Transmisión de electricidad de forma inalámbrica a largas distancias. Hacer realidad el sueño de Tesla: cómo funciona la transmisión inalámbrica de electricidad. Nuevo en el foro

Los científicos han estado estudiando la cuestión de la transmisión de electricidad sin cables durante el tercer siglo. EN Últimamente No es que la cuestión no haya perdido su relevancia, sino que ha dado un paso adelante, lo cual es grato. Decidimos contarles a los lectores del sitio en detalle cómo se ha desarrollado la transmisión inalámbrica de electricidad a distancia desde el principio hasta el día de hoy, así como qué tecnologías ya se utilizan en la práctica.

Historia del desarrollo

La transmisión de electricidad a distancia sin cables se desarrolla de la mano del progreso en el campo de la transmisión por radio, porque el principio de funcionamiento en estos fenómenos es en muchos aspectos similar, si no el mismo. La mayoría de los inventos se basan en el método. inducción electromagnética, así como el campo electrostático.

En 1820 a.m. Ampere descubrió la ley de interacción de las corrientes, que era que si una corriente fluye en dos conductores ubicados muy cerca en la misma dirección, entonces se atraen entre sí, y si en conductores diferentes, se repelen.

M. Faraday en 1831 estableció en el proceso de realización de experimentos que un campo magnético alterno (que cambia en magnitud y dirección con el tiempo) generado por el flujo de corriente eléctrica induce corrientes en conductores cercanos. Aquellos. La electricidad se transmite de forma inalámbrica. Discutimos esto en detalle en el artículo anterior.

Bueno, J.C. Maxwell otros 33 años después, en 1864, tradujo los datos experimentales de Faraday al forma matemática, Las propias ecuaciones de Maxwell son fundamentales en electrodinámica. Describen cómo están conectados. electricidad y campo electromagnético.

La existencia de ondas electromagnéticas fue confirmada en 1888 por G. Hertz, durante sus experimentos con un transmisor de chispa con un helicóptero en una bobina de Ruhmkorff. De esta forma se produjeron ondas electromagnéticas con frecuencias de hasta medio gigahercio. Vale la pena señalar que estas ondas pueden ser recibidas por varios receptores, pero deben sintonizarse en resonancia con el transmisor. El radio de la instalación rondaba los 3 metros. Cuando se producía una chispa en el transmisor, ocurría lo mismo en los receptores. De hecho, estos son los primeros experimentos de transmisión de electricidad sin cables.

El famoso científico Nikola Tesla llevó a cabo una investigación en profundidad. En 1891 estudió la corriente alterna de alto voltaje y frecuencia. Como resultado, se sacaron las siguientes conclusiones:

Para cada propósito específico, es necesario configurar la instalación a la frecuencia y voltaje adecuados. Donde alta frecuencia no es requisito previo. puntuaciones más altas se logró a una frecuencia de 15-20 kHz y un voltaje de transmisor de 20 kV. Para obtener una corriente de alta frecuencia y voltaje, se utilizó una descarga oscilatoria de un capacitor. De esta manera se puede transmitir electricidad y producir luz.

En sus discursos y conferencias, el científico demostró el brillo de las lámparas (tubos de vacío) bajo la influencia de un campo electrostático de alta frecuencia. De hecho, las principales conclusiones de Tesla fueron que incluso si se utilizan sistemas resonantes, no será posible transferir mucha energía mediante una onda electromagnética.

Paralelamente, varios científicos se dedicaron a investigaciones similares hasta 1897: Jagdish Bose en la India, Alexander Popov en Rusia y Guglielmo Marconi en Italia.

Cada uno de ellos contribuyó al desarrollo de la transmisión de energía inalámbrica:

1. J. Boche en 1894 encendió pólvora, transmitiendo electricidad a distancia sin cables. Lo hizo en una manifestación en Calcuta.
2. A. Popov transmitió el primer mensaje en código Morse el 25 de abril (7 de mayo de 1895). En Rusia, este día, 7 de mayo, sigue siendo el Día de la Radio.
3. En 1896, G. Marconi en Gran Bretaña también transmitió una señal de radio (código Morse) a una distancia de 1,5 km, más tarde a 3 km en la llanura de Salisbury.

Vale la pena señalar que el trabajo de Tesla, subestimado en su tiempo y perdido durante siglos, fue superior en parámetros y capacidades al trabajo de sus contemporáneos. Al mismo tiempo, concretamente en 1896, sus dispositivos transmitieron una señal a largas distancias(48 km), lamentablemente se trataba de una pequeña cantidad de electricidad.

Y en 1899 Tesla llegó a la conclusión:

La inconsistencia del método de inducción parece enorme en comparación con el método de excitación de la carga de la tierra y el aire.

Estos hallazgos darían lugar a otras investigaciones; en 1900 logró alimentar una lámpara a partir de una bobina colocada en un campo, y en 1903 se inauguró la Torre Wondercliffe en Long Island. Consistía en un transformador con conexión a tierra. devanado secundario, y en su cima se alzaba una cúpula esférica de cobre. Con su ayuda fue posible encender 200 lámparas de 50 vatios. Al mismo tiempo, el transmisor se encontraba a 40 km de él. Lamentablemente, estos estudios se interrumpieron, se suspendió la financiación y la transmisión gratuita de electricidad sin cables no resultó económicamente rentable para los empresarios. La torre fue destruida en 1917.

Hoy en día

Las tecnologías de transmisión de energía inalámbrica han logrado grandes avances, principalmente en el campo de la transmisión de datos. Así, las comunicaciones por radio han logrado un éxito significativo, tecnologías inalámbricas como Bluetooth y Wi-Fi. No hubo innovaciones especiales, principalmente cambiaron las frecuencias y los métodos de cifrado de la señal, la presentación de la señal pasó de la forma analógica a la digital.

Si hablamos de transmitir electricidad sin cables para alimentar equipos eléctricos, cabe mencionar que en 2007, investigadores del Instituto de Massachusetts transmitieron energía a 2 metros y de esta forma encendieron una bombilla de 60 vatios. Esta tecnología se llama WiTricity y se basa en la resonancia electromagnética del receptor y el transmisor. Vale la pena señalar que el receptor recibe entre el 40 y el 45% de la electricidad. En la siguiente figura se muestra un diagrama general de un dispositivo para transmitir energía a través de un campo magnético:

El vídeo muestra un ejemplo del uso de esta tecnología para cargar un vehículo eléctrico. La idea es colocar un receptor en la parte inferior del vehículo eléctrico y un transmisor en el suelo de un garaje u otro lugar.

Debe colocar el automóvil de manera que el receptor quede colocado encima del transmisor. El dispositivo transmite de forma inalámbrica bastante electricidad: de 3,6 a 11 kW por hora.

En el futuro, la empresa está considerando suministrar electricidad con esta tecnología a los electrodomésticos, así como a todo el apartamento en su conjunto. En 2010, Haier presentó televisión inalámbrica, que recibe energía utilizando tecnología similar, así como señales de video de forma inalámbrica. Otras empresas líderes como Intel y Sony están llevando a cabo avances similares.

Las tecnologías de transmisión inalámbrica de energía están muy extendidas en la vida cotidiana, por ejemplo, para cargar un teléfono inteligente. El principio es similar: hay un transmisor, hay un receptor, la eficiencia es de aproximadamente el 50%, es decir, Para cargar con una corriente de 1A, el transmisor consumirá 2A. El transmisor en estos kits generalmente se llama base y la parte que se conecta al teléfono se llama receptor o antena.

Otro nicho es la transmisión inalámbrica de electricidad mediante microondas o láser. Esto proporciona un alcance mayor que el par de metros que proporciona la inducción magnética. EN método de microondas Se instala una reccena (una antena no lineal para convertir una onda electromagnética en corriente continua) en el dispositivo receptor y el transmisor dirige su radiación en esta dirección. En esta versión de transmisión inalámbrica de electricidad, no hay necesidad de visibilidad directa de los objetos. La desventaja es que la radiación de microondas no es segura para el medio ambiente.

En conclusión, me gustaría señalar que la transmisión inalámbrica de electricidad es ciertamente conveniente para su uso en La vida cotidiana, pero tiene sus pros y sus contras. Si hablamos de utilizar este tipo de tecnologías para cargar dispositivos, la ventaja es que no es necesario insertar y quitar constantemente el enchufe del conector de su teléfono inteligente y, por lo tanto, el conector no fallará. La desventaja es la baja eficiencia; si para un teléfono inteligente la pérdida de energía no es significativa (varios vatios), para la carga inalámbrica de un automóvil eléctrico esto es bastante. Un gran problema. El principal objetivo del desarrollo de esta tecnología es aumentar la eficiencia de la instalación, ya que en el contexto de la carrera generalizada por el ahorro energético, el uso de tecnologías de baja eficiencia es muy dudoso.

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De hecho, en la década de 1970, técnicamente hizo realidad los sueños de la OTAN y de Estados Unidos sobre el constante patrullaje aéreo de Irak (Libia, Siria, etc.) con drones con cámaras, cazando (o grabando) a “terroristas” en línea las 24 horas. .

En 1968, el especialista en investigación espacial estadounidense Peter E. Glaser propuso colocar grandes paneles solares en órbita geoestacionaria y transmitir la energía que generan (5-10 GW) a la superficie de la Tierra con un haz de radiación de microondas bien enfocado, para luego convertirla. convertirlo en energía constante o corriente alterna frecuencia técnica y distribuir a los consumidores.

Este esquema permitió aprovechar el intenso flujo de radiación solar existente en la órbita geoestacionaria (~ 1,4 kW/m2) y transmitir la energía resultante a la superficie de la Tierra de forma continua, independientemente de la hora del día y las condiciones climáticas. Debido a la inclinación natural del plano ecuatorial respecto al plano de la eclíptica con un ángulo de 23,5 grados, un satélite ubicado en una órbita geoestacionaria es iluminado por el flujo de radiación solar casi continuamente, con excepción de cortos períodos de tiempo cercanos a los días de los equinoccios de primavera y otoño, cuando este satélite cae a la sombra de la Tierra. Estos períodos de tiempo se pueden predecir con precisión y en total no superan el 1% de la duración total del año.

Frecuencia vibraciones electromagnéticas El haz de microondas debe corresponder a los rangos asignados para su uso en la industria, investigación científica y medicina. Si se elige que esta frecuencia sea 2,45 GHz, las condiciones meteorológicas, incluidas las nubes espesas y las precipitaciones intensas, prácticamente no tienen ningún efecto sobre la eficiencia de la transmisión de energía. La banda de 5,8 GHz es tentadora porque permite reducir el tamaño de la banda de transmisión y antenas receptoras. Sin embargo, la influencia de las condiciones meteorológicas aquí requiere estudios adicionales.

El nivel actual de desarrollo de la electrónica de microondas nos permite hablar de bastante alto valor Eficiencia de la transferencia de energía por haz de microondas con órbita geoestacionaria a la superficie de la Tierra: alrededor del 70%÷75%. En este caso, el diámetro de la antena transmisora ​​suele elegirse de 1 km, y la rectina terrestre tiene unas dimensiones de 10 km x 13 km para una latitud de 35 grados. Un SCES con un nivel de potencia de salida de 5 GW tiene una densidad de potencia radiada en el centro de la antena transmisora ​​de 23 kW/m² y en el centro de la antena receptora de 230 W/m².

fueron investigados Varios tipos Generadores de microondas de estado sólido y de vacío para la antena transmisora ​​SKES. William Brown demostró, en particular, que los magnetrones, bien desarrollados por la industria y destinados a hornos microondas, también pueden utilizarse para transmitir conjuntos de antenas SKES, si cada uno de ellos está equipado con su propio circuito negativo. comentario en fase con respecto a la señal del reloj externo (el llamado Amplificador Direccional de Magnetrón - MDA).

Japón llevó a cabo la investigación más activa y sistemática en el campo de SCES. En 1981, bajo la dirección de los profesores M. Nagatomo y S. Sasaki del Instituto de Investigaciones Espaciales de Japón, se inició la investigación para desarrollar un prototipo de SCES con una potencia de 10 MW, que podría crearse utilizando vehículos de lanzamiento existentes. La creación de un prototipo de este tipo permite acumular experiencia tecnológica y preparar la base para la formación de sistemas comerciales.

El proyecto recibió el nombre SKES2000 (SPS2000) y recibió reconocimiento en muchos países del mundo.

En 2008, Marin Soljačić, profesor asociado de Física en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), fue despertado de un dulce sueño por un pitido persistente. teléfono móvil. “El teléfono no dejaba de hablar, exigiendo que lo pusiera a cargar”, dijo Soljacic. Cansado y sin ganas de levantarse, empezó a soñar que el teléfono, una vez en casa, empezaría a cargarse solo.

En 2012-2015 Ingenieros de la Universidad de Washington han desarrollado una tecnología que permite utilizar el Wi-Fi como fuente de energía para alimentar dispositivos portables y cargar dispositivos. La tecnología ya ha sido reconocida por la revista Popular Science como una de las mejores innovaciones de 2015. La ubicuidad de la tecnología de transmisión inalámbrica de datos ha producido en sí misma una verdadera revolución. Y ahora le toca el turno a la transmisión inalámbrica de energía a través del aire, a la que desarrolladores de la Universidad de Washington denominaron (de Power Over WiFi).

Durante la fase de prueba, los investigadores pudieron cargar con éxito baterías de iones de litio y de hidruro metálico de níquel de pequeña capacidad. Usando enrutador asus RT-AC68U y varios sensores ubicados a una distancia de 8,5 metros del mismo. Estos sensores convierten la energía de la onda electromagnética en corriente continua con un voltaje de 1,8 a 2,4 voltios, necesaria para alimentar microcontroladores y sistemas de sensores. La peculiaridad de la tecnología es que la calidad de la señal de trabajo no se deteriora. Solo necesita actualizar el enrutador y podrá usarlo como de costumbre, además de suministrar energía a dispositivos de bajo consumo. En una de las demostraciones se alimentó con éxito. pequeña cámara vigilancia encubierta Con baja resolucion, ubicado a una distancia de más de 5 metros del enrutador. Luego se cobró el 41% Rastreador de ejercicios de mandíbula Up24, tardó 2,5 horas.

Responder preguntas difíciles sobre por qué estos procesos no afectan negativamente la calidad del trabajo. canal de red comunicaciones, los desarrolladores respondieron que esto es posible debido al hecho de que el enrutador actualizado, durante su funcionamiento, envía paquetes de energía a través de canales no ocupados por la transmisión de información. Tomaron esta decisión cuando descubrieron que durante los períodos de silencio, la energía simplemente sale del sistema, pero puede usarse para alimentar dispositivos de baja potencia.

Durante la investigación, se instaló el sistema PoWiFi en seis casas y se pidió a los residentes que utilizaran Internet como de costumbre. Cargar páginas web, mirar Transmitiendo video y luego dime qué ha cambiado. Como resultado, resultó que el rendimiento de la red no cambió en absoluto. Es decir, Internet funcionó como de costumbre y la presencia de la opción agregada no se notó. Y estas fueron sólo las primeras pruebas, cuando se recopiló una cantidad relativamente pequeña de energía a través de Wi-Fi.

En el futuro, la tecnología PoWiFi bien podría servir para alimentar sensores integrados en electrodomésticos y equipo militar para controlarlos de forma inalámbrica y realizar carga/recarga remota.

La transferencia de energía para los vehículos aéreos no tripulados (lo más probable es que ya estén utilizando tecnología o desde el avión de transporte):

La idea parece bastante tentadora. En lugar de los 20-30 minutos de vuelo de hoy:
→
→

→ Intel operó el espectáculo de drones durante la actuación de medio tiempo del Super Bowl de Lady Gaga -
obtenga entre 40 y 80 minutos recargando drones mediante tecnología inalámbrica.

Dejame explicar:
-el intercambio de drones sigue siendo necesario (algoritmo de enjambre);
-También es necesario el intercambio de drones y aviones (útero) (centro de control, corrección de protección militar, reorientación, comando de eliminación, prevención del "fuego amigo", transferencia de información de inteligencia y comandos de uso).

¿Quién es el siguiente en la fila?

Nota: Una estación base WiMAX típica emite energía a aproximadamente +43 dBm (20 W) y la estación comunicaciones móviles normalmente transmite a +23 dBm (200 mW).

Niveles de radiación permitidos estaciones base Las comunicaciones móviles (900 y 1800 MHz, nivel total de todas las fuentes) en la zona sanitaria-residencial de algunos países difieren notablemente:
Ucrania: 2,5 µW/cm². (el más duro norma sanitaria en Europa)
Rusia, Hungría: 10 µW/cm².
Moscú: 2,0 µW/cm². (la norma existió hasta finales de 2009)
EE.UU., países escandinavos: 100 µW/cm².

Temporalmente nivel permitido(VDU) de radioteléfonos móviles (MRT) para usuarios de radioteléfonos en la Federación de Rusia se determina en 10 μW/cm² (Sección IV - Requisitos higiénicos a estaciones de radio móviles terrestres SanPiN 2.1.8/2.2.4.1190-03).

En EE. UU., el certificado lo emite la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) para dispositivos celulares, cuyo nivel máximo de SAR no supera los 1,6 W/kg (y la potencia de radiación absorbida se reduce a 1 gramo de tejido de órganos humanos).

En Europa, según la directiva internacional de la Comisión sobre Protección contra Radiaciones No Ionizantes (ICNIRP), valor SAR El teléfono móvil no debe exceder los 2 W/kg (en este caso, la potencia de radiación absorbida se reduce a 10 gramos de tejido de órganos humanos).

Más recientemente en el Reino Unido nivel seguro Se consideró que el nivel de SAR era de 10 W/kg. En otros países se observó un panorama similar. El valor máximo de SAR adoptado en la norma (1,6 W/kg) ni siquiera puede atribuirse con seguridad a normas “duras” o “blandas”. Los estándares adoptados tanto en EE.UU. como en Europa para determinar el valor de SAR (toda la regulación de la radiación de microondas de los teléfonos móviles, sobre la cual estamos hablando acerca de, se basa únicamente en el efecto térmico, es decir, asociado con el calentamiento de los tejidos de los órganos humanos).

CAOS COMPLETO.

La medicina aún no ha dado una respuesta clara a la pregunta: ¿es perjudicial el móvil/WiFi y en qué medida? ¿Qué pasará con la transmisión inalámbrica de electricidad mediante tecnologías de microondas?

Aquí la potencia no son vatios y millas de vatios, sino kW...

Enlaces, documentos utilizados, fotos y vídeos:
“(¡REVISTA DE RADIOELECTRÓNICA!” N 12, 2007 (ENERGÍA ELÉCTRICA DEL ESPACIO - PLANTAS DE ENERGÍA SOLAR ESPACIALES, V. A. Banke)
“Electrónica de microondas: perspectivas de la energía espacial” V. Banke, Doctor en Ciencias Físicas y Matemáticas.
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. proelectro.info
www.youtube.com

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 una 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 consiguió.

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

Electricidad inalámbrica en literalmente representa la transferencia energía eléctrica sin cables. Esta tecnología a menudo se compara con la transmisión de información, como Wi-Fi, teléfonos móviles y radios. Electricidad inalámbrica– este es un 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. corriente continua.
• Este campo crea voltaje en la bobina del receptor, por ejemplo, para cargar una batería o alimentar 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 obstaculizado por algunas limitaciones, por ejemplo, alta frecuencia de transmisión, tallas grandes, configuración compleja de la bobina, así como alta sensibilidad a interferencias externas, incluida la presencia humana.

Sin embargo, los científicos de Corea del Sur han creado un nuevo transmisor de electricidad que permitirá transmitir 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. Instalaciones en funcionamiento que utilizan energía de rayo laser, ya han sido creados. Lockheed Martin, un fabricante estadounidense de equipos y aviones militares, probó un avión no tripulado aeronave 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 generada por la instalación puede ser perjudicial para el medio ambiente.

Peculiaridades

• La más realista de las tecnologías: electricidad inalámbrica Basado en 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 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 los principales fabricantes, Sony, Samsung, Nokia, Motorola Mobility, LG Electronics, Huawei y HTC ofrecen 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 alcanzaba 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. Proporcionan energía mayoría 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 este momento 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 la electricidad a los equipos de audio y vídeo, aparatos y electrodomésticos equipados 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.

Al examinar periódicamente los logros extranjeros en el campo de la ingeniería de radio, me encontré con un buen dispositivo para la transmisión inalámbrica de energía, fabricado no con algunos microcircuitos escasos, pero bastante asequible para autoensamblaje. La documentación completa en inglés se puede descargar desde el enlace, y aquí la proporcionaré. resumen en ruso, incluidas algunas soluciones de circuitos.

Bobinas transceptoras de corriente

Oscilograma de señal

El trabajo presenta varios similares. diagramas de circuito, diferenciándose sólo en voltaje y potencia. Usan pequeñas bobinas de alambre grueso como “antena” de energía; los transistores son de efecto de campo potentes y corrientes, por lo que puedes montar todo esto tú mismo.

Permítanos advertirle de inmediato: aquí no estamos hablando de transmitir energía a muchos metros, dispositivos similares Son más adecuados para otros dispositivos similares, donde la distancia es de varios centímetros. ¡Pero la potencia que “vuela” por el aire alcanza hasta los 100 vatios!

Principio de operación

Un convertidor resonante normalmente opera a una velocidad constante. frecuencia de operación, que está determinada por la frecuencia de resonancia del circuito LC. Una vez que se aplica voltaje CC al circuito, comienza a generarse con la ayuda de transistores. Una especie de multivibrador, con un desfase de 180°. Los transistores conectan alternativamente los extremos de un circuito resonante paralelo a la masa, lo que permite que este circuito se recargue periódicamente con energía y luego la irradie al espacio.

Esquemas prácticos

Esquema básico

Foto del transmisor-receptor de energía terminado.

En resumen, observamos que la transmisión de energía inalámbrica se está implementando cada vez más en el campo de la electrónica de consumo, los equipos industriales, militares y médicos. Como inalámbrico la red local y Bluetooth, y la energía inalámbrica se vuelve opción actual. Esto le permite deshacerse de botones, cables y conectores de alimentación poco fiables. Otro campo de aplicación se refiere a los transformadores, que deben satisfacer requisitos especiales- tener aislamiento reforzado o doble. Y lo más importante: ¡seguridad eléctrica! Muchas redes de bajo consumo Accesorios se puede alimentar no a través de cables, enchufes y enchufes de 220 V, sino mediante un método sin contacto, simplemente moviéndolos a la superficie deseada.

Durante muchos años, los científicos han estado luchando con la cuestión de minimizar los costes eléctricos. Comer diferentes caminos y propuestas, pero aún así, la teoría más famosa es la transmisión inalámbrica de electricidad. Proponemos considerar cómo se lleva a cabo, quién es su inventor y por qué aún no se ha implementado.

Teoría

La electricidad inalámbrica es literalmente la transferencia de energía eléctrica sin cables. La gente suele comparar la transmisión inalámbrica de energía eléctrica con la transmisión de información, como la radio, Celulares, o acceso wifi en Internet. La principal diferencia es que la transmisión por radio o microondas es una tecnología destinada a restaurar y transportar información, y no la energía que se gastó originalmente en la transmisión.

La electricidad inalámbrica es un área de la tecnología relativamente nueva, pero que se está desarrollando de forma bastante dinámica. Ahora se están desarrollando métodos para transmitir energía de manera eficiente y segura a distancia sin interrupción.

¿Cómo funciona la electricidad inalámbrica?

El trabajo principal se basa específicamente en el magnetismo y el electromagnetismo, como es el caso de la radiodifusión. Cargador inalámbrico, también conocido como carga inductiva, basado en varios principios simples El trabajo, en particular la tecnología requiere dos bobinas. Un transmisor y un receptor, que juntos generan un campo magnético alterno de corriente no continua. A su vez, este campo provoca un voltaje en la bobina receptora; Esto se puede utilizar para alimentar un dispositivo móvil o cargar una batería.

Si envía corriente eléctrica a través de un cable, se crea un campo magnético circular alrededor del cable. A pesar de que el campo magnético afecta tanto al bucle como a la bobina, es más pronunciado en el cable. Cuando tomamos una segunda bobina de alambre que no recibe ninguna corriente eléctrica que la atraviese, y un lugar donde colocamos una bobina en el campo magnético de la primera bobina, la corriente eléctrica de la primera bobina se transmitirá a través del campo magnético. y a través de la segunda bobina, creando un acoplamiento inductivo.

Tomemos como ejemplo un cepillo de dientes eléctrico. En él, el cargador está conectado a una toma de corriente, que envía corriente eléctrica al cable trenzado del interior. cargador, creando un campo magnético. Hay una segunda bobina dentro del cepillo de dientes, cuando la corriente comienza a fluir y, gracias al MF formado, el cepillo comienza a cargarse sin estar conectado directamente a una fuente de alimentación de 220 V.

Historia

Transmisión inalámbrica La energía como alternativa a la transmisión y distribución de líneas eléctricas fue propuesta y demostrada por primera vez por Nikola Tesla. En 1899, Tesla presentó la transmisión inalámbrica para impulsar el campo. Lámparas fluorescentes, ubicado a veinticinco millas de una fuente de energía sin el uso de cables. Pero en ese momento, era más barato cablear 40 kilómetros de alambre de cobre en lugar de construir los generadores de energía especiales que requería la experiencia de Tesla. Nunca recibió una patente y el invento quedó en lo más recóndito de la ciencia.

Aunque Tesla fue el primero en demostrar las posibilidades prácticas Comunicación inalámbrica allá por 1899, hoy en día hay muy pocos dispositivos a la venta, estos son cepillos inalámbricos, auriculares, cargadores de teléfonos, etc.

Tecnología inalámbrica

La transferencia de energía inalámbrica implica la transferencia de energía eléctrica o potencia a distancia sin cables. Así, la tecnología central se basa en los conceptos de electricidad, magnetismo y electromagnetismo.

Magnetismo

Es una fuerza fundamental de la naturaleza que provoca ciertos tipos materiales se atraen o repelen entre sí. Los únicos imanes permanentes son los polos de la Tierra. La corriente de flujo en el bucle genera campos magnéticos que se diferencian de los campos magnéticos oscilantes en la velocidad y el tiempo necesarios para generar corriente alterna (CA). Las fuerzas que aparecen en este caso se representan en el siguiente diagrama.

Así aparece el magnetismo

El electromagnetismo es la interdependencia de campos eléctricos y magnéticos alternos.

Inducción magnética

Si el bucle conductor está conectado a una fuente de alimentación de CA, generará un campo magnético oscilante dentro y alrededor del bucle. Si el segundo circuito conductor está lo suficientemente cerca, captará parte de este campo magnético oscilante, que a su vez genera o induce una corriente eléctrica en la segunda bobina.

Video: cómo se produce la transferencia inalámbrica de electricidad.

Así sucede transmisión eléctrica energía de un ciclo o bobina a otro, lo que se conoce como inducción magnética. Ejemplos de este fenómeno se utilizan en transformadores y generadores eléctricos. Este concepto se basa en las leyes de inducción electromagnética de Faraday. Allí, afirma que cuando hay un cambio en el flujo magnético que se conecta a una bobina, la fem inducida en la bobina es igual al producto del número de vueltas de la bobina y la tasa de cambio del flujo.

Acoplamiento de potencia

Esta parte es necesaria cuando un dispositivo no puede transmitir energía a otro dispositivo.

El acoplamiento magnético se genera cuando el campo magnético de un objeto es capaz de inducir una corriente eléctrica a otros dispositivos dentro de su alcance.

Se dice que dos dispositivos están mutuamente acoplados inductivamente o magnéticamente cuando están dispuestos de manera que un cambio en la corriente cuando un cable induce un voltaje en los extremos del otro cable por medio de inducción electromagnética. Esto se debe a la inductancia mutua.

Tecnología

Principio de acoplamiento inductivo

Dos dispositivos mutuamente acoplados inductivamente o magnéticamente están diseñados de manera que el cambio de corriente cuando un cable induce un voltaje en los extremos del otro cable se produce por inducción electromagnética. Esto se debe a la inductancia mutua.
Se prefiere el acoplamiento inductivo debido a su capacidad de funcionar de forma inalámbrica y a su resistencia a los golpes.

El acoplamiento inductivo resonante es una combinación de acoplamiento inductivo y resonancia. Utilizando el concepto de resonancia, puedes hacer que dos objetos funcionen dependiendo de las señales de cada uno.

Como puede verse en el diagrama anterior, la resonancia la proporciona la inductancia de la bobina. El condensador está conectado en paralelo al devanado. La energía se moverá hacia adelante y hacia atrás entre el campo magnético que rodea la bobina y campo eléctrico alrededor del condensador. Aquí las pérdidas por radiación serán mínimas.

También existe el concepto de comunicación ionizada inalámbrica.

También se puede implementar, pero requiere un poco de esfuerzo. más esfuerzo. Esta técnica ya existe en la naturaleza, pero es poco factible implementarla, ya que requiere un campo magnético elevado, a partir de 2,11 M/m. Fue desarrollado por el brillante científico Richard Walras, quien desarrolló un generador de vórtices que envía y transmite energía térmica a grandes distancias, en particular con la ayuda de colectores especiales. El ejemplo más simple de tal conexión es el rayo.

Ventajas y desventajas

Por supuesto, esta invención tiene sus ventajas y desventajas sobre los métodos cableados. Te invitamos a considerarlos.

Las ventajas incluyen:

1. Ausencia total de cables;
2. No se necesitan fuentes de alimentación;
3. Se elimina la necesidad de una batería;
4. La energía se transfiere de manera más eficiente;
5. Se requiere mucho menos mantenimiento.

Las desventajas incluyen las siguientes:

• La distancia es limitada;
• los campos magnéticos no son tan seguros para los humanos;
• la transmisión inalámbrica de electricidad mediante microondas u otras teorías es prácticamente imposible en casa y con tus propias manos;
• Alto costo de instalación.