Způsob bezdrátového přenosu elektrických impulsů. Přenos elektřiny bez drátů - od počátku až po současnost. Fyzika bezdrátového přenosu elektrické energie

Ekologie spotřeby: Vědci z americké výzkumné laboratoře Disney vyvinuli metodu bezdrátového nabíjení, díky níž nejsou kabely a nabíječky nutné.

Dnešní smartphony, tablety, notebooky a další přenosná zařízení mají obrovský výkon a výkon. Ale kromě všech výhod mobilní elektroniky má také zadní strana– neustálá potřeba dobíjení přes dráty. Přes veškerou novou technologii baterií tato nutnost snižuje pohodlí zařízení a omezuje jejich pohyb.

Vědci z americké Disney Research Laboratory našli řešení tohoto problému. Vyvinuli metodu bezdrátového nabíjení, díky které nejsou dráty a nabíječky zbytečné. Navíc jejich metoda umožňuje současně nabíjet nejen gadgety, ale také např. domácí přístroje a osvětlení.

„Naše inovativní metoda dělá elektřina„Stejně všudypřítomné jako Wi-Fi,“ říká Alanson Sample, jeden z ředitelů laboratoře a její přední vědec. „Otevírá to cestu pro další vývoj v robotice, dříve limitované kapacitou baterie. Doposud jsme předvedli provoz instalace v malé místnosti, ale neexistují žádné překážky pro zvýšení její kapacity na velikost skladu.“

Systém pro bezdrátový přenos elektřiny byl vyvinut již v 90. letech 19. století slavným vědcem Nikolou Teslou, ale vynález se masově nerozšířil. Dnešní bezdrátové systémy přenosu energie fungují hlavně v extrémně stísněných prostorách.

Metoda, nazývaná kvazistatická dutinová rezonance (QSCR), zahrnuje aplikaci proudu na stěny, podlahu a strop místnosti. Oni zase generují magnetické pole, které působí na přijímač obsahující cívku připojenou k nabíjenému zařízení. Takto vyrobená elektřina se přenáší do baterie, která předtím prošla kondenzátory, které vylučují vliv jiných polí.

Testy ukázaly, že tímto způsobem, prostřednictvím konvenčních elektrické sítě lze přenášet výkon až 1,9 kilowattu. Tato energie vystačí na současné nabití až 320 smartphonů. Navíc podle vědců není taková technologie drahá a její komerční výroba se dá snadno zavést.

Testy probíhaly v místnosti speciálně vytvořené z hliníkových konstrukcí o rozměrech 5 krát 5 metrů. Vzorek zdůraznil, že kovové stěny nemusí být v budoucnu nutné. Bude možné použít vodivé panely nebo speciální nátěr.

Vývojáři tvrdí, že jejich způsob přenosu energie vzduchem neohrožuje lidské zdraví ani žádné jiné živé bytosti. Jejich bezpečnost je zajištěna diskrétními kondenzátory, které fungují jako izolant proti potenciálně nebezpečným elektrickým polím. zveřejněno

Ve skutečnosti v 70. letech technicky realizoval sny NATO a Spojených států o neustálém leteckém hlídkování Iráku (Libye, Sýrie atd.) pomocí dronů s kamerami, lovu (nebo nahrávání) „teroristů“ on-line 24 hodin .

V roce 1968 navrhl americký specialista na vesmírný výzkum Peter E. Glaser umístit velké panely solární panely na geostacionární oběžné dráze a energie, kterou vytvářejí (úroveň 5-10 GW), je přenášena na povrch Země dobře zaostřeným paprskem mikrovlnného záření, poté přeměněna na energii stejnosměrného nebo střídavého proudu o technické frekvenci a distribuována spotřebitelům .

Toto schéma umožnilo využít intenzivního toku slunečního záření existujícího na geostacionární dráze (~ 1,4 kW/m2) a přenášet výslednou energii na zemský povrch nepřetržitě, bez ohledu na denní dobu a povětrnostní podmínky. Vzhledem k přirozenému sklonu rovníkové roviny k rovině ekliptiky s úhlem 23,5 stupně je družice umístěná na geostacionární dráze osvětlována proudem slunečního záření téměř nepřetržitě, s výjimkou krátkých časových úseků v blízkosti dnů jarní a podzimní rovnodennosti, kdy tento satelit spadne do zemského stínu. Tyto časové úseky lze přesně předvídat a celkově nepřesahují 1 % celkové délky roku.

Frekvence elektromagnetických oscilací mikrovlnného paprsku musí odpovídat těm rozsahům, které jsou přiděleny pro použití v průmyslu, vědecký výzkum a lékařství. Pokud je tato frekvence zvolena na 2,45 GHz, pak meteorologické podmínky včetně husté oblačnosti a intenzivních srážek nemají prakticky žádný vliv na účinnost přenosu energie. Pásmo 5,8 GHz je atraktivní, protože nabízí možnost zmenšit velikost vysílacích a přijímacích antén. Vliv meteorologických podmínek zde však vyžaduje další studium.

Současná úroveň rozvoje mikrovlnné elektroniky umožňuje hovořit o poměrně vysoké účinnosti přenosu energie mikrovlnným paprskem geostacionární oběžná dráha k povrchu Země - asi 70%÷75%. V tomto případě se obvykle volí průměr vysílací antény 1 km a pozemní obdélník má rozměry 10 km x 13 km pro zeměpisnou šířku 35 stupňů. SCES s úrovní výstupního výkonu 5 GW má hustotu vyzařovaného výkonu ve středu vysílací antény 23 kW/m² a ve středu přijímací antény – 230 W/m².

Byly zkoumány Různé typy polovodičové a vakuové mikrovlnné generátory pro vysílací anténu SKES. William Brown zejména ukázal, že průmyslem dobře vyvinuté magnetrony, určené pro mikrovlnné trouby, lze použít i ve vysílacích anténních polích SKES, pokud je každý z nich vybaven vlastním obvodem záporné zpětné vazby ve fázi vzhledem k externí synchronizační signál (tzv. Magnetron Directional Amplifier - MDA).

Nejaktivnější a nejsystematičtější výzkum v oblasti SCES provedlo Japonsko. V roce 1981 byl pod vedením profesorů M. Nagatomo a S. Sasaki na Space Research Institute of Japan zahájen výzkum vývoje prototypu SCES o výkonu 10 MW, který by bylo možné vytvořit pomocí stávajících nosných raket. Vytvoření takového prototypu umožňuje nashromáždit technologické zkušenosti a připravit základ pro vytvoření komerčních systémů.

Projekt dostal název SKES2000 (SPS2000) a získal uznání v mnoha zemích světa.

V roce 2008 Marin Soljačić, odborný asistent fyziky na Massachusetts Institute of Technology (MIT), byl probuzen ze sladkého spánku vytrvalým pípáním jeho mobilního telefonu. "Telefon nepřestal mluvit a požadoval, abych ho nabil," řekl Soljacic. Unavený a nechystal se vstát začal snít o tom, že se telefon, jakmile bude doma, začne sám nabíjet.

V letech 2012-2015 Inženýři z University of Washington vyvinuli technologii, která umožňuje využití Wi-Fi jako zdroje energie k napájení přenosná zařízení a nabíjecí pomůcky. Tato technologie již byla oceněna časopisem Popular Science jako jedna z nejlepších inovací roku 2015. Všudypřítomnost technologie bezdrátového přenosu dat sama o sobě způsobila skutečnou revoluci. A nyní je na řadě bezdrátový přenos energie vzduchem, který vývojáři z Washingtonské univerzity nazvali (z Power Over WiFi).

Během testovací fáze se vědcům podařilo úspěšně nabít malokapacitní lithium-iontové a nikl-metal hydridové baterie. Použitím router Asus RT-AC68U a několik senzorů umístěných ve vzdálenosti 8,5 metru od něj. Tyto senzory převádějí energii elektromagnetické vlny na stejnosměrný proud o napětí 1,8 až 2,4 voltu, který je nezbytný pro napájení mikrokontrolérů a senzorových systémů. Zvláštností technologie je, že se nezhoršuje kvalita pracovního signálu. Stačí router přeformátovat a můžete jej používat jako obvykle a navíc napájet zařízení s nízkou spotřebou. Na jedné z demonstrací byl úspěšně napájen malý fotoaparát skryté sledování S nízké rozlišení, který se nachází ve vzdálenosti více než 5 metrů od routeru. Poté bylo účtováno 41 %. Fitness tracker čelistní kosti Up24 to trvalo 2,5 hodiny.

Na záludné otázky, proč tyto procesy negativně neovlivňují kvalitu síťového komunikačního kanálu, vývojáři odpověděli, že je to možné díky skutečnosti, že přeflashovaný router během svého provozu vysílá energetické pakety kanály neobsazenými přenosem informací. K tomuto rozhodnutí dospěli, když zjistili, že během období ticha energie ze systému jednoduše proudí, ale lze ji využít k napájení zařízení s nízkou spotřebou.

Během výzkumu byl systém PoWiFi umístěn v šesti domech a obyvatelé byli požádáni, aby používali internet jako obvykle. Načtěte webové stránky, sledujte streamovaná videa a pak nám řekněte, co se změnilo. Ve výsledku se ukázalo, že výkon sítě se vůbec nezměnil. To znamená, že internet fungoval jako obvykle a přítomnost přidané možnosti nebyla patrná. A to byly jen první testy, kdy se přes Wi-Fi nasbíralo relativně malé množství energie.

Technologie PoWiFi by mohla v budoucnu dobře sloužit k napájení senzorů zabudovaných v domácích spotřebičích a vojenském vybavení za účelem jejich ovládání. bezdrátově a provádět dálkové nabíjení/dobíjení.

Přenos energie pro UAV je relevantní (s největší pravděpodobností již pomocí technologie nebo z nosného letadla):

Nápad vypadá docela lákavě. Místo dnešních 20-30 minut letu:
→
→

→ Intel provozoval show s drony během poločasového představení Lady Gaga Super Bowl -
získejte 40–80 minut dobíjením dronů prostřednictvím bezdrátové technologie.

Nech mě to vysvětlit:
-výměna dronů je stále nutná (algoritmus roje);
-nutná je i výměna dronů a letadel (děloha) (řídicí středisko, korekce vojenské ochrany, přesměrování, příkaz k eliminaci, zabránění "friendly fire", přenos zpravodajských informací a příkazů k použití).

Kdo je další na řadě?

Poznámka: Typická základnová stanice WiMAX vyzařuje energii přibližně +43 dBm (20 W) a stanice mobilní komunikace typicky vysílá při +23 dBm (200 mW).

Přípustné úrovně radiace ze základnových stanic mobilních komunikací (900 a 1800 MHz, celková úroveň ze všech zdrojů) v sanitárních a obytných oblastech se v některých zemích výrazně liší:
Ukrajina: 2,5 µW/cm². (nejtěžší sanitární standard v Evropě)
Rusko, Maďarsko: 10 µW/cm².
Moskva: 2,0 µW/cm². (norma existovala do konce roku 2009)
USA, skandinávské země: 100 µW/cm².

Dočasně přípustná úroveň(VDU) z mobilních radiotelefonů (MRT) pro uživatele radiotelefonů v Ruské federaci je stanovena na 10 μW/cm² (oddíl IV - Hygienické požadavky na mobilní pozemní radiostanice SanPiN 2.1.8/2.2.4.1190-03).

V USA certifikát vydává Federální komise pro komunikace (FCC). mobilní zařízení, jehož maximální úroveň SAR nepřesahuje 1,6 W/kg (a absorbovaný výkon záření je snížen na 1 gram tkáně lidského orgánu).

V Evropě podle mezinárodní směrnice Komise pro ochranu před neionizujícím zářením (ICNIRP) Hodnota SAR mobilní telefon by neměl překročit 2 W/kg (v tomto případě je absorbovaný výkon záření snížen na 10 gramů tkáně lidského orgánu).

Nedávno ve Velké Británii bezpečná úroveňÚroveň SAR byla považována za 10 W/kg. Podobný obrázek byl pozorován v jiných zemích. Maximální hodnotu SAR přijatou v normě (1,6 W/kg) nelze s jistotou přiřadit ani „tvrdým“ nebo „měkkým“ normám. Normy přijaté v USA i v Evropě pro stanovení hodnoty SAR (veškeré regulace mikrovlnného záření z mobilních telefonů, o kterých mluvíme o tom, je založen pouze na tepelném efektu, tedy spojeném s ohřevem tkání lidských orgánů).

ÚPLNÝ CHAOS.

Medicína zatím nedala jasnou odpověď na otázku: škodí mobil/WiFi a do jaké míry? Co se stane s bezdrátovým přenosem elektřiny pomocí mikrovlnných technologií?

Zde výkon nejsou watty a míle wattů, ale kW...

Odkazy, použité dokumenty, fotografie a videa:
“(VĚSTNÍK RÁDIOVÉ ELEKTRONIKY!” N 12, 2007 (ELEKTRICKÁ ENERGIE Z VESMÍRU - SOLÁRNÍ KOSMICKÉ ELEKTRÁRNY, V. A. Banke)
„Mikrovlnná elektronika – vyhlídky vesmírné energie“ V. Banke, doktor fyzikálních a matematických věd.
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

Představujeme zařízení pro přenos elektřiny bez drátů s koeficientem užitečná akce(účinnost) asi 100 %. V budoucnu bude hodnota účinnosti ≈ 100 % opodstatněná a tuto hodnotu samozřejmě demonstrujeme na našem experimentálním zařízení.

Význam problému bezdrátového přenosu elektřiny je nepochybný - překonávání přírodních bariér (řeky, hory a údolí); záložní napájení, elektrická doprava, řešení řady problémů bezdrátového napájení domácích a průmyslových zařízení atd. - to vše jsou prvky jmenovaného problému.

Trochu historie

Problém bezdrátového přenosu energie poprvé identifikoval na úsvitu minulého století N. Tesla. Jeho demonstrační zařízení bylo založeno na metodě vysílání a příjmu elektromagnetických vln otevřeným rezonančním obvodem, který obsahuje anténu - kapacita a cívku drátu - indukčnost. Charakteristické ukazatele Teslova zařízení jsou následující: účinnost = 4 %, dosah přenosu - 42 km, maximální rozměry anténní věže - 60 m, vlnová délka - 2000 m Je příznačné, že v Teslově zařízení je planeta Země považována za jednu drátů při přenosu elektřiny, protože vysílání a příjem tak dlouhých vln bez uzemnění není efektivní.

Po Teslových experimentech byly v průběhu posledního dvacátého století všechny pokusy o bezdrátový přenos elektřiny s přijatelnou účinností neúspěšné.

V současné dekádě se přímo či nepřímo uvádí práce na Massachusetts Institute of Technology pod vedením M. Soljacice. Jejich práce je založena na známé indukci, pomocí magnetického pole, způsobu přenosu elektřiny, který je realizován rezonančními plochými induktory. Tato metoda v ideálním případě poskytuje účinnost = 50 %, s dosahem přenosu úměrným rozměrům cívek antény. Charakteristické ukazatele jejich demonstračního zařízení jsou následující: účinnost ≈ 40 %, dosah přenosu – 2 m, rozměry cívek antény – 0,6 m, vlnová délka – 30 m.

Energeticky uzavřený systém

V našem zařízení, stejně jako v Teslově zařízení, jsou nosičem energie elektromagnetické vlny, tzn. funguje známý Poyntingův vektor.

Teoreticky je zdůvodněno a experimentálně potvrzeno: přenášení a přijímací anténa zařízení pro bezdrátový přenos energie tvoří energeticky uzavřený systém, částečně zahrnující energii elektromagnetického pole Země; prostřednictvím buzení (aktivace) elektromagnetického pole Země v tomto systému dochází k přenosu elektřiny z vysílací antény na přijímací anténu s účinností ≈ 100 % (obr. 1).

Obr. 1

Obr. 2

Pomocí této antény je snadné formulovat problém, jehož řešení zajistí přenos elektřiny bez drátů:

1. Vysílací a přijímací anténa musí vybudit (aktivovat) elektromagnetické pole Země v místní (omezené) oblasti vesmíru;

2. Vybuzené elektromagnetické pole Země musí být také v prostoru lokální a nespotřebovávat energii (musí být stojaté elektromagnetické vlnění mezi vysílací a přijímací anténou).

Řešení tohoto problému je nereálné s anténami vytvořenými na základě prostorových reprezentací Euklidovy geometrie s jejím slavným 5. postulátem - postulátem rovnoběžných čar. Tento postulát ve školních učebnicích zní: Bodem, který neleží na dané přímce, lze vést pouze jednu přímku rovnoběžnou s danou.

Obr. 3

Celebrita tohoto postulátu spočívá v tom, že počínaje 1. čl. př. n. l. se 2000 let nejlepší mozky světa neúspěšně pokoušely dokázat jako teorém. A v roce 1826 Rus Lobačevskij nastínil základy své geometrie, v níž byl 5. postulát Euklidovy geometrie formulován v podstatě její negací: Prostřednictvím bodu, který neleží na dané přímce, lze nakreslit alespoň dvě přímky rovnoběžné s danou.

Obr. 4

A ačkoli tento postulát není příliš v souladu s našimi prostorovými koncepty, Lobačevského geometrie je konzistentní a pravidelně slouží fyzikům v Nedávno. Lobačevského geometrie se například podílí na popisu obrovské škály jevů od vibrací v mechanických přenosových vedeních až po interakci elementárních částic a procesů v membráně živé buňky.

Pseudosféra

Je pravda, že až do roku 1863, téměř 40 let, byla Lobačevského geometrie vnímána jako něco, co nesouviselo s realitou. Ale v roce 1863 italský matematik Beltrami zjistil, že všechny vlastnosti Lobačevského geometrické roviny jsou realizovány na povrchu pseudosféry - geometrického tělesa, jehož vlastnosti se shodují nebo jsou opačné než vlastnosti koule. Na Obr. 5 ukazuje pseudosféru a Obr. 6 jeho generátorem je tractrix s asymptotou X’X. Pokud jsou poloměry velkých kružnic (rovnoběžek) pseudosféry a koule stejné, lze kvantitativně porovnat jejich objemy a povrchové plochy.

Obr. 5

Obr. 6

Právě ve formě semi-pseudosféry jsou vyrobeny antény našeho zařízení; předvádíme zařízení s následující charakteristiky: Účinnost = 100 %, dosah přenosu – 1,8 m, maximální velikost cívek antény – 0,2 m, vlnová délka – 500 m, není nutné uzemnění.

Zde je třeba poznamenat, že souhrn jmenovaných charakteristik demonstračního zařízení odporuje základům klasické elektrodynamiky - radiotechniky.

Jaké vlastnosti polopseudosférických antén poskytují takové vlastnosti našemu zařízení?

Mezi více než tuctem mimořádných vlastností pseudosféry si zaslouží pozornost následující:

Těleso pseudosféry, nekonečně rozšířené v prostoru, má konečný objem a konečný povrch.

Právě tato vlastnost pseudosféry umožňuje pomocí polopseudosférických antén vytvořit konečný, prostorově omezený, energeticky uzavřený systém, který je nutná podmínka pro přenos energie z účinnosti = 100 %.

Druhý zásadní problém, který je v našem zařízení řešen, se týká média plnícího zmíněný energeticky uzavřený systém. Jde o to, že pouze v kvantové elektrodynamice, jejímž plodem jsou lasery a masery, je médium považováno za aktivní. Naopak v klasické elektrodynamice médium označuje pasivní objekty; je to spojeno s útlumem, ztrátami elektromagnetická energie při šíření.

Neuvěřitelné, ale pravdivé, naše zařízení aktivuje elektrická a magnetická pole Země. Tato pole jsou objekty prostředí v našem zařízení, neboť vyplňují zmíněný energeticky uzavřený systém. Aktivace tohoto prostředí je také důsledkem vlastností pseudosféry.

Jde o to, že všechny body na povrchu pseudosféry jsou podle matematiků hyperbolické, nespojité v prostoru. Ve vztahu k semi-pseudosférickým anténám našeho zařízení je to ekvivalentní nespojitostem a kvantování elektrických a magnetických polí v každém bodě drátu navíjejícího cívky semi-pseudosférických antén. To vede k elektromagnetickým poruchám - vlnění, jehož délka je přiměřená průměru drátu navíjejícího cívky polopseudosférických antén, tzn. V praxi je délka takových vln řádově 1 mm nebo méně. Takové elektromagnetické vlny, jak dokazuje teorie i praxe, jsou schopny prostřednictvím polarizace molekul vzduchu nebo přímo aktivovat elektromagnetické pole Země a tím kompenzovat ztrátu elektromagnetické energie na dráze jejího přenosu v našem zařízení. To je také nutné pro vysvětlení účinnosti = 100 %.

Nejen to, oznámili jsme generátor přebytečné elektromagnetické energie, jehož koeficient přeměny energie (ECE) je více než 400 %; těch. srovnatelné s KPI známých tepelných čerpadel.

A o posledním, třetím problému, který je v našem zařízení vyřešen.

Je dobře známo, že energie se v prostoru přenáší pouze putující elektromagnetickou vlnou, vlnou, ve které jsou elektrické a magnetické pole ve fázi. Tuto podmínku nelze realizovat na vzdálenost 1,8 m při vlnové délce 500 m. Je však také dobře známo, že rychlost pohybu postupující elektromagnetické vlny po přímém nebo zakřiveném vodiči se zpomaluje a snižuje ve srovnání s rychlostí v. volný prostor; Zmenšuje se i vlnová délka. Tento efekt je široce používán v elektrotechnice a radiotechnice v tzv. zpomalovacích systémech. Snížení vlnové délky se u těchto systémů pohybuje od desetin jednotky s přímými vodiči až po 30 jednotek se zakřivenými (spirálovými).

Je to účinek zpomalení, snížení vlnové délky, který umožňuje vytvoření postupné vlny při krátké vzdálenosti v našem zařízení.

Vlnová délka našeho demo zařízení je skutečně snížena na délku uvedenou výše , která v našem zařízení tvoří putující, energii přenášející elektromagnetickou vlnu. Koeficient redukce vlny je v tomto případě roven Jednotky. Toto obrovské snížení vlnové délky také vysvětluje experimentální fakt, že naše zařízení funguje efektivně bez uzemnění vysílače a přijímače elektřiny.

Naše zařízení využívá další úžasnou vlastnost pseudosféry:

objem pseudosféry je poloviční než objem koule, přičemž plochy jejich povrchů jsou stejné.

Z této vlastnosti vyplývá, že objem koule, omezený vlastním povrchem, obsahuje dva objemy pseudosféry, ohraničené dvěma kombinovanými vlastními povrchy a třetí plochou zmíněné koule. To nám umožňuje představit si objem koule kolem Země, naplněnou elektrickými a magnetickými poli Země, dvěma objemy pseudosféry a z nichž každý je omezený plochou a obsahuje polovinu elektrických a magnetických polí Země. Země (obr. 7). Vzhledem k této skutečnosti a skutečnosti, že naše zařízení je nevyhnutelně umístěno pouze na jedné straně Země, existuje argument, že antény našeho zařízení interagují pouze s polovinou elektrických a magnetických polí Země. Zároveň bychom neměli předpokládat, že druhé poloviny těchto polí jsou neaktivní. O tom nás přesvědčuje následující.

Obr. 7

Připomeňme, že většina fyzikálních zákonů je formulována pro inerciální vztažné soustavy, ve kterých je čas nerelativní (absolutní), prostor je izotropní, rychlost přímočarého pohybu elektromagnetických vln (světla) je absolutní atd. V rámci inerciálních vztažných soustav je dobře známo, že ve volném prostoru při odrazu postupné elektromagnetické vlny vzniká stojatá vlna, ve které se rozlišuje samostatně stojatá elektrická vlna a samostatně stojící magnetická vlna. Když je délka postupné vlny rovna , jsou délky stojatých elektrických a magnetických vln rovny polovině délky postupné vlny, tzn. . Důležité také je, že perioda těchto stojatých vln je rovna periodě postupné vlny, tzn. protože perioda stojatého vlnění se skládá ze součtu dvou půlperiod přímé a odražené půlvlny.

Skutečnost výpočtu, a nikoli experimentálního stanovení hodnoty s přesností závislou na přesnosti určení délky dne na Zemi nám umožňuje zcela nový pohled na řadu problémů ve fyzice.

Základy bezdrátového nabíjení

Bezdrátový přenos elektrická energie(WPT) nám dává šanci uniknout tyranii napájecích kabelů. Tato technologie nyní prostupuje všemi typy zařízení a systémů. Pojďme se na ni podívat!

Bezdrátový způsob

Většina moderních domácností a komerčních budov je napájena střídavým proudem. Elektrárny vyrábějí střídavý proud elektřinu, který je dodáván do domácností a kanceláří pomocí vedení vysokého napětí přenos výkonu a snižující transformátory.

Elektřina vstupuje do rozvodného panelu a poté elektroinstalace dodává elektřinu do zařízení a zařízení, která používáme každý den: světla, kuchyňské spotřebiče, nabíječky a tak dále.

Všechny komponenty jsou standardizované. Jakékoli zařízení určené pro standardní proud a napětí bude fungovat z jakékoli zásuvky v celé zemi. I když standardy rozdílné země a vzájemně se liší, v konkrétním elektrickém systému bude každé zařízení fungovat podle norem daného systému.

Kabel sem, kabel tam... Většina našich elektrických zařízení má AC napájecí kabel.

Technologie bezdrátového přenosu energie

Bezdrátový přenos energie (WPT) umožňuje dodávku energie přes vzduchovou mezeru bez potřeby elektrických vodičů. Bezdrátový přenos energie může poskytnout střídavý proud kompatibilním bateriím nebo zařízením bez fyzických konektorů nebo vodičů. Bezdrátový přenos elektrické energie dokáže nabíjet mobilní telefony a tabletové počítače, bez posádky letadlo, auta a další dopravní zařízení. Mohlo by to dokonce umožnit bezdrátově přenášet elektřinu vyrobenou z solární panely.

Byl zahájen bezdrátový přenos elektrické energie rychlý vývoj v oblasti spotřební elektronika výměnou kabelových nabíječek. Na CES 2017 se ukáže mnoho zařízení využívajících bezdrátový přenos energie.

Koncept bezdrátového přenosu elektrické energie však vznikl kolem 90. let 19. století. Nikola Tesla ve své laboratoři v Colorado Springs dokázal rozsvítit věci bez drátů. žárovka, využívající elektrodynamickou indukci (používá se v rezonančním transformátoru).

Byly rozsvíceny tři žárovky umístěné 60 stop (18 metrů) od zdroje energie a demonstrace byla zdokumentována. Tesla měl velké plány, doufal, že jeho věž Wardenclyffe, která se nachází na Long Islandu, bude přenášet elektrickou energii bezdrátově přes Atlantský oceán. To se nikdy nestalo, protože různé problémy včetně financování a načasování.

Bezdrátový přenos elektrické energie využívá pole vytvořená nabitými částicemi k přenosu energie přes vzduchovou mezeru mezi vysílači a přijímači. Vzduchová mezera je zkratována přeměnou elektrické energie na formu, kterou lze přenášet vzduchem. Elektrická energie je přeměněna na střídavé pole, přenášena vzduchem a poté přeměněna na využitelný elektrický proud přijímačem. V závislosti na výkonu a vzdálenosti může být elektrická energie efektivně přenášena prostřednictvím elektrického pole, magnetického pole nebo elektromagnetických vln, jako jsou rádiové vlny, mikrovlnné záření nebo dokonce světlo.

V následující tabulce jsou uvedeny různé technologie bezdrátového přenosu elektrické energie a také formy přenosu energie.

Technologie bezdrátového přenosu energie (WPT)

Technika	Nosič elektrické energie	Co umožňuje přenos elektrické energie
Indukční vazba	Magnetické pole	Závity drátu
Rezonanční indukční vazba	Magnetické pole	Oscilační obvody
Kapacitní vazba	Elektrická pole	Dvojice vodivých desek
Magnetodynamická vazba	Magnetické pole	Rotace permanentních magnetů
Mikrovlnné záření	Mikrovlnné vlny	Fázovaná pole parabolických antén
Optické záření	Viditelné světlo / infračervené záření / ultrafialové záření	Lasery, fotobuňky

Qi nabíjení, otevřený standard pro bezdrátové nabíjení

Zatímco některé ze společností slibujících bezdrátové napájení stále pracují na svých produktech, standard nabíjení Qi (vyslov „qi“) již existuje a zařízení, která jej používají, jsou již k dispozici. Konsorcium bezdrátové elektromagnetické energie ( Bezdrátové napájení Konsorcium, WPC), vytvořené v roce 2008, vyvinulo standard Qi pro nabíjení baterií. Tento standard podporuje jak indukční, tak rezonanční technologie nabíjení.

Indukční nabíjení přenáší elektrickou energii mezi induktory ve vysílači a přijímači umístěné v těsné blízkosti. Indukční systémy vyžadují, aby induktory byly v těsné blízkosti a byly vzájemně zarovnány; Obvykle jsou zařízení v přímém kontaktu s nabíjecí podložkou. Rezonanční nabíjení nevyžaduje pečlivé vyrovnání a nabíječky dokážou detekovat a nabíjet zařízení až na vzdálenost 45 mm; tak lze rezonanční nabíječky zabudovat do nábytku nebo instalovat mezi police.

Přítomnost loga Qi znamená, že zařízení je registrováno a certifikováno WPC.

Na začátku mělo Qi nabíjení malý výkon, asi 5 W. První smartphony využívající nabíjení Qi se objevily v roce 2011. V roce 2015 se nabíjecí výkon Qi zvýšil na 15 W, což umožňuje rychlé nabíjení zařízení.

Další kresba z Texas Instruments ukazuje, co pokrývá standard Qi.

Pouze u zařízení, která jsou uvedena v registrační databázi Qi, je zaručeno, že budou kompatibilní s Qi. V současné době obsahuje více než 700 produktů. Je důležité pochopit, že produkty nesoucí logo Qi byly testovány a certifikovány; a magnetická pole využívaná těmito zařízeními nebudou činit problémy citlivým zařízením, jako jsou mobilní telefony popř elektronické pasy. Registrovaná zařízení budou zaručeně fungovat s registrovanými nabíječkami.

Fyzika bezdrátového přenosu elektrické energie

Bezdrátový přenos elektrické energie pro zařízení pro domácnost je nová technologie, ale principy, na nichž je založen, jsou známy již dlouhou dobu. Tam, kde jde o elektřinu a magnetismus, se stále řídí Maxwellovy rovnice a vysílače posílají energii do přijímačů stejným způsobem jako v jiných formách. bezdrátová komunikace. Bezdrátový přenos energie se však od nich liší svým hlavním účelem, kterým je přenos samotné energie, a nikoli informací v ní zakódovaných.

Elektromagnetická pole podílející se na bezdrátovém přenosu elektrické energie mohou být poměrně silná, a proto je třeba brát ohled na bezpečnost člověka. Vystavení elektromagnetickému záření může způsobit problémy a existuje také možnost, že pole generované vysílači elektrická energie může rušit provoz nositelných nebo implantovaných lékařských zařízení.

Vysílače a přijímače jsou zabudovány do zařízení pro bezdrátový přenos elektrické energie stejně jako baterie, které se jimi budou nabíjet. Skutečné obvody konverze bude záviset na použité technologii. Kromě samotného přenosu elektřiny musí systém WPT zajistit komunikaci mezi vysílačem a přijímačem. Tím je zajištěno, že příjemce může informovat Nabíječkaže je baterie plně nabitá. Komunikace také umožňuje vysílači detekovat a identifikovat přijímač, aby mohl upravit množství energie odeslané do zátěže a také sledovat například teplotu baterie.

Při bezdrátovém přenosu elektrické energie záleží na výběru koncepce blízkého nebo vzdáleného pole. Přenosové technologie, množství energie, kterou lze přenést, a požadavky na vzdálenost ovlivňují, zda systém bude využívat záření blízkého pole nebo záření vzdáleného pole.

Body, u kterých je vzdálenost od antény výrazně menší než jedna vlnová délka, jsou v blízké zóně. Energie v blízkém poli není zářivá a oscilace magnetického a elektrického pole jsou na sobě nezávislé. Kapacitní (elektrická) a indukční (magnetická) vazba může být použita pro přenos energie do přijímače umístěného v blízkém poli vysílače.

Body, pro které je vzdálenost od antény větší než asi dvě vlnové délky, jsou ve vzdáleném poli (mezi blízkým a vzdáleným polem je přechodová oblast). Energie vzdáleného pole se přenáší ve formě běžného elektromagnetického záření. Přenos energie ve vzdáleném poli se také nazývá energetický paprsek. Příklady dálkového přenosu jsou systémy, které používají k přenosu energie dlouhé vzdálenosti výkonné lasery nebo mikrovlnné záření.

Kde funguje bezdrátový přenos energie (WPT)?

Všechny technologie WPT jsou v současné době v aktivním výzkumu, většina z se zaměřil na maximalizaci účinnosti přenosu energie a výzkum technologií pro magnetickou rezonanční vazbu. Kromě toho jsou nejambicióznější nápady vybavit prostory systémem WPT, ve kterém se člověk bude nacházet a zařízení, která nosí, se budou automaticky nabíjet.

Globálně se elektrobusy stávají standardem; plány na zavedení bezdrátového nabíjení pro londýnské ikonické dvoupatrové autobusy jsou v souladu s autobusovými systémy v Jižní Koreji, americkém státě Utah a Německu.

Experimentální systém pro bezdrátové napájení dronů již byl předveden. A jak již bylo zmíněno dříve, současný výzkum a vývoj se zaměřuje na vyhlídky na uspokojení některých energetických potřeb Země pomocí bezdrátového přenosu energie a solárních panelů umístěných ve vesmíru.

WPT funguje všude!

Závěr

Zatímco Teslaův sen o bezdrátovém přenosu energie k jakémukoli spotřebiteli je stále daleko od uskutečnění, mnoho zařízení a systémů právě teď využívá nějakou formu bezdrátového přenosu energie. Od zubních kartáčků po mobilní telefony, od osobních aut až po veřejná doprava,Existuje mnoho aplikací bezdrátového přenosu elektrické energie.