen.
Um ein drahtloses Energieübertragungssystem zu erstellen, müssen Sie zu den Ursprüngen des Themas zurückkehren. Oder besser gesagt, an den erfolgreichen Wissenschaftler und Erfinder Nikola Tesla, der einen Generator entwickelt und patentiert hat, der ohne verschiedene materialistische Leiter Strom aufnehmen kann. Um ein drahtloses System zu implementieren, müssen also alle wichtigen Elemente und Teile zusammengebaut werden, wodurch eine kleine Tesla-Spule implementiert wird. Dies ist ein Gerät, das ein elektrisches Hochspannungsfeld in der Luft um sich herum erzeugt. Es hat eine geringe Eingangsleistung und bietet eine drahtlose Stromübertragung aus der Ferne.
Eine der wichtigsten Arten der Energieübertragung ist die induktive Kopplung. Es wird hauptsächlich für den Nahbereich verwendet. Es zeichnet sich dadurch aus, dass beim Stromfluss durch einen Draht an den Enden eines anderen eine Spannung induziert wird. Die Kraftübertragung erfolgt durch Gegenseitigkeit zwischen den beiden Materialien. Ein gängiges Beispiel ist ein Transformator. Die Mikrowellen-Energieübertragung wurde als Idee von William Brown entwickelt. Das gesamte Konzept beinh altet die Umwandlung von Wechselstrom in HF-Strom und dessen Übertragung durch den Weltraum und wieder hineinvariable Leistung am Empfänger. In diesem System wird die Spannung unter Verwendung von Mikrowellenenergiequellen erzeugt. wie Klystron. Und diese Leistung wird über den Wellenleiter zur Sendeantenne übertragen, der vor der reflektierten Leistung schützt. Sowie ein Tuner, der die Impedanz der Mikrowellenquelle mit anderen Elementen anpasst. Der Empfangsteil besteht aus einer Antenne. Es akzeptiert Mikrowellenleistung und eine Impedanzanpassungssch altung und einen Filter. Diese Empfangsantenne kann zusammen mit der Gleichrichtereinrichtung ein Dipol sein. Entspricht dem Ausgangssignal mit einem ähnlichen Tonsignal der Gleichrichtereinheit. Der Empfängerblock besteht auch aus einem ähnlichen Abschnitt, der aus Dioden besteht, die verwendet werden, um das Signal in einen Gleichstromalarm umzuwandeln. Dieses Übertragungssystem verwendet Frequenzen zwischen 2 GHz und 6 GHz.
Drahtlose Übertragung von Elektrizität mit Hilfe von Brovins Fahrer, der den Generator mit ähnlichen magnetischen Schwingungen implementierte. Unterm Strich funktionierte dieses Gerät dank dreier Transistoren.
Verwendung eines Laserstrahls zur Übertragung von Energie in Form von Lichtenergie, die am Empfängerende in elektrische Energie umgewandelt wird. Das Material selbst wird direkt mit Energie versorgt, indem Quellen wie die Sonne oder ein Stromgenerator verwendet werden. Und implementiert dementsprechend ein fokussiertes Licht mit hoher Intensität. Größe und Form des Strahls werden durch die Optik bestimmt. Und dieses gesendete Laserlicht wird von Photovoltaikzellen empfangen, die es in elektrische Signale umwandeln. Normalerweise benutzt erGlasfaserkabel für die Übertragung. Wie beim grundlegenden Solarenergiesystem ist der Empfänger, der bei der laserbasierten Ausbreitung verwendet wird, eine Anordnung von Photovoltaikzellen oder ein Solarpanel. Sie wiederum können inkohärentes monochromatisches Licht in Elektrizität umwandeln.
Grundlegende Merkmale des Geräts
Die Kraft der Tesla-Spule liegt in einem Prozess namens elektromagnetische Induktion. Das heißt, das sich verändernde Feld schafft Potenzial. Es lässt Strom fließen. Wenn Strom durch eine Drahtspule fließt, erzeugt er ein Magnetfeld, das den Bereich um die Spule herum auf bestimmte Weise ausfüllt. Im Gegensatz zu einigen anderen Hochspannungsexperimenten hat die Tesla-Spule vielen Tests und Versuchen standgeh alten. Der Prozess war ziemlich mühsam und langwierig, aber das Ergebnis war erfolgreich und wurde daher von dem Wissenschaftler erfolgreich patentiert. Sie können eine solche Spule in Anwesenheit bestimmter Komponenten erstellen. Für die Umsetzung werden folgende Materialien benötigt:
- Länge 30 cm PVC (je mehr desto besser);
- Kupferlackdraht (Sekundärdraht);
- Birkenbrett für Sockel;
- 2222A-Transistor;
- Anschlussleitung (Primärleitung);
- Widerstand 22 kΩ;
- Sch alter und Verbindungskabel;
- 9-Volt-Batterie.
Tesla-Geräteimplementierungsphasen
Zuerst müssen Sie einen kleinen Schlitz in die Oberseite des Rohrs stecken, um ein Ende des Drahts zu umwickelnzirka. Wickeln Sie die Spule langsam und vorsichtig und achten Sie darauf, die Drähte nicht zu überlappen oder Lücken zu schaffen. Dieser Schritt ist der schwierigste und langwierigste Teil, aber die aufgewendete Zeit ergibt eine sehr hochwertige und gute Spule. Etwa alle 20 Windungen werden Ringe aus Abdeckband um die Wicklung gelegt. Sie wirken als Barriere. Falls sich die Spule zu lösen beginnt. Wenn Sie fertig sind, wickeln Sie dickes Klebeband um die Ober- und Unterseite der Wicklung und besprühen Sie es mit 2 oder 3 Schichten Lack.
Dann müssen Sie die primäre und sekundäre Batterie an die Batterie anschließen. Danach - sch alten Sie den Transistor und den Widerstand ein. Die kleinere Wicklung ist die Primärwicklung und die längere Wicklung die Sekundärwicklung. Optional können Sie oben auf dem Rohr eine Aluminiumkugel anbringen. Verbinden Sie auch das offene Ende der Sekundärseite mit der hinzugefügten, die als Antenne fungiert. Achten Sie darauf, das sekundäre Gerät nicht zu berühren, wenn es eingesch altet ist.
Bei Eigenverkauf besteht Brandgefahr. Sie müssen den Sch alter umlegen, eine Glühlampe neben dem drahtlosen Energieübertragungsgerät installieren und die Lichtshow genießen.
Drahtlose Übertragung über Solarstromanlage
Herkömmliche kabelgebundene Stromverteilungskonfigurationen erfordern normalerweise Kabel zwischen verteilten Geräten und Verbrauchereinheiten. Dies schafft viele Einschränkungen wie die Kosten des SystemsKabel kosten. Verluste bei der Übertragung. Sowie Abfall im Vertrieb. Allein der Leitungswiderstand führt zu einem Verlust von ca. 20-30 % der erzeugten Energie.
Eines der modernsten drahtlosen Energieübertragungssysteme basiert auf der Übertragung von Sonnenenergie mittels Mikrowelle oder Laserstrahl. Der Satellit befindet sich in einer geostationären Umlaufbahn und besteht aus Photovoltaikzellen. Sie wandeln Sonnenlicht in elektrischen Strom um, mit dem ein Mikrowellengenerator betrieben wird. Und erkennt dementsprechend die Kraft von Mikrowellen. Diese Spannung wird per Funk übertragen und an der Basisstation empfangen. Es ist eine Kombination aus Antenne und Gleichrichter. Und es wird wieder in Strom umgewandelt. Benötigt Wechsel- oder Gleichstrom. Der Satellit kann bis zu 10 MW HF-Leistung übertragen.
Wenn man von einem DC-Verteilungssystem spricht, ist sogar das unmöglich. Da es einen Stecker zwischen der Stromversorgung und dem Gerät benötigt. Es gibt ein solches Bild: Das System ist völlig drahtlos, sodass Sie ohne zusätzliche Geräte Wechselstrom in Häusern erh alten können. Wo es möglich ist, Ihr Mobiltelefon aufzuladen, ohne physisch an die Steckdose angeschlossen zu sein. Natürlich ist ein solches System möglich. Und viele moderne Forscher versuchen, etwas Modernisiertes zu schaffen, während sie die Rolle der Entwicklung neuer Methoden zur drahtlosen Übertragung von Elektrizität aus der Ferne untersuchen. Aus Sicht der wirtschaftlichen Komponente wird dies jedoch für Staaten nicht der Fall seinEs ist durchaus rentabel, wenn solche Geräte überall eingeführt werden und den normalen Strom durch Naturstrom ersetzen.
Ursprünge und Beispiele drahtloser Systeme
Dieses Konzept ist nicht wirklich neu. Diese ganze Idee wurde 1893 von Nicholas Tesla entwickelt. Als er ein System zur Beleuchtung von Vakuumröhren mit drahtlosen Übertragungstechniken entwickelte. Es ist unmöglich, sich vorzustellen, dass die Welt ohne verschiedene Ladungsquellen existiert, die sich in materieller Form ausdrücken. Damit Mobiltelefone, Heimroboter, MP3-Player, Computer, Laptops und andere tragbare Geräte selbstständig aufgeladen werden können, ohne zusätzliche Verbindungen, wodurch die Benutzer von ständigen Kabeln befreit werden. Einige dieser Vorrichtungen erfordern möglicherweise nicht einmal eine große Anzahl von Elementen. Die Geschichte der drahtlosen Energieübertragung ist ziemlich reich und vor allem dank der Entwicklungen von Tesla, Volta usw. Aber heute bleiben es nur Daten in der Physik.
Das Grundprinzip besteht darin, Wechselspannung mit Gleichrichtern und Filtern in Gleichspannung umzuwandeln. Und dann - bei der Rückkehr zum ursprünglichen Wert bei hoher Frequenz unter Verwendung von Wechselrichtern. Dieser hochoszillierende Niederspannungs-Wechselstrom wird dann vom Primärtransformator zum Sekundärtransformator geleitet. Mit einem Gleichrichter, Filter und Regler in Gleichspannung umgewandelt. AC-Signal wird direktdank dem Rauschen der Strömung. Sowie die Verwendung des Brückengleichrichterabschnitts. Das empfangene Gleichstromsignal wird durch eine Rückkopplungswicklung geleitet, die als Oszillatorsch altung fungiert. Gleichzeitig zwingt es den Transistor, ihn in Richtung von links nach rechts in den Primärwandler zu leiten. Wenn Strom durch die Rückkopplungswicklung fließt, fließt der entsprechende Strom von rechts nach links zur Primärseite des Transformators.
So funktioniert die Ultraschallmethode der Energieübertragung. Das Signal wird durch den Sensor für beide Halbzyklen des AC-Alarms erzeugt. Die Schallfrequenz hängt von den quantitativen Indikatoren der Vibrationen der Generatorkreise ab. Dieses Wechselstromsignal erscheint an der Sekundärwicklung des Transformators. Und wenn es mit dem Wandler eines anderen Objekts verbunden ist, beträgt die Wechselspannung 25 kHz. Dadurch erscheint ein Messwert in einem Abwärtstransformator.
Diese Wechselspannung wird durch einen Brückengleichrichter ausgeglichen. Und dann gefiltert und reguliert, um einen 5-V-Ausgang zum Ansteuern der LED zu erh alten. Die 12-V-Ausgangsspannung des Kondensators wird verwendet, um den DC-Lüftermotor mit Strom zu versorgen, um ihn zu betreiben. Aus physikalischer Sicht ist die Übertragung von Elektrizität also ein ziemlich entwickeltes Gebiet. Wie die Praxis zeigt, sind drahtlose Systeme jedoch nicht vollständig entwickelt und verbessert.
