Metody bezprzewodowej transmisji mocy

Prawo interakcji prądów elektrycznych odkryte przez Andre Marie Ampere w 1820 r. Położyło podwaliny pod dalszy rozwój nauki o elektryczności i magnetyzmie. Po 11 latach Michael Faraday eksperymentalnie ustalił, że zmieniające się pole magnetyczne wytwarzane przez prąd elektryczny jest w stanie indukować prąd elektryczny w innym przewodniku. Więc został stworzony pierwszy transformator elektryczny.

W 1864 roku James Clerk Maxwell w końcu usystematyzował dane eksperymentalne Faradaya, nadając im formę dokładnych równań matematycznych, dzięki którym powstała podstawa klasycznej elektrodynamiki, ponieważ równania te opisywały związek pola elektromagnetycznego z prądami i ładunkami elektrycznymi, a konsekwencją tego powinno być istnienie fal elektromagnetycznych.

W 1888 r. Heinrich Hertz eksperymentalnie potwierdził istnienie fal elektromagnetycznych przewidywanych przez Maxwella. Jego nadajnik iskier z rozdrabniaczem opartym na cewce Rumkorffa może wytwarzać fale elektromagnetyczne o częstotliwości do 0,5 gigaherca, które mogą być odbierane przez kilka odbiorników dostrojonych w rezonansie z nadajnikiem.

Odbiorniki mogły być zlokalizowane w odległości do 3 metrów, a gdy w nadajniku pojawiła się iskra, w odbiornikach pojawiły się iskry. Tak odbyły się pierwsze eksperymenty na bezprzewodowej transmisji energii elektrycznej za pomocą fal elektromagnetycznych.

W 1891 r Nikola Tesla, badając prądy przemienne o wysokim napięciu i wysokiej częstotliwości, dochodzi do wniosku, że niezwykle ważne jest wybranie zarówno długości fali, jak i napięcia roboczego nadajnika do określonych celów i nie jest konieczne, aby częstotliwość była zbyt wysoka.

Naukowiec zauważa, że ​​dolna granica częstotliwości i napięć, przy której w tym czasie był w stanie osiągnąć najlepsze wyniki, wynosi od 15 000 do 20 000 wahań na sekundę z potencjałem 20 000 woltów. Tesla otrzymywała prąd o wysokiej częstotliwości i wysokim napięciu za pomocą oscylacyjnego rozładowania kondensatora (patrz - Transformator Tesli) Zauważył, że ten typ przekaźnika elektrycznego jest odpowiedni zarówno do wytwarzania światła, jak i do przesyłania energii elektrycznej do wytwarzania światła.

W latach 1891–1894 naukowiec wielokrotnie demonstruje transmisję bezprzewodową i świecenie lamp próżniowych w polu elektrostatycznym o wysokiej częstotliwości, zwracając uwagę, że energia pola elektrostatycznego jest pochłaniana przez lampę, przekształcana w światło, a energia pola elektromagnetycznego wykorzystywana do indukcji elektromagnetycznej w celu uzyskania podobnego Rezultat jest głównie odbijany i tylko niewielka jego część jest przekształcana w światło.

Naukowiec twierdził, że nawet przy użyciu rezonansu w transmisji za pomocą fali elektromagnetycznej nie można przekazać znacznej ilości energii elektrycznej. Jego celem w tym okresie pracy było bezprzewodowe przesyłanie dużej ilości energii elektrycznej.

Do 1897 r. Równolegle z pracami Tesli badania fal elektromagnetycznych prowadzili: Jagdish Boche w Indiach, Alexander Popov w Rosji i Guglielmo Marconi we Włoszech.

Po publicznych wykładach Tesli Jagdish Bose przemawia w Kalkucie w listopadzie 1894 r., Demonstrując bezprzewodową transmisję elektryczności, gdzie zapala proch strzelniczy, przesyłając energię elektryczną na odległość.

Po Boche, a mianowicie 25 kwietnia 1895 r. Aleksander Popow, używając kodu Morse'a, nadał pierwszą wiadomość radiową, a ta data (7 maja w nowym stylu) jest obecnie corocznie obchodzona w Rosji jako Dzień Radia.

W 1896 roku Marconi, przybywając do Wielkiej Brytanii, pokazał swój aparat, przesyłając sygnał 1,5 km od dachu budynku poczty w Londynie do innego budynku za pomocą kodu Morse'a.Następnie udoskonalił swój wynalazek i zdołał przesłać sygnał wzdłuż równiny Salisbury już w odległości 3 kilometrów.

Tesla w 1896 roku z powodzeniem transmituje i odbiera sygnały w odległości między nadajnikiem a odbiornikiem około 48 kilometrów. Jednak do tej pory żadnemu z badaczy nie udało się przesłać znacznej ilości energii elektrycznej na dużą odległość.

Eksperymentując w Colorado Springs w 1899 r., Tesla pisze: „Niepowodzenie metody indukcyjnej wydaje się ogromne w porównaniu z metodą wzbudzania ładunku ziemi i powietrza”. To będzie początek badań naukowca, których celem jest przesyłanie elektryczności na znaczne odległości bez użycia przewodów. W styczniu 1900 r. Tesla zanotuje w swoim dzienniku notatkę o udanym transferze energii do cewki „przenoszonej daleko w pole”, z której zasilana była lampa.

A największym sukcesem naukowca będzie uruchomienie 15 czerwca 1903 r. Wieży Vordencliff na Long Island, zaprojektowanej do przesyłania energii elektrycznej na znaczną odległość w dużych ilościach bez przewodów. Uziemione wtórne uzwojenie transformatora rezonansowego, zwieńczone miedzianą sferyczną kopułą, miało wzbudzać ładunek ziemi i przewodzące warstwy powietrza, aby stać się elementem dużego obwodu rezonansowego.

Tak więc naukowcowi udało się zasilić 200 lamp o mocy 50 watów w odległości około 40 kilometrów od nadajnika. Jednak ze względu na wykonalność ekonomiczną finansowanie projektu zostało zatrzymane przez Morgana, który od samego początku inwestował w projekt pieniądze w celu uzyskania łączności bezprzewodowej i przenosząc bezpłatną energię na skalę przemysłową na odległość, jako biznesmen, kategorycznie mu nie odpowiadał. W 1917 r. Wieża zaprojektowana do bezprzewodowego przesyłania energii elektrycznej została zniszczona.

Przeczytaj więcej o eksperymentach Nikoli Tesli tutaj:Rezonansowa metoda bezprzewodowej transmisji energii elektrycznej przez Nikolę Teslę

Znacznie później, w latach 1961–1964, ekspert w dziedzinie elektroniki mikrofalowej, William Brown, eksperymentował w Stanach Zjednoczonych z ścieżkami transmisji energii mikrofalowej.

W 1964 roku po raz pierwszy przetestował urządzenie (model helikoptera) zdolne do odbioru i wykorzystania energii mikrofalowej w postaci prądu stałego, dzięki układowi antenowemu składającemu się z dipoli półfalowych, z których każde jest obciążone wysokowydajnymi diodami Schottky'ego. Do 1976 r. William Brown przeniósł moc mikrofal 30 kW na odległość 1,6 km z wydajnością przekraczającą 80%.

W 2007 r. Zespół badawczy z Massachusetts Institute of Technology pod kierownictwem profesora Mariny Solyachich był w stanie bezprzewodowo przesyłać energię na odległość 2 metrów. Przeniesiona moc wystarczyła do zasilania 60-watowej żarówki.

W sercu ich technologii (tzw WiTricity) polega na zjawisku rezonansu elektromagnetycznego. Nadajnik i odbiornik to dwie miedziane cewki o średnicy 60 cm rezonujące z tą samą częstotliwością. Nadajnik jest podłączony do źródła energii, a odbiornik do żarówki. Obwody są dostrojone do częstotliwości 10 MHz. Odbiornik w tym przypadku odbiera tylko 40–45% przesyłanej energii elektrycznej.

Mniej więcej w tym samym czasie Intel zademonstrował podobną technologię bezprzewodowego przesyłania energii.

W 2010 r. Haier Group, chiński producent sprzętu gospodarstwa domowego, zaprezentował na CES 2010 swój wyjątkowy produkt - w pełni bezprzewodowy telewizor LCD oparty na tej technologii.

Przeczytaj także na ten temat:Qi Electronic Power Wireless Standard