Přenos energie bez Tesla drátů. Bezdrátový přenos elektřiny. Qi nabíjení, otevřený standard pro bezdrátové nabíjení

Pravidelně jsem prohlížel zahraniční úspěchy v oblasti radiotechniky a narazil jsem na dobré zařízení pro bezdrátový přenos energie, vyrobené ne na některých vzácných mikroobvodech, ale docela dostupné pro vlastní montáž. Úplnou dokumentaci v angličtině lze stáhnout z odkazu a zde ji poskytnu souhrn v ruštině, včetně některých obvodových řešení.

Proudové cívky transceiveru

Oscilogram signálu

Práce uvádí několik podobných schémata zapojení, lišící se pouze napětím a výkonem. Používají malé cívky ze silného drátu jako energetickou „anténu“; tranzistory jsou obyčejné výkonné pole s efektem pole, takže si to všechno můžete sestavit sami.

Okamžitě vás varujeme - zde nemluvíme o přenosu energie na mnoho metrů, podobná zařízení Jsou vhodnější pro jiná podobná zařízení, kde je vzdálenost několik centimetrů. Ale výkon, který „létá“ vzduchem, dosahuje až 100 wattů!

Princip fungování

Rezonanční měnič obvykle pracuje s konstantou provozní frekvence, která je určena rezonanční frekvencí LC obvodu. Jakmile napětí stejnosměrný proud dodávané do obvodu, začíná generovat pomocí tranzistorů. Jakýsi multivibrátor, s fázovým posunem o 180°. Tranzistory střídavě spojují konce paralelního rezonančního obvodu s hmotou, což umožňuje tomuto obvodu periodicky se dobíjet energií a následně ji vyzařovat do prostoru.

Praktická schémata

Základní schéma

Fotografie hotového energetického vysílače-přijímače

Abychom to shrnuli, podotýkáme, že bezdrátový přenos energie se stále více zavádí v oblasti spotřební elektroniky, průmyslového, vojenského a lékařského vybavení. Jako bezdrátové místní síti a Bluetooth a bezdrátové napájení se stává aktuální možnost. To vám umožní zbavit se nespolehlivých tlačítek, kabelů a napájecích konektorů. Další oblast použití se týká transformátorů, které musí splňovat speciální požadavky- mají zesílenou nebo dvojitou izolaci. A hlavně: elektrická bezpečnost! Mnoho nízkoenergetických síťových domácích spotřebičů může být napájeno ne prostřednictvím 220 V kabelů, zástrček a zásuvek, ale pomocí bezkontaktní metody - jednoduše jejich přemístěním na požadovaný povrch.

Zákon vzájemného působení elektrických proudů objevený André Marie Ampère v roce 1820 položil základ pro další rozvoj vědy o elektřině a magnetismu. O 11 let později Michael Faraday experimentálně prokázal, že měnící se magnetické pole generované elektrickým proudem může vyvolat elektřina v jiném vodiči. Takhle to vzniklo.

V roce 1864 James Clerk Maxwell konečně systematizoval Faradayova experimentální data a dal jim formu přesných matematické rovnice, díky kterému vznikl základ klasické elektrodynamiky, protože tyto rovnice popisovaly spojení elektromagnetického pole s elektrickými proudy a náboji a důsledkem toho měla být existence elektromagnetických vln.

V roce 1888 Heinrich Hertz experimentálně potvrdil existenci elektromagnetických vln předpovídaných Maxwellem. Jeho jiskrový vysílač s Ruhmkorffovým cívkovým chopperem mohl produkovat elektromagnetické vlny až do 0,5 gigahertzu, které mohly být přijímány více přijímači naladěnými v rezonanci s vysílačem.

Přijímače mohly být umístěny ve vzdálenosti až 3 metrů a pokud došlo k jiskření ve vysílači, došlo k jiskření v přijímačích. Takto byly provedeny první experimenty s bezdrátovým přenosem elektrické energie pomocí elektromagnetických vln.

V roce 1891 při výzkumu střídavých proudů vysoké napětí a vysoká frekvence, dochází k závěru, že pro specifické účely je nesmírně důležité volit jak vlnovou délku, tak provozní napětí vysílače a není vůbec nutné vytvářet příliš vysokou frekvenci.

Vědec poznamenává, že spodní hranice frekvencí a napětí, při kterých se mu podařilo dosáhnout nejlepší výsledky, - od 15 000 do 20 000 vibrací za sekundu při potenciálu 20 000 voltů. Tesla přijal proud o vysoké frekvenci a vysokém napětí pomocí oscilačního výboje kondenzátoru (viz -). Všiml si toho tenhle typ Elektrický vysílač je vhodný jak pro výrobu světla, tak pro přenos elektřiny k výrobě světla.

V období od roku 1891 do roku 1894 vědec opakovaně demonstruje bezdrátový přenos a záři elektronek ve vysokofrekvenčním elektrostatickém poli, přičemž poznamenává, že energie elektrostatického pole je absorbována lampou, přeměněna na světlo a energie použitého elektromagnetického pole elektromagnetická indukce za účelem získání podobného výsledku se hlavně odráží a jen malá část se přemění na světlo.

Ani při použití rezonance při přenosu pomocí elektromagnetické vlny nebude možné přenášet významné množství elektrické energie, argumentoval vědec. Jeho cílem v tomto období práce bylo přesně přenášet velké množství elektrické energie bezdrátově.

Do roku 1897 souběžně s Teslovou prací prováděli výzkum elektromagnetických vln: Jagdish Bose v Indii, Alexander Popov v Rusku a Guglielmo Marconi v Itálii.

Po Teslových veřejných přednáškách předvedl Jagdish Bose v listopadu 1894 v Kalkatě demonstraci bezdrátového přenosu elektřiny, kde zapálil střelný prach, vysílající elektrická energie do dálky.

Po Boche, konkrétně 25. dubna 1895, Alexander Popov pomocí Morseovy abecedy vyslal první rádiovou zprávu a toto datum (7. května, nový styl) se nyní v Rusku každoročně slaví jako „Den rádia“.

V roce 1896 Marconi po příjezdu do Velké Británie předvedl svůj přístroj pomocí Morseovy abecedy k přenosu signálu na vzdálenost 1,5 kilometru ze střechy budovy Post Office v Londýně do jiné budovy. Poté svůj vynález vylepšil a podařilo se mu přenést signál přes Salisburskou pláň na vzdálenost 3 kilometrů.

Tesla v roce 1896 úspěšně vysílá a přijímá signály na vzdálenost mezi vysílačem a přijímačem přibližně 48 kilometrů. Je však možné přenést značné množství elektrické energie velká vzdálenost Zatím se to žádnému z výzkumníků nepodařilo.

Při experimentování v Colorado Springs Tesla v roce 1899 napsal: „Neúspěch indukční metody se zdá být obrovský ve srovnání s metodou vybuzení náboje země a vzduchu. To bude začátek vědeckého výzkumu zaměřeného na přenos elektřiny na velké vzdálenosti bez použití drátů. V lednu 1900 Tesla napsal do svého deníku o úspěšném přenosu energie do cívky „vysunuté daleko do pole“, ze které byla lampa napájena.

A největším úspěchem vědce by bylo spuštění Wardenclyffe Tower na Long Island 15. června 1903, určené k přenosu elektrické energie na značnou vzdálenost v velké množství bez drátů. Uzemněn sekundární vinutí rezonanční transformátor zakončený měděnou kulovou kopulí měl vybudit zemní náboj a vodivé vrstvy vzduchu, aby se stal prvkem velkého rezonančního obvodu.

Vědci se tedy podařilo napájet 200 50wattových lamp ve vzdálenosti asi 40 kilometrů od vysílače. Nicméně na základě ekonomická proveditelnost, financování projektu zastavila společnost Morgan, která do projektu od samého začátku investovala peníze, aby získala bezdrátová komunikace a přenos volné energie v průmyslovém měřítku na dálku mu jako obchodníkovi kategoricky nevyhovoval. V roce 1917 byla zničena věž určená pro bezdrátový přenos elektrické energie.

Mnohem později, v období 1961 až 1964, experimentoval v USA odborník v oboru mikrovlnné elektroniky William Brown s cestami přenosu energie mikrovlnného paprsku.

V roce 1964 jako první otestoval zařízení (model vrtulníku) schopné přijímat a využívat energii mikrovlnného paprsku ve formě stejnosměrného proudu díky anténnímu poli sestávajícím z půlvlnných dipólů, z nichž každý je zatížen vysoce efektivní Schottkyho diody. Již v roce 1976 vyslal William Brown mikrovlnný paprsek o výkonu 30 kW na vzdálenost 1,6 km s účinností přesahující 80 %.

V roce 2007 byla výzkumná skupina na Massachusetts Institute of Technology, vedená profesorem Marinem Soljacicem, schopna bezdrátově přenášet energii na vzdálenost 2 metrů. Přenášený výkon stačil na napájení 60wattové žárovky.

Jejich technologie (nazývaná ) je založena na jevu elektromagnetické rezonance. Vysílač a přijímač jsou dvě měděné cívky, každá o průměru 60 cm, rezonující na stejné frekvenci. Vysílač je připojen ke zdroji energie a přijímač je připojen ke žárovce. Obvody jsou naladěny na 10 MHz. Přijímač v v tomto případě přijímá pouze 40-45 % přenášené elektřiny.

Zhruba ve stejnou dobu Intel předvedl podobnou technologii pro bezdrátový přenos energie.

V roce 2010 Haier Group, Čínský výrobce domácí přístroje, představil své unikátní produkt- zcela bezdrátové LCD TV založené na této technologii.

Samotný princip fungování je názorně ukázán na jednoduchém řemesla, ve kterém se může LED bezdrátově rozsvítit na vzdálenost 2 cm od zdroje energie. Obvod, který funguje také jako měnič napětí boost bezdrátový vysílač a napájecí přijímač, lze vylepšit a implementovat v mnoha mozkové projekty.

Krok 1: Budeme potřebovat

NPN tranzistor- Vzal jsem 2N3904, ale můžete použít jakýkoli tranzistor NPN (337, BC547 atd.), PNP tranzistor bude také fungovat, jen dbejte na polaritu připojení.
vinutí nebo izolovaný drát - asi 3-4 metry (vodiče lze „získat“ z mnoha zařízení, transformátorů, reproduktorů, motorů, relé atd.)
1 kOhm rezistor - poslouží k ochraně tranzistoru před vypálením při přetížení, lze použít i rezistory do 5 kOhm, jde to i bez rezistoru, ale baterie se pak rychleji vybíjí.
LED - jakákoliv bude stačit, hlavní věcí je sledovat schéma.
1,5V baterie - nepoužívejte baterie s vyšším napětím, aby nedošlo k poškození tranzistoru.
nůžky nebo nůž.
páječka (volitelně).
zapalovač (volitelný) pro odstranění izolace z vodičů.

Krok 2: Podívejte se na video postupu

Krok 3: Shrnutí videa

Na válcový předmět tedy namotáme cívku o 30 závitech, toto bude cívka A. Dále namotáme druhou cívku o stejném průměru, ale zároveň nejprve namotáme 15 závitů a uděláme závitník a pak dalších 15 závity, jedná se o cívku B. Cívky zajistíme proti odvinutí libovolným vhodným způsobem, například jednoduše vytvoříme uzly ze svorek cívky. Důležitý bod: pro správné fungování tohoto řemesla Průměry obou cívek a počet závitů musí být stejné.

Očistíme vývody obou cívek a přistoupíme k pájení obvodu. Rozhodneme se pro emitor, bázi a kolektor našeho tranzistoru a k bázi připájeme odpor. Druhou svorku rezistoru připájeme na volnou svorku cívky B, nikoli na odbočovací svorku. Připájejte druhý volný vývod cívky B, opět ne kohoutek, ke kolektoru.

Pro pohodlí můžete k emitoru připájet malý kousek drátu, což usnadní připojení baterie.

Obvod přijímače se snadno sestavuje: připájejte LED na svorky cívky A. A mozkový trik připraven!

Krok 4: Schéma zapojení

Krok 5: Vizuální kreslení

Krok 6: Testování

Přinést domácí produkty PROTI provozní stav Výstup cívky B připojíme k „plus“ baterie a „mínus“ k emitoru tranzistoru. Poté přivedeme cívky paralelně k sobě a dioda se rozsvítí!

Krok 7: Vysvětlení

Dovolte mi trochu vysvětlit, jak to celé funguje.

Vysílač v našem řemesla Toto je obvod oscilátoru. Možná jste slyšeli o „Joule Stealing Circuit“, který je nápadně podobný našemu obvodu vysílače. V „Joule Stealing Circuit“ se elektřina z 1,5V baterie převádí na vyšší napětí, ale pulzuje. LED vyžaduje 3V, ale díky “Joule-stealing circuit” krásně svítí již od 1,5V.

"Joule Stealing Circuit" je známý jako převodník a oscilátor, obvod, který jsme vytvořili, je také oscilátor a převodník. A energie je dodávána do LED prostřednictvím indukce vyskytující se v cívkách, což lze vysvětlit v příklad mozku běžný transformátor.

Předpokládejme, že transformátor má dvě stejné cívky. Poté, když elektřina prochází jednou cívkou, stává se magnetem, druhá cívka vstupuje do magnetického pole první a v důsledku toho jí také začíná protékat proud. Pokud je tedy napětí v první cívce střídavé, ztrácí pulzování své magnetické vlastnosti, což znamená, že druhá cívka pulzuje do magnetického pole první, to znamená, že se v druhé cívce tvoří střídavé napětí.

V našem domácí výroba Cívka vysílače vytváří magnetické pole, do kterého vstupuje cívka přijímače spojená s LED, která přeměňuje přijatou energii na světlo!

Odesláno mozkový trik přeměňuje přijatou energii na světlo, lze ji však využít rozmanitějšími způsoby. Můžete také použít zásady tohoto domácí produkty pro vytváření kouzelnických triků, zábavných dárků nebo vědecké projekty. Pokud budete měnit průměry a počet závitů na cívkách, můžete dosáhnout maximální hodnoty, nebo můžete měnit tvar cívek apod., možnosti jsou neomezené!

Krok 9: Odstraňování problémů

Při vytváření tohoto domácí produkty možný následující problémy:
Tranzistor se příliš zahřívá - zkontrolujte hodnotu odporu, možná bude nutné ji zvýšit. Nejprve jsem nepoužil odpor a tranzistor se spálil. Nebo jako možnost použít radiátor pro tranzistor nebo možná jiný tranzistor s více vysoká cena získat.
LED nesvítí - důvodů může být mnoho. Zkontrolujte kvalitu spojení, zda jsou základna a kolektor správně připájeny, ujistěte se, že cívky mají stejný průměr, zda zkrat v řetězci.

Dnešní indukční experiment je u konce, děkujeme za pozornost a přejeme hodně štěstí ve vaší kreativitě!

Tvrdí to řada odborníků bezdrátová elektřina se stal známým od roku 1831. Stalo se tak, když Michael Faraday objevil fenomén elektromagnetické indukce. V důsledku řady experimentů se ukázalo, že měnící se magnetické pole, které je generováno elektrickým proudem, může indukovat proud v jiném vodiči.

Elektřina bez drátů

To však byla pouze teorie a pouze Nikola Tesla dokázal plně realizovat myšlenku přenosu elektřiny na dálku. V roce 1893 se konala světová výstava, na které demonstroval bezdrátový přenos elektřiny. Snil o tom, že tuto technologii využije každý, ale v té době se ukázalo, že je prostě nevyžádaná. Společnost Intel a Sony se o takové technologie začala zajímat až o století později.

Princip činnosti

Pokud se podíváme na bezdrátovou elektřinu podrobněji, pak pochopíme, že poskytuje schopnost přenášet elektrickou energii na vzdálenosti. Mnozí tuto technologii srovnávají s rádiem resp mobilní komunikace. Princip činnosti je poměrně jednoduchý a je založen na přítomnosti dvou cívek v systému.

Přenos elektřiny na dálku se provádí pomocí přijímače a vysílače

Nyní je čas se podrobněji seznámit s principem fungování:

1. Systém obsahuje vysílač a přijímač, které jsou schopny generovat střídavé magnetické pole.
2. Magnetické pole umožňuje vytvořit napětí v cívce přijímače.
3. Posláním elektrického proudu drátem se může kolem kabelu vytvořit kruhové magnetické pole.
4. Na cívce drátu, kde elektrický proud neteče přímo, začne proudit elektrický proud z první cívky přes magnetické pole, které zajistí indukční vazbu.

Principy přenosu elektřiny

Až donedávna byl systém magnetické rezonance CMRS považován za nejoptimálnější a nejoblíbenější. Vznikl již v roce 2007. Díky této technologii byli specialisté schopni přenášet elektřinu na vzdálenost 2,1 metru. Nepodařilo se jej však spustit masová produkce, protože přenosová frekvence byla příliš vysoká a cívky měly složitou konfiguraci a byly velké.

Bezdrátová elektřina vám umožní nabíjet váš mobilní telefon

V poslední době vědci z Jižní Korea vytvořil nový vysílač, který umožňuje přenášet elektřinu na vzdálenost 5 metrů. Systém nemá žádné nevýhody a v případě potřeby jej lze instalovat do stěn bytu.

V důsledku tohoto experimentu na frekvenci 20 kHz byli specialisté schopni přenášet:

• 209 W na 5 metrů;
• 471 W na 4 metrech;
• 1403 W na 3 metrech.

Díky bezdrátovému vyzařování bude možné napájet velké LCD televizory, které vyžadují pouze 40 W na vzdálenost 5 metrů. Nyní existují další technologie, které umožňují přenášet elektřinu bezdrátově. Tyto zahrnují:

1. Laserové záření. Rozsah je poměrně dlouhý. Je však vyžadována přímá viditelnost mezi přijímačem a vysílačem. Lockheed Martin již testoval bezpilotní letadlo Stalker, který je poháněn laserový paprsek a je schopen zůstat ve vzduchu až 48 hodin.
2. Mikrovlnné záření. Tento typ umožňuje delší dosah, ale náklady na zařízení jsou poměrně vysoké. Rádiová anténa bude použita jako vysílač elektřiny, která vytváří mikrovlnné záření. Na přijímači je instalována rectenna, která přeměňuje elektrický proud na přijímané mikrovlnné záření.

S rostoucí přenosovou vzdáleností se výrazně zvyšují náklady a velikost zařízení. Na druhé straně může být mikrovlnné záření škodlivé životní prostředí. můžete si přečíst o robotech v energetickém sektoru.

Vlastnosti technologie

Nyní je čas zvážit všechny funkce této populární technologie:

1. Bezdrátové napájení je založeno na elektromagnetické indukci. V současné době se aktivně pracuje na rozšíření této technologie, je však zdraví škodlivá.
2. Své uplatnění najdou i technologie zajišťující přenos elektřiny pomocí ultrazvuku, laseru a mikrovlnného záření.
3. Družice na oběžné dráze mají objemné baterie a baterie. Je však možné, že brzy začnou přenášet elektřinu pomocí laseru nebo mikrovln.
4. To je vše největší producenti telekomunikační zařízení začala vzájemně splývat. Proto začala aktivní výroba mobilní telefony s funkcí Bezdrátové nabíjení. Jednotný standard na tento moment je technologie Qi.

Bezdrátové nabíjení s technologií Qi

aplikace

1. Mikrovlnný vrtulník. Model tohoto unikátního vrtulníku měl obdélník a mohl se tyčit do výšky 15 metrů.
2. Bezdrátová elektřina se aktivně využívá pro zubní kartáčky. Štětec je zcela utěsněn a můžete se vyhnout dalšímu šoku.
3. Pohánět letadla pomocí laserů.
4. Bezdrátové nabíjecí systémy pro mobilní telefony jsou již v prodeji.
5. Univerzální nabíjecí podložka, která dokáže současně napájet několik smartphonů.

Výhody a nevýhody

Bezdrátová elektřina má následující výhody:

• nejsou potřeba žádné napájecí zdroje;
• dráty můžete odmítnout;
• Menší nároky na údržbu.

nicméně moderní technologie má také řadu nevýhod:

• vývoj technologie ještě není ukončen;
• nyní existuje omezení vzdálenosti;
• magnetická pole nejsou pro člověka bezpečná;
• cena zařízení je poměrně vysoká.

Vyhlídky

Dnes na tom pracuje mnoho odborníků velké projekty, který bude využívat pouze bezdrátové napájení. To napájí elektrická vozidla i domácí elektrické sítě.