Elektrik enerjisinin kablosuz iletimi. Tesla teorisine göre elektriğin kablosuz iletimi

Kablosuz şarjla ilgili temel bilgiler

Kablosuz Güç Aktarımı (WPT), bize güç kablolarının zorbalığını kırma şansı verir. Günümüzde, bu teknoloji her türlü cihaz ve sisteme nüfuz etmektedir. Hadi ona bir göz atalım!

kablosuz yol

Modern konut ve ticari binaların çoğu AC gücüyle çalışır. Enerji santralleri, yüksek voltajlı elektrik hatları ve düşürücü transformatörler kullanılarak evlere ve ofislere verilen AC elektriği üretir.

Elektrik santrale girer ve ardından elektrik kabloları her gün kullandığımız ekipman ve cihazlara elektrik sağlar: lambalar, mutfak aletleri, şarj cihazları vb.

Tüm bileşenler standartlaştırılmıştır. Standart akımlar ve voltajlar için derecelendirilmiş herhangi bir cihaz, ülke çapındaki herhangi bir prizden çalışacaktır. Standartlar ülkeden ülkeye değişse de, herhangi bir cihaz, o sistem için standartların karşılanması koşuluyla belirli bir elektrik sisteminde çalışacaktır.

Kablo var, kablo var... Elektrikli cihazlarımızın çoğunda AC güç kablosu var.

Kablosuz güç iletim teknolojisi

Kablosuz Güç Aktarımı (WPT), elektrik kablolarına gerek kalmadan bir hava boşluğundan güç sağlanmasına olanak tanır. Kablosuz güç aktarımı, fiziksel konektörler veya teller olmadan uyumlu pillere veya cihazlara AC gücü sağlayabilir. Elektrik enerjisinin kablosuz iletimi, cep telefonlarına ve tablet bilgisayarlara, insansız hava araçlarına, arabalara ve diğer ulaşım ekipmanlarına güç sağlayabilir. Hatta uzayda güneş panellerinden gelen gücü kablosuz olarak iletmeyi bile mümkün kılabilir.

Elektrik gücünün kablosuz iletimi, kablolu şarj cihazlarının yerini alarak tüketici elektroniğindeki hızlı gelişimine başladı. CES 2017, kablosuz güç iletimini kullanan çeşitli cihazları sergileyecek.

Ancak, elektrik enerjisinin kablosuz olarak aktarılması kavramı 1890'larda ortaya çıktı. Colorado Springs'deki laboratuvarında Nikola Tesla, elektrodinamik indüksiyon (rezonans transformatöründe kullanılır) kullanarak kablosuz olarak bir ampulü yakabilirdi.

Üç ampul yakıldı, güç kaynağından 60 fit (18 metre) uzağa yerleştirildi ve gösteri belgelendi. Tesla'nın Long Island'da bulunan Wardenclyffe kulesinin kablosuz olarak Atlantik Okyanusu boyunca elektrik enerjisi ileteceğini umarak büyük planları vardı. Bu, finansman ve zamanlama da dahil olmak üzere çeşitli sorunlar nedeniyle asla olmadı.

Elektrik enerjisinin kablosuz iletimi, vericiler ve alıcılar arasındaki hava boşluğu boyunca enerjiyi aktarmak için yüklü parçacıklar tarafından üretilen alanları kullanır. Hava boşluğu, elektrik enerjisinin hava yoluyla iletilebilecek bir forma dönüştürülmesiyle kısa devre yapılır. Elektrik enerjisi alternatif bir alana dönüştürülür, hava yoluyla iletilir ve daha sonra bir alıcı kullanılarak kullanılabilir elektrik akımına dönüştürülür. Güç ve mesafeye bağlı olarak, elektrik enerjisi bir elektrik alanı, manyetik alan veya radyo dalgaları, mikrodalga radyasyonu ve hatta ışık gibi elektromanyetik dalgalar aracılığıyla verimli bir şekilde iletilebilir.

Aşağıdaki tabloda, elektrik enerjisinin kablosuz iletimi için çeşitli teknolojilerin yanı sıra enerji iletim biçimleri de listelenmektedir.

Kablosuz Güç İletim Teknolojileri (WPT)

teknoloji	Elektrik enerjisi taşıyıcısı	Elektrik enerjisini aktarmanıza ne izin verir?
Endüktif kuplaj	Manyetik alanlar	Tel döngüler
Rezonans endüktif kuplaj	Manyetik alanlar	salınım devreleri
Kapasitif kuplaj	Elektrik alanları	İletken plaka çiftleri
manyetodinamik iletişim	Manyetik alanlar	Kalıcı mıknatısların dönüşü
mikrodalga radyasyonu	mikrodalga dalgaları	Parabolik antenlerin aşamalı sıraları
optik radyasyon	Görünür ışık / kızılötesi radyasyon / ultraviyole radyasyon	Lazerler, fotoseller

Qi şarj, kablosuz şarj için açık standart

Kablosuz güç aktarımı vaat eden bazı şirketler hala ürünleri üzerinde çalışıyor olsa da, Qi ("qi" olarak telaffuz edilir) şarj standardı zaten var ve onu kullanan cihazlar zaten mevcut. 2008 yılında kurulan Kablosuz Güç Konsorsiyumu (WPC), pil şarjı için Qi standardını geliştirdi. Bu standart hem endüktif hem de rezonans şarj teknolojilerini destekler.

Endüktif şarj ile, yakın mesafeden verici ve alıcıdaki indüktörler arasında elektrik enerjisi aktarılır. Endüktif sistemler, indüktörlerin birbirine yakın ve hizalı olmasını gerektirir; genellikle cihazlar şarj pedi ile doğrudan temas halindedir. Rezonans şarjı dikkatli bir hizalama gerektirmez ve şarj cihazları 45 mm'ye kadar bir cihazı algılayıp şarj edebilir; bu nedenle rezonans şarj cihazları mobilyaların içine yerleştirilebilir veya raflar arasına yerleştirilebilir.

Qi logosunun varlığı, cihazın WPC tarafından kaydedildiğini ve onaylandığını gösterir.

Qi'nin başlangıcında, şarj gücü düşüktü, yaklaşık 5 watt. Qi şarjı kullanan ilk akıllı telefonlar 2011'de çıktı. 2015 yılında Qi şarj gücü 15W'a yükseldi ve bu da cihazların hızlı şarj edilmesini sağladı.

Texas Instruments'tan alınan aşağıdaki şekil, Qi standardının neleri kapsadığını göstermektedir.

Qi uyumluluğu yalnızca Qi kayıt veritabanında listelenen cihazlar için garanti edilir. Şu anda 700'den fazla ürün içeriyor. Qi logolu ürünlerin test edilip onaylandığını anlamak önemlidir; ve bu cihazların kullandığı manyetik alanlar, cep telefonu veya e-pasaport gibi hassas cihazlarda sorun yaratmayacaktır. Kayıtlı cihazların kayıtlı şarj cihazlarıyla çalışması garanti edilecektir.

Elektrik enerjisinin kablosuz iletim fiziği

Elektrik enerjisinin ev cihazlarına kablosuz iletimi yeni bir teknolojidir, ancak arkasındaki prensipler uzun zamandır bilinmektedir. Elektrik ve manyetizmanın söz konusu olduğu yerlerde, Maxwell denklemleri hala yönetilir ve vericiler, diğer kablosuz iletişim biçimlerinde olduğu gibi alıcılara enerji gönderir. Bununla birlikte, elektriğin kablosuz iletimi, içinde kodlanmış bilgiyi değil, enerjinin kendisini iletmek olan ana amaç bakımından onlardan farklıdır.

Elektrik enerjisinin kablosuz iletiminde yer alan elektromanyetik alanlar oldukça güçlü olabilir ve bu nedenle insan güvenliği dikkate alınmalıdır. Elektromanyetik radyasyona maruz kalmak sorunlara neden olabilir ve elektrik enerjisi vericileri tarafından oluşturulan alanların giyilebilir veya implante edilmiş tıbbi cihazların çalışmasına müdahale etme olasılığı vardır.

Vericiler ve alıcılar, elektrik enerjisinin kablosuz iletimi için cihazların içine, şarj edilecek pillerle aynı şekilde yerleştirilmiştir. Gerçek dönüşüm şemaları, kullanılan teknolojiye bağlı olacaktır. Elektriğin kendisinin iletilmesine ek olarak, WPT sistemi, verici ve alıcı arasında iletişim sağlamalıdır. Bu, alıcının şarj cihazına pilin tamamen şarj olduğunu bildirebilmesini sağlar. İletişim ayrıca, yüke verilen gücün ince ayarını yapmak ve örneğin pilin sıcaklığını izlemek için vericinin alıcıyı bulmasını ve tanımlamasını sağlar.

Elektrik enerjisinin kablosuz iletiminde, yakın veya uzak alan kavramının seçimi önemlidir. İletim teknolojileri, iletilebilecek enerji miktarı ve mesafe gereksinimleri, bir sistemin yakın alan mı yoksa uzak alan radyasyonu mu kullanacağını etkiler.

Anten mesafesinin bir dalga boyundan önemli ölçüde daha az olduğu noktalar yakın alandadır. Yakın alan bölgesindeki enerji yayılmaz ve manyetik ve elektrik alanların salınımları birbirinden bağımsızdır. Kapasitif (elektrik) ve endüktif (manyetik) kuplajlar, vericinin yakın alanında bulunan bir alıcıya enerji aktarmak için kullanılabilir.

Antenden uzaklığı yaklaşık iki dalga boyundan fazla olan noktalar uzak bölgededir (yakın ve uzak bölgeler arasında bir geçiş bölgesi vardır). Uzak alan enerjisi, geleneksel elektromanyetik radyasyon şeklinde iletilir. Uzak alan enerji transferine enerji ışını da denir. Uzak alan iletiminin örnekleri, enerjiyi uzun mesafelerde iletmek için yüksek güçlü lazerler veya mikrodalga radyasyonu kullanan sistemlerdir.

Kablosuz Güç İletimi (WPT) Nerede Çalışır?

Tüm WPT teknolojileri şu anda aktif araştırma altındadır ve bunların çoğu, enerji transfer verimliliğini en üst düzeye çıkarmaya ve manyetik rezonans iletişim teknolojilerini araştırmaya odaklanmıştır. Buna ek olarak, en iddialı olanı, WPT'yi bir kişinin yerleştirileceği bir oda sistemi ile donatma ve taşıdıkları cihazların otomatik olarak şarj edilmesi fikirleridir.

Küresel olarak elektrikli otobüsler norm haline geliyor; Plan, Londra'daki ikonik çift katlı otobüslerin yanı sıra Güney Kore, Utah, ABD ve Almanya'daki otobüs sistemleri için kablosuz şarjı başlatmaktır.

Drone'ları kablosuz olarak çalıştırmak için deneysel bir sistem zaten gösterildi. Ve daha önce de belirtildiği gibi, mevcut araştırma ve geliştirme, uzayda bulunan kablosuz güç iletimi ve güneş panelleri kullanılarak Dünya'nın enerji ihtiyaçlarının bir kısmının karşılanması ihtimaline odaklanıyor.

WPT her yerde çalışır!

Çözüm

Tesla'nın herhangi bir tüketiciye kablosuz güç iletimi hayali gerçekleşmekten uzak olsa da, şu anda birçok cihaz ve sistem bir çeşit kablosuz güç iletimi kullanıyor. Diş fırçalarından cep telefonlarına, kişisel arabalardan toplu taşımaya kadar elektrik enerjisinin kablosuz iletimi için birçok uygulama var.

Kablosuz elektrik, Michael Faraday'in elektromanyetik indüksiyon fenomenini keşfettiği 1831'den beri var. Bir elektrik akımı tarafından üretilen değişen bir manyetik alanın farklı bir iletkende bir elektrik akımını indükleyebileceğini deneysel olarak belirledi. İlk elektrik transformatörünün ortaya çıkması sayesinde çok sayıda deney yapıldı. Ancak sadece Nikola Tesla, pratik uygulamada elektriği uzaktan iletme fikrini tam olarak somutlaştırmayı başardı.

Chicago'daki 1893 Dünya Fuarı'nda, aralıklı olarak yerleştirilmiş fosfor ampulleri yakarak elektriğin kablosuz iletimini gösterdi. Tesla, gelecekte bu teknolojinin insanların atmosferde uzun mesafelerde enerji iletmesine izin vereceğini umarak, elektriğin kablosuz iletiminde birçok varyasyon gösterdi. Ancak şu anda, bilim insanının bu icadının sahiplenilmediği ortaya çıktı. Sadece bir asır sonra Intel ve Sony ve ardından diğer şirketler Nikola Tesla'nın teknolojileriyle ilgilenmeye başladı.

Nasıl çalışır

Kablosuz elektrik, kelimenin tam anlamıyla elektrik enerjisinin kablolar olmadan transferini temsil eder. Bu teknoloji genellikle Wi-Fi, cep telefonları ve radyolar gibi bilgilerin iletimi ile karşılaştırılır. Kablosuz elektrik nispeten yeni ve dinamik olarak gelişen bir teknolojidir. Günümüzde enerjinin güvenli ve verimli bir şekilde uzak mesafelere kesintisiz olarak nasıl iletileceği konusunda yöntemler geliştirilmektedir.

Teknoloji manyetizma ve elektromanyetizmaya dayalıdır ve bir dizi basit çalışma prensibine dayanmaktadır. Her şeyden önce, bu sistemde iki bobinin varlığı ile ilgilidir.

• Sistem, birlikte değişken akımda alternatif bir manyetik alan oluşturan bir verici ve bir alıcıdan oluşur.
• Bu alan, örneğin bir pili şarj etmek veya bir mobil cihaza güç sağlamak için alıcının bobininde bir voltaj oluşturur.
• Bir telden elektrik akımı geçtiğinde, kablonun etrafında dairesel bir manyetik alan oluşur.
• Elektrik akımının doğrudan akmadığı bir tel bobinde, elektrik akımı, endüktif kuplaj sağlayan ikinci bobin de dahil olmak üzere manyetik alan boyunca birinci bobinden akmaya başlayacaktır.

Aktarım ilkeleri

Yakın zamana kadar, 2007 yılında Massachusetts Institute of Technology'de oluşturulan CMRS manyetik rezonans sistemi, en gelişmiş güç aktarım teknolojisi olarak kabul edildi. Bu teknoloji, akımın 2,1 metre mesafeden iletilmesini sağladı. Bununla birlikte, bazı sınırlamalar, örneğin yüksek bir iletim frekansı, büyük boyutlar, karmaşık bir bobin konfigürasyonu ve bir kişinin varlığı da dahil olmak üzere dış parazitlere karşı yüksek hassasiyet gibi seri üretime girmesini engelledi.

Ancak Güney Koreli bilim adamları, 5 metreye kadar enerji iletecek yeni bir elektrik vericisi oluşturdular. Ve odadaki tüm cihazlara tek bir hub'dan güç verilecek. DCRS dipol bobinlerinin rezonans sistemi 5 metreye kadar çalışabilmektedir. Sistem, bir dairenin duvarlarına gizlice monte edilebilen 10x20x300 cm boyutlarında oldukça kompakt bobinler de dahil olmak üzere bir dizi CMRS dezavantajından yoksundur.

Deney, 20 kHz frekansında iletmeyi mümkün kıldı:

1. 5 m'de 209 W;
2. 4 m'de 471 W;
3. 3 m'de 1403 W.

Kablosuz elektrik, günümüzün büyük 40W LCD TV'lerine 5 metre uzaklıktan güç sağlayabilir. Şebekeden sadece biri 400 watt "pompalayacak", ancak kablo olmayacak. Elektromanyetik indüksiyon, yüksek verim sağlar, ancak kısa bir mesafede.

Elektriğin kablolar olmadan iletilmesine izin veren başka teknolojiler de var. Bunlardan en umut verici olanları:

• Lazer radyasyonu ... Ağ güvenliğinin yanı sıra uzun menzil sağlar. Ancak alıcı ve verici arasında bir görüş hattı olması gerekir. Bir lazer ışınından güç kullanan çalışan tesisler zaten oluşturulmuştur. Amerikalı askeri teçhizat ve uçak üreticisi Lockheed Martin, lazer ışını ile çalışan ve 48 saat havada kalan Stalker insansız hava aracını test etti.
• mikrodalga radyasyonu ... Uzun menzil sağlar, ancak ekipman maliyeti yüksektir. Mikrodalga radyasyonu üreten bir elektrik vericisi olarak bir radyo anteni kullanılır. Alıcı cihazda, alınan mikrodalga radyasyonunu elektrik akımına dönüştüren bir retenna bulunur.

Bu teknoloji, doğrudan görüş hattına ihtiyaç duyulmaması da dahil olmak üzere, alıcının vericiden önemli ölçüde çıkarılmasını mümkün kılar. Ancak menzildeki bir artışla, ekipmanın maliyeti ve boyutu orantılı olarak artar. Aynı zamanda, kurulum tarafından üretilen yüksek güçlü mikrodalga radyasyonu çevreye zararlı olabilir.

özellikler

• Teknolojilerin en gerçekçisi elektromanyetik indüksiyona dayalı kablosuz elektriktir. Ama sınırlamalar var. Teknolojiyi büyütmek için çalışmalar devam ediyor, ancak sağlık güvenliği sorunlarının ortaya çıktığı yer burası.
• Ultrason, lazer ve mikrodalga radyasyonu kullanarak elektriği iletme teknolojileri de gelişecek ve nişlerini bulacaktır.
• Devasa güneş panellerine sahip yörüngedeki uydular farklı bir yaklaşıma ihtiyaç duyar, hedeflenen güç iletimi gerekecektir. Burada bir lazer ve mikrodalga uygundur. Şu anda mükemmel bir çözüm yok, ancak artıları ve eksileri ile birçok seçenek var.
• Şu anda, büyük telekomünikasyon ekipmanı üreticileri, elektromanyetik indüksiyon ilkesiyle çalışan kablosuz şarj cihazları için dünya çapında bir standart oluşturmak üzere bir kablosuz elektromanyetik enerji konsorsiyumunda bir araya geldi. Büyük üreticilerin bazı modellerinde QI standardı desteği Sony, Samsung, Nokia, Motorola Mobility, LG Electronics, Huawei, HTC tarafından sağlanmaktadır. QI yakında bu tür herhangi bir cihaz için birleşik standart haline gelecektir. Bu sayede kafelerde, ulaşım merkezlerinde ve diğer halka açık yerlerde gadget'ları şarj etmek için kablosuz bölgeler oluşturmak mümkün olacak.

Başvuru

• Mikrodalga helikopter. Helikopter modeli bir retenna sahipti ve 15 m yüksekliğe yükseldi.
• Elektrikli diş fırçalarına güç sağlamak için kablosuz elektrik kullanılır. Diş fırçası tamamen sızdırmazdır ve elektrik çarpmasını önlemek için konektörleri yoktur.
• Lazerle çalışan uçak.
• Günlük olarak kullanılabilen mobil cihazlar için kablosuz şarj sistemleri piyasaya çıktı. Elektromanyetik indüksiyon temelinde çalışırlar.
• Evrensel şarj pedi. Normal telefonlar da dahil olmak üzere kablosuz şarj modülüyle donatılmamış popüler akıllı telefon modellerinin çoğuna güç sağlamaya izin veriyorlar. Şarj pedinin kendisine ek olarak, gadget için bir alıcı kutusu satın almanız gerekecektir. Bir USB portu üzerinden bir akıllı telefona bağlanır ve bunun üzerinden şarj olur.
• Şu anda dünya pazarında QI standardını destekleyen 5 watt'a kadar 150'den fazla cihaz satılmaktadır. Gelecekte, ortalama gücü 120 watt'a kadar olan ekipman ortaya çıkacak.

Perspektifler

Günümüzde kablosuz elektriğin kullanılacağı büyük projeler üzerinde çalışmalar devam etmektedir. Bu, elektrikli araçların "havadan" ve ev elektrik şebekelerinin güç kaynağıdır:

• Yoğun bir otomatik şarj noktaları ağı, pilleri azaltmaya ve elektrikli araçların maliyetini önemli ölçüde düşürmeye olanak sağlayacaktır.
• Her odaya, elektriği ses ve video ekipmanına, aletlere ve uygun adaptörlerle donatılmış ev aletlerine iletecek güç kaynakları kurulacaktır.

Avantajlar ve dezavantajlar

Kablosuz elektrik aşağıdaki avantajlara sahiptir:

• Güç kaynağı gerekmez.
• Tellerin tamamen yokluğu.
• Pil ihtiyacını ortadan kaldırın.
• Daha az bakım gerekli.
• Büyük umutlar.

Dezavantajları ayrıca şunları içerir:

• Teknolojilerin yetersiz gelişimi.
• Mesafe sınırlı.
• Manyetik alanlar insanlar için tamamen güvenli değildir.
• Yüksek ekipman maliyeti.

Aslında, 1970'lerde, NATO ve ABD'nin Irak'ta (Libya, Suriye, vb.) kameralı dronlarla sürekli hava devriyeleri yapma, 24 saat çevrimiçi "teröristleri" avlama (veya kaydetme) hayallerini teknik olarak gerçekleştirdi. saat.

1968'de Amerikalı uzay araştırmacısı Peter E. Glaser, büyük güneş panellerini durağan yörüngeye yerleştirmeyi ve bunların ürettiği enerjiyi (5-10 GW seviyesinde) iyi odaklanmış bir mikrodalga ışını ile Dünya yüzeyine iletmeyi önerdi. , daha sonra bunu teknik frekansın doğru veya alternatif akımının enerjisine dönüştürün ve tüketicilere dağıtın.

Böyle bir şema, sabit yörüngede (~ 1.4 kW / sq. M.) bulunan yoğun güneş radyasyonu akısının kullanılmasını ve günün saatine ve hava koşullarına bakılmaksızın alınan enerjinin sürekli olarak Dünya yüzeyine iletilmesini mümkün kılmıştır. . Ekvator düzleminin ekliptik düzlemine 23,5 derecelik bir açıyla doğal eğimi nedeniyle, durağan bir yörüngede bulunan bir uydu, günlerine yakın kısa süreler dışında neredeyse sürekli bir güneş radyasyon akısı ile aydınlatılır. ilkbahar ve sonbahar ekinoksu, bu uydu Dünya'nın gölgesine düştüğünde. Bu zaman periyotları doğru bir şekilde tahmin edilebilir ve toplamda, yılın toplam uzunluğunun %1'ini geçmez.

Mikrodalga ışınının elektromanyetik salınımlarının frekansı, endüstride, bilimsel araştırmalarda ve tıpta kullanım için tahsis edilen aralıklara karşılık gelmelidir. Bu frekans 2,45 GHz'e eşit olarak seçilirse, kalın bulutlar ve yoğun yağış dahil meteorolojik koşulların enerji transfer verimliliği üzerinde pratikte hiçbir etkisi olmaz. 5.8 GHz bandı, daha küçük verici ve alıcı antenlere izin verdiği için caziptir. Ancak, burada meteorolojik koşulların etkisi zaten ek çalışma gerektiriyor.

Mikrodalga elektroniğinin şu anki gelişme seviyesi, bir mikrodalga ışını ile jeostasyoner bir yörüngeden Dünya yüzeyine enerji transferinin verimliliğinin oldukça yüksek bir değeri hakkında konuşmamıza izin veriyor - yaklaşık% 70 ÷% 75. Bu durumda, verici antenin çapı genellikle 1 km'ye eşit olarak seçilir ve karasal anten, 35 derecelik bir enlem için 10 km x 13 km boyutlarındadır. 5 GW çıkış gücüne sahip SCES, verici antenin merkezinde 23 kW / m², alıcı antenin merkezinde - 230 W / m² yayılan bir güç yoğunluğuna sahiptir.

SCES'in verici anteni için çeşitli katı hal ve vakum mikrodalga jeneratörleri araştırılmıştır. William Brown, özellikle, mikrodalga fırınlar için tasarlanmış, endüstri tarafından iyi geliştirilmiş magnetronların, eğer her biri kendi negatif fazlı geri besleme devresi ile donatılmışsa, SCES'in anten dizilerinin iletilmesinde de kullanılabileceğini gösterdi. harici senkronizasyon sinyali (Magnetron Yönlü Amplifikatör - MDA olarak adlandırılır).

SCES alanında en aktif ve sistematik araştırma Japonya tarafından gerçekleştirilmiştir. 1981 yılında, Japonya'daki Uzay Araştırmaları Enstitüsü'nde Profesörler M. Nagatomo (Makoto Nagatomo) ve S. Sasaki'nin (Susumu Sasaki) önderliğinde, 10 MW güç seviyesine sahip bir prototip SCES'in geliştirilmesi üzerine araştırmalar başladı. mevcut fırlatma araçları kullanılarak oluşturulabilir. Böyle bir prototipin oluşturulması, teknolojik deneyim birikimine izin verir ve ticari sistemlerin oluşumu için temel hazırlar.

Proje SKES2000 (SPS2000) olarak adlandırıldı ve dünyanın birçok ülkesinde kabul gördü.

2008 yılında, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nde (MIT) fizik profesörü yardımcısı Marin Soljačić, tatlı uykusundan cep telefonunun sürekli bip sesiyle uyandı. Soljacic, "Telefon, benim sorumluluğu üstlenmemi isteyerek durmadı" dedi. Yorgun ve kalkamayacak durumdayken, evde bir zamanlar telefonun kendi kendine şarj olmaya başlayacağını hayal etmeye başladı.

2012-2015 yılında. Washington Üniversitesi'ndeki mühendisler, Wi-Fi'nin taşınabilir cihazlara güç sağlamak ve cihazları şarj etmek için bir güç kaynağı olarak kullanılmasına izin veren bir teknoloji geliştirdiler. Teknoloji, Popular Science dergisi tarafından 2015'in en iyi yeniliklerinden biri olarak kabul edildi. Kablosuz teknolojinin her yerde bulunması kendisinde devrim yarattı. Ve şimdi, Washington Üniversitesi'ndeki geliştiricilerin (Power Over WiFi için) aradığı kablosuz enerji iletiminin sırası gelmişti.

Test aşamasında araştırmacılar, küçük kapasiteli lityum iyon ve nikel metal hidrit pilleri başarıyla şarj edebildiler. Bir Asus RT-AC68U yönlendirici ve ondan 8,5 metre uzaklıkta bulunan birkaç sensör kullanarak. Bu sensörler, bir elektromanyetik dalganın enerjisini, mikrodenetleyicilere ve sensör sistemlerine güç sağlamak için gerekli olan 1,8 ila 2,4 voltluk bir voltajla doğru akıma dönüştürür. Teknolojinin özelliği, bu durumda çalışma sinyalinin kalitesinin bozulmamasıdır. Yönlendiriciyi yeniden başlatmanız yeterlidir ve her zamanki gibi kullanabilir, ayrıca düşük güçlü cihazlara güç sağlayabilirsiniz. Gösterilerden birinde, yönlendiriciden 5 metreden daha uzakta bulunan küçük, düşük çözünürlüklü bir gizli güvenlik kamerası başarıyla çalıştırıldı. Ardından Jawbone Up24 fitness takipçisi %41 şarj oldu, 2,5 saat sürdü.

Bu süreçlerin ağ iletişim kanalının kalitesini neden olumsuz etkilemediği ile ilgili zor sorulara, geliştiriciler, yanıp sönen yönlendiricinin bilgi iletmekle meşgul olmayan kanallar aracılığıyla enerji paketleri göndermesi nedeniyle bunun mümkün olduğunu yanıtladı. Sessizlik dönemlerinde enerjinin sistemden dışarı aktığını ve aslında düşük güçlü cihazlara yönlendirilebileceğini keşfettiklerinde bu karara vardılar.

Araştırma sırasında altı eve PoWiFi sistemi yerleştirildi ve sakinlere interneti her zamanki gibi kullanmaları teklif edildi. Web sayfalarını yükleyin, video akışını izleyin ve ardından nelerin değiştiğini söyleyin. Sonuç olarak ağ performansının hiçbir şekilde değişmediği ortaya çıktı. Yani, İnternet her zamanki gibi çalıştı ve eklenen seçeneğin varlığı fark edilmedi. Ve bunlar, Wi-Fi üzerinden nispeten az güç toplandığında yalnızca ilk testlerdi.

Gelecekte, PoWiFi teknolojisi, ev aletlerine ve askeri teçhizata yerleştirilmiş sensörlere güç sağlamak, onları kablosuz olarak kontrol etmek ve uzaktan şarj / şarj etmek için hizmet edebilir.

İHA için enerji transferi önemlidir (büyük olasılıkla, zaten teknoloji veya taşıyıcı uçaktan):

Fikir oldukça cazip görünüyor. Bugünkü 20-30 dakikalık uçuş süresi yerine:
→
→

→ Intel, Lady Gaga'nın devre arası performansı sırasında bir drone gösterisi düzenledi
kablosuz teknolojileri kullanarak dronları şarj ederek 40-80 dakika kazanın.

Açıklamama izin ver:
-m / u dronlarının değişimi hala gereklidir (sürü algoritması);
-m / y dronlarının ve uçakların (uterus) değişimi de gereklidir (kontrol komutu, BZ'nin düzeltilmesi, yeniden hedefleme, ortadan kaldırma komutu, "dost ateşini" önleme, keşif bilgilerinin ve kullanım komutlarının aktarılması).

Sırada kim var?

Not: Tipik bir WiMAX baz istasyonu, yaklaşık olarak +43 dBm (20 W) güç yayarken, bir mobil istasyon tipik olarak +23 dBm (200 mW) ile iletir.

Bazı ülkelerde sıhhi konut alanındaki mobil iletişim baz istasyonlarının (900 ve 1800 MHz, tüm kaynaklardan toplam seviye) izin verilen radyasyon seviyeleri önemli ölçüde farklılık gösterir:
Ukrayna: 2.5 µW / cm². (Avrupa'daki en katı sıhhi standart)
Rusya, Macaristan: 10 µW / cm².
Moskova: 2.0 μW / cm². (norm 2009'un sonuna kadar vardı)
ABD, İskandinav ülkeleri: 100 µW / cm².

Rusya Federasyonu'ndaki telsiz telefon kullanıcıları için mobil telsiz telefonlardan (MRT) geçici olarak izin verilen seviye (VLU) 10 μW / cm² olarak tanımlanmıştır (Bölüm IV - Kara telsiz iletişiminin mobil istasyonları için hijyenik gereksinimler SanPiN 2.1.8 / 2.2.4.1190- 03).

Amerika Birleşik Devletleri'nde Federal İletişim Komisyonu (FCC), maksimum SAR düzeyi 1,6 W/kg olan hücresel cihazları onaylar (soğurulan radyasyon gücü 1 gram insan dokusuna atıfta bulunur).

Avrupa'da, İyonize Olmayan Radyasyondan Korunma Komisyonu'nun (ICNIRP) uluslararası direktifine göre, bir cep telefonunun SAR değeri 2 W / kg'ı geçmemelidir (emilen radyasyon gücü 10 gram insan dokusuna düşürülürken).

Daha yakın zamanlarda, Birleşik Krallık'ta 10 W / kg'lık güvenli bir SAR seviyesi kabul edildi. Aynı resim diğer ülkelerde yaklaşık olarak aynıydı. Standartta yer alan 1,6 W/kg maksimum SAR değeri, “sert” veya “yumuşak” bir sınır olarak bile sınıflandırılamaz. Hem Amerika Birleşik Devletleri'nde hem de Avrupa'da kabul edilen SAR değerini belirleme standartları (söz konusu cep telefonlarından gelen mikrodalga radyasyonunun tüm oranları, yalnızca termal etkiye, yani insan organlarının dokularının ısıtılmasıyla ilgili olana dayanmaktadır).

TAM KAOS.

Tıp henüz şu soruya net bir cevap vermedi: mobil / WiFi zararlı mı ve ne ölçüde? Peki ya mikrodalga teknolojileriyle elektriğin kablosuz iletimi?

Burada güç watt ve mil watt değil, zaten kW ...

Bağlantılar, kullanılan belgeler, fotoğraflar ve videolar:
"(RADYO ELEKTRONİK DERGİSİ!" N 12, 2007 (UZAYDAN ELEKTRİK - GÜNEŞ UZAY ELEKTRİK SANTRALLERİ, V. A. Banke)
"Mikrodalga elektroniği - uzay enerjisinde perspektifler" V. Banke, Ph.D.
www.nasa.gov
www. whdi.org
www.defense.gov
www.witricity.com
www.ru .pinterest.com
www. raytheon.com
www. ausairpower.net
www. wikipedia.org
www.slideshare.net
www.homes.cs.washington.edu
www.dailywireless.org
www.digimedia.ru
www. powercoup.by
www.researchgate.net
www. proelektro.info
www.youtube.com

Radyo mühendisliği alanındaki yabancı başarılara düzenli olarak bakarken, bazı kıt mikro devrelerde değil, kendi kendine montaj için oldukça uygun fiyatlı, kablosuz elektrik iletimi için iyi bir cihazla karşılaştım. İngilizce tam dokümantasyon bağlantıdan indirilebilir ve burada bazı devre çözümleri de dahil olmak üzere Rusça bir özet vereceğim.

Akım alıcı-verici bobinleri

Sinyal osilogramı

Kağıt, yalnızca voltaj ve güç bakımından farklılık gösteren birkaç benzer şematik diyagram sunar. Enerji "anteni" olarak küçük kalın tel bobinleri kullanırlar, transistörler sıradan güçlü alan etkili transistörlerdir, böylece tüm bunları kendiniz monte edebilirsiniz.

Sizi hemen uyaralım - burada enerjinin birçok metre üzerinden aktarılmasından bahsetmiyoruz, bu tür cihazlar, mesafenin birkaç santimetre olacağı diğer benzer cihazlar için daha uygundur. Ancak havada "uçan" güç 100 watt'a ulaşıyor!

Çalışma prensibi

Bir rezonans dönüştürücü genellikle LC devresinin rezonans frekansı tarafından belirlenen sabit bir çalışma frekansında çalışır. Devreye bir DC gerilimi uygulandığı anda transistörler kullanarak üretmeye başlar. 180 ° faz kayması olan bir tür multivibratör. Transistörler, paralel rezonans devresinin uçlarını dönüşümlü olarak toprağa bağlar, bu da bu devrenin periyodik olarak enerji ile yeniden şarj edilmesini ve ardından radyasyonunun uzaya yayılmasını sağlar.

pratik şemalar

Temel şema

Bitmiş verici-alıcı enerjinin fotoğrafı

Özetle, kablosuz güç iletiminin tüketici elektroniği, endüstriyel, askeri ve tıbbi ekipman alanında giderek daha fazla uygulandığını not ediyoruz. Kablosuz LAN ve Bluetooth gibi, kablosuz güç de popüler bir seçenek haline geliyor. Bu, güvenilmez düğmelerden, kablolardan, güç konektörlerinden kurtulmanızı sağlar. Başka bir uygulama alanı, özel gereksinimleri karşılaması gereken transformatörlerle ilgilidir - takviyeli veya çift yalıtımlı. Ve en önemlisi: elektrik güvenliği! Düşük güçlü birçok ev aletine 220 V kablolar, fişler ve prizler aracılığıyla değil, temassız bir yöntemle - basitçe istenen yüzeye hareket ettirilerek güç verilebilir.

Yaklaşık% 100 verimliliğe sahip telsiz elektrik iletmek için bir cihaz sunuyoruz. Gelecekte, ≈ %100 verimlilik değeri doğrulanacak ve elbette bu değeri deneysel cihazımızla gösteriyoruz.

Elektriğin kablosuz iletimi sorununun önemi şüphesizdir - doğal engellerin (nehirler, dağlar ve vadiler) üstesinden gelmek; yedek güç kaynağı, elektrikli ulaşım, ev ve endüstriyel cihazların kablosuz güç kaynağı sorunlarının bir dizi çözümü, vb. - tüm bunlar, adlandırılmış sorunun öğeleridir.

biraz tarih

İlk kez, elektriğin kablosuz iletimi sorunu geçen yüzyılın şafağında N. Tesla tarafından tespit edildi. Gösteri cihazı, bir anten - bir kapasitans ve bir tel bobini - bir endüktans içeren açık bir rezonans devresi tarafından elektromanyetik dalgaların radyasyon ve alım yöntemine dayanıyordu. Tesla'nın cihazının karakteristik göstergeleri şu şekildedir: verimlilik =% 4, iletim mesafesi - 42 km, kule anteninin maksimum boyutu - 60 m, dalga boyu - 2000 m. etkili değil.

Tesla'nın deneylerinden sonra, son yirminci yüzyılda, kablosuz elektrik iletimini kabul edilebilir bir verimlilikle gerçekleştirme girişimleri başarısız oldu.

İçinde bulunduğumuz on yılda raporlar, M. Solyachich liderliğindeki Masachusetts Teknoloji Üniversitesi'nde doğrudan veya dolaylı olarak rapor edilmektedir. Çalışmaları, rezonanslı düz indüktörler tarafından uygulanan elektrik iletimi yöntemi olan bir manyetik alan yardımıyla iyi bilinen indüksiyona dayanmaktadır. Bu yöntem, ideal olarak, anten bobinlerinin boyutlarıyla orantılı bir iletim mesafesi ile %50'lik bir verim sağlar. Gösteri cihazlarının karakteristik göstergeleri aşağıdaki gibidir: verimlilik ≈ %40, iletim mesafesi - 2 m, anten bobinlerinin boyutu - 0,6 m, dalga boyu - 30 m.

Enerjik olarak kapalı sistem

Bizim cihazımızda da Tesla'nın cihazında olduğu gibi enerjinin taşıyıcısı elektromanyetik dalgalardır, yani. iyi bilinen Poynting vektörü etkindir.

Aşağıdakiler teorik olarak doğrulanmış ve deneysel olarak doğrulanmıştır: kablosuz güç aktarım cihazının verici ve alıcı antenleri, kısmen Dünya'nın elektromanyetik alanının enerjisini içeren enerjik olarak kapalı bir sistem oluşturur; Bu sistemdeki Dünya'nın elektromanyetik alanının uyarılması (aktivasyonu) yoluyla, verici antenden alıcı antene ≈ %100 verimle elektrik aktarılır (Şekil 1).

İNCİR. 1

İNCİR. 2

Bu anteni kullanarak, çözümü elektriğin kablolar olmadan iletilmesini sağlayacak bir sorunu formüle etmek kolaydır:

1. Verici ve alıcı antenler, uzayın yerel (sınırlı) bir bölgesinde Dünya'nın elektromanyetik alanını harekete geçirmelidir (etkinleştirmelidir);

2. Dünyanın uyarılmış elektromanyetik alanı da uzayda yerel olmalı ve enerji tüketmemelidir (verici ve alıcı antenler arasında duran bir elektromanyetik dalga olmalıdır).

Bu sorunun çözümü, ünlü 5. önermesi - paralel çizgilerin önermesi ile Öklid geometrisinin uzaysal temsilleri temelinde oluşturulan antenlerle gerçekçi değildir. Okul ders kitaplarındaki bu varsayım şöyledir: verilen bir doğru üzerinde olmayan bir noktadan, verilen bir doğruya paralel sadece bir doğru çizilebilir.

incir. 3

Bu postülanın ünlüsü, 1. Sanattan başlayarak. 2000 yıl boyunca dünyanın en iyi beyinleri bunu bir teorem olarak kanıtlamak için başarısız oldular. Ve böylece 1826'da Rus Lobachevsky, Öklid'in geometrisinin 5. önermesinin aslında onun olumsuzlaması ile formüle edildiği geometrisinin temellerini özetledi: bu doğrunun üzerinde olmayan bir noktadan, verilene paralel en az iki düz çizgi çizebilirsiniz.

incir. 4

Ve bu postüla bizim uzamsal kavramlarımızla pek tutarlı olmasa da, Lobachevsky'nin geometrisi tutarlıdır ve son zamanlarda fizikçilere düzenli olarak hizmet etmektedir. Örneğin, Lobachevsky'nin geometrisi, mekanik iletim hatlarındaki titreşimlerden, canlı bir hücrenin zarındaki temel parçacıkların ve süreçlerin etkileşimine kadar çok sayıda olgunun tanımlanmasında rol oynar.

sözde küre

Doğru, 1863'e kadar, neredeyse 40 yıl boyunca, Lobachevsky'nin geometrisi gerçeklikle ilgisi olmayan bir şey olarak algılandı. Ancak, 1863'te İtalyan matematikçi Beltrami, Lobachevsky'nin geometrisinin düzleminin tüm özelliklerinin, özellikleri bir küreninkilerle aynı veya zıt olan bir geometrik cisim olan bir yalancı kürenin yüzeyinde gerçekleştiğini belirledi. İNCİR. 5, bir psödoküreyi gösterir ve ŞEK. 6 onun generatrix'i asimptot X'X olan bir traktiktir. Sahte kürenin ve kürenin büyük dairelerinin (paralellerinin) yarıçapları eşitse, yüzeylerinin hacimleri ve alanları nicel olarak karşılaştırılabilir.

incir. 5

incir. 6

Cihazımızın antenlerinin yapıldığı yarım küre şeklindedir; Aşağıdaki özelliklere sahip bir cihazı gösteriyoruz: verimlilik = %100, iletim mesafesi - 1,8 m, maksimum anten bobini boyutu - 0,2 m, dalga boyu - 500 m, topraklama isteğe bağlıdır.

Burada, gösteri cihazının yukarıdaki özelliklerinin toplamının, klasik elektrodinamiğin - radyo mühendisliğinin temelleriyle çeliştiği belirtilmelidir.

Yarı-sözde küre antenlerin hangi özellikleri, cihazımızın bu tür özelliklerini sağlar?

Sahte kürenin bir düzineden fazla olağanüstü özelliği arasında, her şeyden önce aşağıdakiler dikkati hak ediyor:

Uzayda sonsuz uzayan bir yalancı kürenin gövdesi sonlu bir hacme ve sonlu bir yüzey alanına sahiptir.

Yarı-psödosfer antenlerinin sonlu, uzayda sınırlı, enerjik olarak kapalı bir sistem oluşturmak için kullanılmasına izin veren yalancı kürenin bu özelliğidir; bu, enerjinin verimlilik = %100'den aktarılması için bir ön koşuldur.

Cihazımızda çözülen ikinci temel problem, bahsedilen enerjisel olarak kapalı sistemi dolduran ortamla ilgilidir. Sonuç olarak, yalnızca meyveleri lazerler ve ustalar olan kuantum elektrodinamiğinde aktif olarak kabul edilen ortamdır. Aksine, klasik elektrodinamikte ortam, pasif nesneleri ifade eder; zayıflama, yayılma sırasında elektromanyetik enerji kaybı ile ilişkilidir.

İnanılmaz, ama doğru, cihazımızda Dünya'nın elektrik ve manyetik alanlarının aktivasyonu var. Bu alanlar, bahsedilen enerjisel olarak kapalı sistemi doldurdukları için cihazımızda çevrenin nesneleridir. Bu ortamın aktivasyonu aynı zamanda yalancı kürenin özelliklerinin bir sonucudur.

Sonuç olarak, matematikçilerin dediği gibi, yalancı kürenin yüzeyindeki tüm noktalar hiperbolik, uzayda süreksizdir. Cihazımızın yarı-psödosfer antenleri ile ilgili olarak, bu, yarı-psödosfer antenlerinin bobinlerinin sarım telinin her noktasında elektrik ve manyetik alanların nicemlenmesine, süreksizliklere eşdeğerdir. Bu, elektromanyetik rahatsızlıklara yol açar - uzunluğu yarım psödosfer antenlerinin bobinlerinin sargı telinin çapı ile orantılı olan dalgalar, yani. pratikte, bu tür dalgaların uzunluğu 1 mm veya daha azdır. Teori ve pratikte kanıtlandığı gibi, bu tür elektromanyetik dalgalar, hava moleküllerinin polarizasyonu yoluyla veya doğrudan Dünya'nın elektromanyetik alanını etkinleştirebilir ve böylece cihazımızdaki iletim yolundaki elektromanyetik enerji kaybını telafi edebilir. Bu aynı zamanda verim = %100'ü açıklamak için de gereklidir.

Ayrıca, enerji dönüşüm katsayısı (KPI) %400'den fazla olan bir aşırı elektromanyetik enerji üreticisi ilan ettik; onlar. bilinen ısı pompalarının KPI'ları ile karşılaştırılabilir.

Ve cihazımızda çözülen son, üçüncü görev hakkında.

Enerjinin uzayda yalnızca hareket eden bir elektromanyetik dalga, elektrik ve manyetik alanların aynı fazda olduğu bir dalga tarafından taşındığı iyi bilinmektedir. Bu koşul, 500 m dalga boyunda 1.8 m mesafede gerçekleştirilemez, ancak düz veya eğri bir iletken boyunca ilerleyen bir elektromanyetik dalganın hızının yavaşladığı, serbest durumdaki hıza göre azaldığı da iyi bilinmektedir. Uzay; dalga boyu da azalır. Bu etki, sözde yavaş dalga sistemlerinde elektrik radyo mühendisliğinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu sistemlerdeki dalga boyu azalması, düz telli bir birimin onda birinden, kıvrımlı (spiral) telli 30 birime kadar değişir.

Cihazımızda kısa mesafelerde ilerleyen bir dalga oluşturmamızı sağlayan yavaşlama, dalga boyunu azaltma etkisidir.

Gerçekten de, gösteri cihazımızın dalga boyu yukarıda belirtilen uzunluğa indirgenmiştir. , cihazımızda çalışan, enerji taşıyan bir elektromanyetik dalga oluşturan. Bu durumda dalga indirgeme faktörü birimler. Dalga boyundaki bu kadar büyük bir azalma, cihazımızın elektrik vericisini ve alıcısını topraklamadan bile etkili bir şekilde çalıştığı deneysel gerçeği de açıklamaktadır.

Sahte kürenin bir başka şaşırtıcı özelliği, cihazımızın çalışmasıyla ilgilidir:

yalancı kürenin hacmi kürenin hacminin yarısına eşitken, yüzeylerinin alanları eşittir.

Bu özellikten, kendi yüzey alanı ile sınırlı olan kürenin hacminin, iki birleşik uygun yüzey alanı ve söz konusu kürenin üçüncü alanı ile sınırlanan iki hacim psödoküre içerdiğini takip eder. Bu, Dünya'nın elektrik ve manyetik alanlarıyla dolu, her biri alanlarla sınırlı olan ve dünyanın elektrik ve manyetik alanlarının yarısını içeren iki psödoküre hacmiyle dolu Dünya çevresindeki kürenin hacmini temsil etmemizi sağlar. Dünya (Şek. 7). Bu gerçek ve cihazımızın dünyanın sadece bir tarafında kaçınılmaz olduğu gerçeği göz önüne alındığında, cihazımızın antenlerinin Dünya'nın elektrik ve manyetik alanlarının sadece yarısından etkileştiği ileri sürülmektedir. Aynı zamanda, bu alanların ikinci yarısının etkin olmadığı varsayılmamalıdır. Aşağıdakiler buna ikna edicidir.

incir. 7

Fizik yasalarının çoğunun, zamanın alakasız (mutlak), uzayın izotropik olduğu, elektromanyetik dalgaların (ışık) doğrusal hareket hızının mutlak olduğu, eylemsiz referans çerçeveleri için formüle edildiğini hatırlayın. Atalet referans sistemleri çerçevesinde, serbest uzayda, hareket eden bir elektromanyetik dalga yansıtıldığında, ayrı duran bir elektrik dalgasının ve ayrı duran bir manyetik dalganın ayırt edildiği duran bir dalganın oluştuğu iyi bilinmektedir. Yürüyen dalganın uzunluğu eşit olduğunda, duran elektrik ve manyetik dalgaların uzunlukları, ilerleyen dalganın uzunluğunun yarısına eşittir, yani. ... Bu duran dalgaların periyodunun ilerleyen dalganın periyoduna eşit olması da önemlidir, yani. Duran dalganın periyodu, doğrudan ve yansıyan yarı dalgaların iki yarı periyodunun toplamından oluştuğu için.

Bir niceliği deneysel olarak belirlemek yerine, Dünya'daki bir günün uzunluğunu belirlemenin doğruluğuna bağlı bir doğrulukla hesaplama gerçeği, fizikteki bir dizi probleme tamamen yeni bir bakış açısı sağlar.