انتقال بی سیم برق بر اساس تئوری تسلا. برق بی سیم سازندگان خود را شگفت زده کرد

قانونی را کشف کرد (که بعدها به نام قانون آمپر به نام کاشف نامگذاری شد) که نشان می دهد جریان الکتریکی میدان مغناطیسی ایجاد می کند.

• که در 2007 در سال 1999، یک تیم تحقیقاتی به سرپرستی پروفسور مارین سولجاچیچ از 2 متر انرژی بی سیم برای روشن کردن یک لامپ 60 واتی با راندمان 40 درصد با استفاده از دو سیم پیچ به قطر 60 سانتی متر کافی بود.
• که در 2008 در سال 1999، Bombardier سیستمی برای انتقال نیروی بی سیم به نام "primove" برای استفاده در موتورهای تراموا و ریل سبک پیشنهاد کرد.
• که در 2008 در همان سال، کارکنان اینتل آزمایش‌های نیکولا تسلا در سال 1894 و آزمایش‌های گروه جان براون در سال 1988 در مورد انتقال بی‌سیم انرژی به لامپ‌های رشته‌ای نور با بازده 75 درصد را بازتولید کردند.
• که در 2009 در همان سال، کنسرسیومی از شرکت‌های علاقه‌مند به نام «کنسرسیوم برق بی‌سیم» یک استاندارد برق بی‌سیم با جریان پایین به نام «» را توسعه دادند. Qi شروع به استفاده در فناوری قابل حمل کرد.
• که در 2009 در سال 2009، شرکت نروژی Wireless Power & Communication یک چراغ قوه صنعتی را معرفی کرد که می تواند با خیال راحت کار کند و بدون تماس در یک جو اشباع شده از گاز قابل اشتعال شارژ شود.
• که در 2009 گروه Haier اولین تلویزیون ال سی دی کاملا بی سیم جهان را بر اساس تحقیقات پروفسور مارین سولاچیچ در مورد انتقال برق بی سیم و واسط دیجیتال خانگی بی سیم (WHDI) معرفی کرد.
• که در 2011 کنسرسیوم برق بی سیم شروع به گسترش مشخصات استاندارد Qi برای جریان های متوسط ​​کرد.
• که در 2012 در همان سال، موزه خصوصی سنت پترزبورگ "Grand Maket Russia" کار خود را آغاز کرد که در آن مدل های ماشین های مینیاتوری از طریق مدلی از جاده برق را به صورت بی سیم دریافت می کردند.
• که در 2015 در سال 1999، دانشمندان دانشگاه واشنگتن دریافتند که الکتریسیته می تواند از طریق فناوری Wi-Fi منتقل شود.

فن آوری

روش اولتراسونیک

روش اولتراسونیک انتقال انرژی توسط دانشجویان دانشگاه پنسیلوانیا ابداع شد و اولین بار در نمایشگاه "همه چیز دیجیتال" (D9) در سال 2011 به عموم مردم ارائه شد. مانند سایر روش های انتقال بی سیم چیزی، از گیرنده و فرستنده استفاده می شد. فرستنده اولتراسوند منتشر کرد. گیرنده نیز به نوبه خود آنچه شنیده می شد را به برق تبدیل می کرد. در زمان ارائه، فاصله انتقال به 7-10 متر می رسید و خط دید مستقیم گیرنده و فرستنده ضروری بود. ولتاژ ارسالی به 8 ولت رسید. جریان حاصل گزارش نشده است. فرکانس های اولتراسونیک استفاده شده هیچ تاثیری بر انسان ندارند. همچنین اطلاعاتی در مورد اثرات منفی فرکانس های اولتراسونیک بر روی حیوانات وجود ندارد.

روش القای الکترومغناطیسی

انتقال توان بی سیم توسط القای الکترومغناطیسی از یک میدان الکترومغناطیسی نزدیک در فواصل حدود یک ششم طول موج استفاده می کند. انرژی میدان نزدیک به خودی خود تابشی نیست، اما برخی از تلفات تابشی رخ می دهد. علاوه بر این، به عنوان یک قاعده، تلفات مقاومتی نیز وجود دارد. به دلیل القای الکترودینامیکی، یک جریان الکتریکی متناوب که از سیم پیچ اولیه عبور می کند، یک میدان مغناطیسی متناوب ایجاد می کند که بر روی سیم پیچ ثانویه اثر می گذارد و جریان الکتریکی را در آن القا می کند. برای دستیابی به راندمان بالا، تعامل باید به اندازه کافی نزدیک باشد. با دور شدن سیم پیچ ثانویه از سیم پیچ اولیه، میدان مغناطیسی بیشتری به سیم پیچ ثانویه نمی رسد. حتی در فواصل نسبتاً کوتاه، جفت القایی بسیار ناکارآمد می شود و بخش زیادی از انرژی ارسال شده را هدر می دهد.

ترانسفورماتور الکتریکی ساده ترین وسیله برای انتقال برق بی سیم است. سیم پیچ های اولیه و ثانویه ترانسفورماتور مستقیماً به هم متصل نیستند. انتقال انرژی از طریق فرآیندی به نام القای متقابل انجام می شود. وظیفه اصلی ترانسفورماتور افزایش یا کاهش ولتاژ اولیه است. شارژرهای بدون تماس تلفن همراه و مسواک های برقی نمونه هایی از استفاده از اصل القایی الکترودینامیکی هستند. اجاق های القایی نیز از این روش استفاده می کنند. عیب اصلی روش انتقال بی سیم برد بسیار کوتاه آن است. گیرنده باید در مجاورت فرستنده باشد تا بتواند به طور موثر با فرستنده ارتباط برقرار کند.

استفاده از رزونانس تا حدودی برد انتقال را افزایش می دهد. با القای تشدید، فرستنده و گیرنده بر روی یک فرکانس تنظیم می شوند. با تغییر شکل موج جریان درایو از سینوسی به شکل موج گذرا غیر سینوسی، می توان عملکرد را بیشتر بهبود بخشید. انتقال انرژی پالسی در چندین چرخه اتفاق می افتد. بنابراین، توان قابل توجهی را می توان بین دو مدار LC تنظیم شده متقابل با ضریب کوپلینگ نسبتا کم منتقل کرد. سیم پیچ های فرستنده و گیرنده، به عنوان یک قاعده، سلونوئیدهای تک لایه یا یک مارپیچ مسطح با مجموعه ای از خازن ها هستند که به شما امکان می دهد عنصر گیرنده را با فرکانس فرستنده تنظیم کنید.

یکی از کاربردهای رایج القای الکترودینامیکی تشدید، شارژ باتری‌ها در دستگاه‌های قابل حمل مانند رایانه‌های لپ‌تاپ و تلفن‌های همراه، ایمپلنت‌های پزشکی و وسایل نقلیه الکتریکی است. تکنیک شارژ موضعی از انتخاب یک سیم پیچ فرستنده مناسب در ساختار آرایه سیم پیچ چندلایه استفاده می کند. رزونانس هم در پد شارژ بی سیم (حلقه انتقال) و هم در ماژول گیرنده (که در بار تعبیه شده است) برای اطمینان از حداکثر بازده انتقال انرژی استفاده می شود. این تکنیک انتقال برای پدهای شارژ بی سیم جهانی برای شارژ وسایل الکترونیکی قابل حمل مانند تلفن های همراه مناسب است. این تکنیک به عنوان بخشی از استاندارد شارژ بی سیم Qi پذیرفته شده است.

القای الکترودینامیک تشدید کننده همچنین برای تامین انرژی دستگاه‌های بدون باتری مانند برچسب‌های RFID و کارت‌های هوشمند بدون تماس و همچنین برای انتقال انرژی الکتریکی از سلف اولیه به تشدید کننده ترانسفورماتور تسلا که یک فرستنده بی‌سیم انرژی الکتریکی است نیز استفاده می‌شود.

القای الکترواستاتیک

روش لیزری

در صورتی که طول موج تابش الکترومغناطیسی به ناحیه مرئی طیف نزدیک شود (از 10 میکرون تا 10 نانومتر)، انرژی را می توان با تبدیل آن به پرتو لیزر منتقل کرد و سپس می تواند به فتوسل گیرنده هدایت شود.

در مقایسه با سایر روش‌های انتقال بی‌سیم، انتقال توان لیزری دارای چندین مزیت است:

• انتقال انرژی در فواصل طولانی (به دلیل زاویه کوچک واگرایی بین پرتوهای باریک یک موج نور تک رنگ)؛
• سهولت استفاده برای محصولات کوچک (به دلیل اندازه کوچک لیزر حالت جامد - دیود نیمه هادی فوتوالکتریک)؛
• عدم تداخل فرکانس رادیویی برای دستگاه های ارتباطی موجود مانند Wi-Fi و تلفن های همراه (لیزر چنین تداخلی ایجاد نمی کند).
• توانایی کنترل دسترسی (فقط گیرنده هایی که با پرتو لیزر روشن می شوند می توانند برق دریافت کنند).

این روش همچنین دارای معایبی است:

• تبدیل تابش الکترومغناطیسی با فرکانس پایین به فرکانس بالا که نور است، ناکارآمد است. تبدیل نور به برق نیز ناکارآمد است، زیرا راندمان سلول های فتوولتائیک به 40-50٪ می رسد، اگرچه راندمان تبدیل نور تک رنگ بسیار بیشتر از بازده پانل های خورشیدی است.
• تلفات در جو؛
• نیاز به خط دید بین فرستنده و گیرنده (مانند انتقال مایکروویو).

فناوری انتقال نیرو به کمک لیزر قبلاً عمدتاً در توسعه سیستم‌های تسلیحاتی جدید و در صنعت هوافضا مورد بررسی قرار گرفته است و در حال حاضر برای تجهیزات الکترونیکی تجاری و مصرفی در دستگاه‌های کم مصرف در حال توسعه است. سیستم‌های انتقال برق بی‌سیم برای کاربردهای مصرف‌کننده باید الزامات ایمنی لیزر IEC 60825 را برآورده کنند. برای درک بهتر سیستم‌های لیزر، باید در نظر گرفت که انتشار یک پرتو لیزر بسیار کمتر به محدودیت‌های پراش وابسته است، زیرا فضایی و تطبیق طیفی ویژگی های لیزر باعث افزایش قدرت کار و فاصله می شود، زیرا طول موج بر روی تمرکز تأثیر می گذارد.

مرکز تحقیقات پرواز درایدن ناسا، پرواز یک هواپیمای مدل بدون سرنشین سبک را که با پرتو لیزر کار می کند، نشان داد. این امر امکان شارژ مجدد دوره ای را با استفاده از یک سیستم لیزری بدون نیاز به فرود هواپیما ثابت کرد.

جریان متناوب را می توان از طریق لایه هایی از جو با فشار اتمسفر کمتر از 135 میلی متر جیوه منتقل کرد. هنر جریان از طریق القای الکترواستاتیکی در اتمسفر پایینی در حدود 2-3 مایل (3.2-4.8 کیلومتر) بالاتر از سطح دریا و به دلیل جریان یون ها، یعنی رسانش الکتریکی از طریق یک منطقه یونیزه شده واقع در ارتفاع بالای 5 کیلومتر، جریان می یابد. پرتوهای عمودی شدید تابش فرابنفش را می توان برای یونیزه کردن گازهای اتمسفر مستقیماً بالای دو پایانه مرتفع استفاده کرد که منجر به تشکیل خطوط برق پلاسما با ولتاژ بالا می شود که مستقیماً به لایه های رسانای جو می رسد. در نتیجه، یک جریان الکتریکی بین دو پایانه مرتفع تشکیل می‌شود که به تروپوسفر می‌رود، از آن عبور می‌کند و به پایانه دیگر باز می‌گردد. رسانایی الکتریکی از طریق لایه های جو به دلیل تخلیه خازنی پلاسما در یک جو یونیزه امکان پذیر می شود.

نیکولا تسلا کشف کرد که الکتریسیته هم از طریق زمین و هم از طریق جو قابل انتقال است. او در جریان تحقیقات خود به اشتعال لامپ در فواصل متوسط ​​دست یافت و انتقال برق در فواصل طولانی را ثبت کرد. برج Wardenclyffe به عنوان یک پروژه تجاری برای تلفن بی سیم فرا اقیانوس اطلس تصور شد و به نمایش واقعی امکان انتقال بی سیم برق در مقیاس جهانی تبدیل شد. نصب به دلیل کمبود بودجه تکمیل نشد.

زمین یک هادی طبیعی است و یک مدار رسانا را تشکیل می دهد. حلقه بازگشت از طریق تروپوسفر فوقانی و استراتوسفر پایینی در ارتفاع حدود 4.5 مایلی (7.2 کیلومتری) تحقق می یابد.

یک سیستم جهانی برای انتقال الکتریسیته بدون سیم، به اصطلاح «سیستم بی‌سیم جهانی» که بر اساس رسانایی الکتریکی بالای پلاسما و هدایت الکتریکی بالای زمین است، توسط نیکولا تسلا در اوایل سال 1904 پیشنهاد شد و به خوبی می‌توانست باعث شهاب سنگ تونگوسکا، ناشی از "اتصال کوتاه" بین جو باردار و زمین.

سیستم بی سیم در سراسر جهان

آزمایشات اولیه مخترع مشهور صرب، نیکولا تسلا، مربوط به انتشار امواج رادیویی معمولی، یعنی امواج هرتزی، امواج الکترومغناطیسی منتشر شده در فضا بود.

در سال 1919، نیکولا تسلا نوشت: «قرار است در سال 1893 کار بر روی انتقال بی سیم را آغاز کنم، اما در واقع دو سال قبل را صرف تحقیق و طراحی دستگاه کردم. از همان ابتدا برای من روشن بود که با یک سری تصمیمات رادیکال می توان به موفقیت دست یافت. ابتدا قرار بود ژنراتورهای فرکانس بالا و نوسانگرهای الکتریکی ساخته شوند. انرژی آنها باید به فرستنده های کارآمد تبدیل می شد و در فاصله ای دور توسط گیرنده های مناسب دریافت می شد. چنین سیستمی در صورتی مؤثر خواهد بود که هرگونه دخالت خارجی حذف شود و انحصار کامل آن تضمین شود. با گذشت زمان، اما متوجه شدم که برای اینکه دستگاه هایی از این دست به طور موثر کار کنند، باید با در نظر گرفتن ویژگی های فیزیکی سیاره ما طراحی شوند.

یکی از شرایط ایجاد یک سیستم بی سیم در سراسر جهان، ساخت گیرنده های رزونانسی است. تشدید کننده مارپیچ زمین شده سیم پیچ تسلا و ترمینال مرتفع را می توان به همین ترتیب استفاده کرد. تسلا شخصاً بارها انتقال بی سیم انرژی الکتریکی از فرستنده به سیم پیچ تسلا را نشان داد. این بخشی از سیستم انتقال بی سیم او شد (اختراع ایالات متحده به شماره 1119732، 18 ژانویه 1902، "دستگاه برای انتقال نیروی الکتریکی"). تسلا پیشنهاد نصب بیش از 30 ایستگاه گیرنده و فرستنده را در سراسر جهان داد. در این سیستم سیم پیچ پیکاپ به عنوان یک ترانسفورماتور کاهنده با جریان خروجی بالا عمل می کند. پارامترهای سیم پیچ فرستنده با سیم پیچ گیرنده یکسان است.

هدف سیستم بی‌سیم جهانی تسلا، ترکیب انتقال نیرو با پخش و ارتباطات بی‌سیم جهت‌دار بود که می‌توانست خطوط متعدد برق ولتاژ بالا را حذف کند و اتصال ژنراتورهای الکتریکی را در مقیاس جهانی تسهیل کند.

را نیز ببینید

• WiTricity

یادداشت

1. «الکتریسیته در نمایشگاه کلمبیا» نوشته جان پاتریک بارت. 1894، صص. 168-169
2. آزمایش‌هایی با جریان‌های متناوب با فرکانس بسیار بالا و کاربرد آن‌ها در روش‌های نورپردازی مصنوعی، 1 Columbia، 0
3. آزمایش‌ها با جریان‌های جایگزین با پتانسیل بالا و فرکانس بالا، آدرس IEE، لندن، فوریه 1892 (انگلیسی)
4. در «نور» و «دیگر» پدیده‌های با فرکانس بالا، مؤسسه فرانکلین، فیلادلفیا، فوریه 1893 و جامعه ملی. لوئیس،  مارس 1893 (انگلیسی)
5. کار-جاگدیش-چاندرا-بوز:-100-سال-پژوهش-موج-میلی متر
6. جاگادیش-چاندرا-بوز
7. نیکولا تسلا درباره کارش با جریان های متناوب و کاربرد آنها در تلگراف بی سیم، تلفن و انتقال نیرو، ص. 26-29. (انگلیسی)
8. 5 ژوئن 1899 نت های کلرادو بهار  1899-1900، نولیت، 1978 (انگلیسی)
9. نیکولا تسلا: سلاح های هدایت شده و فناوری رایانه
10. برقکار(لندن)، 1904 (انگلیسی)
11. اسکن گذشته: تاریخچه مهندسی برق از گذشته، هیدتسوگو یاگی
12. Tetelbaum S.I.در مورد انتقال بی سیم برق در فواصل طولانی با استفاده از امواج رادیویی // برق. - 1945. - شماره 5. - ص 43-46.
13. کوستنکو A. A.شبه اپتیک: مقدمات تاریخی و روندهای مدرن توسعه // رادیوفیزیک و رادیو اخترشناسی. - 2000. - V. 5، شماره 3. - S. 231.
14. بررسی عناصر قدرت انتقال با پرتو مایکروویو، در سال 1961 IRE بین‌المللی. Conf. Rec., vol.9, part 3, pp.93-105
15. IEEE مایکروویو نظریه و تکنیک، بیل براون ممتاز شغل
16. قدرت از خورشید: آینده آن، علم جلد. 162، صص. 957-961 (1968)
17. ثبت اختراع انرژی خورشیدی-ماهواره
18. تاریخچه RFID
19. ابتکار عمل فضایی-خورشیدی-انرژی
20. بی سیم برق انتقال برای Solar Power Satellite
21. W. C. Brown: The History Of Power Transmission به وسیله امواج رادیویی: مایکروویو تئوری and Techniques، IEEE Transactions، 49،09،49 32 (9)، pp. 1230-1242 (انگلیسی)
22. انتقال نیرو بی سیم از طریق تشدیدهای مغناطیسی جفت شده قوی(انگلیسی) . علم (7 ژوئن 2007). بازیابی شده در 6 سپتامبر 2010. بایگانی شده از نسخه اصلی در 29 فوریه 2012.,
    روشی جدید انتقال بی سیم برق (روسی). MEMBRANA.RU (8 ژوئن 2007). بازیابی شده در 6 سپتامبر 2010. بایگانی شده از نسخه اصلی در 29 فوریه 2012.
23. فناوری Bombardier PRIMOVE 
24. اینتل قدرت بی‌سیم را برای لپ‌تاپ شما تصور می‌کند
25. مشخصات بی سیم  برق   در حال تکمیل
26. شارژ جهانی Qi Standard Powers Up بی سیم - HONG KONG، سپتامبر. 2 /PRNewswire/
27. TX40 and CX40، مشعل و شارژر تایید شده سابق
28. تلویزیون HDTV بی‌سیم Haier فاقد سیم، نمایه‌ی صاف (ویدئو) (انگلیسی)
    برق بی سیم سازندگان خود را شگفت زده کرد (روسی). MEMBRANA.RU (16 فوریه 2010). بازبینی شده در 6 سپتامبر 2010.

ما دستگاهی برای انتقال برق بدون سیم با ضریب عملکرد (COP) حدود 100 درصد ارائه می دهیم. در آینده مقدار بازده ≈ 100% اثبات خواهد شد و البته ما این مقدار را با دستگاه آزمایشی خود نشان می دهیم.

اهمیت مشکل انتقال بی سیم برق بدون شک - غلبه بر موانع طبیعی (رودخانه ها، کوه ها و دره ها) است. منبع تغذیه پشتیبان، حمل و نقل الکتریکی، حل تعدادی از مشکلات تامین برق بی سیم دستگاه های خانگی و صنعتی و ... - همه اینها عناصر مشکل ذکر شده هستند.

کمی تاریخ

برای اولین بار، مشکل انتقال بی سیم برق در سپیده دم قرن گذشته توسط N. Tesla شناسایی شد. دستگاه نمایشی او مبتنی بر روش انتشار و دریافت امواج الکترومغناطیسی توسط یک مدار رزونانس باز بود که حاوی یک آنتن - یک خازن و یک سیم پیچ - یک اندوکتانس است. شاخص های مشخصه دستگاه تسلا به موارد زیر کاهش می یابد: راندمان = 4٪، برد انتقال - 42 کیلومتر، حداکثر ابعاد برج آنتن - 60 متر، طول موج - 2000 متر. قابل توجه است که در دستگاه تسلا سیاره زمین در نظر گرفته شده است. به عنوان یکی از سیم های انتقال برق، از آنجایی که انتشار و دریافت چنین امواج طولانی بدون اتصال به زمین موثر نیست.

پس از آزمایش‌های تسلا، در طول قرن بیستم گذشته، همه تلاش‌ها برای انتقال بی‌سیم برق با کارایی قابل قبول بی‌ثمر بود.

در دهه جاری، کار به طور مستقیم یا غیرمستقیم در مؤسسه فناوری ماساچوست به سرپرستی M. Solya-chich گزارش شده است. کار آنها بر اساس القای شناخته شده، با کمک یک میدان مغناطیسی، روش انتقال الکتریسیته است که توسط سلف های مسطح تشدید اجرا می شود. این روش به طور ایده آل بازده = 50٪ را با محدوده انتقال متناسب با ابعاد سیم پیچ های آنتن فراهم می کند. شاخص های مشخصه دستگاه نمایش آنها به شرح زیر است: راندمان ≈ 40٪، محدوده انتقال - 2 متر، اندازه سیم پیچ آنتن - 0.6 متر، طول موج - 30 متر.

سیستم بسته انرژی

در دستگاه ما، مانند دستگاه تسلا، حامل انرژی امواج الکترومغناطیسی است، یعنی. بردار معروف Poynting عمل می کند.

موارد زیر از نظر تئوری اثبات شده و به طور تجربی تأیید می‌شوند: آنتن‌های فرستنده و گیرنده دستگاه انتقال برق بی‌سیم یک سیستم بسته انرژی را تشکیل می‌دهند که تا حدی شامل انرژی میدان الکترومغناطیسی زمین است. از طریق تحریک (فعال سازی) میدان الکترومغناطیسی زمین در این سیستم، الکتریسیته از آنتن فرستنده به آنتن گیرنده با بازده ≈ 100% منتقل می شود (شکل 1).

شکل. یکی

شکل. 2

با استفاده از این آنتن می توان به راحتی مشکلی را تدوین کرد که راه حل آن انتقال برق بدون سیم را تضمین می کند:

1. آنتن های فرستنده و گیرنده باید میدان الکترومغناطیسی زمین را در یک منطقه محلی (محدود) از فضا تحریک (فعال) کنند.

2. میدان الکترومغناطیسی برانگیخته زمین نیز باید در فضا محلی باشد و انرژی مصرف نکند (باید یک موج الکترومغناطیسی ایستاده بین آنتن های فرستنده و گیرنده باشد).

راه‌حل این مشکل با آنتن‌هایی که بر اساس بازنمایی‌های فضایی هندسه اقلیدس با اصل پنجم معروف آن - اصل خطوط موازی - ایجاد شده‌اند، غیرواقعی است. این اصل در کتاب های درسی مدرسه می گوید: از طریق نقطه ای که روی یک خط معین نیست، فقط یک خط را می توان به موازات خط داده شده رسم کرد.

شکل. 3

شهرت این اصل در این واقعیت نهفته است که از قرن اول شروع شده است. قبل از میلاد، به مدت 2000 سال، بهترین ذهن های جهان برای اثبات آن به عنوان یک قضیه ناموفق تلاش کردند. و در سال 1826، لوباچفسکی روسی مبانی هندسه خود را ترسیم کرد، که در آن اصل پنجم هندسه اقلیدس در واقع با نفی آن فرمول بندی شد: از طریق نقطه ای که روی یک خط معین نیست، حداقل دو خط موازی با خط داده شده می توان رسم کرد.

شکل. 4

و اگرچه این فرضیه چندان با ایده های فضایی ما سازگار نیست، هندسه لوباچفسکی سازگار است و در زمان های اخیر به طور مرتب در خدمت فیزیکدانان بوده است. به عنوان مثال، هندسه لوباچفسکی در توصیف تعداد زیادی از پدیده ها از ارتعاشات در خطوط انتقال مکانیکی تا تعامل ذرات و فرآیندهای بنیادی در غشای یک سلول زنده نقش دارد.

شبه کره

درست است، تا سال 1863، تقریباً به مدت 40 سال، هندسه لوباچفسکی چیزی بود که هیچ ربطی به واقعیت نداشت. اما، در سال 1863، بلترامی ریاضیدان ایتالیایی ثابت کرد که تمام ویژگی های صفحه هندسه لوباچفسکی بر روی سطح شبه کره - یک جسم هندسی، که ویژگی های آن با خواص کره منطبق یا مخالف است، تحقق می یابد. در شکل. 5 یک شبه کره را نشان می دهد و شکل. 6 ژنراتیکس آن یک تراتریکس با مجانب X'X است. اگر شعاع دایره های بزرگ (موازی) شبه کره و کره برابر باشد، می توان حجم و مساحت سطوح آنها را به صورت کمی مقایسه کرد.

شکل. پنج

شکل. 6

آنتن های دستگاه ما به شکل نیمه شبه کره است. ما دستگاهی را با مشخصات زیر نشان می دهیم: راندمان = 100٪، محدوده انتقال - 1.8 متر، حداکثر اندازه سیم پیچ آنتن - 0.2 متر، طول موج - 500 متر، اتصال به زمین ضروری نیست.

در اینجا لازم به ذکر است که مجموع ویژگی های نام برده شده دستگاه نمایشی با اصول الکترودینامیک کلاسیک - مهندسی رادیو در تضاد است.

چه ویژگی هایی از آنتن های نیمه شبه کره چنین ویژگی هایی را برای دستگاه ما فراهم می کند؟

در میان بیش از دوازده ویژگی خارق‌العاده شبه کره، موارد زیر قبل از هر چیز شایسته توجه هستند:

بدنه شبه کره، بی نهایت در فضا گسترش یافته است، دارای حجم محدود و سطح محدود است.

این خاصیت شبه کره است که به کمک آنتن های نیمه شبه کره، ایجاد یک سیستم محدود، با فضا محدود و انرژی بسته را ممکن می کند، که شرط لازم برای انتقال انرژی از بازده = 100٪ است.

دومین مشکل اساسی که در دستگاه ما حل شده است مربوط به محیطی است که سیستم بسته انرژی ذکر شده را پر می کند. نکته اصلی این است که فقط در الکترودینامیک کوانتومی که ثمره آن لیزرها و میزرها هستند، رسانه فعال در نظر گرفته می شود. برعکس، در الکترودینامیک کلاسیک، رسانه به اجسام غیرفعال اشاره دارد. این با تضعیف، از دست دادن انرژی الکترومغناطیسی در طول انتشار همراه است.

غیر قابل باور، اما واقعی، در دستگاه ما فعال شدن میدان های الکتریکی و مغناطیسی زمین است. این فیلدها اشیای محیط در دستگاه ما هستند، زیرا آنها سیستم بسته انرژی ذکر شده را پر می کنند. فعال شدن این محیط نیز نتیجه خواص شبه کره است.

نکته اصلی این است که تمام نقاط روی سطح شبه کره، به گفته ریاضیدانان، هذلولی و در فضا ناپیوسته هستند. با توجه به آنتن های نیمه شبه کره دستگاه ما، این مساوی است با ناپیوستگی، کمی سازی میدان های الکتریکی و مغناطیسی در هر نقطه از سیم سیم پیچ سیم پیچ آنتن های نیمه شبه کره. این منجر به اختلالات الکترومغناطیسی - امواجی می شود که طول آنها متناسب با قطر سیم سیم پیچ سیم پیچ آنتن ها - نیمه شبه کره ها است، یعنی. در عمل، طول چنین امواجی در حدود 1 میلی متر یا کمتر است. چنین امواج الکترومغناطیسی، همانطور که در تئوری و عمل به اثبات رسیده است، می توانند از طریق قطبش مولکول های هوا یا مستقیماً، میدان الکترومغناطیسی زمین را فعال کنند و در نتیجه اتلاف انرژی الکترومغناطیسی در مسیر انتقال آن را در دستگاه ما جبران کنند. این نیز برای توضیح بازده = 100٪ ضروری است.

نه تنها این، ما یک مولد انرژی الکترومغناطیسی اضافی را اعلام کرده ایم که ضریب تبدیل انرژی (KPI) آن بیش از 400٪ است. آن ها قابل مقایسه با KPI پمپ های حرارتی شناخته شده است.

و در مورد آخرین، سومین کار، که در دستگاه ما حل شده است.

به خوبی شناخته شده است که انرژی در فضا فقط توسط یک موج الکترومغناطیسی در حال حرکت منتقل می شود، موجی که در آن میدان های الکتریکی و مغناطیسی در فاز هستند. این حالت را نمی توان در فاصله 1.8 متری در طول موج 500 متر تحقق بخشید. اما به خوبی شناخته شده است که سرعت یک موج الکترومغناطیسی در حال حرکت در امتداد یک هادی مستقیم یا منحنی در مقایسه با سرعت در حالت آزاد کاهش می یابد. فضا؛ طول موج نیز کاهش می یابد. این اثر به طور گسترده در مهندسی برق و رادیو در سیستم های به اصطلاح عقب نشینی استفاده می شود. کاهش طول موج در این سیستم ها از دهم واحد با سیم های مستقیم تا 30 واحد با سیم های منحنی (مارپیچ) متغیر است.

این اثر کاهش سرعت و کاهش طول موج است که به ما امکان می دهد در فواصل کوتاه در دستگاه خود موجی را تشکیل دهیم.

در واقع، طول موج دستگاه آزمایشی ما به طول موج ذکر شده در بالا کاهش می یابد ، که یک موج الکترومغناطیسی در حال حرکت و حامل انرژی را در دستگاه ما تشکیل می دهد. در این حالت ضریب کاهش موج برابر است با واحدها چنین کاهش عظیمی در طول موج همچنین این واقعیت تجربی را توضیح می دهد که دستگاه ما حتی بدون اتصال به فرستنده و گیرنده برق به طور موثر کار می کند.

یکی دیگر از ویژگی های شگفت انگیز شبه کره در عملکرد دستگاه ما نقش دارد:

حجم شبه کره نصف حجم کره است، در حالی که مساحت سطوح آنها برابر است.

از این ویژگی نتیجه می شود که حجم یک کره محدود به سطح خود شامل دو حجم شبه کره است که توسط دو سطح ترکیبی سطح خود و ناحیه سوم کره مذکور محدود شده است. این به ما اجازه می دهد تا حجم کره اطراف زمین را پر از میدان های الکتریکی و مغناطیسی زمین، دو حجم از شبه کره و 2 حجم کره ی کاذب، که هر کدام توسط مناطق محدود شده اند و حاوی نیمی از میدان های الکتریکی و مغناطیسی زمین هستند را نشان دهیم. (شکل 7). با توجه به این واقعیت و اینکه دستگاه ما به ناچار فقط در یک طرف زمین قرار دارد، این بحث وجود دارد که آنتن های دستگاه ما تنها با نیمی از میدان های الکتریکی و مغناطیسی زمین تعامل دارند. در عین حال، نباید تصور کرد که نیمه دوم این فیلدها غیرفعال هستند. این امر با موارد زیر تأیید می شود.

شکل. 7

به یاد بیاورید که بیشتر قوانین فیزیک برای فریم های مرجع اینرسی فرموله شده اند که در آنها زمان نامربوط (مطلق) است، فضا همسانگرد است، سرعت حرکت مستقیم امواج الکترومغناطیسی (نور) مطلق است و غیره. در چارچوب سیستم های مرجع اینرسی، به خوبی شناخته شده است که در فضای آزاد، هنگامی که یک موج الکترومغناطیسی در حال حرکت بازتاب می شود، یک موج ایستاده تشکیل می شود که در آن یک موج الکتریکی ایستاده جداگانه و یک موج مغناطیسی ایستاده جداگانه متمایز می شود. با طول موج سیار برابر است، طول موج های الکتریکی و مغناطیسی ایستاده برابر با نصف طول موج سیر است، یعنی. . همچنین ضروری است که دوره این امواج ایستاده برابر با دوره موج سیر باشد، یعنی. ، از آنجایی که دوره یک موج ایستاده از مجموع دو نیم دوره نیمه موج مستقیم و منعکس شده تشکیل شده است.

این واقعیت که به جای تعیین تجربی، کمیتی با دقتی که به دقت تعیین مدت روز روی زمین بستگی دارد، به جای تعیین تجربی، به ما اجازه می دهد تا نگاهی کاملاً جدید به تعدادی از مسائل در فیزیک داشته باشیم.

طبق تاریخ، پروژه تکنولوژیکی انقلابی به دلیل کمبود منابع مالی مناسب توسط تسلا متوقف شد (این مشکل تقریباً در تمام مدتی که دانشمند در آمریکا کار می کرد، آزار دهنده بود). به طور کلی، فشار اصلی بر او توسط مخترع دیگری وارد شد - توماس ادیسون و شرکت‌هایش که فناوری DC را ترویج کردند، در حالی که تسلا درگیر جریان متناوب بود (به اصطلاح "جنگ فعلی"). تاریخ همه چیز را در جای خود قرار داده است: اکنون تقریباً در همه جا در شبکه های برق شهری از جریان متناوب استفاده می شود، اگرچه پژواک گذشته به روزهای ما می رسد (به عنوان مثال، یکی از دلایل اعلام شده برای خرابی قطارهای بدنام هیوندای استفاده از مستقیم است. خطوط برق فعلی در برخی از بخش های راه آهن اوکراین).

برج واردنکلیف، جایی که نیکولا تسلا آزمایشات خود را با الکتریسیته انجام داد (عکس از 1094)

در مورد برج Wardenclyffe، طبق افسانه، تسلا به یکی از سرمایه گذاران اصلی، J.P. مورگان، سهامدار اولین نیروگاه برق آبی نیاگارا و نیروگاه‌های مس (معروف است که مس در سیم استفاده می‌شود)، یک تاسیسات کاری برای انتقال بی‌سیم جریان، که هزینه آن برای مصرف‌کنندگان خواهد بود (کسب چنین تاسیساتی در یک صنعتی مقیاس) یک مرتبه ارزان تر برای مصرف کنندگان، پس از آن او تامین مالی پروژه را محدود کرد. هر چه که بود، آنها شروع به صحبت جدی در مورد انتقال بی سیم برق تنها 90 سال بعد، در سال 2007 کردند. و در حالی که هنوز راه زیادی تا ناپدید شدن خطوط برق از چشم انداز شهری وجود دارد، چیزهای کوچک دلپذیری مانند شارژ بی سیم یک دستگاه تلفن همراه در حال حاضر در دسترس هستند.

پیشرفت بدون توجه رخ داد

اگر حداقل دو سال پیش به آرشیو اخبار فناوری اطلاعات نگاهی بیندازیم، در چنین مجموعه‌هایی فقط گزارش‌های نادری از تولید شارژرهای بی‌سیم توسط شرکت‌های خاصی پیدا می‌کنیم و حتی یک کلمه در مورد محصولات و راه‌حل‌های نهایی (به جز اصول اولیه و کلی) نمی‌بینیم. طرح ها). امروزه، شارژ بی سیم دیگر چیزی فوق العاده اصلی یا مفهومی نیست. چنین دستگاه هایی با قدرت و اصلی فروخته می شوند (به عنوان مثال، ال جی شارژرهای خود را در MWC 2013 نشان داد)، برای وسایل نقلیه الکتریکی آزمایش شده است (کوالکام این کار را انجام می دهد) و حتی در مکان های عمومی (به عنوان مثال، در برخی از ایستگاه های راه آهن اروپا) استفاده می شود. علاوه بر این، در حال حاضر چندین استاندارد برای چنین انتقال برق وجود دارد و چندین اتحاد برای ترویج و توسعه آنها وجود دارد.

سیم پیچ های مشابهی وظیفه شارژ بی سیم دستگاه های تلفن همراه را بر عهده دارند که یکی از آنها در گوشی و دیگری در خود شارژر قرار دارد.

معروف ترین استاندارد از این دست، استاندارد Qi است که توسط کنسرسیوم Wireless Power ایجاد شده است که شامل شرکت های معروفی مانند HTC، Huawei، LG Electronics، Motorola Mobility، Nokia، Samsung، Sony و حدود صد سازمان دیگر است. این کنسرسیوم در سال 2008 با هدف ایجاد شارژر جهانی برای دستگاه های تولید کنندگان و برندهای مختلف تشکیل شد. در کار خود، استاندارد از اصل القای مغناطیسی استفاده می کند، زمانی که ایستگاه پایه از یک سیم پیچ القایی تشکیل شده است که یک میدان الکترومغناطیسی زمانی که AC از شبکه تامین می شود، ایجاد می کند. در دستگاه در حال شارژ سیم پیچ مشابهی وجود دارد که به این میدان واکنش نشان می دهد و قادر است انرژی دریافتی از طریق آن را به جریان مستقیم تبدیل کند که برای شارژ باتری استفاده می شود (در مورد اصل عملکرد کنسرسیوم بیشتر بدانید وب سایت http://www.wirelesspowerconsortium.com/what -we-do/how-it-works/). علاوه بر این، Qi از یک پروتکل ارتباطی 2Kb/s بین شارژرها و دستگاه هایی که قرار است شارژ شوند، پشتیبانی می کند که برای برقراری ارتباط میزان شارژ مورد نیاز و عملکرد مورد نیاز استفاده می شود.

شارژ بی سیم طبق استاندارد Qi در حال حاضر توسط بسیاری از گوشی های هوشمند پشتیبانی می شود و شارژرها برای همه دستگاه هایی که از این استاندارد پشتیبانی می کنند جهانی است.

Qi همچنین یک رقیب جدی دارد - Power Matters Alliance که شامل AT&T، Duracell، Starbucks، PowerKiss و Powermat Technologies است. این نام‌ها به دور از پیشتاز بودن در دنیای فناوری اطلاعات هستند (مخصوصاً قهوه‌های زنجیره‌ای استارباکس که به دلیل اینکه قرار است این فناوری را در همه جا در مؤسسات خود معرفی کند) متحد شده است - آنها به طور خاص در زمینه انرژی تخصص دارند. مسائل این اتحاد چندی پیش در مارس 2012 در چارچوب یکی از برنامه های IEEE (موسسه مهندسین برق و الکترونیک) تشکیل شد. استاندارد PMA ترویج شده توسط آنها بر اساس اصل القای متقابل کار می کند - یک مثال خاص از القای الکترومغناطیسی (که نباید با القای مغناطیسی استفاده شده توسط Qi اشتباه گرفته شود)، در صورت تغییر در جریان در یکی از هادی ها یا تغییر در موقعیت نسبی هادی ها باعث تغییر شار مغناطیسی در مدار دوم می شود، میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط جریان در هادی اول ایجاد می شود، که باعث ایجاد نیروی حرکتی در هادی دوم می شود و (در صورت بسته بودن هادی دوم) جریان القایی همانطور که در مورد Qi، این جریان سپس به جریان مستقیم تبدیل شده و به باتری وارد می شود.

خوب اتحاد برای Wireless Power را فراموش نکنید که شامل Samsung، Qualcomm، Ever Win Industries، Gill Industries، Peiker Acustic، SK Telecom، SanDisk و ... می شود، این سازمان هنوز راه حل های آماده ای ارائه نکرده است، اما جزو اهداف خود است. از جمله توسعه شارژرهایی که از طریق سطوح غیر فلزی کار می کنند و از سیم پیچ استفاده نمی کنند.

یکی از اهداف Alliance for Wireless Power امکان شارژ بدون اتصال به مکان و نوع سطح خاصی است.

از تمام موارد فوق، می توانیم یک نتیجه ساده بگیریم: در یک یا دو سال، اکثر دستگاه های مدرن می توانند بدون استفاده از شارژرهای سنتی شارژ شوند. در این میان، قدرت شارژ بی‌سیم، عمدتاً برای تلفن‌های هوشمند کافی است، با این حال، چنین دستگاه‌هایی به زودی برای تبلت‌ها و لپ‌تاپ‌ها نیز ظاهر می‌شوند (همان اپل چندی پیش اختراع شارژ بی‌سیم را برای iPad ثبت کرد). این بدان معنی است که مشکل تخلیه دستگاه ها تقریباً به طور کامل حل می شود - دستگاه را در یک مکان خاص قرار دهید یا قرار دهید و حتی در حین کار شارژ می شود (یا بسته به قدرت بسیار آهسته تر تخلیه می شود). با گذشت زمان، شکی نیست که دامنه آنها افزایش می یابد (اکنون باید از یک تشک یا پایه مخصوص استفاده کنید که دستگاه روی آن قرار دارد یا باید خیلی نزدیک باشد) و در همه جا در اتومبیل ها، قطارها و حتی ... احتمالا هواپیماها

خوب، و یک نتیجه گیری دیگر - به احتمال زیاد، اجتناب از جنگ فرمت های دیگر بین استانداردها و اتحادهای مختلف که آنها را ترویج می کنند ممکن نخواهد بود.

آیا از شر سیم ها خلاص خواهیم شد؟

البته شارژ بی سیم دستگاه ها چیز خوبی است. اما قدرتی که از آن ناشی می شود فقط برای اهداف بیان شده کافی است. با کمک این فناوری‌ها، حتی روشن کردن خانه‌ها و حتی کارکرد لوازم خانگی بزرگ نیز امکان‌پذیر نیست. با این وجود، آزمایش‌هایی بر روی انتقال بی‌سیم برق با توان بالا در حال انجام است و از جمله بر اساس مواد تسلا است. خود دانشمند پیشنهاد کرد که بیش از 30 ایستگاه فرستنده گیرنده را در سراسر جهان (در اینجا، به احتمال زیاد، کشورهای توسعه یافته در آن زمان، که بسیار کوچکتر از الان بودند) نصب کند که انتقال انرژی را با پخش و ارتباطات بی سیم جهت دار ترکیب می کند، که امکان خلاص شدن از آن را فراهم می کند. خطوط انتقال فشار قوی متعدد و ارتقاء اتصال به یکدیگر تأسیسات تولید برق در مقیاس جهانی.

امروزه روش‌های مختلفی برای حل مشکل انتقال برق بی‌سیم وجود دارد، با این حال، همه آنها تاکنون امکان دستیابی به نتایجی را فراهم می‌کنند که در برنامه جهانی قابل توجه نیستند. حتی کیلومتر هم نیست. روش هایی مانند انتقال اولتراسونیک، لیزر و الکترومغناطیسی محدودیت های قابل توجهی دارند (فاصله های کوتاه، نیاز به دید مستقیم فرستنده ها، اندازه آنها و در مورد امواج الکترومغناطیسی، راندمان بسیار پایین و آسیب به سلامت از یک میدان قدرتمند). بنابراین، امیدوار کننده ترین پیشرفت ها با استفاده از یک میدان مغناطیسی، یا بهتر است بگوییم، تعامل مغناطیسی تشدید مرتبط است. یکی از آنها WiTricity است که توسط شرکت WiTricity که توسط استاد MIT Marin Solyachich و تعدادی از همکارانش تأسیس شده است.

بنابراین، در سال 2007، آنها موفق به انتقال جریان 60 وات در فاصله 2 متری شدند. برای روشن کردن یک لامپ کافی بود و بازده آن 40٪ بود. اما مزیت غیرقابل انکار فناوری مورد استفاده این بود که عملاً با موجودات زنده تعامل نمی کند (قدرت میدان، به گفته نویسندگان، 10 هزار بار ضعیف تر از آنچه در هسته یک توموگرافی رزونانس مغناطیسی حاکم است) یا با تجهیزات پزشکی است. (پیس میکرها و غیره)، یا با تشعشعات دیگر، به این معنی که مثلاً در عملکرد همان Wi-Fi تداخلی ایجاد نمی کند.

جالب‌ترین چیز این است که کارایی سیستم WiTricity نه تنها تحت تأثیر اندازه، هندسه و تنظیم سیم‌پیچ‌ها، و همچنین فاصله بین آنها، بلکه از طریق تعداد مصرف‌کننده‌ها و به صورت مثبت است. دو دستگاه گیرنده، که در فاصله 1.6 تا 2.7 متر در دو طرف "آنتن" فرستنده قرار گرفته اند، 10٪ کارایی بهتری نسبت به جداگانه نشان دادند - این مشکل اتصال بسیاری از دستگاه ها به یک منبع برق را حل می کند.

انتقال بی سیم برای تحویل برق توانایی ارائه پیشرفت های عمده در صنعت و کاربردهای وابسته به تماس فیزیکی یک کانکتور را دارد. به نوبه خود، می تواند غیر قابل اعتماد باشد و منجر به شکست شود. انتقال برق بی سیم اولین بار توسط نیکولا تسلا در دهه 1890 نشان داده شد. با این حال، تنها در دهه گذشته است که فناوری تا حدی مورد استفاده قرار گرفته است که مزایای واقعی و ملموس را برای برنامه های کاربردی در دنیای واقعی ارائه می دهد. به طور خاص، توسعه یک سیستم قدرت بی‌سیم رزونانس برای بازار لوازم الکترونیکی مصرفی نشان داده است که شارژ القایی سطوح جدیدی از راحتی را برای میلیون‌ها دستگاه روزمره به ارمغان می‌آورد.

قدرت مورد بحث به طور گسترده با اصطلاحات بسیاری شناخته شده است. از جمله انتقال القایی، ارتباط، شبکه بی سیم رزونانس و همان بازگشت ولتاژ. هر یک از این شرایط اساساً فرآیند اساسی یکسانی را توصیف می کند. انتقال بی سیم برق یا نیرو از منبع تغذیه به ولتاژ بار بدون اتصال دهنده از طریق شکاف هوا. اساس دو سیم پیچ است - یک فرستنده و یک گیرنده. اولی توسط یک جریان متناوب برای تولید یک میدان مغناطیسی تحریک می شود که به نوبه خود ولتاژی را در دومی القا می کند.

نحوه عملکرد سیستم مورد نظر

اصول اولیه برق بی سیم شامل توزیع نیرو از فرستنده به گیرنده از طریق یک میدان مغناطیسی نوسانی است. برای رسیدن به این هدف، جریان مستقیم تامین شده توسط منبع تغذیه به جریان متناوب فرکانس بالا تبدیل می شود. با وسایل الکترونیکی طراحی شده ویژه که در فرستنده تعبیه شده است. جریان متناوب سیم پیچی از سیم مسی را در دیسپنسر فعال می کند که میدان مغناطیسی ایجاد می کند. هنگامی که سیم پیچ دوم (دریافت کننده) در نزدیکی قرار می گیرد. میدان مغناطیسی می تواند جریان متناوب را در سیم پیچ دریافت کننده القا کند. سپس قطعات الکترونیکی در اولین دستگاه، جریان متناوب را به DC تبدیل می‌کند که به ورودی برق تبدیل می‌شود.

طرح انتقال برق بی سیم

ولتاژ اصلی به سیگنال AC تبدیل می شود و سپس از طریق یک مدار الکترونیکی به سیم پیچ فرستنده ارسال می شود. جریان از طریق سیم پیچ توزیع کننده، یک میدان مغناطیسی القا می کند. به نوبه خود می تواند به سیم پیچ گیرنده که در مجاورت نسبی قرار دارد گسترش یابد. سپس میدان مغناطیسی جریانی را ایجاد می کند که از سیم پیچ دستگاه گیرنده عبور می کند. فرآیندی که توسط آن انرژی بین سیم پیچ های فرستنده و گیرنده توزیع می شود به عنوان جفت مغناطیسی یا رزونانسی نیز نامیده می شود. و با کمک هر دو سیم پیچ که در فرکانس یکسان کار می کنند به دست می آید. جریان جاری در سیم پیچ گیرنده توسط مدار گیرنده به DC تبدیل می شود. سپس می توان از آن برای تغذیه دستگاه استفاده کرد.

رزونانس به چه معناست

اگر سیم پیچ فرستنده و گیرنده در فرکانس یکسان طنین انداز شوند، فاصله ای که انرژی (یا توان) می تواند از طریق آن منتقل شود افزایش می یابد. درست مانند یک چنگال تنظیم در یک ارتفاع مشخص نوسان می کند و می تواند به حداکثر دامنه خود برسد. به فرکانس ارتعاش طبیعی یک جسم اشاره دارد.

مزایای انتقال بی سیم

مزایای آن چیست؟ طرفداران:

• هزینه های مربوط به حفظ اتصالات مستقیم (به عنوان مثال، در یک حلقه لغزش صنعتی سنتی) را کاهش می دهد.
• راحتی بیشتر برای شارژ دستگاه های الکترونیکی معمولی؛
• انتقال ایمن به برنامه هایی که باید به صورت هرمتیک مهر و موم شده باقی بمانند.
• الکترونیک را می توان کاملاً پنهان کرد که خطر خوردگی ناشی از عناصری مانند اکسیژن و آب را کاهش می دهد.
• منبع تغذیه قابل اعتماد و ثابت برای تجهیزات صنعتی دوار و بسیار متحرک؛
• انتقال توان قابل اعتماد را به سیستم های حیاتی در محیط های مرطوب، کثیف و متحرک فراهم می کند.

صرف نظر از کاربرد، حذف اتصال فیزیکی مزایای زیادی نسبت به کانکتورهای برق کابلی سنتی دارد.

راندمان انتقال انرژی در نظر گرفته شده

راندمان کلی یک سیستم قدرت بی سیم تنها مهم ترین عامل در تعیین عملکرد آن است. بازده سیستم میزان توان انتقال یافته بین منبع برق (یعنی پریز دیوار) و دستگاه گیرنده را اندازه گیری می کند. این به نوبه خود جنبه هایی مانند سرعت شارژ و محدوده انتشار را تعیین می کند.

سیستم های ارتباطی بی سیم بر اساس عواملی مانند پیکربندی و طراحی سیم پیچ، فاصله انتقال از نظر سطح کارایی متفاوت هستند. یک دستگاه با کارایی کمتر، انتشار بیشتری تولید می کند و منجر به عبور انرژی کمتر از دستگاه گیرنده می شود. به طور معمول، فناوری‌های انتقال انرژی بی‌سیم برای دستگاه‌هایی مانند گوشی‌های هوشمند می‌توانند به ۷۰ درصد کارایی برسند.

چگونه کارایی اندازه گیری می شود

به این معنا که به عنوان مقدار توان (بر حسب درصد) که از منبع تغذیه به دستگاه گیرنده منتقل می شود. یعنی انتقال برق بی سیم برای گوشی های هوشمند با بازده 80 درصد به این معنی است که 20 درصد از برق ورودی بین پریز دیوار و باتری گجت در حال شارژ از بین می رود. فرمول اندازه گیری راندمان کار به این صورت است: عملکرد = جریان مستقیم خروجی تقسیم بر ورودی، نتیجه به دست آمده در 100٪ ضرب می شود.

روش های بی سیم انتقال نیرو

برق را می توان از طریق شبکه مورد بررسی تقریباً در تمام مواد غیر فلزی، از جمله، اما نه محدود به، توزیع کرد. اینها جامداتی مانند چوب، پلاستیک، منسوجات، شیشه و آجر و همچنین گازها و مایعات هستند. هنگامی که یک ماده فلزی یا رسانای الکتریکی (یعنی در مجاورت میدان الکترومغناطیسی قرار می‌گیرد)، جسم انرژی را از آن جذب می‌کند و در نتیجه گرم می‌شود. این به نوبه خود بر کارایی سیستم تأثیر می‌گذارد. برای مثال، پخت القایی اینگونه عمل می‌کند. انتقال انرژی ناکارآمد از اجاق گاز باعث ایجاد گرما برای پخت و پز می شود.

برای ایجاد یک سیستم انتقال برق بی سیم، بازگشت به مبدا موضوع مورد بررسی ضروری است. یا، به طور دقیق تر، به دانشمند و مخترع موفق نیکولا تسلا، که ژنراتوری را ایجاد و ثبت کرد که می تواند بدون هادی های مادی مختلف قدرت را در دست بگیرد. پس برای پیاده سازی یک سیستم بی سیم باید تمامی عناصر و قطعات مهم را جمع آوری کرد که در نتیجه یک دستگاه کوچک پیاده سازی می شود این وسیله ای است که میدان الکتریکی با ولتاژ بالا در هوای اطراف خود ایجاد می کند. در همان زمان، یک توان ورودی کوچک وجود دارد، انتقال بی سیم انرژی را از راه دور فراهم می کند.

یکی از مهم ترین راه های انتقال انرژی، جفت القایی است. این عمدتا برای میدان نزدیک استفاده می شود. مشخصه آن این است که وقتی جریان از یک سیم عبور می کند، ولتاژی در انتهای سیم دیگر القا می شود. انتقال نیرو به صورت متقابل بین دو ماده انجام می شود. یک مثال رایج ترانسفورماتور است. انتقال انرژی مایکروویو، به عنوان یک ایده، توسط ویلیام براون توسعه داده شد. کل مفهوم شامل تبدیل برق AC به RF و انتقال آن در فضا و بازگشت مجدد به برق AC در گیرنده است. در این سیستم ولتاژ با استفاده از منابع انرژی مایکروویو تولید می شود. مانند کلیسترون. و این نیرو از طریق موجبر منتقل می شود که از قدرت بازتابی محافظت می کند. و همچنین تیونری که امپدانس منبع مایکروویو را با سایر عناصر مطابقت می دهد. بخش دریافت از یک آنتن تشکیل شده است. توان مایکروویو و مدار تطبیق امپدانس و فیلتر را می پذیرد. این آنتن گیرنده، همراه با دستگاه یکسو کننده، ممکن است دوقطبی باشد. مربوط به سیگنال خروجی با هشدار صوتی مشابه واحد یکسو کننده است. بلوک گیرنده همچنین از یک بخش مشابه متشکل از دیودهایی تشکیل شده است که برای تبدیل سیگنال به هشدار DC استفاده می شود. این سیستم انتقال از فرکانس هایی در محدوده 2 گیگاهرتز تا 6 گیگاهرتز استفاده می کند.

انتقال بی سیم برق که با کمک آن ژنراتور با استفاده از نوسانات مغناطیسی مشابه متوجه شد. نکته اصلی این است که این دستگاه به لطف سه ترانزیستور کار می کند.

استفاده از پرتو لیزر برای انتقال نیرو به صورت انرژی نوری که در انتهای گیرنده به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. خود این ماده مستقیماً با استفاده از منابعی مانند خورشید یا هر ژنراتور برق تغذیه می شود. و بر این اساس، یک نور متمرکز با شدت بالا را اجرا می کند. اندازه و شکل پرتو توسط مجموعه اپتیک تعیین می شود. و این نور لیزر ارسالی توسط سلول های فتوولتائیک دریافت می شود که آن را به سیگنال های الکتریکی تبدیل می کند. معمولا از کابل های فیبر نوری برای انتقال استفاده می کند. همانند سیستم اصلی انرژی خورشیدی، گیرنده مورد استفاده در انتشار مبتنی بر لیزر، مجموعه ای از سلول های فتوولتائیک یا یک پنل خورشیدی است. آنها به نوبه خود می توانند ناهماهنگ را به برق تبدیل کنند.

ویژگی های ضروری دستگاه

قدرت سیم پیچ تسلا در فرآیندی به نام القای الکترومغناطیسی نهفته است. یعنی میدان در حال تغییر پتانسیل ایجاد می کند. جریان را به جریان می اندازد. هنگامی که الکتریسیته از میان سیم پیچی عبور می کند، میدان مغناطیسی ایجاد می کند که اطراف سیم پیچ را به روش خاصی پر می کند. برخلاف برخی دیگر از آزمایش‌های ولتاژ بالا، سیم پیچ تسلا در بسیاری از آزمایش‌ها و آزمایش‌ها مقاومت کرده است. این فرآیند بسیار پر زحمت و طولانی بود، اما نتیجه موفقیت آمیز بود، و بنابراین با موفقیت توسط دانشمند به ثبت رسید. شما می توانید چنین سیم پیچی را در حضور اجزای خاصی ایجاد کنید. مواد زیر برای اجرا مورد نیاز است:

1. طول 30 سانتی متر PVC (هرچه بیشتر بهتر)؛
2. سیم مسی میناکاری شده (سیم ثانویه)؛
3. تخته توس برای پایه؛
4. ترانزیستور 2222A;
5. سیم اتصال (اولیه)؛
6. مقاومت 22 کیلو اهم؛
7. سوئیچ ها و سیم های اتصال؛
8. باتری 9 ولت.

مراحل پیاده سازی دستگاه تسلا

ابتدا باید یک شکاف کوچک در بالای لوله قرار دهید تا یک سر سیم را به اطراف بپیچید. سیم پیچ را به آرامی و با احتیاط بپیچید و مراقب باشید که سیم ها روی هم قرار نگیرند یا شکاف ایجاد نکنید. این مرحله سخت ترین و خسته کننده ترین قسمت است، اما زمان صرف شده سیم پیچ بسیار با کیفیت و خوبی را ارائه می دهد. هر 20 یا بیشتر چرخش، حلقه هایی از نوار پوششی در اطراف سیم پیچ قرار می گیرد. آنها به عنوان یک مانع عمل می کنند. در صورتی که سیم پیچ شروع به باز شدن کند. پس از اتمام، یک نوار چسب را دور بالا و پایین سیم پیچ بپیچید و روی آن را با 2 یا 3 لایه مینا اسپری کنید.

سپس باید باتری اولیه و ثانویه را به باتری وصل کنید. پس از - ترانزیستور و مقاومت را روشن کنید. سیم پیچ کوچکتر سیم پیچ اولیه و سیم پیچ طولانی تر سیم پیچ ثانویه است. می توانید به صورت اختیاری یک کره آلومینیومی در بالای لوله نصب کنید. همچنین انتهای باز ثانویه را به قسمت اضافه شده وصل کنید که به عنوان آنتن عمل می کند. شما باید همه چیز را با دقت زیادی ایجاد کنید تا هنگام روشن کردن برق، دستگاه ثانویه را لمس نکنید.

در صورت فروش توسط خودتان خطر آتش سوزی وجود دارد. باید سوئیچ را برگردانید، یک لامپ رشته ای در کنار دستگاه انتقال برق بی سیم نصب کنید و از نمایش نور لذت ببرید.

انتقال بی سیم از طریق سیستم انرژی خورشیدی

پیکربندی های توزیع برق سیمی سنتی معمولاً به سیم بین دستگاه های توزیع شده و واحدهای مصرف کننده نیاز دارند. این امر محدودیت های زیادی را به عنوان هزینه کابل کشی سیستم ایجاد می کند. خسارات وارده در انتقال و همچنین زباله در توزیع. مقاومت خط انتقال به تنهایی منجر به از دست دادن حدود 20 تا 30 درصد انرژی تولید شده می شود.

یکی از مدرن ترین سیستم های انتقال انرژی بی سیم مبتنی بر انتقال انرژی خورشیدی با استفاده از اجاق مایکروویو یا پرتو لیزر است. این ماهواره در مدار زمین ثابت قرار دارد و از سلول های فتوولتائیک تشکیل شده است. آنها نور خورشید را به جریان الکتریکی تبدیل می کنند که برای تغذیه یک ژنراتور مایکروویو استفاده می شود. و بر این اساس، به قدرت مایکروویوها پی می برد. این ولتاژ با استفاده از ارتباط رادیویی منتقل شده و در ایستگاه پایه دریافت می شود. این ترکیبی از آنتن و یکسو کننده است. و دوباره به برق تبدیل می شود. به برق AC یا DC نیاز دارد. این ماهواره می تواند تا 10 مگاوات توان RF را منتقل کند.

اگر در مورد یک سیستم توزیع DC صحبت کنیم، حتی این غیرممکن است. از آنجایی که به یک اتصال دهنده بین منبع تغذیه و دستگاه نیاز دارد. چنین تصویری وجود دارد: سیستم کاملاً فاقد سیم است، جایی که می توانید برق متناوب را در خانه ها بدون هیچ وسیله اضافی دریافت کنید. جایی که امکان شارژ تلفن همراه بدون نیاز به اتصال فیزیکی به پریز وجود دارد. البته چنین سیستمی امکان پذیر است. و بسیاری از محققان مدرن در حالی که در حال مطالعه نقش توسعه روش های جدید انتقال بی سیم برق از راه دور هستند، سعی در ایجاد چیزی مدرن دارند. اگرچه از نظر مولفه اقتصادی، اگر چنین وسایلی در همه جا معرفی شوند و برق استاندارد را با برق طبیعی جایگزین کنند، برای دولت ها کاملاً مفید نخواهد بود.

خاستگاه ها و نمونه هایی از سیستم های بی سیم

این مفهوم واقعاً جدید نیست. کل این ایده توسط نیکلاس تسلا در سال 1893 ایجاد شد. هنگامی که او سیستمی از لوله های خلاء روشنایی را با استفاده از تکنیک های انتقال بی سیم توسعه داد. غیرممکن است تصور کنیم که جهان بدون منابع مختلف شارژ وجود دارد که به شکل مادی بیان می شود. تا امکان شارژ تلفن همراه، ربات‌های خانگی، پخش‌کننده‌های MP3، رایانه‌ها، لپ‌تاپ‌ها و سایر ابزارهای قابل حمل به تنهایی و بدون اتصال اضافی وجود داشته باشد و کاربران از سیم‌های ثابت آزاد شوند. برخی از این دستگاه ها ممکن است حتی به تعداد زیادی عنصر نیز نیاز نداشته باشند. تاریخچه انتقال برق بی سیم کاملاً غنی است و عمدتاً به لطف پیشرفت های تسلا، ولتا و دیگران است، اما امروزه فقط داده ها در علم فیزیکی باقی مانده است.

اصل اساسی تبدیل برق متناوب به ولتاژ DC با استفاده از یکسو کننده ها و فیلترها است. و سپس - در بازگشت به مقدار اصلی در فرکانس بالا با استفاده از اینورتر. این برق متناوب ولتاژ پایین و نوسانی بالا سپس از ترانسفورماتور اولیه به ترانسفورماتور ثانویه منتقل می شود. با استفاده از یکسو کننده، فیلتر و رگولاتور به ولتاژ DC تبدیل می شود. سیگنال AC به دلیل صدای جریان مستقیم می شود. و همچنین استفاده از بخش یکسو کننده پل. سیگنال DC دریافتی از یک سیم پیچ بازخوردی عبور می کند که به عنوان یک مدار نوسانگر عمل می کند. در همان زمان، ترانزیستور را مجبور می کند تا آن را در جهت از چپ به راست به مبدل اولیه هدایت کند. هنگامی که جریان از سیم پیچ بازخورد عبور می کند، جریان مربوطه به سمت اصلی ترانسفورماتور در جهت از راست به چپ جریان می یابد.

انتقال انرژی اولتراسونیک به این صورت است. سیگنال از طریق سنسور برای هر دو نیم چرخه هشدار AC تولید می شود. فرکانس صدا به شاخص های کمی ارتعاشات مدارهای ژنراتور بستگی دارد. این سیگنال AC روی سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور ظاهر می شود. و هنگامی که به مبدل یک جسم دیگر متصل می شود، ولتاژ AC 25 کیلوهرتز است. یک قرائت از طریق آن در یک ترانسفورماتور کاهنده ظاهر می شود.

این ولتاژ AC توسط یک یکسوساز پل برابر می شود. و سپس فیلتر و تنظیم می شود تا خروجی 5 ولت برای درایو LED دریافت شود. ولتاژ خروجی 12 ولت از خازن برای تغذیه موتور فن DC برای راه اندازی آن استفاده می شود. بنابراین، از نقطه نظر فیزیک، انتقال الکتریسیته یک منطقه نسبتاً توسعه یافته است. با این حال، همانطور که تمرین نشان می دهد، سیستم های بی سیم به طور کامل توسعه یافته و بهبود نیافته اند.

قانون برهمکنش جریان های الکتریکی که توسط آندره ماری آمپر در سال 1820 کشف شد، پایه و اساس توسعه بیشتر علم الکتریسیته و مغناطیس را ایجاد کرد. پس از 11 سال، مایکل فارادی به طور تجربی ثابت کرد که یک میدان مغناطیسی در حال تغییر تولید شده توسط یک جریان الکتریکی قادر به القای جریان الکتریکی در رسانای دیگری است. اینطوری ایجاد شد.

در سال 1864، جیمز کلرک ماکسول سرانجام داده های تجربی فارادی را سیستماتیک کرد و به آنها شکل معادلات ریاضی دقیق داد، که به لطف آنها اساس الکترودینامیک کلاسیک ایجاد شد، زیرا این معادلات رابطه میدان الکترومغناطیسی را با جریان ها و بارهای الکتریکی و وجود امواج الکترومغناطیسی باید نتیجه این امر باشد.

در سال 1888، هاینریش هرتز به طور تجربی وجود امواج الکترومغناطیسی پیش بینی شده توسط ماکسول را تایید کرد. فرستنده جرقه قطع شده سیم‌پیچ Rumkorff او می‌توانست امواج الکترومغناطیسی تا 0.5 گیگاهرتز تولید کند که می‌تواند توسط گیرنده‌های متعددی که برای رزونانس با فرستنده تنظیم شده‌اند دریافت کنند.

گیرنده ها می توانستند در فاصله 3 متری قرار گیرند و هنگامی که جرقه ای در فرستنده ظاهر می شد، جرقه هایی نیز در گیرنده ها ظاهر می شد. بنابراین برگزار شد اولین آزمایشات در انتقال بی سیم انرژی الکتریکیبا استفاده از امواج الکترومغناطیسی

در سال 1891، هنگام مطالعه جریان های متناوب ولتاژ بالا و فرکانس بالا، او به این نتیجه رسید که برای اهداف خاص انتخاب هر دو طول موج و ولتاژ کاری فرستنده بسیار مهم است و اصلاً لازم نیست که فرکانس خیلی زیاد

این دانشمند خاطرنشان می کند که حد پایین فرکانس ها و ولتاژهایی که در آن زمان توانسته بهترین نتایج را به دست آورد از 15000 تا 20000 نوسان در ثانیه با پتانسیل 20000 ولت است. تسلا با اعمال تخلیه نوسانی یک خازن یک جریان فرکانس بالا و ولتاژ بالا دریافت کرد (نگاه کنید به -). او مشاهده کرد که این نوع فرستنده الکتریکی هم برای تولید نور و هم برای انتقال برق برای تولید نور مناسب است.

در دوره 1891 تا 1894، دانشمند بارها انتقال بی سیم و درخشش لوله های خلاء را در یک میدان الکترواستاتیکی با فرکانس بالا نشان داد، در حالی که اشاره کرد که انرژی میدان الکترواستاتیک توسط لامپ جذب شده، به نور تبدیل می شود و انرژی از میدان الکترومغناطیسی مورد استفاده برای القای الکترومغناطیسی به منظور به دست آوردن یک مشابه نتیجه عمدتا منعکس می شود و تنها بخش کوچکی از آن به نور تبدیل می شود.

این دانشمند استدلال کرد که حتی با استفاده از تشدید هنگام ارسال با استفاده از یک موج الکترومغناطیسی، مقدار قابل توجهی از انرژی الکتریکی قابل انتقال نیست. هدف او در این دوره از کار این بود که دقیقاً مقدار زیادی از انرژی الکتریکی را به روش بی سیم منتقل کند.

تا سال 1897، به موازات کار تسلا، تحقیقات روی امواج الکترومغناطیسی توسط جاگدیش بوز در هند، الکساندر پوپوف در روسیه و گوگلیلمو مارکونی در ایتالیا انجام می شد.

پس از سخنرانی‌های عمومی تسلا، جاگدیش بوز در نوامبر 1894 در کلکته با نمایشی از انتقال بی‌سیم برق صحبت می‌کند، جایی که باروت را مشتعل می‌کند و انرژی الکتریکی را از راه دور منتقل می‌کند.

پس از بوچه، یعنی 25 آوریل 1895، الکساندر پوپوف با استفاده از کد مورس، اولین پیام رادیویی را مخابره کرد و این تاریخ (به سبک جدید 7 مه) اکنون هر ساله در روسیه به عنوان "روز رادیو" جشن گرفته می شود.

در سال 1896، مارکونی، پس از ورود به بریتانیا، دستگاه خود را نشان داد و سیگنالی را با استفاده از کد مورس در فاصله 1.5 کیلومتری از پشت بام ساختمان اداره پست در لندن به ساختمان دیگری ارسال کرد. پس از آن، او اختراع خود را بهبود بخشید و موفق شد سیگنالی را در امتداد دشت سالزبری در فاصله 3 کیلومتری ارسال کند.

تسلا در سال 1896 با موفقیت سیگنال ها را در فاصله 48 کیلومتری بین فرستنده و گیرنده ارسال و دریافت می کند. با این حال، هیچ یک از محققان موفق به انتقال مقدار قابل توجهی انرژی الکتریکی در مسافت طولانی نشده اند.

تسلا در سال 1899 در کلرادو اسپرینگز آزمایش کرد: "به نظر می رسد ناسازگاری روش القاء در مقایسه با روش تحریک بار زمین و هوا بسیار زیاد است." این آغاز تحقیقات این دانشمند با هدف انتقال برق در فواصل طولانی بدون استفاده از سیم خواهد بود. در ژانویه 1900، تسلا در دفتر خاطرات خود انتقال موفقیت آمیز انرژی را به یک سیم پیچ "در خارج از میدان" که لامپ از آن تغذیه می شد، ثبت کرد.

و بزرگ ترین موفقیت این دانشمند پرتاب برج واردنکلیف در لانگ آیلند در 15 ژوئن 1903 خواهد بود که برای انتقال انرژی الکتریکی در فاصله قابل توجهی در مقادیر زیاد بدون سیم طراحی شده است. سیم پیچ ثانویه زمین شده ترانسفورماتور رزونانس، که با یک گنبد کروی مسی تاج گذاری شده است، باید بار زمین و لایه های رسانای هوا را تحریک می کرد تا به عنصری از یک مدار تشدید بزرگ تبدیل شود.

بنابراین دانشمند موفق شد 200 لامپ 50 واتی را در فاصله 40 کیلومتری از فرستنده برق رسانی کند. با این حال، بر اساس امکان‌سنجی اقتصادی، بودجه پروژه توسط مورگان خاتمه یافت و او از همان ابتدا در پروژه به منظور دستیابی به ارتباطات بی‌سیم سرمایه‌گذاری کرد و انتقال انرژی رایگان در مقیاس صنعتی از راه دور برای او مناسب نبود. یک تاجر در سال 1917، این برج که برای انتقال بی سیم انرژی الکتریکی طراحی شده بود، تخریب شد.

خیلی بعد، در دوره 1961 تا 1964، یک متخصص در زمینه الکترونیک مایکروویو، ویلیام براون، در ایالات متحده آمریکا مسیرهای انتقال انرژی مایکروویو را آزمایش کرد.

او در سال 1964 برای اولین بار دستگاهی (مدل هلیکوپتر) را آزمایش کرد که به لطف آرایه آنتنی متشکل از دوقطبی های نیمه موج، هر یک، قادر به دریافت و استفاده از انرژی یک پرتو مایکروویو به صورت جریان مستقیم بود. که با دیودهای شاتکی با کارایی بالا بارگذاری شده است. قبلاً در سال 1976، ویلیام براون توان 30 کیلووات را توسط یک پرتو مایکروویو در مسافت 1.6 کیلومتر با راندمان بیش از 80 درصد منتقل کرده بود.

در سال 2007، یک گروه تحقیقاتی در موسسه فناوری ماساچوست به سرپرستی پروفسور مارین سولیاسیک موفق شدند انرژی را به صورت بی سیم در فاصله 2 متری منتقل کنند. توان ارسالی برای روشن کردن یک لامپ 60 وات کافی بود.

فناوری آنها (به نام ) بر اساس پدیده تشدید الکترومغناطیسی است. فرستنده و گیرنده دو سیم پیچ مسی هستند که با فرکانس یکسان تشدید می شوند و هر کدام 60 سانتی متر قطر دارند. فرستنده به یک منبع تغذیه و گیرنده به یک لامپ رشته ای متصل است. مدارها روی فرکانس 10 مگاهرتز تنظیم شده اند. گیرنده در این حالت تنها 40-45 درصد از برق ارسالی را دریافت می کند.

تقریباً در همان زمان، فناوری مشابهی برای انتقال برق بی سیم توسط اینتل نشان داده شد.

در سال 2010، گروه Haier، تولید کننده لوازم خانگی چینی، محصول منحصر به فرد خود را که یک تلویزیون LCD کاملا بی سیم مبتنی بر این فناوری است، در نمایشگاه CES 2010 رونمایی کرد.