Elektriğin kablosuz iletim yolları. Tesla teorisine göre elektriğin kablosuz iletimi

Elektrik tellerinden arındırılmış, soyut bir yöntemle çalışan ev aletleri, mucitlerin zihinlerini ilk kez heyecanlandırmadı. Ancak şimdi uzmanlar seri elektrikli süpürgelere, zemin lambalarına, TV'lere, arabalara, implantlara, mobil robotlara ve dizüstü bilgisayarlara kablosuz bir kaynaktan verimli ve güvenli bir şekilde akım almayı öğretmeye geldi.

Son zamanlarda, Marin Soljačic liderliğindeki Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nden (MIT) bir bilim adamları ekibi, kablosuz elektrik teknolojisini bir laboratuvar "numarasından" tekrarlanabilir bir teknolojiye dönüştürmek için bir adım daha attı. Beklenmedik bir şekilde, iletim verimliliğini artıracak bir etki keşfettiler. Ancak yeni deneyden bahsetmeden önce, bir ara vermekte fayda var.

Bu durumda, birkaç megahertzlik yüksek bir frekansta salınan bir enerji taşıyıcısı olarak yakın bir manyetik alan kullanılır. Transfer için, aynı rezonans frekansına ayarlanmış iki manyetik bobin gereklidir. Bilim adamları, aralarındaki enerji transferini, kesin olarak tanımlanmış bir frekansta bir sesi “duyduğunda” rezonans eden bir cam kadehin yok edilmesiyle karşılaştırırlar.

İdealleştirilmiş (bu şekilde) manyetik bobinler (sarı), alanları (kırmızı ve mavi) ile çevrilidir, birbirlerine bobinlerin boyutlarından çok daha büyük olan D mesafesinde enerji iletirler. Bu bilim adamları, rezonans manyetik kuplaj (veya kuplaj) - Rezonans Manyetik Kuplaj (illüstrasyon WiTricity) derler.

Bobinlerin etkileşimi sonucunda "Kablosuz elektrik" (WiTricity) olarak adlandırılan şey elde edilir. Bu arada, bu kelime Solyachich ve MIT'den bir dizi meslektaşı tarafından kurulan aynı adı taşıyan şirkete ait bir ticari markadır. Şirket, bu terimin yalnızca kendi teknolojisi ve buna dayalı ürünler için geçerli olduğunu belirtir. Büyük bir istek, genel olarak kablosuz güç iletimi ile eşanlamlı olarak "beyazlık" kullanmamaktır.

Mucitler ayrıca WiTricity'yi elektromanyetik dalgalar yoluyla enerji iletimi ile karıştırmamayı da istiyorlar: yeni yöntemin "ışıma yapmayan" olduğunu söylüyorlar.

Ve yaratıcılar tarafından belirtilen birkaç önemli "değil". WiTricity, sargıları birkaç metre ile ayrılmış bir transformatörün analogu değildir (bu durumda ikincisi çalışmayı durdurur). Bu geliştirilmiş bir elektrikli diş fırçası değildir: elektrik teması olmadan şarj olabilmesine rağmen, verici ve alıcı endüktif bobinleri bir milimetre mesafeye yaklaştırmak için yine de bir "yerleştirme istasyonuna" yerleştirilmesi gerekir. Whitecity, WiTricity sisteminde çalışan titreşimli manyetik alan bir kişiyi etkilemediğinden, canlı bir nesneyi kızartabilen bir mikrodalga fırın değildir. Son olarak, "Kablosuz Elektrik", Tesla'nın büyük mucidin uzun mesafelerde enerji iletimini göstermek için yola çıktığı "gizemli ve korkunç" Wardenclyffe Kulesi bile değildir.

WiTricity yöntemini kullanarak, kaynaktan iki metreden daha uzakta bulunan 60 watt'lık bir ampule kablosuz enerji iletimi üzerine ilk deney, 2007 yılında Marin ve meslektaşları tarafından gerçekleştirildi. Verimlilik düşüktü - yaklaşık% 40, ancak o zaman bile mucitler somut bir yenilik artısı - güvenliğe işaret ettiler.

Sistemde kullanılan alan, manyetik rezonans görüntüleyicinin çekirdeğinde hüküm süren alandan 10 bin kat daha zayıf. Dolayısıyla ne canlı organizmalar, ne tıbbi implantlar, ne kalp pilleri ve bu türden diğer hassas cihazlar ne de tüketici elektroniği bu alanın etkisini hissedemez.

WiTricity'nin ana yazarları Marin Soliachich (solda), Aristeidis Karalis ve John Joannopoulos'tur. Sağda: WiTricity şematik diyagramı. İletim bobini (solda) prize takılıdır. Resepsiyon - tüketiciye bağlı. İlk bobinin (mavi) manyetik alan çizgileri, nispeten küçük iletken engellerin etrafında bükülebilir (ve ahşabı, kumaşı, camı, betonu veya bir kişiyi hiç fark etmez), enerjiyi (sarı çizgiler) alıcıya başarıyla aktarır. halka (fotoğraf MIT / Donna Coveney, WiTricity çizimi).

Şimdi Solyachich ve ortakları, WiTricity sisteminin verimliliğinin yalnızca bobinlerin boyutu, geometrisi ve ayarının yanı sıra aralarındaki mesafeden değil, aynı zamanda tüketici sayısından da etkilendiğini keşfettiler. Paradoksal olarak, ilk bakışta, ancak, verici "antenin" her iki tarafında 1,6 ila 2,7 metre mesafede bulunan iki alıcı cihaz, iletişimin yalnızca bir kaynak ile tüketici arasında gerçekleştirilmesine göre %10 daha iyi verimlilik gösterdi. önceki deneylerde olduğu gibi.

Ayrıca, verici-alıcı çiftleri için ayrı ayrı verimlilik ne olursa olsun gelişme izlendi. Bilim adamları, yeni tüketicilerin daha da eklenmesiyle verimliliğin daha da artacağını, ancak ne kadar olduğu henüz netleşmediğini öne sürdüler. (Deneyin detayları Applied Physics Letters'da açıklanmıştır.)

Yeni deneydeki verici bobin 1 metrekarelik bir alana sahipti ve alıcılar - her biri sadece 0.07 m2. Ve bu da ilginç: önceki deneylerdeki "alıcıların" hantallığı, ekipman üreticilerinin ekipmanlarını bu tür sistemlerle tedarik etme arzusunu sorguladı - WiTricity bloğunun boyutuyla karşılaştırılabilir olan kendi kendini şarj eden bir dizüstü bilgisayarı pek sevmezsiniz bilgisayarın kendisine.

Sol: 1 - özel bir devre, sıradan alternatif akımı yüksek frekansa dönüştürür, salınımlı bir manyetik alan oluşturan verici bobine güç verir. 2 - Tüketici cihazındaki alıcı bobin aynı frekansa ayarlanmalıdır. 3 - bobinler arasındaki rezonans bağlantısı, manyetik alanı tekrar ampule güç veren bir elektrik akımına dönüştürür.
Sağ: Sistemin yazarlarına göre, tavandaki tek bir bobin, bir odadaki birkaç ışık ve TV'den bir dizüstü bilgisayar ve bir DVD oynatıcıya kadar tüm cihaz ve cihazlara güç sağlayabilir (WiTricity çizimi).

Ancak asıl mesele, birkaç tüketiciyle çalışırken genel verimliliği artırmanın etkisinin, Solyachich'in mavi rüyası için yeşil bir sokak anlamına gelmesidir - tavanlara veya duvarlara gizlenmiş görünmez "ışın yapmayan yayıcılar" tarafından desteklenen çeşitli cihazlarla dolu bir ev. oda sayısı.

Ya da belki sadece odalarda değil, garajda da? Tabii ki, bir elektrikli arabayı her zamanki gibi şarj edebilirsiniz. Ancak WiTricity'nin güzelliği, herhangi bir yere hiçbir şey bağlamanıza ve hatta bunu hatırlamanıza gerek olmamasıdır - teorik olarak, arabaya garaja (veya şirketin otoparkına) vardığında sistemin kendisine bir "istek" göndermesi öğretilebilir. ve pili zemine yerleştirilmiş manyetik bir bobinden şarj edin.

Bu arada, bazı deneylerde, WiTricity uzmanları iletim gücünü üç kilowatt'a çıkardı (ve hatırlıyoruz, 60 watt'lık bir ampulle başladılar). Verimlilik, bir dizi parametreye bağlı olarak değişir, ancak şirkete göre, yeterince yakın bobinlerle% 95'i geçebilir.

Kablolar olmadan birkaç metre elektrik iletmenin umut verici bir yönteminin ve bazı "güç ışınlarını" hedefleme ihtiyacının çok çeşitli şirketlerin ilgisini çekmesi gerektiğini tahmin etmek kolaydır. Bazıları zaten bu yönde kendi başlarına çalışıyor.

Örneğin, Solyachich ve meslektaşları tarafından doğrulanan ve test edilen ilkelere dayalı olarak, Intel şimdi kendi rezonans güç iletimi modifikasyonunu geliştiriyor - Wireless Resonant Energy Link (WREL). 2008 yılında şirket, bu alanda %75 verimlilikle akımın "manyetik" iletimini gösteren mükemmel bir sonuç elde etti.

Gücü (ses sinyaliyle birlikte) bir MP3 çalardan küçük bir hoparlöre kablosuz olarak ileten deneysel Intel WREL kurulumlarından biri (gizmodo.com'dan fotoğraf).

Sony şimdi, Massachusetts Institute of Technology'den fizikçilerin deneylerini yeniden üreten kendi deneylerini yapıyor.

Ancak Solyachich, inovasyonunun rakiplerinin ürünleri arasında kaybolmayacağından emin. Ne de olsa, onunla en çok darbe alan ve derinlemesine incelemeye ve geliştirmeye hazır olan teknolojinin kaşifleriydi. Örneğin, bir çift bobini bile kurmak, yüzeysel bir bakışta göründüğü kadar kolay değildir. Bilim adamı, gerçekten güvenilir bir şekilde çalışan bir sistem kurmadan önce birkaç yıl üst üste laboratuvarda deneyler yaptı.

İlk prototip WiTricity ev kiti tarafından desteklenen bir LCD ekranın demosu. Verici bobin yerde, alıcı bobin masanın üzerindedir (fotoğraf WiTricity tarafından).

Yazarlarına göre "kablosuz elektrik", orijinal olarak bir OEM ürünü olarak tasarlandı. Bu nedenle, gelecekte bu teknolojinin diğer şirketlerin ürünlerinde görünmesini bekleyebiliriz.

Ve potansiyel tüketicilere yönelik bir deneme balonu zaten başlatıldı. Ocak ayında Las Vegas'ta düzenlenen CES 2010'da Çinli şirket Haier, dünyanın ilk tamamen kablosuz HDTV TV'sini tanıttı. Ekranında, yalnızca oynatıcıdan gelen video sinyali hava yoluyla iletilmedi (bunun için resmi olarak sadece bir ay önce doğan Kablosuz Ev Dijital Arabirim standardı kullanıldı), aynı zamanda güç kaynağı da kullanıldı. İkincisi, tam olarak WiTricity teknolojisi tarafından sağlandı.

Ve Solyachich'in şirketi, masalara ve dolap duvarlarına bobin yerleştirme konusunda mobilya üreticileriyle görüşüyor. WiTricity ortağından ilk seri ürün duyurusunun 2010'un sonunda yapılması bekleniyor.

Genel olarak, uzmanlar, yerleşik WiTricity alıcısına sahip yeni ürünler olan gerçek en çok satanlar pazarındaki görünümü tahmin ediyor. Üstelik bunların ne tür şeyler olacağını henüz kimse kesin olarak söyleyemez.

Haier, dünyanın en büyük tüketici elektroniği üreticilerinden biridir. Mühendislerinin, kablosuz HDTV sinyal iletimi ve kablosuz güç kaynağının en son teknolojilerini birleştirme fırsatıyla ilgilenmesi ve hatta böyle bir cihazı hareket halinde gösteren ilk kişi olmayı başarması şaşırtıcı değil (fotoğraflar engadget.com, gizmodo.com). ).

İlginç bir şekilde, WiTricity'nin tarihi birkaç yıl önce Marina'nın bir dizi can sıkıcı canlandırmasıyla başladı. Ay boyunca birkaç kez, boş bir telefonun "yemek yemesini" isteyen sinyaliyle uyandı. Zamanında cep telefonunu prize takmayı unutan bilim insanı şaşırdı: Telefonun elektrik şebekesinden birkaç metre uzakta bulunmasına rağmen bu enerjiyi alamaması komik değil mi? Sabah saat üçte tekrar uyandıktan sonra Solyachich şöyle düşündü: Telefon kendi şarjını kendi halledebilseydi harika olurdu.

Cep cihazlarını şarj etmek için yeni bir "halı" versiyonundan bahsetmediğimizi unutmayın. Bu tür sistemler, yalnızca cihaz doğrudan "halı" üzerine konulursa çalışır ve bu, unutkan insanlar için kabloları bir prize takmaktan daha iyi değildir. Hayır, telefonun odanın herhangi bir yerinde, hatta dairede elektrik alması gerekiyordu ve masaya, kanepeye veya pencere pervazına atmış olmanız önemli değil.

Geleneksel elektromanyetik indüksiyon, yönlendirilmiş mikrodalga ışınları ve "temkinli" kızılötesi lazerler burada hiçbir işe yaramazdı. Marin, başka seçenekler aramaya koyuldu. Bir süre sonra bip sesi ve "aç" telefonun kendisini kendi şirketini kurmaya ve "manşetlere yol açabilecek" ve daha da önemlisi endüstriyel ortakları ilgilendiren teknolojinin ortaya çıkmasına yol açacağını düşünmemişti.

Şirketin yönetici direktörü Eric Giler'in bir zamanlar WiTricity'nin ilkeleri, tarihi ve geleceği hakkında ayrıntılı olarak konuştuğunu ekliyoruz.

Bu, neredeyse 2,5 cm'lik bir mesafede herhangi bir kablo olmadan bir ampulü çalıştırabilen basit bir devredir! Bu devre hem yükseltici voltaj dönüştürücü hem de kablosuz güç vericisi ve alıcısı olarak işlev görür. Yapması çok basittir ve geliştirilirse çeşitli şekillerde kullanılabilir. O halde başlayalım!

Adım 1. Gerekli malzemeler ve araçlar.

1. NPN transistör. 2N3904 kullandım, ancak herhangi bir NPN transistörünü kullanabilirsiniz, örneğin BC337, BC547, vb. (Herhangi bir PNP transistörü çalışacaktır, sadece bağlantıların polaritesini gözlemleyin.)
2. Sarmal veya yalıtımlı tel. Yaklaşık 3-4 metre tel yeterli olacaktır (sargı telleri, sadece çok ince emaye izolasyonlu bakır teller). Transformatörler, hoparlörler, motorlar, röleler vb. gibi çoğu elektronik cihazdan gelen teller çalışacaktır.
3. 1 kOhm dirençli direnç. Bu direnç, aşırı yük veya aşırı ısınma durumunda transistörü yanmaktan korumak için kullanılacaktır. 4-5 kΩ'a kadar daha yüksek direnç değerleri kullanabilirsiniz. Direnç kullanmak gereksizdir, ancak pilin daha hızlı bitme riski vardır.
4. Işık yayan diyot. 2 mm ultra parlak beyaz LED kullandım. Herhangi bir LED'i kullanabilirsiniz. Aslında burada ledin amacı sadece devrenin işlevselliğini göstermektir.
5. Pil boyutu AA 1,5 volt. (Transistöre zarar vermek istemediğiniz sürece yüksek voltajlı piller kullanmayın.)

Gerekli araçlar:

1) Makas veya bıçak.

2) Havya (Opsiyonel). Havyanız yoksa, telleri kolayca bükebilirsiniz. Bunu havyam olmadığında yaptım. Lehimsiz bir devre denemek istiyorsanız, bu açığız.

3) Çakmak (Opsiyonel). Teldeki yalıtımı yakmak için bir çakmak kullanacağız ve ardından kalan yalıtımı sıyırmak için makas veya bıçak kullanacağız.

2. Adım: Nasıl yapıldığını görmek için videoyu izleyin

Adım 3: Tüm adımların kısa bir incelemesi.

Yani ilk önce telleri alıp dairesel silindirik bir cismin etrafına 30 tur sararak bir bobin yapmalısınız. Bu bobine A diyelim. Aynı yuvarlak nesne ile ikinci bobini yapmaya başlayın. 15. dönüşü sardıktan sonra, telden bir halka oluşturun ve ardından makaranın etrafına 15 tur daha sarın. Yani şimdi iki ucu ve bir dalı olan bir bobininiz var. Bu bobine B diyelim. Kendi başlarına gevşememeleri için tellerin uçlarına düğüm atın. İzolasyonu tellerin uçlarında ve her iki bobin üzerindeki dalda yakınız. Yalıtımı soymak için makas veya bıçak da kullanabilirsiniz. Her iki bobinin çaplarının ve dönüş sayısının eşit olduğundan emin olun!

Bir verici oluşturun: Bir transistör alın ve düz tarafı yukarı ve size bakacak şekilde yerleştirin. Soldaki kontak emitöre, ortadaki kontak baza, sağdaki kontak ise kollektöre bağlanacaktır. Bir direnç alın ve uçlarından birini transistörün tabanına bağlayın. Direncin diğer ucunu alın ve B bobininin bir ucuna (dalına değil) bağlayın. B bobininin diğer ucunu alın ve transistörün kolektörüne bağlayın. Dilerseniz transistörün emitörüne küçük bir tel parçası bağlayabilirsiniz.(Bu, emitörün bir uzantısı olarak çalışacaktır.)

Alıcıyı kurun. Bir alıcı oluşturmak için A bobinini alın ve uçları LED'inizin farklı pinlerine takın.

Devreyi kurdunuz!

Adım 4: şematik diyagram.

Burada bağlantımızın şematik bir diyagramını görüyoruz. Diyagramdaki sembollerden herhangi birini bilmiyorsanız endişelenmeyin. Aşağıdaki resimler her şeyi göstermektedir.

Adım 5. Devre bağlantılarının çizimi.

Burada devremizin bağlantılarının açıklayıcı bir çizimini görüyoruz.

Adım 6. Şemayı kullanma.

B bobininin bir dalını alın ve akünün artı ucuna takın. Akünün eksi kutbunu transistörün emitörüne bağlayın. Şimdi, LED bobinini bobin B'ye yaklaştırırsanız, LED yanacaktır!

Adım 7. Bu, bilimsel olarak nasıl açıklanır?

(Bu fenomenin bilimini basit kelimeler ve analojilerle açıklamaya çalışacağım ve yanılıyor olabileceğimi biliyorum. Devreyi açıklamak için analojiler).

Az önce oluşturduğumuz verici devresi Osilatör devresidir. Joule Hırsızı devresini duymuş olabilirsiniz ve bu nedenle oluşturduğumuz devreye çarpıcı bir benzerlik gösteriyor. Joule Hırsızı devresi 1,5 Voltluk bir pilden güç alır, gücü daha yüksek bir voltajda verir, ancak arada binlerce aralık vardır. LED'in yanması için 3 voltluk yeterli voltajı vardır, ancak bu devrede 1,5 voltluk bir pil ile yanabilir. Bu nedenle joule hırsız devresi bir voltaj yükseltici dönüştürücü ve ayrıca bir yayıcı olarak bilinir. Oluşturduğumuz devre aynı zamanda bir emitör ve bir voltaj yükseltici dönüştürücüdür. Ancak şu soru ortaya çıkabilir: "Uzaktan bir LED nasıl yakılır?" Bu indüksiyondan kaynaklanmaktadır. Bunun için örneğin bir transformatör kullanabilirsiniz. Standart bir transformatörün her iki tarafında bir çekirdeğe sahiptir. Transformatörün her iki tarafındaki telin eşit büyüklükte olduğunu varsayalım. Bir bobinden bir elektrik akımı geçtiğinde, transformatör bobinleri elektromıknatıs haline gelir. Bobinden alternatif bir akım geçerse, voltaj dalgalanmaları sinüzoidal bir şekilde meydana gelir. Bu nedenle, bobinden alternatif bir akım geçtiğinde, tel bir elektromıknatısın özelliklerini alır ve voltaj düştüğünde tekrar elektromanyetizma kaybeder. Tel bobin bir elektromıknatıs haline gelir ve ardından mıknatıs ikinci bobinden hareket ettikçe aynı hızda elektromanyetik özelliklerini kaybeder. Mıknatıs bir tel bobin içinde hızla hareket ettiğinde, elektrik üretilir, bu nedenle transformatör üzerindeki bir bobinin salınım voltajı, diğer tel bobininde elektriği indükler ve elektrik bir bobinden diğerine teller olmadan aktarılır. Devremizde bobinin çekirdeği havadır ve birinci bobinden AC gerilim geçirilerek ikinci bobinde gerilim oluşur ve ampuller yanar!!

Adım 8. İyileştirme için faydalar ve ipuçları.

Yani devremizde, devrenin etkisini göstermek için sadece bir LED kullandık. Ama daha fazlasını yapabilirdik! Alıcı devresi elektriğini AC'den alır, böylece floresan lambaları yakmak için kullanabiliriz! Devremizi ilginç numaralar, eğlenceli hediyeler vb. yapmak için de kullanabiliriz. Sonuçları en üst düzeye çıkarmak için makaraların çapını ve makaralardaki devir sayısını deneyebilirsiniz. Ayrıca bobinleri düzleştirmeyi deneyebilir ve ne olduğunu görebilirsiniz! İmkanlar sonsuzdur !!

Adım 9. Devrenin çalışmamasının nedenleri.

Hangi sorunlarla karşılaşabilirsiniz ve bunları nasıl düzeltebilirsiniz:

1. Transistör çok ısınıyor!

Çözüm: Doğru parametrelere sahip bir direnç kullandınız mı? Direnci ilk kez kullanmadım ve transistör sigara içmeye başladı. Bu işe yaramazsa, ısıyla büzüşmeyi deneyin veya daha yüksek dereceli bir transistör kullanın.

1. LED kapalı!

Çözüm: Birçok sebep olabilir. İlk önce, tüm bağlantıları kontrol edin. Bağlantımdaki taban ve manifoldu yanlışlıkla değiştirdim ve bu benim için büyük bir sorun haline geldi. Bu nedenle, önce tüm bağlantıları kontrol edin. Multimetre gibi bir enstrümanınız varsa, tüm bağlantıları kontrol etmek için kullanabilirsiniz. Ayrıca her iki bobinin de aynı çapta olduğundan emin olun. Ağınızda kısa devre olup olmadığını kontrol edin.

Diğer problemlerin farkında değilim. Ama onlara rastlarsan bana haber ver! Elimden geldiğince yardımcı olmaya çalışacağım. Ayrıca okulun 9. sınıf öğrencisiyim ve ilmi bilgim son derece sınırlı, bu yüzden bende hata bulursanız lütfen bana bildirin. İyileştirme önerileri memnuniyetle karşılanmaktadır. Projenizde iyi şanslar!

Tüketimin Ekolojisi.Teknoloji: Disney Amerikan Araştırma Laboratuvarı'ndaki (Disney Research) bilim adamları, kabloları ve şarj cihazlarını gereksiz kılan bir kablosuz şarj yöntemi geliştirdiler.

Günümüzün akıllı telefonları, tabletleri, dizüstü bilgisayarları ve diğer taşınabilir cihazları muazzam bir güç ve performansa sahiptir. Ancak, mobil elektroniğin tüm avantajlarına ek olarak, bir dezavantajı da vardır - kablolarla sürekli şarj etme ihtiyacı. Tüm yeni pil teknolojilerine rağmen bu ihtiyaç cihazların rahatlığını azaltmakta ve hareketlerini sınırlandırmaktadır.

Amerikan Disney Araştırma Laboratuvarı'ndaki bilim adamları bu soruna bir çözüm buldular. Kabloları ve şarj cihazlarını gereksiz kılan bir kablosuz şarj yöntemi geliştirdiler. Ayrıca, yöntemleri yalnızca gadget'ları değil, aynı zamanda örneğin ev aletlerini ve aydınlatmayı da aynı anda şarj etmenize olanak tanır.

Laboratuvarın eş direktörü ve baş bilim adamı Alencon Sample, “Yenilikçi yöntemimiz elektrik akımını Wi-Fi kadar yaygın hale getiriyor” diyor. “Daha önce pil kapasitesiyle sınırlı olan robotik alanında daha fazla gelişmenin yolunu açıyor. Şimdiye kadar kurulumun küçük bir odada nasıl çalıştığını gösterdik, ancak kapasitesini bir depo boyutuna yükseltmenin önünde hiçbir engel yok."

Elektriğin kablosuz iletim sistemi, 1890'larda ünlü bilim adamı Nikola Tesla tarafından geliştirildi, ancak buluş toplu dağıtım almadı. Günümüzün kablosuz akım iletim sistemleri öncelikle son derece sınırlı alanlarda çalışır.

Yarı statik boşluk rezonansı (QSCR) olarak adlandırılan yöntem, bir odanın duvarlarına, zeminine ve tavanına akım enjekte etmeyi içerir. Onlar da, şarj edilecek cihaza bağlı olan ve bobini içeren alıcıya etki eden manyetik alanlar üretirler. Bu şekilde üretilen elektrik, daha önce diğer alanların etkisini dışlayan kapasitörlerden geçerek aküye aktarılır.

Testler, bu şekilde geleneksel bir elektrik şebekesi üzerinden 1,9 kilowatt'a kadar gücün iletilebileceğini göstermiştir. Bu enerji aynı anda 320 akıllı telefonu şarj etmek için yeterli. Üstelik bilim adamlarına göre bu teknoloji pahalı değil ve ticari üretimi kolaylıkla kurulabiliyor.

Testler, alüminyum yapılardan özel olarak oluşturulmuş 5'e 5 metrelik bir odada gerçekleştirildi. Örnek, gelecekte metal duvarların gerekli olmayabileceğini vurguladı. İletken paneller veya özel boya kullanılabilir.

Geliştiriciler, enerjiyi hava yoluyla iletme yöntemlerinin insan sağlığı ve diğer canlılar için herhangi bir tehdit oluşturmadığını garanti eder. Güvenlikleri, potansiyel olarak tehlikeli elektrik alanları için yalıtkan görevi gören ayrı kapasitörler tarafından sağlanır. yayınlanan

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 kısa 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 bunlar kendi başınıza monte edilebilir.

Sizi hemen uyaralım - burada enerjinin birçok metre üzerinden iletilmesinden 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 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.

Apple, cep telefonları ve cihazlar için ilk kablosuz şarj cihazını piyasaya sunduğunda, çoğu kişi bunu bir devrim ve kablosuz güç aktarımında büyük bir atılım olarak gördü.

Ama öncüler miydiler, hatta onlardan önce, uygun pazarlama ve halkla ilişkiler olmadan da birileri benzer bir şey yapmayı başardı mı? Üstelik çok uzun zaman önce olduğu ortaya çıktı ve bu tür birçok mucit vardı.

1893'te ünlü Nikola Tesla, hayrete düşüren halka floresan lambaların parıltısını gösterdi. Hepsi kablosuz olmasına rağmen.

Şimdi böyle bir numara, herhangi bir okul çocuğu tarafından tekrarlanabilir, açık bir alana çıkıp 220 kV ve üzeri yüksek voltajlı bir hat altında bir flüoresan lamba ile ayakta durabilir.

Kısa bir süre sonra Tesla, aynı kablosuz şekilde bir fosforlu akkor ampulü yakmayı çoktan başardı.

1895'te Rusya'da A. Popov, dünyanın ilk radyo alıcısını çalışır durumda gösterdi. Ama genel olarak, bu aynı zamanda kablosuz bir enerji iletimidir.

En önemli soru ve aynı zamanda tüm kablosuz şarj teknolojisi ve benzeri yöntemlerin sorunu iki noktada yatmaktadır:

• elektrik bu şekilde ne kadar uzağa iletilebilir

• Ve kaç tane

İlk olarak, etrafımızdaki ev aletlerinin ve ev aletlerinin hangi güce sahip olduğunu bulalım. Örneğin bir telefon, akıllı saat veya tablet maksimum 10-12W gerektirir.

Dizüstü bilgisayarın daha fazla isteği var - 60-80W. Ortalama bir akkor ampul ile karşılaştırılabilir. Ancak ev aletleri, özellikle mutfak aletleri şimdiden birkaç bin watt tüketiyor.

Bu nedenle, mutfaktaki priz sayısını gözden kaçırmamak çok önemlidir.

Peki, insanlığın yıllar içinde icat ettiği kablo veya diğer iletkenler kullanılmadan elektriği iletmenin yöntem ve yöntemleri nelerdir? Ve en önemlisi, neden hayatımıza istediğimiz kadar aktif olarak dahil edilmediler.

Aynı mutfak aletlerini alın. Daha ayrıntılı olarak anlayalım.

Bobinler aracılığıyla enerji transferi

Bunu yapmanın en kolay yolu indüktör kullanmaktır.

Buradaki prensip çok basittir. 2 bobin alınır ve birbirine yakın yerleştirilir. Bunlardan biri enerjilidir. Diğeri alıcı rolünü oynar.

Güç kaynağındaki akım ayarlandığında veya değiştirildiğinde, ikinci bobin üzerindeki manyetik akı da otomatik olarak değişir. Fizik yasalarının dediği gibi, bir EMF ortaya çıkacak ve bu akışın değişim hızına doğrudan bağlı olacaktır.

Görünüşe göre her şey basit. Ancak kusurlar tüm gökkuşağı resmini bozar. Üç eksisi var:

• düşük güç

Bu sayede büyük hacimleri transfer etmeyecek ve güçlü cihazlara bağlanamayacaksınız. Ve bunu yapmaya çalışırsanız, o zaman tüm sargıları sallayın.

• kısa mesafe

Burada onlarca hatta yüzlerce metre elektriği iletmeyi aklından bile geçirme. Bu yöntemin etkisi sınırlıdır.

Her şeyin ne kadar kötü olduğunu fiziksel olarak anlamak için iki mıknatıs alın ve birbirlerinden çekilmelerini veya itilmelerini durdurmak için onları ne kadar ayırmanız gerektiğini tahmin edin. Bu, bobinlerle yaklaşık olarak aynı verimliliktir.

Elbette, bu iki unsurun her zaman birbirine yakın olmasını sağlayabilir ve sağlayabilirsiniz. Örneğin, bir elektrikli araba ve özel bir şarj yolu.

Ancak bu tür otoyolların inşası ne kadar sonuç verecek.

• düşük verimlilik

Diğer bir sorun düşük verimliliktir. %40'ı geçmez. Bu şekilde çok fazla elektrik enerjisini uzun mesafelere iletemeyeceğiniz ortaya çıkıyor.

Aynı N. Tesla, 1899'da buna dikkat çekti. Daha sonra, içindeki soruna bir ipucu ve bir çözüm bulmayı umarak atmosferik elektrikle deneylere geçti.

Ancak, tüm bunlar ne kadar yararsız görünürse görünsün, onların yardımıyla yine de güzel ışık ve müzik performansları düzenleyebilirsiniz.

Veya ekipmanı telefonlardan çok daha fazla şarj edin. Örneğin elektrikli bisikletler.

Lazer güç iletimi

Fakat daha büyük bir mesafeye daha fazla enerjiyi nasıl aktarırsınız? Bu teknolojiyi hangi filmlerde çok sık gördüğümüzü bir düşünün.

Bir öğrenci için bile akla gelen ilk şey Star Wars, lazerler ve ışın kılıçlarıdır.

Elbette onların yardımıyla çok iyi mesafelere büyük miktarda elektrik enerjisi aktarabilirsiniz. Ama yine, küçük bir sorun her şeyi mahveder.

Neyse ki bizim için ama ne yazık ki lazer için Dünya'da bir atmosfer var. Ve lazer radyasyonunun tüm enerjisinin çoğunu iyi bir şekilde boğuyor ve yiyor. Bu nedenle, bu teknoloji ile uzaya gitmeniz gerekiyor.

Ayrıca, yöntemin işlevselliğini test etmek için Dünya üzerinde denemeler ve deneyler yapıldı. NASA, ödül havuzu 1 milyon doların biraz altında olan bir lazer kablosuz güç iletim yarışmasına bile ev sahipliği yaptı.

Sonunda, Laser Motive kazandı. Muzaffer sonuçları 1 km ve 0,5 kW iletilen sürekli güçtür. Ancak, iletim sürecinde bilim adamları tüm orijinal enerjinin %90'ını kaybettiler.

Ama yine de, yüzde on verimlilikle bile sonuç başarılı kabul edildi.

Basit bir ampulün, doğrudan ışığa giden daha az faydalı enerjiye sahip olduğunu hatırlayın. Bu nedenle, onlardan kızılötesi ısıtıcılar yapmak karlı.

Mikrodalga

Elektriği kablosuz olarak iletmenin gerçekten çalışan başka bir yolu yok mu? Evet ve Star Wars'daki denemelerden ve çocuk oyunlarından önce icat edildi.

12 cm uzunluğundaki (frekans 2.45 GHz) özel mikrodalgaların olduğu gibi atmosfere karşı şeffaf olduğu ve yayılmalarına müdahale etmediği ortaya çıktı.

Hava ne kadar kötü olursa olsun, mikrodalgalarla iletim yaparken yalnızca yüzde beşini kaybedersiniz! Ancak bunun için önce elektrik akımını mikrodalgalara çevirmeniz, sonra onları yakalamanız ve tekrar orijinal hallerine döndürmeniz gerekir.

Bilim adamları ilk sorunu uzun zaman önce çözdüler. Bunun için özel bir cihaz icat ettiler ve ona magnetron dediler.

Üstelik bu o kadar profesyonel ve güvenli bir şekilde yapıldı ki bugün her birinizin evinde böyle bir cihaz var. Mutfağa git ve mikrodalgana bir bak.

İçinde aynı magnetron %95 verimle bulunur.

Ama burada ters dönüşüm nasıl yapılır? Ve burada iki yaklaşım geliştirildi:

• Amerikan

• Sovyet

Amerika Birleşik Devletleri'nde, altmışlı yıllarda, bilim adamı W. Brown, gerekli görevi yerine getiren bir anten icat etti. Yani, gelen radyasyonu tekrar elektrik akımına dönüştürdü.

Hatta adını bile verdi - rectenna.

Buluşun ardından deneyler geldi. Ve 1975'te, bir anten yardımıyla, bir kilometreden fazla bir mesafede 30 kW'a kadar güç iletildi ve alındı. İletim kayıpları sadece %18 idi.

Neredeyse yarım yüzyıl sonra, bu deneyim hiçbir zaman aşılamadı. Yöntem bulundu gibi görünüyor, peki neden bu antenler kitlelere sunulmadı?

Ve burada eksiklikler tekrar ortaya çıkıyor. Rektenler, minyatür yarı iletkenler temelinde monte edildi. Onlar için normal çalışma sadece birkaç watt güç aktarıyor.

Ve onlarca veya yüzlerce kW aktarmak istiyorsanız dev panelleri monte etmeye hazır olun.

Ve burada, aynı, çözülemez zorluklar ortaya çıkıyor. Birincisi, yeniden radyasyondur.

Bu nedenle sadece enerjinizin bir kısmını kaybetmekle kalmayacak, aynı zamanda sağlığınızı kaybetmeden panellere yaklaşamayacaksınız.

İkinci baş ağrısı, panellerdeki yarı iletkenlerin kararsızlığıdır. Küçük bir aşırı yüklenme nedeniyle birini yakmak yeterlidir ve gerisi kibrit gibi çığ gibi başarısız olur.

SSCB'de her şey biraz farklıydı. Ordumuzun nükleer bir patlamada bile tüm yabancı teçhizatın derhal başarısız olacağına, ancak Sovyet teçhizatının başarısız olacağına ikna olması boşuna değildi. Bütün sır lambalarda.

Moskova Devlet Üniversitesinde, bilim adamlarımızdan ikisi, V. Savin ve V. Vanke, sözde siklotron enerji dönüştürücüsünü tasarladı. Lamba teknolojisi temelinde monte edildiğinden iyi bir boyuta sahiptir.

Dıştan bakıldığında, 40 cm uzunluğunda ve 15 cm çapında bir tüp gibi bir şeydir. Bu lamba ünitesinin verimliliği, bir Amerikan yarı iletken parçasından biraz daha azdır - %85'e kadar.

Ancak yarı iletken dedektörlerden farklı olarak, bir siklotron enerji dönüştürücünün bir dizi önemli avantajı vardır:

• güvenilirlik

• yüksek güç

• aşırı yük direnci

• yeniden radyasyon yok

• düşük üretim maliyeti

Ancak, yukarıdakilerin hepsine rağmen, tüm dünyada gelişmiş kabul edilen yarı iletken proje uygulama yöntemleridir. Burada bir de moda unsuru var.

Yarı iletkenlerin ilk ortaya çıkışından sonra herkes tüp teknolojisini aniden terk etmeye başladı. Ancak pratik testler bunun genellikle yanlış bir yaklaşım olduğunu gösteriyor.

Tabii ki 20 kg'lık tüplü cep telefonları veya koca bir odayı kaplayan bilgisayarlar kimseyi ilgilendirmez.

Ancak bazen sadece kanıtlanmış eski yöntemler çaresiz durumlarda bize yardımcı olabilir.

Sonuç olarak, bugün enerjiyi kablosuz olarak iletmek için üç olanağımız var. İlk düşünülen, hem mesafe hem de güç ile sınırlıdır.

Ancak bu, bir akıllı telefonun, tabletin veya daha büyük bir şeyin pilini şarj etmek için oldukça yeterli. Verimlilik küçük olmasına rağmen, yöntem hala çalışıyor.

İlki çok cesaret verici bir şekilde başladı. 2000'li yıllarda, Reunion adasında, 10 kW gücün 1 km'lik bir mesafeye sürekli iletimi için bir ihtiyaç ortaya çıktı.

Dağlık arazi ve yerel bitki örtüsü, oraya havai elektrik hatlarının veya kabloların döşenmesine izin vermedi.

Bu noktaya kadar adadaki tüm hareketler yalnızca helikopterler tarafından gerçekleştirildi.

Sorunu çözmek için farklı ülkelerden en iyi beyinler tek bir ekipte bir araya getirildi. Makalede daha önce bahsedilenler de dahil olmak üzere, Moskova Devlet Üniversitesi'nden bilim adamlarımız V. Vanke ve V. Savin.

Ancak, enerji verici ve alıcılarının pratik uygulaması ve yapımına başlanacağı anda proje donduruldu ve durduruldu. Ve 2008'de krizin başlamasıyla birlikte tamamen terk edildi.

Aslında, bu çok saldırgan, çünkü oradaki teorik çalışma muazzam ve uygulamaya değer bir şekilde yapıldı.

İkinci proje ilkinden daha çılgın görünüyor. Ancak, bunun için gerçek fonlar tahsis edilir. Bu fikrin kendisi 1968'de ABD'li bir fizikçi P. Glazer tarafından dile getirildi.

O zamanlar tamamen normal olmayan bir fikir önerdi - büyük bir uyduyu dünyanın 36.000 km yukarısındaki jeostatik yörüngeye yerleştirmek. Üzerine güneşin serbest enerjisini toplayacak güneş panelleri yerleştirin.

Daha sonra tüm bunlar bir mikrodalga dalga demetine dönüştürülmeli ve yere iletilmelidir.

Dünyevi gerçeklerimizde bir tür "ölüm yıldızı".

Yerde, ışın dev antenlerle yakalanmalı ve elektriğe dönüştürülmelidir.

Bu antenler ne kadar büyük olmalı? Uydunun çapı 1 km ise, o zaman yerde alıcının 5 kat daha büyük - 5 km (Bahçe Halkasının boyutu) olması gerektiğini hayal edin.

Ancak boyut, sorunun sadece küçük bir parçasıdır. Tüm hesaplamalardan sonra, böyle bir uydunun 5 GW kapasiteli elektrik üreteceği ortaya çıktı. Yere ulaştıktan sonra sadece 2 GW kalacaktı. Örneğin, Krasnoyarsk hidroelektrik santrali 6GW sağlar.

Bu nedenle, her şey başlangıçta fiyata düştüğü için fikri düşünüldü, sayıldı ve bir kenara bırakıldı. O günlerde uzay projesinin maliyeti 1 trilyon dolara çıktı.

Ancak bilim neyse ki hala ayakta değil. Teknolojiler gelişiyor ve ucuzluyor. Birkaç ülke zaten böyle bir güneş uzay istasyonu geliştiriyor. Yirminci yüzyılın başında olmasına rağmen, elektriğin kablosuz iletimi için sadece bir dahi kişi yeterliydi.

Toplam proje fiyatı başlangıçtaki fiyattan 25 milyar dolara düştü. Soru devam ediyor - yakın gelecekte uygulanmasını görecek miyiz?

Ne yazık ki, kimse size net bir cevap vermeyecek. Oranlar sadece bu yüzyılın ikinci yarısı için yapılır. Bu nedenle şimdilik akıllı telefonlar için kablosuz şarj cihazlarıyla yetinelim ve bilim insanlarının verimliliklerini artırabileceklerini umalım. Ya da sonunda, ikinci Nikola Tesla Dünya'da doğacak.