انتقال بی سیم برای تحویل برق توانایی ارائه پیشرفت های عمده در صنایع و کاربردهایی را دارد که به تماس فیزیکی کانکتور بستگی 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 معمولاً با اصطلاحات زیادی شناخته می شود. 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 بارگذاری ولتاژ بدون اتصال دهنده از طریق شکاف هوا. اساس دو سیم پیچ است- فرستنده و گیرنده اولی توسط یک جریان متناوب برای تولید یک میدان مغناطیسی فعال 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 لوازم الکترونیکی در اولین دستگاه، جریان متناوب را به DC تبدیل می‌کند که به مصرف انرژی 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 شناخته می شود. و با کمک هر دو سیم پیچ که در فرکانس یکسان کار می کنند به دست می آید. جریانی که در سیم پیچ گیرنده جریان دارد،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 یک فرکانس 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 ارتفاع مشخصی نوسان می کند و می تواند به حداکثر دامنه خود برسد. این به فرکانس ارتعاش طبیعی یک جسم اشاره دارد.
مزایای انتقال بی سیم
مزایای آن چیست؟ مزایا:
- هزینه های مرتبط با حفظ اتصالات مستقیم (مثلاً در یک حلقه لغزش صنعتی سنتی) را کاهش می دهد؛
- راحتی بیشتر برای شارژ دستگاه های الکترونیکی رایج؛
- انتقال ایمن به برنامه‌هایی که باید کاملاً مهر و موم شده باقی بمانند؛
- الکترونیک را می توان کاملاً پنهان کرد و خطر خوردگی ناشی از عناصری مانند اکسیژن و آب را کاهش داد؛
- منبع تغذیه قابل اعتماد و ثابت برای تجهیزات صنعتی دوار و بسیار متحرک؛
- انتقال قابل اعتماد نیرو به سیستم های حیاتی را در محیط های مرطوب، کثیف و متحرک تضمین می کند.
صرف نظر از کاربرد، حذف اتصال فیزیکی چندین مزیت نسبت به کانکتورهای برق کابلی سنتی دارد.
کارایی انتقال انرژی مورد نظر
کارایی کلی یک سیستم قدرت بی سیم مهم ترین عامل در تعیین آن است.کارایی. 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 تلفن‌های هوشمند می‌توانند به عملکرد ۷۰ درصد برسند.
چگونه عملکرد اندازه گیری می شود
معنا، 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=خروجی DC تقسیم بر ورودی، حاصل را در 100% ضرب کنید.
انتقال برق بی سیم
نیرو را می توان در شبکه مورد نظر تقریباً از طریق 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. زمانی که فلز یایک ماده رسانای الکتریکی (به عنوان مثال، فیبر کربن) در مجاورت میدان الکترومغناطیسی قرار می گیرد، جسم انرژی را از آن جذب می کند و در نتیجه گرم می شود. این به نوبه خود بر کارایی سیستم تأثیر می گذارد. پخت القایی اینگونه عمل می کند، به عنوان مثال، انتقال انرژی ناکارآمد از اجاق گاز باعث ایجاد گرما برای پخت و پز می شود.
برای ایجاد یک سیستم انتقال برق بی سیم، باید به اصل موضوع برگردید. یا بهتر است بگوییم، 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. بنابراین برای پیاده‌سازی یک سیستم بی‌سیم، باید تمامی عناصر و قطعات مهم را مونتاژ کرد، در نتیجه یک سیم‌پیچ کوچک تسلا اجرا می‌شود. این وسیله ای است که یک میدان الکتریکی با ولتاژ بالا در هوای اطراف خود ایجاد می کند. قدرت ورودی کمی دارد، انتقال برق بی سیم 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 متناوب به برق RF و انتقال آن از طریق فضا و مجدداً به آن استتوان متغیر در گیرنده در این سیستم ولتاژ با استفاده از منابع انرژی مایکروویو تولید می شود. مانند کلیسترون. و این نیرو از طریق موجبر به آنتن فرستنده 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 فرکانس‌های بین ۲ گیگاهرتز تا ۶ گیگاهرتز استفاده می‌کند.
انتقال برق بی سیم با کمک راننده بروین، که ژنراتور را با استفاده از نوسانات مغناطیسی مشابه پیاده سازی کرد. نکته اصلی این است که این دستگاه به لطف سه ترانزیستور کار می کند.
استفاده از پرتو لیزر برای انتقال نیرو به شکل 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. او معمولا استفاده می کندکابل فیبر نوری برای انتقال 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 نور تک رنگ نامنسجم را به الکتریسیته 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. باعث جاری شدن جریان می شود. هنگامی که الکتریسیته از طریق سیم پیچی جریان می یابد، میدان مغناطیسی ایجاد می کند که اطراف سیم پیچ را به روشی خاص 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:
- طول 30 سانتی متر PVC (هرچه بیشتر بهتر)؛
- سیم مسی میناکاری شده (سیم ثانویه)؛
- تخته توس برای پایه؛
- 2222A;
- سیم اتصال (اولیه);
- مقاومت 22 kΩ;
- سوئیچ ها و سیم های اتصال؛
- باتری 9 ولت.
ترانزیستور
مراحل پیاده سازی دستگاه تسلا
ابتدا باید یک شکاف کوچک در بالای لوله قرار دهید تا دور یک انتهای سیم بپیچید.دور و بر. 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 طاقت فرساترین قسمت است، اما زمان صرف شده سیم پیچ بسیار با کیفیت و خوبی خواهد داشت. هر 20 دور یا بیشتر، حلقه‌هایی از نوار پوششی در اطراف سیم پیچ قرار می‌گیرند. آنها به عنوان یک مانع عمل می کنند. در صورتی که سیم پیچ شروع به باز شدن کند. پس از اتمام، نوار سنگین را دور بالا و پایین سیم پیچ بپیچید و 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. هنگام روشن شدن برق باید مراقب باشید که دستگاه ثانویه را لمس نکنید.
در صورت فروش توسط خودتان خطر آتش سوزی وجود دارد. باید سوئیچ را بچرخانید، 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 سیستم ایجاد می کندهزینه های کابل 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 ارسال کند.
وقتی در مورد سیستم توزیع DC صحبت می شود، 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 مؤلفه اقتصادی، برای دولت ها چنین نخواهد بوداگر چنین وسایلی در همه جا معرفی شوند و برق استاندارد را با برق طبیعی جایگزین کنند، کاملاً سودآور است.
منشا 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 غیره 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 مستقیم می شودبه لطف صدای جریان 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 از راست به چپ به سمت اصلی ترانسفورماتور جریان می یابد.
روش اولتراسونیک انتقال انرژی اینگونه عمل می کند. 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 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.
