Empresas que trabajan en tecnologías de transmisión de energía inalámbrica. Electricidad inalámbrica. Funcionamiento y aplicación. Peculiaridades. Desarrollos modernos en la transmisión de energía.

Desde el descubrimiento de la electricidad por parte del hombre, muchos científicos han intentado estudiar el asombroso fenómeno de las corrientes y aumentar coeficiente útil acciones, realizando numerosos experimentos e inventando más materiales modernos, teniendo propiedades mejoradas de transmisión de energía con resistencia cero. La dirección más prometedora en este tipo de trabajo científico es la transmisión inalámbrica de electricidad a largas distancias y con costes de transporte mínimos. Este artículo analiza los métodos para transmitir energía a distancia, así como los tipos de dispositivos para tales acciones.

La transmisión de energía inalámbrica es un método de transporte en el que no se utilizan conductores ni redes de cables, y la corriente se transmite a una distancia considerable hasta el consumidor con un factor de potencia efectivo máximo a través del aire. Para ello se utilizan dispositivos que generan electricidad, así como un transmisor que acumula corriente y la disipa en todas direcciones, así como un receptor con un dispositivo consumidor. El receptor capta ondas y campos electromagnéticos y, concentrándolos en un pequeño tramo de conductor, transmite energía a una lámpara o cualquier otro dispositivo de determinada potencia.

Existen muchos métodos para la transmisión inalámbrica de electricidad, que fueron inventados por muchos científicos en el proceso de estudio de las corrientes, pero Nikola Tesla logró los mejores resultados en términos prácticos. Logró fabricar un transmisor y un receptor, que estaban separados entre sí por una distancia de 48 kilómetros. Pero en ese momento no existían tecnologías que pudieran transmitir electricidad a esa distancia con un coeficiente superior al 50%. En este sentido, el científico expresó grandes perspectivas no para la transferencia de energía ya generada, sino para generar corriente a partir del campo magnético terrestre y utilizarla para las necesidades domésticas. El transporte de dicha electricidad tuvo que realizarse de forma inalámbrica, por transmisión a través de campos magnéticos.

Métodos de transmisión inalámbrica de electricidad.

La mayoría de los teóricos y profesionales que estudian el funcionamiento de la corriente eléctrica han propuesto sus propios métodos para transmitirla a distancia sin el uso de conductores. Al comienzo de esta investigación, muchos científicos intentaron tomar prácticas del principio de funcionamiento de los receptores de radio que se utilizan para transmitir código Morse o radio de onda corta. Pero tales tecnologías no se justificaban, ya que la disipación actual era demasiado pequeña y no podían cubrir largas distancias; además, el transporte de electricidad mediante ondas de radio sólo era posible cuando se trabajaba con potencias bajas, que no eran capaces de accionar ni siquiera el mecanismo más simple.

Como resultado de los experimentos, se reveló que las ondas de microondas son las más adecuadas para transmitir electricidad sin cable, que tienen una configuración y un voltaje más estables, y además pierden mucha menos energía cuando se disipan que cualquier otro método.

Por primera vez, el inventor y diseñador William Brown pudo aplicar con éxito este método, quien modeló una plataforma voladora que consta de una plataforma de metal con un motor con una potencia de aproximadamente 0,1 caballos de fuerza. La plataforma tenía la forma de una antena receptora con una rejilla que captaba ondas de microondas, que eran transmitidas por un generador especialmente diseñado. Tan sólo catorce años después, el mismo diseñador presentó un avión de baja potencia que recibía energía de un transmisor situado a una distancia de 1,6 kilómetros; la corriente se transmitía en un haz concentrado mediante ondas de microondas. Desafortunadamente, este trabajo no fue ampliamente utilizado, ya que en ese momento no existían tecnologías que pudieran asegurar el transporte de corriente de alto voltaje por este método, aunque la eficiencia del receptor y generador era superior al 80%.

En 1968, científicos estadounidenses desarrollaron un proyecto, apoyado en trabajos científicos, que proponía colocar grandes paneles solares en órbita terrestre baja. Los receptores de energía debían estar orientados hacia el sol y en su base se ubicaban dispositivos de almacenamiento de corriente. Tras absorber la radiación solar y transformarla en microondas u ondas magnéticas a través de dispositivo especial la corriente fue dirigida a tierra. La recepción tuvo que realizarse con una antena especial. área grande, sintonizado con una onda específica y convirtiendo las ondas en corriente continua o alterna. Este sistema fue muy apreciado en muchos países como alternativa prometedora fuentes modernas electricidad.

Alimentar un coche eléctrico de forma inalámbrica

Muchos fabricantes de coches que funcionan con corriente eléctrica están desarrollando alternativas para recargar el coche sin conectarlo a la red. Mucho éxito En este ámbito se ha logrado la tecnología de cargar vehículos desde una superficie de carretera especial, cuando el coche recibe energía de una capa cargada con un campo magnético u ondas de microondas. Pero dicha reposición sólo fue posible si la distancia entre la carretera y el dispositivo receptor no superaba los 15 centímetros, lo cual es condiciones modernas no siempre es factible.

Este sistema se encuentra en fase de desarrollo, por lo que se puede suponer que este tipo de transmisión de energía sin conductor todavía se desarrollará y, posiblemente, se introducirá en la industria del transporte moderna.

Desarrollos modernos en la transmisión de energía.

EN realidades modernas La electricidad inalámbrica vuelve a ser un área relevante en el estudio y diseño de dispositivos. Existen las formas más prometedoras de desarrollar la transmisión inalámbrica de energía, que incluyen:

1. El uso de electricidad en zonas montañosas, en los casos en que no sea posible tender cables portadores al consumidor. A pesar del estudio del tema de la electricidad, hay lugares en la Tierra donde no hay electricidad y las personas que viven allí no pueden disfrutar de tal beneficio de la civilización. Por supuesto, se utilizan a menudo allí. fuentes autónomas fuentes de alimentación como paneles solares o generadores, pero este recurso limitado y no puede satisfacer las necesidades en su totalidad;
2. Algunos fabricantes de electrodomésticos modernos ya están introduciendo en sus productos dispositivos para la transferencia inalámbrica de energía. Por ejemplo, el mercado ofrece una unidad especial que se conecta a fuente de alimentación principal y al convertir la corriente continua en ondas de microondas, las transmite a los dispositivos circundantes. La única condición para utilizar este dispositivo es que el electrodoméstico disponga de un dispositivo receptor que convierta estas ondas en CORRIENTE CONTINUA.. Hay televisores a la venta que funcionan enteramente con energía inalámbrica recibida de un transmisor;
3. Para fines militares, en la mayoría de los casos en el sector de defensa, existen desarrollos de dispositivos de comunicación y otros dispositivos auxiliares.

Un gran avance en esta área de la tecnología se produjo en 2014, cuando un grupo de científicos desarrolló un dispositivo para generar y recibir energía a distancia de forma inalámbrica, utilizando un sistema de lentes colocadas entre las bobinas transmisora ​​y receptora. Anteriormente se creía que la transmisión de corriente sin conductor era posible a una distancia que no excediera el tamaño de los dispositivos, por lo tanto, transportar electricidad mediante larga distancia Se requería una estructura enorme. Pero los diseñadores modernos han cambiado el principio de funcionamiento. de este dispositivo y creó un transmisor que no envía ondas de microondas, sino campos magnéticos de bajas frecuencias. electrones en en este caso no pierden potencia y se transmiten a distancia en un haz concentrado; además, el consumo de energía es posible no solo conectándose a la parte receptora, sino también simplemente estando en el área de acción del campo;

Para su información. El primer dispositivo que recibirá energía inalámbrica, los tecnólogos planean fabricar un teléfono móvil o una tableta; el desarrollo de dicho sistema ya está en marcha.

Las direcciones más prometedoras.

Electricidad inalámbrica es estudiado constantemente por muchos físicos, el más considerado direcciones prometedoras en esta área, que incluyen:

1. Recarga dispositivos móviles sin conexión de cable;
2. Realización de suministro de energía para vehículos aéreos no tripulados. aeronave- esta es la dirección que se utilizará en gran demanda tanto en la industria civil como militar, ya que dichos dispositivos son últimamente comenzó a utilizarse con frecuencia para diversos fines.

El propio procedimiento de transmisión de datos a distancia sin utilizar cables se consideró hace algún tiempo un gran avance en la investigación de la física y la energía, ahora ya no sorprende a nadie y se ha vuelto accesible para todos. Gracias a los avances y avances tecnológicos modernos, el transporte de electricidad mediante este método se está convirtiendo en una realidad y bien puede cobrar vida.

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La electricidad inalámbrica se conoce desde 1831, cuando Michael Faraday descubrió el fenómeno de la inducción electromagnética. Estableció experimentalmente que un campo magnético cambiante generado por una corriente eléctrica puede inducir corriente eléctrica en otro conductor. Se llevaron a cabo numerosos experimentos, gracias a los cuales apareció el primer transformador eléctrico. Sin embargo, para implementar plenamente la idea de transmitir electricidad a distancia en aplicación práctica Sólo Nikola Tesla lo logró.

En la Feria Mundial de Chicago de 1893, demostró la transmisión inalámbrica de electricidad encendiendo bombillas de fósforo espaciadas. Tesla demostró muchas variantes de la transmisión de electricidad sin cables, soñando que en el futuro esta tecnología permitiría a las personas transmitir energía a largas distancias en la atmósfera. Pero en ese momento este invento del científico resultó no ser reclamado. Sólo un siglo después la gente empezó a interesarse por las tecnologías de Nikola Tesla. Intel y Sony, y luego otras empresas.

Cómo funciona esto

Electricidad inalámbrica en literalmente representa la transmisión energía eléctrica sin cables. Esta tecnología a menudo se compara con la transmisión de información, como Wi-Fi, teléfonos móviles y radios. Electricidad inalámbrica Es un sistema relativamente nuevo y dinámico. tecnología emergente. Hoy en día, se están desarrollando métodos para transmitir energía de forma segura y eficiente a distancia sin interrupción.

La tecnología se basa en el magnetismo y el electromagnetismo y se basa en una serie de principios operativos simples. En primer lugar, se trata de la presencia de dos bobinas en el sistema.

• El sistema consta de un transmisor y un receptor que juntos generan un campo magnético alterno de corriente no continua.
• Este campo crea voltaje en la bobina del receptor, por ejemplo, para cargar una batería o alimentar un dispositivo móvil.
• Cuando se envía corriente eléctrica a través de un cable, aparece un campo magnético circular alrededor del cable.
• En una bobina de alambre que no recibe corriente eléctrica directamente, la corriente eléctrica comenzará a fluir desde la primera bobina a través del campo magnético, incluida la segunda bobina, proporcionando un acoplamiento inductivo.

Principios de transferencia

Hasta hace poco, el sistema de resonancia magnética CMRS, creado en 2007 en el Instituto Tecnológico de Massachusetts, era considerado la tecnología más avanzada para transmitir electricidad. Esta tecnología proporcionó transmisión de corriente a una distancia de hasta 2,1 metros. Sin embargo, ejecútelo en producción en masa algunas restricciones obstaculizaron, por ejemplo, frecuencia alta transferencias, tallas grandes, configuración compleja de la bobina, así como alta sensibilidad a interferencias externas, incluida la presencia humana.

Sin embargo, científicos de Corea del Sur han creado un nuevo transmisor de electricidad que transmitirá energía hasta 5 metros. Y todos los dispositivos de la sala estarán alimentados por un único concentrador. El sistema resonante de bobinas dipolo DCRS es capaz de operar hasta 5 metros. El sistema no tiene una serie de desventajas de CMRS, incluido el uso de bobinas bastante compactas de 10x20x300 cm, que se pueden instalar discretamente en las paredes de un apartamento.

El experimento permitió transmitir a una frecuencia de 20 kHz:

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

La electricidad inalámbrica permite alimentar televisores LCD grandes y modernos, que requieren 40 W, a una distancia de 5 metros. Lo único que se “bombeará” de la red eléctrica son 400 vatios, pero no habrá cables. La inducción electromagnética proporciona alta eficiencia, pero a poca distancia.

Existen otras tecnologías que permiten transmitir electricidad de forma inalámbrica. Los más prometedores son:

• Radiación láser . Proporciona seguridad de red y mayor alcance. Sin embargo, se requiere una línea de visión entre el receptor y el transmisor. Ya se han creado instalaciones que funcionan con energía de un rayo láser. Lockheed Martin, un fabricante estadounidense de equipos y aviones militares, probó el vehículo aéreo no tripulado Stalker, que funciona con un rayo láser y permanece en el aire durante 48 horas.
• Radiación de microondas . Proporciona un largo alcance, pero tiene un alto costo de equipo. Una antena de radio se utiliza como transmisor de electricidad, lo que genera radiación de microondas. El dispositivo receptor tiene una reccena que convierte la radiación de microondas recibida en corriente eléctrica.

Esta tecnología permite distanciar significativamente el receptor del transmisor y no hay necesidad de una línea de visión directa. Pero a medida que aumenta el alcance, el costo y el tamaño del equipo aumentan proporcionalmente. Al mismo tiempo, la radiación de microondas de alta potencia generado por la instalación, puede ser perjudicial para el medio ambiente.

Peculiaridades

• La más realista de las tecnologías es la electricidad inalámbrica basada en la inducción electromagnética. Pero existen limitaciones. Se está trabajando para ampliar la tecnología, pero aquí surgen problemas de seguridad sanitaria.
• También se desarrollarán y encontrarán su lugar las tecnologías de transmisión de electricidad mediante ultrasonidos, láser y microondas.
• Satélites en órbita con enormes paneles solares Si necesitamos un enfoque diferente, será necesaria una transmisión selectiva de electricidad. El láser y el microondas son apropiados aquí. En en este momento No solución perfecta Sin embargo, existen muchas opciones con sus pros y sus contras.
• Actualmente, los mayores fabricantes de equipos de telecomunicaciones se han unido en un consorcio inalámbrico. energía electromagnética con el objetivo de crear un estándar mundial para cargadores inalámbricos que funcionen según el principio de inducción electromagnética. De grandes fabricantes Sony, Samsung, Nokia, Motorola Mobility, LG Electronics, Huawei y HTC brindan soporte para el estándar QI en varios de sus modelos. Pronto QI se convertirá un solo estándar para cualquier dispositivo similar. Gracias a esto, será posible crear zonas de carga inalámbrica para dispositivos en cafeterías, centros de transporte y otros lugares públicos.

Solicitud

• Helicóptero de microondas. El modelo de helicóptero tenía una reccena y se elevaba a una altura de 15 m.
• La electricidad inalámbrica se utiliza para alimentar los cepillos de dientes eléctricos. El cepillo de dientes tiene un cuerpo completamente sellado y no tiene conectores, lo que evita descargas eléctricas.
• Impulsar aviones mediante láseres.
• Ya están disponibles a la venta sistemas de carga inalámbrica para dispositivos móviles que se pueden utilizar todos los días. Funcionan por inducción electromagnética.
• Plataforma de carga universal. Le permiten alimentar la mayoría de los modelos populares teléfonos inteligentes que no están equipados con un módulo de carga inalámbrica, incluidos teléfonos regulares. Además de la plataforma de carga en sí, deberá comprar un estuche receptor para el dispositivo. Se conecta a un teléfono inteligente a través de un puerto USB y se carga a través de él.
• En momento actual En el mercado mundial se venden más de 150 dispositivos de hasta 5 vatios que admiten el estándar QI. En el futuro aparecerán equipos con una potencia media de hasta 120 vatios.

Perspectivas

Hoy estamos trabajando en grandes proyectos, que utilizará electricidad inalámbrica. Se trata del suministro de energía para vehículos eléctricos “por aire” y redes eléctricas domésticas:

• Una densa red de puntos de recarga de automóviles permitirá reducir las baterías y reducir significativamente el coste de los vehículos eléctricos.
• En cada habitación se instalarán fuentes de alimentación que transmitirán electricidad a equipos de audio y vídeo, gadgets y electrodomésticos equipado con los adaptadores adecuados.

Ventajas y desventajas

La electricidad inalámbrica tiene las siguientes ventajas:

• No se requieren fuentes de alimentación.
• Ausencia total de cables.
• Elimina la necesidad de baterías.
• Menos mantenimiento requerido.
• Grandes perspectivas.

Las desventajas también incluyen:

• Desarrollo tecnológico insuficiente.
• Limitado por la distancia.
• Los campos magnéticos no son completamente seguros para los humanos.
• Alto costo del equipo.

Conceptos básicos de carga inalámbrica

La transmisión inalámbrica de energía (WPT) nos brinda la oportunidad de escapar de la tiranía de los cables eléctricos. Esta tecnología está permeando ahora todo tipo de dispositivos y sistemas. ¡Echemos un vistazo a ella!

Manera inalámbrica

La mayoría de las casas y edificios comerciales modernos funcionan con red C.A.. Las centrales eléctricas generan electricidad de corriente alterna, que se entrega a hogares y oficinas utilizando líneas de alto voltaje Transmisión de energía y transformadores reductores.

La electricidad va al panel de distribución y luego el cableado lleva la electricidad a los equipos y dispositivos que utilizamos todos los días: luces, electrodomésticos de cocina, cargadores, etc.

Todos los componentes están estandarizados. Cualquier dispositivo clasificado para corriente y voltaje estándar funcionará desde cualquier toma de corriente en todo el país. Aunque los estándares diferentes paises y difieren entre sí, en un sistema eléctrico particular cualquier dispositivo funcionará sujeto a los estándares de ese sistema.

Un cable por aquí, un cable por allá… La mayoría de nuestros aparatos eléctricos cuentan con un cable de alimentación AC.

Tecnología de transmisión de energía inalámbrica

La transferencia inalámbrica de energía (WPT) permite suministrar energía a través de un espacio de aire sin necesidad de cables electricos. La transmisión de energía inalámbrica puede proporcionar energía de CA a baterías o dispositivos compatibles sin cables ni conectores físicos. La transmisión inalámbrica de energía eléctrica puede proporcionar carga teléfonos móviles Y tabletas, vehículos aéreos no tripulados, automóviles y otros equipos de transporte. Incluso podría permitir transmitir la electricidad generada a partir de paneles solares de forma inalámbrica en el espacio.

La transmisión inalámbrica de energía eléctrica ha comenzado su rápido desarrollo en el campo de la electrónica de consumo, reemplazando a los cargadores con cable. En CES 2017 se mostrarán muchos dispositivos que utilizan transmisión de energía inalámbrica.

Sin embargo, el concepto de transmitir energía eléctrica de forma inalámbrica surgió alrededor de la década de 1890. Nikola Tesla, en su laboratorio de Colorado Springs, podía iluminar cosas sin cables. bombilla, utilizando inducción electrodinámica (utilizada en un transformador resonante).

Se encendieron tres bombillas colocadas a 18 metros (60 pies) de la fuente de energía y se documentó la manifestación. Tesla tenía grandes planes; esperaba que su Torre Wardenclyffe, ubicada en Long Island, transmitiera energía eléctrica de forma inalámbrica a través del Océano Atlántico. Esto nunca sucedió porque varios problemas, incluidos el financiamiento y el calendario.

La transmisión inalámbrica de energía eléctrica utiliza campos creados por partículas cargadas para transferir energía a través de un espacio de aire entre transmisores y receptores. El espacio de aire se cortocircuita al convertir la energía eléctrica en una forma que pueda transmitirse a través del aire. La energía eléctrica se convierte en un campo alterno, se transmite a través del aire y luego un receptor la convierte en corriente eléctrica utilizable. Dependiendo de la potencia y la distancia, la energía eléctrica se puede transmitir de manera eficiente a través de un campo eléctrico, un campo magnético u ondas electromagnéticas como ondas de radio, radiación de microondas o incluso luz.

La siguiente tabla enumera varias tecnologías transmisión inalámbrica de energía eléctrica, así como una forma de transmisión de energía.

Tecnologías inalámbricas de transmisión de energía (WPT)

Tecnología	Portador de energía eléctrica	Qué permite la transmisión de energía eléctrica
Acoplamiento inductivo	Campos magnéticos	vueltas de alambre
Acoplamiento inductivo resonante	Campos magnéticos	Circuitos oscilatorios
Acoplamiento capacitivo	Campos electricos	Pares de placas conductoras
Acoplamiento magnetodinámico	Campos magnéticos	Rotación de imanes permanentes.
Radiación de microondas	ondas de microondas	Conjuntos en fase de antenas parabólicas.
Radiación óptica	Luz visible/radiación infrarroja/radiación ultravioleta	Láseres, fotocélulas.

Carga Qi, un estándar abierto para la carga inalámbrica

Si bien algunas de las empresas que prometen energía inalámbrica todavía están trabajando en sus productos, el estándar de carga Qi (pronunciado "qi") ya existe y los dispositivos que lo utilizan ya están disponibles. Consorcio de Energía Electromagnética Inalámbrica ( Energía inalámbrica El consorcio WPC), creado en 2008, desarrolló el estándar Qi para cargar baterías. Este estándar admite tecnologías de carga tanto inductivas como resonantes.

En carga inductiva La energía eléctrica se transfiere entre inductores en el transmisor y el receptor ubicados a corta distancia. Los sistemas inductivos requieren que los inductores estén muy cerca y alineados entre sí; Normalmente los dispositivos están en contacto directo con la plataforma de carga. La carga resonante no requiere una alineación cuidadosa y los cargadores pueden detectar y cargar un dispositivo a una distancia de hasta 45 mm; por lo tanto, los cargadores resonantes pueden integrarse en muebles o instalarse entre estantes.

La presencia del logotipo Qi significa que el dispositivo está registrado y certificado por el WPC.

Al principio, la carga Qi tenía una potencia pequeña, unos 5 W. Los primeros teléfonos inteligentes con carga Qi aparecieron en 2011. En 2015, la potencia de carga Qi aumentó a 15 W, lo que permite carga rapida dispositivos.

Siguiente dibujo de Instrumentos de Texas muestra lo que cubre el estándar Qi.

Sólo se garantiza que los dispositivos que figuran en la base de datos de registro de Qi serán compatibles con Qi. Actualmente contiene más de 700 productos. Es importante comprender que los productos que llevan el logotipo Qi han sido probados y certificados; Y los campos magnéticos utilizados por estos dispositivos no causarán problemas a dispositivos sensibles como teléfonos móviles o pasaportes electrónicos. Se garantizará que los dispositivos registrados funcionen con cargadores registrados.

Física de la transmisión inalámbrica de energía eléctrica.

La transmisión inalámbrica de energía eléctrica para dispositivos domésticos es nueva tecnología, pero los principios subyacentes se conocen desde hace mucho tiempo. Cuando están involucrados la electricidad y el magnetismo, las ecuaciones de Maxwell todavía se rigen y los transmisores envían energía a los receptores de la misma manera que en otras formas. comunicación inalámbrica. Sin embargo, la transmisión de energía inalámbrica se diferencia de ellos en su objetivo principal, que es transferir la energía en sí y no la información codificada en ella.

Campos electromagnéticos, involucrado en la transmisión inalámbrica de energía eléctrica puede ser bastante fuerte y, por lo tanto, se debe tener en cuenta la seguridad humana. Impacto radiación electromagnética puede causar problemas y también existe la posibilidad de que los campos generado por transmisores La energía eléctrica puede interferir con el funcionamiento de dispositivos médicos portátiles o implantados.

Los transmisores y receptores están integrados en los dispositivos para la transmisión inalámbrica de energía eléctrica del mismo modo que las baterías que cargarán. Circuitos reales Las conversiones dependerán de la tecnología utilizada. Además de la propia transmisión de electricidad, el sistema TIP debe proporcionar comunicación entre el transmisor y el receptor. Esto asegura que el receptor pueda notificar cargador que la batería esté completamente cargada. La comunicación también permite que el transmisor detecte e identifique al receptor para ajustar la cantidad de energía enviada a la carga, así como monitorear, por ejemplo, la temperatura de la batería.

En la transmisión inalámbrica de energía eléctrica, la elección entre conceptos de campo cercano o de campo lejano es importante. Las tecnologías de transmisión, la cantidad de energía que se puede transmitir y los requisitos de distancia influyen en si un sistema utilizará radiación de campo cercano o radiación de campo lejano.

Los puntos cuya distancia a la antena es significativamente menor que una longitud de onda se encuentran en la zona cercana. La energía en el campo cercano no es radiativa y las oscilaciones de los campos magnético y eléctrico son independientes entre sí. Se puede utilizar acoplamiento capacitivo (eléctrico) e inductivo (magnético) para transferir energía a un receptor ubicado en el campo cercano del transmisor.

Los puntos cuya distancia desde la antena es mayor que aproximadamente dos longitudes de onda se encuentran en el campo lejano (hay una región de transición entre los campos cercano y lejano). La energía de campo lejano se transmite en forma de radiación electromagnética ordinaria. La transferencia de energía de campo lejano también se denomina haz de energía. Ejemplos de transmisión de campo lejano son los sistemas que utilizan láseres de alta potencia o radiación de microondas para transmitir energía a largas distancias.

¿Dónde funciona la transmisión inalámbrica de energía (WPT)?

Todas las tecnologías TIP se encuentran actualmente bajo investigación activa, y la mayoría se centra en maximizar la eficiencia de la transferencia de energía y explorar tecnologías para el acoplamiento de resonancia magnética. Además, la idea más ambiciosa es equipar el local con un sistema TIP en el que estará una persona y los aparatos que lleve se cargarán automáticamente.

A nivel mundial, los autobuses eléctricos se están convirtiendo en la norma; Los planes para introducir carga inalámbrica para los icónicos autobuses de dos pisos de Londres están en línea con los sistemas de autobuses en Corea del Sur, el estado estadounidense de Utah y Alemania.

Ya se ha demostrado un sistema experimental para alimentar drones de forma inalámbrica. Y, como se mencionó anteriormente, la investigación y el desarrollo actuales se centran en la perspectiva de satisfacer algunas de las necesidades energéticas de la Tierra mediante el uso de transmisión de energía inalámbrica y paneles solares ubicados en el espacio.

¡WPT funciona en todas partes!

Conclusión

Si bien el sueño de Tesla de transmitir energía de forma inalámbrica a cualquier consumidor aún está lejos de hacerse realidad, muchos dispositivos y sistemas están utilizando alguna forma de transmisión de energía inalámbrica en este momento. Desde los cepillos de dientes hasta los teléfonos móviles, desde los coches personales hasta el transporte público, existen muchas aplicaciones para la transmisión inalámbrica de energía eléctrica.

¡Este es un circuito simple que puede alimentar una bombilla sin cables, a una distancia de casi 2,5 cm! Este circuito actúa como convertidor elevador y como transmisor inalámbrico Electricidad y receptor. Es muy sencillo de hacer y, si se mejora, se puede utilizar. de varias maneras. ¡Así que comencemos!

Paso 1. Materiales requeridos y herramientas.

1. Transistor NPN. Usé 2N3904, pero puedes usar cualquier transistor NPN, por ejemplo, BC337, BC547, etc. (Cualquier Transistor PNP funcionará, simplemente mantenga la polaridad de las conexiones).
2. Cable enrollado o aislado. Unos 3-4 metros de cable deberían ser suficientes (cables para enrollar, solo cables de cobre con un aislamiento de esmalte muy fino). Funcionarán los cables de la mayoría de los dispositivos electrónicos, como transformadores, parlantes, motores eléctricos, relés, etc.
3. Resistencia con una resistencia de 1 kOhm. Esta resistencia se utilizará para proteger el transistor contra quemaduras en caso de sobrecarga o sobrecalentamiento. Puedes usar más valores altos Resistencia hasta 4-5 kOhm. Es posible no utilizar una resistencia, pero existe el riesgo de que se produzcan más descarga rápida baterías.
4. CONDUJO Utilicé un LED blanco ultrabrillante de 2 mm. Puedes usar cualquier LED. De hecho, el propósito del LED aquí es sólo mostrar la funcionalidad del circuito.
5. Batería tamaño AA con un voltaje de 1,5 Voltios. (No utilice baterías de alto voltaje a menos que desee dañar el transistor).

Herramientas necesarias:

1) Tijeras o cuchillo.

2) Soldador (Opcional). Si no tienes un soldador, simplemente puedes torcer los cables. Hice esto cuando no tenía soldador. Si quieres probar un circuito sin soldadura, bienvenido sea.

3) Encendedor (Opcional). Usaremos un encendedor para quemar el aislamiento del cable y luego usaremos unas tijeras o un cuchillo para raspar los restos de aislamiento.

Paso 2: Mira el vídeo para aprender cómo hacerlo.

Paso 3: Breve revisión de todos los pasos.

Entonces, primero que nada, debes tomar los cables y hacer una bobina enrollando 30 vueltas alrededor de un objeto cilíndrico redondo. Llamemos a esta bobina A. Con el mismo objeto redondo, comenzamos a hacer una segunda bobina. Después de enrollar la vuelta 15, cree una rama en forma de bucle a partir del cable y luego enrolle otras 15 vueltas en la bobina. Ahora tienes una bobina con dos extremos y una rama. Llamemos a esta bobina B. Haga nudos en los extremos de los cables para que no se desenrollen solos. Queme el aislamiento en los extremos de los cables y en el grifo de ambas bobinas. También puedes utilizar tijeras o un removedor. ¡Asegúrese de que los diámetros y el número de vueltas de ambas bobinas sean iguales!

Cree un transmisor: tome el transistor y colóquelo de modo que el lado plano quede hacia arriba y hacia usted. El pin de la izquierda estará conectado al emisor, el del medio será el pin de la base y el pin de la derecha estará conectado al colector. Tome una resistencia y conecte uno de sus extremos al terminal base del transistor. Toma el otro extremo de la resistencia y conéctalo a uno de los extremos (no al grifo) de la bobina B. Toma el otro extremo de la bobina B y conéctalo al colector del transistor. Si lo desea, puede conectar un pequeño trozo de cable al emisor del transistor (funcionará como una extensión del emisor).

Configure el receptor. Para crear un receptor, tome la bobina A y conecte sus extremos a diferentes contactos su LED.

¡Has completado el diagrama!

Paso 4: diagrama del circuito.

aquí vemos diagrama esquemático nuestra conexión. Si no conoce algunos de los símbolos del diagrama, no se preocupe. Las siguientes imágenes lo muestran todo.

Paso 5: Dibujar las conexiones del circuito.

Aquí vemos un dibujo explicativo de las conexiones de nuestro circuito.

Paso 6. Usando el diagrama.

Simplemente tome la bobina B y conéctela al extremo positivo de la batería. Conecte el terminal negativo de la batería al emisor del transistor. Ahora, si acerca la bobina LED a la bobina B, ¡el LED se enciende!

Paso 7. Cómo se explica con punto científico¿visión?

(Solo intentaré explicar la ciencia detrás de este fenómeno. en palabras simples y analogías, y sé que podría estar equivocado. Para explicar adecuadamente este fenómeno, tendré que entrar en todos los detalles, lo cual no puedo hacer, así que solo quiero hacer analogías generales para explicar el circuito).

El circuito transmisor que acabamos de crear es un circuito oscilador. Es posible que hayas oído hablar del llamado circuito Thief Joule, pero tiene un parecido sorprendente con el circuito que creamos. El circuito Joule Thief acepta electricidad de una batería de 1,5 voltios y genera electricidad a un voltaje más alto, pero con miles de intervalos intermedios. El LED sólo necesita 3 voltios para encenderse, pero en este circuito puede encenderse fácilmente con una batería de 1,5 voltios. Por eso, el circuito Joule Thief se conoce como convertidor elevador de voltaje, además de emisor. El circuito que creamos también es un emisor y un convertidor que aumenta el voltaje. Pero puede surgir la pregunta: “¿Cómo iluminar un LED a distancia?” Esto sucede debido a la inducción. Para ello puede utilizar, por ejemplo, un transformador. Un transformador estándar tiene un núcleo en ambos lados. Suponga que el cable a cada lado del transformador tiene el mismo tamaño. Cuando la corriente eléctrica pasa a través de una bobina, las bobinas del transformador se convierten en electroimanes. Si a través de la bobina fluye corriente alterna, entonces el voltaje oscila a lo largo de una sinusoide. Por lo tanto, cuando fluye corriente alterna a través de la bobina, el cable adquiere las propiedades de un electroimán y luego vuelve a perder electromagnetismo cuando cae el voltaje. La bobina de alambre se convierte en un electroimán y luego pierde sus propiedades electromagnéticas a la misma velocidad que el imán sale de la segunda bobina. Cuando un imán se mueve rápidamente a través de una bobina de alambre, se genera electricidad, por lo tanto voltaje oscilatorio una bobina de un transformador induce electricidad en otra bobina de alambre, y la electricidad se transfiere de una bobina a otra sin cables. En nuestro circuito, el núcleo de la bobina es aire y el voltaje CA pasa a través de la primera bobina, induciendo así voltaje en la segunda bobina e ilumina las bombillas.

Paso 8. Beneficios y consejos de mejora.

Entonces, en nuestro circuito simplemente hemos usado un LED para mostrar el efecto del circuito. ¡Pero podríamos hacer más! El circuito receptor obtiene su electricidad de corriente alterna, por lo que podríamos usarlo para encender tubos fluorescentes. También puedes utilizar nuestro circuito para hacer trucos interesantes, regalos divertidos, etc. Para maximizar los resultados, puedes experimentar con el diámetro de las bobinas y el número de vueltas de las bobinas. ¡También puedes intentar aplanar las bobinas y ver qué pasa! ¡¡Las posibilidades son infinitas!!

Paso 9. Razones por las que es posible que el circuito no funcione.

Qué problemas puede encontrar y cómo solucionarlos:

1. ¡El transistor se está calentando demasiado!

Solución: Usaste una resistencia con los parámetros necesarios? No utilicé una resistencia la primera vez y mi transistor humeó. Si eso no funciona, intente usar termorretráctil o use un transistor de mayor calidad.

1. ¡El LED no se enciende!

Solución: Puede haber muchas razones. Primero, verifique todas las conexiones. Accidentalmente cambié la base y el colector en mi conexión y se volvió gran problema para mí. Entonces, primero verifique todas las conexiones. Si tienes un dispositivo como un multímetro, puedes usarlo para verificar todas las conexiones. También asegúrese de que ambas bobinas tengan el mismo diámetro. Compruebe si hay un cortocircuito en su red.

No tengo conocimiento de ningún otro problema. Pero si los encuentras, ¡avísame! Intentaré ayudar en lo que pueda. Además, soy un estudiante de noveno grado en la escuela y mi conocimiento científico son extremadamente limitados, así que si encuentra algún error en mi trabajo, hágamelo saber. Las sugerencias de mejora son más que bienvenidas. ¡Buena suerte con tu proyecto!

Cuando empresa de manzana presentó su primer cargador inalámbrico para teléfonos móviles y gadgets, muchos lo consideraron una revolución y un gran salto adelante en los métodos inalámbricos de transferencia de energía.

Pero, ¿fueron pioneros, o incluso antes que ellos, alguien logró hacer algo similar, aunque sin el marketing y las relaciones públicas adecuados? Resulta que hubo, y hace mucho tiempo, muchos de esos inventores.

Así, allá por 1893, el famoso Nikola Tesla mostró su brillo ante el asombrado público. lámparas fluorescentes. A pesar de que todos eran inalámbricos.

Ahora cualquier escolar puede repetir este truco saliendo al campo abierto y parándose con una lámpara. luz para líneas de alta tensión a partir de 220 kV.

Un poco más tarde, Tesla logró encender una bombilla incandescente de fósforo de la misma forma inalámbrica.

En Rusia, en 1895, A. Popov mostró en funcionamiento el primer receptor de radio del mundo. Pero en general se trata también de una transferencia inalámbrica de energía.

Mayoría pregunta principal y al mismo tiempo el problema de toda la tecnología de carga inalámbrica y métodos similares consta de dos puntos:

• ¿Hasta dónde se puede transmitir la electricidad de esta manera?

• y que cantidad

Primero, averigüemos qué potencia tienen los dispositivos y electrodomésticos aquellos que nos rodean. Por ejemplo, un teléfono, un reloj inteligente o una tableta requiere un máximo de 10-12W.

El portátil ya tiene mayores exigencias: 60-80W. Esto se puede comparar con la bombilla incandescente promedio. Pero los electrodomésticos, especialmente los de cocina, ya consumen varios miles de vatios.

Por eso, es muy importante no escatimar en el número de enchufes en la cocina.

Entonces, ¿qué métodos y métodos para transmitir energía eléctrica sin el uso de cables u otros conductores ha inventado la humanidad a lo largo de todos estos años? Y lo más importante, ¿por qué todavía no se aplican tan activamente en nuestras vidas como nos gustaría?

toma el mismo electrodomésticos de cocina. Echemos un vistazo más de cerca.

Transferir energía a través de bobinas.

El método más sencillo de implementar es utilizar inductores.

El principio aquí es muy simple. Tome 2 bobinas y colóquelas una cerca de la otra. Uno de ellos recibe alimentación. El otro desempeña el papel de receptor.

Cuando se ajusta o cambia la corriente en la fuente de energía, el flujo magnético en la segunda bobina también cambia automáticamente. Como dicen las leyes de la física, en este caso surgirá un EMF y dependerá directamente de la tasa de cambio de este flujo.

Parecería que todo es sencillo. Pero las deficiencias arruinan todo el panorama color de rosa. Tres desventajas:

• baja potencia

Con este método, no transferirá grandes volúmenes y no podrá conectarse dispositivos potentes. Si intentas hacer esto, simplemente derretirás todos los devanados.

• corta distancia

Ni se te ocurra transmitir electricidad a lo largo de decenas o cientos de metros aquí. Este método tiene un efecto limitado.

Para comprender físicamente lo mal que están las cosas, tome dos imanes y determine a qué distancia deben estar antes de que dejen de atraerse o repelerse entre sí. La eficiencia de las bobinas es aproximadamente la misma.

Por supuesto, puedes ser creativo y asegurarte de que estos dos elementos estén siempre cerca uno del otro. Por ejemplo, un coche eléctrico y una vía de carga especial.

¿Pero cuánto costará la construcción de tales autopistas?

• baja eficiencia

Otro problema es la baja eficiencia. No supera el 40%. Resulta que de esta forma no podrás transmitir mucha energía eléctrica a largas distancias.

El mismo N. Tesla lo señaló en 1899. Más tarde pasó a experimentar con electricidad atmosférica, con la esperanza de encontrar en él una pista y una solución al problema.

Sin embargo, por inútiles que parezcan todas estas cosas, con su ayuda aún puedes organizar hermosas actuaciones de luz y música.

O recargar equipos mucho más grandes que los teléfonos. Por ejemplo bicicletas eléctricas.

Transferencia de energía láser

Pero ¿cómo transferir más energía a distancia más larga? Pensemos en qué películas vemos este tipo de tecnología con mucha frecuencia.

Lo primero que le viene a la mente incluso a un escolar es " guerra de las galaxias", láseres y sables de luz.

Por supuesto, con su ayuda es posible transmitir una gran cantidad de energía eléctrica a distancias muy largas. Pero nuevamente todo se estropea por un pequeño problema.

Afortunadamente para nosotros, pero desafortunadamente para el láser, la Tierra tiene atmósfera. Y simplemente hace un buen trabajo al bloquear y consumir la mayor parte de la energía total de la radiación láser. Por tanto, con esta tecnología necesitamos ir al espacio.

También ha habido intentos y experimentos en la Tierra para probar la funcionalidad del método. La NASA incluso organizó un concurso sobre transferencia inalámbrica de energía láser con un fondo de premios de poco menos de 1 millón de dólares.

Al final, ganó Laser Motive. Su resultado ganador es 1 km y 0,5 kW de potencia continua transmitida. Sin embargo, durante el proceso de transferencia, los científicos perdieron el 90% de toda la energía original.

Pero aún así, incluso con una eficiencia del diez por ciento, el resultado se consideró exitoso.

Recordemos que una simple bombilla tiene aún menos energía útil que va directamente a la luz. Por lo tanto, es rentable fabricar calentadores de infrarrojos a partir de ellos.

Microonda

¿Realmente no existe otra forma que realmente funcione de transmitir electricidad sin cables? Lo hay, y se inventó incluso antes de los intentos y juegos infantiles de Star Wars.

Resulta que las microondas especiales con una longitud de 12 cm (frecuencia de 2,45 GHz) son transparentes a la atmósfera y esto no interfiere con su propagación.

lo que sea mal tiempo, cuando se transmite mediante microondas, ¡solo perderá el cinco por ciento! Pero para hacer esto, primero es necesario convertir la corriente eléctrica en microondas, luego atraparlas y devolverlas a su estado original.

Los científicos resolvieron el primer problema hace mucho tiempo. Inventaron un dispositivo especial para esto y lo llamaron magnetrón.

Además, esto se hizo de manera tan profesional y segura que hoy cada uno de ustedes tiene un dispositivo de este tipo en casa. Ve a la cocina y echa un vistazo a tu microondas.

Tiene el mismo magnetrón en su interior con una eficiencia del 95%.

Pero aquí se explica cómo hacerlo. conversión inversa? Y aquí se desarrollaron dos enfoques:

• Americano

• soviet

En Estados Unidos, allá por los años sesenta, el científico W. Brown ideó una antena que cumplía la tarea requerida. Es decir, convirtió la radiación que incide sobre él nuevamente en corriente eléctrica.

Incluso le dio su propio nombre: rectenna.

Después de la invención, siguieron los experimentos. Y en 1975, con la ayuda de una rectenna, se transmitieron y recibieron hasta 30 kW de potencia a una distancia de más de un kilómetro. Las pérdidas de transmisión fueron sólo del 18%.

Casi medio siglo después, nadie ha podido superar esta experiencia. Parecería que se ha encontrado el método, entonces, ¿por qué estas recenas no se lanzaron a las masas?

Y aquí nuevamente emergen las deficiencias. Las rectennas se ensamblaron utilizando semiconductores en miniatura. funcionamiento normal para ellos se trata de la transferencia de sólo unos pocos vatios de potencia.

Y si desea transferir decenas o cientos de kW, prepárese para ensamblar paneles gigantes.

Y aquí es donde surgen dificultades irresolubles. En primer lugar, esto es una reemisión.

No sólo perderás algo de energía por ello, sino que tampoco podrás acercarte a los paneles sin perder salud.

El segundo dolor de cabeza es la inestabilidad de los semiconductores de los paneles. Basta que uno se queme por una pequeña sobrecarga y el resto falle como una avalancha, como cerillas.

En la URSS todo fue algo diferente. No en vano nuestros militares confiaban en que, incluso en el caso de una explosión nuclear, todos los equipos extranjeros fallarían inmediatamente, pero el equipo soviético no. Todo el secreto está en las lámparas.

En la Universidad Estatal de Moscú, dos de nuestros científicos, V. Savin y V. Vanke, diseñaron el llamado convertidor de energía ciclotrón. Tiene unas dimensiones decentes, ya que está montado según la tecnología de lámparas.

Externamente es algo así como un tubo de 40 cm de largo y 15 cm de diámetro. La eficiencia de esta unidad de lámpara es ligeramente menor que la de los semiconductores estadounidenses: hasta un 85%.

Pero a diferencia de los detectores semiconductores, un convertidor de energía ciclotrón tiene una serie de ventajas significativas:

• fiabilidad

• energía alta

• resistencia a la sobrecarga

• sin reemisión

• precio bajo fabricación

Sin embargo, a pesar de todo lo anterior, son los métodos de implementación de proyectos de semiconductores los que se consideran avanzados en todo el mundo. También hay un elemento de moda aquí.

Después de la aparición de los semiconductores, todo el mundo empezó a abandonar abruptamente las tecnologías de tubos. Pero las pruebas prácticas sugieren que este es a menudo un enfoque equivocado.

Por supuesto, lámpara teléfonos celulares 20 kg cada uno o ordenadores que ocupan habitaciones enteras no interesan a nadie.

Pero a veces sólo los viejos métodos probados pueden ayudarnos en situaciones desesperadas.

Como resultado, hoy tenemos tres oportunidades para transmitir energía de forma inalámbrica. El primero que se analiza está limitado tanto por la distancia como por el poder.

Pero esto es suficiente para cargar la batería de un teléfono inteligente, tableta o algo más grande. La eficiencia, aunque pequeña, sigue siendo un método de trabajo.

El primero empezó de manera muy alentadora. En la década de 2000, en la Isla de la Reunión surgió la necesidad de transmitir constantemente 10 kW de potencia a una distancia de 1 km.

El terreno montañoso y la vegetación local no permitieron el tendido de líneas eléctricas o cables aéreos allí.

Todos los movimientos en la isla hasta el momento se realizaban exclusivamente mediante helicópteros.

Para resolver el problema, se reunieron en un solo equipo las mejores mentes de diferentes países. Incluyendo a los mencionados anteriormente en el artículo, nuestros científicos de la Universidad Estatal de Moscú V. Vanke y V. Savin.

Sin embargo, en el momento en que se suponía que debían comenzar implementación práctica y la construcción de transmisores y receptores de energía, el proyecto quedó congelado y paralizado. Y con el inicio de la crisis en 2008, la abandonaron por completo.

De hecho, esto es muy decepcionante, ya que el trabajo teórico realizado allí fue colosal y digno de implementación.

El segundo proyecto parece más loco que el primero. Sin embargo, se le asignan fondos reales. La idea misma fue expresada en 1968 por el físico estadounidense P. Glaser.

Propuso una idea que no era del todo normal en aquel momento: llevar a órbita geoestacionaria un enorme satélite a 36.000 km sobre la tierra. Colócalo sobre él paneles solares, que recogerá energía gratuita del sol.

Luego, todo esto debería convertirse en un haz de ondas de microondas y transmitirse al suelo.

Una especie de “estrella de la muerte” en nuestras realidades terrenas.

En tierra, el rayo debe ser captado por antenas gigantes y convertido en electricidad.

¿Qué tamaño deben tener estas antenas? Imaginemos que si el satélite tiene 1 km de diámetro, entonces el receptor en tierra debería ser 5 veces más grande: 5 km (el tamaño del Anillo de los Jardines).

Pero el tamaño es sólo una pequeña parte del problema. Después de todos los cálculos, resultó que dicho satélite generaría electricidad con una capacidad de 5 GW. Al llegar al suelo solo quedarían 2GW. Por ejemplo, la central hidroeléctrica de Krasnoyarsk produce 6 GW.

Por lo tanto, su idea fue considerada, calculada y dejada de lado, ya que inicialmente todo se reducía al precio. El coste del proyecto espacial en aquellos días alcanzaba el billón de dólares.

Pero la ciencia, afortunadamente, no se detiene. Las tecnologías están mejorando y abaratándose. Varios países ya están desarrollando una estación espacial solar de este tipo. Aunque a principios del siglo XX, sólo una persona brillante era suficiente para la transmisión inalámbrica de electricidad.

El precio total del proyecto bajó del precio original a 25 mil millones de dólares. La pregunta sigue siendo: ¿veremos su implementación en un futuro próximo?

Desafortunadamente, nadie le dará una respuesta clara. Las apuestas sólo se hacen a la segunda mitad de este siglo. Así que estemos contentos por ahora. cargadores inalámbricos para teléfonos inteligentes y esperamos que los científicos puedan aumentar su eficiencia. Bueno, o al final, nacerá un segundo Nikola Tesla en la Tierra.