ელექტროენერგიის მიწოდების უსადენო გადაცემას აქვს შესაძლებლობა მიაღწიოს მნიშვნელოვან მიღწევებს ინდუსტრიებში და აპლიკაციებში, რომლებიც დამოკიდებულია კონექტორის ფიზიკურ კონტაქტზე. ის, თავის მხრივ, შეიძლება იყოს არასანდო და გამოიწვიოს წარუმატებლობა. უსადენო ელექტროენერგიის გადაცემა პირველად აჩვენა ნიკოლა ტესლამ 1890-იან წლებში. თუმცა, მხოლოდ ბოლო ათწლეულის განმავლობაში იქნა გამოყენებული ტექნოლოგია იმ დონემდე, რომ ის გთავაზობთ რეალურ, ხელშესახებ სარგებელს რეალურ სამყაროში აპლიკაციებისთვის. კერძოდ, სამომხმარებლო ელექტრონიკის ბაზრისთვის რეზონანსული უკაბელო ენერგიის სისტემის შემუშავებამ აჩვენა, რომ ინდუქციური დამუხტვა მოხერხებულობის ახალ დონეს მოაქვს მილიონობით ყოველდღიურ მოწყობილობას.
აღნიშნული ძალა საყოველთაოდ ცნობილია მრავალი ტერმინით. მათ შორის ინდუქციური გადაცემა, კომუნიკაცია, რეზონანსული უკაბელო ქსელი და იგივე ძაბვის დაბრუნება. თითოეული ეს პირობა არსებითად აღწერს ერთსა და იმავე ფუნდამენტურ პროცესს. ელექტროენერგიის ან დენის უსადენო გადაცემა ელექტროენერგიის წყაროდან ძაბვის ჩატვირთვაში კონექტორების გარეშე საჰაერო უფსკრულით. საფუძველი არის ორი ხვეული- გადამცემი და მიმღები. პირველი ენერგიულია ალტერნატიული დენით, რათა გამოიმუშაოს მაგნიტური ველი, რომელიც თავის მხრივ იწვევს ძაბვას მეორეში.
როგორ მუშაობს მოცემული სისტემა
უკაბელო ენერგიის საფუძვლები მოიცავს ენერგიის განაწილებას გადამცემიდან მიმღებზე რხევადი მაგნიტური ველის მეშვეობით. ამის მისაღწევად, ელექტრომომარაგების მიერ მიწოდებული პირდაპირი დენი გარდაიქმნება მაღალი სიხშირის ალტერნატიულ დენად. გადამცემში ჩაშენებული სპეციალურად შექმნილი ელექტრონიკით. ალტერნატიული დენი ააქტიურებს სპილენძის მავთულის კოჭას დისპენსერში, რომელიც წარმოქმნის მაგნიტურ ველს. როდესაც მეორე (მიმღები) გრაგნილი მოთავსებულია სიახლოვეს. მაგნიტურ ველს შეუძლია გამოიწვიოს ალტერნატიული დენი მიმღებ ხვეულში. შემდეგ ელექტრონიკა პირველ მოწყობილობაში გარდაქმნის AC-ს DC-ში, რაც ხდება ენერგიის მოხმარება.
უკაბელო დენის გადაცემის სქემა
"ქსელის" ძაბვა გარდაიქმნება AC სიგნალად, რომელიც შემდეგ იგზავნება გადამცემის კოჭში ელექტრონული წრედის მეშვეობით. დისტრიბუტორის გრაგნილში გადინება იწვევს მაგნიტურ ველს. ის, თავის მხრივ, შეიძლება გავრცელდეს მიმღების ხვეულზე, რომელიც შედარებით ახლოს არის. შემდეგ მაგნიტური ველი წარმოქმნის დენს, რომელიც მიედინება მიმღები მოწყობილობის გრაგნილით. პროცესს, რომლითაც ენერგია ნაწილდება გადამცემ და მიმღებ ხვეულებს შორის, ასევე მოიხსენიება როგორც მაგნიტური ან რეზონანსული შეერთება. და ეს მიიღწევა იმავე სიხშირით მოქმედი ორივე გრაგნილის დახმარებით. დენი მიედინება მიმღების ხვეულში,გარდაიქმნება DC-ად მიმღების სქემით. ამის შემდეგ მისი გამოყენება შესაძლებელია მოწყობილობის გასააქტიურებლად.
რას ნიშნავს რეზონანსი
მანძილი, რომელზედაც შესაძლებელია ენერგიის (ან სიმძლავრის) გადაცემა იზრდება, თუ გადამცემისა და მიმღების ხვეულები ერთსა და იმავე სიხშირეზე რეზონირებენ. ისევე, როგორც მარეგულირებელი ჩანგალი რხევა გარკვეულ სიმაღლეზე და შეუძლია მიაღწიოს მაქსიმალურ ამპლიტუდას. ეს ეხება ობიექტის ბუნებრივად ვიბრაციის სიხშირეს.
უკაბელო გადაცემის უპირატესობები
რა არის სარგებელი? დადებითი:
- ამცირებს ხარჯებს, რომლებიც დაკავშირებულია სწორი კონექტორების შენარჩუნებასთან (მაგ. ტრადიციული სამრეწველო მოცურების რგოლში);
- მეტი კომფორტი საერთო ელექტრონული მოწყობილობების დასატენად;
- უსაფრთხო გადატანა აპლიკაციებზე, რომლებიც უნდა დარჩეს ჰერმეტულად დალუქული;
- ელექტრონიკა შეიძლება იყოს მთლიანად დამალული, რაც ამცირებს კოროზიის რისკს ისეთი ელემენტების გამო, როგორიცაა ჟანგბადი და წყალი;
- სანდო და თანმიმდევრული ელექტრომომარაგება მბრუნავი, ძალიან მობილური სამრეწველო აღჭურვილობისთვის;
- უზრუნველყოფს ენერგიის საიმედო გადაცემას კრიტიკულ სისტემებზე სველ, ჭუჭყიან და მოძრავ გარემოში.
მიუხედავად აპლიკაციისა, ფიზიკური კავშირის აღმოფხვრა იძლევა უამრავ უპირატესობას ტრადიციულ საკაბელო დენის კონექტორებთან შედარებით.
ამ საკითხის ენერგიის გადაცემის ეფექტურობა
უკაბელო ენერგოსისტემის საერთო ეფექტურობა ყველაზე მნიშვნელოვანი ფაქტორია მის განსაზღვრაშიშესრულება. სისტემის ეფექტურობა ზომავს ელექტროენერგიის წყაროს (ანუ კედლის გასასვლელს) და მიმღებ მოწყობილობას შორის გადაცემული ენერგიის რაოდენობას. ეს, თავის მხრივ, განსაზღვრავს ისეთ ასპექტებს, როგორიცაა დატენვის სიჩქარე და გავრცელების დიაპაზონი.
უკაბელო საკომუნიკაციო სისტემები განსხვავდება მათი ეფექტურობის დონით, ისეთ ფაქტორებზე დაყრდნობით, როგორიცაა კოჭის კონფიგურაცია და დიზაინი, გადაცემის მანძილი. ნაკლებად ეფექტური მოწყობილობა გამოიმუშავებს მეტ გამონაბოლქვს და გამოიწვევს ნაკლებ ენერგიას მიმღებ მოწყობილობაში. როგორც წესი, უსადენო ენერგიის გადაცემის ტექნოლოგიები ისეთი მოწყობილობებისთვის, როგორიცაა სმარტფონები, შეუძლია მიაღწიოს 70%-იან შესრულებას.
როგორ იზომება შესრულება
მნიშვნელობა, როგორც სიმძლავრის რაოდენობა (პროცენტებში), რომელიც გადაეცემა კვების წყაროდან მიმღებ მოწყობილობას. ანუ 80%-იანი ეფექტურობის მქონე სმარტფონისთვის უკაბელო დენის გადაცემა ნიშნავს, რომ შეყვანის სიმძლავრის 20% იკარგება კედელსა და დამუხტავ გაჯეტის ბატარეას შორის. მუშაობის ეფექტურობის გაზომვის ფორმულა არის: შესრულება=DC გამომავალი გაყოფა შეყვანაზე, გავამრავლოთ შედეგი 100%-ზე.
ელექტროენერგიის უსადენო გადაცემა
ელექტროენერგიის განაწილება შესაძლებელია განხილულ ქსელზე თითქმის ყველა არამეტალური მასალის საშუალებით, მათ შორის, მაგრამ არ შემოიფარგლება ამით. ეს არის მყარი, როგორიცაა ხე, პლასტმასი, ტექსტილი, მინა და აგური, ასევე აირები და სითხეები. როდესაც ლითონის ანელექტროგამტარი მასალა (ანუ ნახშირბადის ბოჭკოვანი) მოთავსებულია ელექტრომაგნიტურ ველთან ახლოს, ობიექტი შთანთქავს მისგან ენერგიას და შედეგად თბება. ეს, თავის მხრივ, გავლენას ახდენს სისტემის ეფექტურობაზე. ასე მუშაობს ინდუქციური სამზარეულო, მაგალითად, კერძიდან ენერგიის არაეფექტური გადაცემა წარმოქმნის სითბოს სამზარეულოსთვის.
უკაბელო ელექტროგადამცემი სისტემის შესაქმნელად, თქვენ უნდა დაუბრუნდეთ თემის საწყისებს. უფრო სწორად, წარმატებულ მეცნიერსა და გამომგონებელს ნიკოლა ტესლას, რომელმაც შექმნა და დააპატენტა გენერატორი, რომელსაც შეუძლია ძალაუფლების აღება სხვადასხვა მატერიალისტური გამტარების გარეშე. ასე რომ, უკაბელო სისტემის დასანერგად აუცილებელია ყველა მნიშვნელოვანი ელემენტის და ნაწილის აწყობა, რის შედეგადაც დაინერგება ტესლას პატარა კოჭა. ეს არის მოწყობილობა, რომელიც ქმნის მაღალი ძაბვის ელექტრულ ველს მის გარშემო ჰაერში. მას აქვს მცირე შეყვანის სიმძლავრე, ის უზრუნველყოფს უსადენო ენერგიის გადაცემას დისტანციაზე.
ენერგიის გადაცემის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი გზა არის ინდუქციური დაწყვილება. იგი ძირითადად გამოიყენება ახლო ველზე. იგი ხასიათდება იმით, რომ როდესაც დენი გადის ერთ მავთულში, ძაბვა გამოწვეულია მეორის ბოლოებზე. ელექტროენერგიის გადაცემა ხდება ორ მასალას შორის ურთიერთდახმარებით. გავრცელებული მაგალითია ტრანსფორმატორი. მიკროტალღური ენერგიის გადაცემა, როგორც იდეა, შეიმუშავა უილიამ ბრაუნმა. მთელი კონცეფცია მოიცავს AC დენის გადაქცევას RF სიმძლავრედ და მის გადაცემას სივრცეში და ხელახლა გადაცემაშიცვლადი სიმძლავრე მიმღებზე. ამ სისტემაში ძაბვა წარმოიქმნება მიკროტალღური ენერგიის წყაროების გამოყენებით. როგორიცაა კლისტრონი. და ეს სიმძლავრე გადაეცემა გადამცემ ანტენას ტალღის საშუალებით, რომელიც იცავს არეკლილი სიმძლავრისგან. ასევე ტიუნერი, რომელიც შეესაბამება მიკროტალღური წყაროს წინაღობას სხვა ელემენტებთან. მიმღები განყოფილება შედგება ანტენისგან. ის იღებს მიკროტალღურ ძალას და წინაღობის შესატყვის წრეს და ფილტრს. ეს მიმღები ანტენა, გამასწორებელ მოწყობილობასთან ერთად, შეიძლება იყოს დიპოლური. შეესაბამება გამომავალ სიგნალს გამომასწორებელი ერთეულის მსგავსი ხმოვანი გაფრთხილებით. მიმღების ბლოკი ასევე შედგება მსგავსი განყოფილებისგან, რომელიც შედგება დიოდებისგან, რომლებიც გამოიყენება სიგნალის DC სიგნალად გადაქცევისთვის. ეს გადამცემი სისტემა იყენებს სიხშირეებს 2 გჰც-დან 6 გჰც-მდე.
ელექტროენერგიის უსადენო გადაცემა ბროვინის დრაივერის დახმარებით, რომელმაც გენერატორი დანერგა მსგავსი მაგნიტური რხევების გამოყენებით. დასკვნა ის არის, რომ ეს მოწყობილობა მუშაობდა სამი ტრანზისტორის წყალობით.
ლაზერის სხივის გამოყენება სინათლის ენერგიის სახით ენერგიის გადასაცემად, რომელიც გარდაიქმნება ელექტრო ენერგიად მიმღებ ბოლოში. თავად მასალა უშუალოდ იკვებება ისეთი წყაროების გამოყენებით, როგორიცაა მზე ან ნებისმიერი ელექტროენერგიის გენერატორი. და, შესაბამისად, ახორციელებს მაღალი ინტენსივობის ორიენტირებულ შუქს. სხივის ზომა და ფორმა განისაზღვრება ოპტიკის ნაკრებით. და ეს გადაცემული ლაზერული შუქი მიიღება ფოტოელექტრული უჯრედებით, რომლებიც გარდაქმნიან მას ელექტრულ სიგნალებად. ის ჩვეულებრივ იყენებსოპტიკურ-ბოჭკოვანი კაბელები გადაცემისთვის. როგორც მზის ენერგიის ძირითადი სისტემის შემთხვევაში, მიმღები, რომლებიც გამოიყენება ლაზერულ გავრცელებაში, არის ფოტოელექტრული უჯრედების ან მზის პანელი. მათ, თავის მხრივ, შეუძლიათ არათანმიმდევრული მონოქრომატული სინათლე ელექტროენერგიად გარდაქმნას.
მოწყობილობის ძირითადი მახასიათებლები
Tesla Coil-ის ძალა მდგომარეობს იმ პროცესში, რომელსაც ეწოდება ელექტრომაგნიტური ინდუქცია. ანუ ცვალებადი ველი ქმნის პოტენციალს. ის ახორციელებს დენს. როდესაც ელექტროენერგია მიედინება მავთულის ხვეულში, ის წარმოქმნის მაგნიტურ ველს, რომელიც გარკვეულწილად ავსებს კოჭის გარშემო არსებულ ადგილს. სხვა მაღალი ძაბვის ექსპერიმენტებისგან განსხვავებით, ტესლას კოჭმა გაუძლო ბევრ გამოცდას და გამოცდას. პროცესი საკმაოდ შრომატევადი და ხანგრძლივი იყო, მაგრამ შედეგი იყო წარმატებული და, შესაბამისად, წარმატებით დაპატენტებული მეცნიერის მიერ. თქვენ შეგიძლიათ შექმნათ ასეთი კოჭა გარკვეული კომპონენტების თანდასწრებით. განსახორციელებლად საჭირო იქნება შემდეგი მასალები:
- სიგრძე 30 სმ PVC (რაც მეტი მით უკეთესი);
- მინანქარი სპილენძის მავთული (მეორადი მავთული);
- არყის დაფა ძირისთვის;
- 2222A ტრანზისტორი;
- დამაკავშირებელი (პირველადი) მავთული;
- რეზისტორი 22 kΩ;
- გამრთველები და დამაკავშირებელი სადენები;
- 9 ვოლტიანი ბატარეა.
Tesla მოწყობილობის დანერგვის ეტაპები
პირველ რიგში, თქვენ უნდა დააყენოთ პატარა ჭრილი მილის ზედა ნაწილში, რათა შემოიხვიოთ მავთულის ერთ ბოლოზეირგვლივ. გადაახვიეთ ხვეული ნელა და ფრთხილად, ფრთხილად იყავით, რომ მავთულები არ გადაფაროთ და არ შექმნათ ხარვეზები. ეს ნაბიჯი ყველაზე რთული და დამღლელი ნაწილია, მაგრამ დახარჯული დრო მისცემს ძალიან მაღალ ხარისხს და კარგ ხვეულს. ყოველ 20-ზე მეტ შემობრუნებას, გრიპის ირგვლივ თავსდება ლენტის რგოლები. ისინი მოქმედებენ როგორც ბარიერი. იმ შემთხვევაში, თუ კოჭა იწყებს გაშლას. დასრულების შემდეგ, შემოახვიეთ გრაგნილის ზედა და ქვედა ნაწილზე მძიმე ლენტი და შეასხურეთ მას მინანქრის 2 ან 3 ფენა.
მაშინ თქვენ უნდა დააკავშიროთ პირველადი და მეორადი ბატარეა ბატარეას. შემდეგ - ჩართეთ ტრანზისტორი და რეზისტორი. უფრო მცირე გრაგნილი არის პირველადი და უფრო გრძელი გრაგნილი მეორადი. სურვილისამებრ შეგიძლიათ დააყენოთ ალუმინის სფერო მილის თავზე. ასევე, დააკავშირეთ მეორადი ღია ბოლო დამატებულს, რომელიც იმოქმედებს ანტენის როლში. სიფრთხილე უნდა გამოიჩინოთ, რომ არ შეეხოთ მეორად მოწყობილობას ელექტროენერგიის ჩართვისას.
არსებობს ხანძრის საშიშროება, თუ თავად გაყიდავთ. თქვენ უნდა გადაატრიალოთ გადამრთველი, დააინსტალიროთ ინკანდესენტური ნათურა უსადენო ელექტროგადამცემი მოწყობილობის გვერდით და ისიამოვნოთ სინათლის ჩვენებით.
უკაბელო გადაცემა მზის ენერგიის სისტემის მეშვეობით
ტრადიციული სადენიანი დენის განაწილების კონფიგურაციები, როგორც წესი, საჭიროებს მავთულს განაწილებულ მოწყობილობებსა და სამომხმარებლო ერთეულებს შორის. ეს ქმნის უამრავ შეზღუდვას, როგორც სისტემის ღირებულებასაკაბელო ხარჯები. გადაცემისას მიყენებული ზარალი. ასევე ნარჩენები განაწილებაში. მხოლოდ გადამცემი ხაზის წინააღმდეგობა იწვევს გამომუშავებული ენერგიის დაახლოებით 20-30%-ის დაკარგვას.
ერთ-ერთი ყველაზე თანამედროვე უსადენო ელექტროგადამცემი სისტემა დაფუძნებულია მზის ენერგიის გადაცემაზე მიკროტალღური ღუმელის ან ლაზერის სხივის გამოყენებით. თანამგზავრი მოთავსებულია გეოსტაციონალურ ორბიტაზე და შედგება ფოტოელექტრული უჯრედებისგან. ისინი მზის შუქს გარდაქმნიან ელექტრულ დენად, რომელიც გამოიყენება მიკროტალღური გენერატორის გასაძლიერებლად. და, შესაბამისად, აცნობიერებს მიკროტალღების ძალას. ეს ძაბვა გადაიცემა რადიოკავშირის გამოყენებით და მიიღება საბაზო სადგურზე. ეს არის ანტენისა და რექტიფიკატორის კომბინაცია. და ისევ ელექტროენერგიად გარდაიქმნება. მოითხოვს AC ან DC დენის. თანამგზავრს შეუძლია 10 მეგავატამდე RF სიმძლავრის გადაცემა.
როდესაც ვსაუბრობთ DC განაწილების სისტემაზე, ესეც შეუძლებელია. ვინაიდან მას სჭირდება კონექტორი ელექტრომომარაგებასა და მოწყობილობას შორის. ასეთი სურათია: სისტემა სრულიად მოკლებულია სადენებს, სადაც შეგიძლიათ მიიღოთ ცვლადი დენი სახლებში დამატებითი მოწყობილობების გარეშე. სადაც შესაძლებელია მობილური ტელეფონის დატენვა სოკეტთან ფიზიკურად დაკავშირების გარეშე. რა თქმა უნდა, ასეთი სისტემა შესაძლებელია. და ბევრი თანამედროვე მკვლევარი ცდილობს შექმნას რაღაც მოდერნიზებული, დისტანციურად ელექტროენერგიის უსადენო გადაცემის ახალი მეთოდების შემუშავების როლის შესწავლისას. თუმცა, ეკონომიკური კომპონენტის თვალსაზრისით, სახელმწიფოებისთვის ეს არ იქნებასაკმაოდ მომგებიანია ასეთი მოწყობილობების დანერგვა ყველგან და სტანდარტული ელექტროენერგიის შეცვლა ბუნებრივი ელექტროენერგიით.
უკაბელო სისტემების წარმოშობა და მაგალითები
ეს კონცეფცია ნამდვილად არ არის ახალი. მთელი ეს იდეა შეიმუშავა ნიკოლას ტესლამ 1893 წელს. როდესაც მან შეიმუშავა ვაკუუმური მილების განათების სისტემა უკაბელო გადაცემის ტექნიკის გამოყენებით. შეუძლებელია წარმოვიდგინოთ, რომ სამყარო არსებობს დამუხტვის სხვადასხვა წყაროების გარეშე, რომლებიც გამოხატულია მატერიალური ფორმით. რათა შესაძლებელი გახდეს მობილური ტელეფონების, სახლის რობოტების, MP3 ფლეერების, კომპიუტერების, ლეპტოპების და სხვა გადასატანი მოწყობილობების დატენვა დამოუკიდებლად, ყოველგვარი დამატებითი კავშირების გარეშე, რაც მომხმარებლებს ათავისუფლებს მუდმივი სადენებისგან. ზოგიერთ ამ მოწყობილობას შეიძლება არც კი დასჭირდეს ელემენტების დიდი რაოდენობა. უსადენო ელექტროგადაცემის ისტორია საკმაოდ მდიდარია და, ძირითადად, ტესლას, ვოლტას და ა.შ. განვითარებული მოვლენების წყალობით. მაგრამ დღეს ის რჩება მხოლოდ მონაცემებად ფიზიკურ მეცნიერებაში.
ძირითადი პრინციპია ცვლადი დენის გადაქცევა მუდმივ ძაბვაზე გამომსწორებლების და ფილტრების გამოყენებით. და შემდეგ - თავდაპირველ მნიშვნელობაზე დაბრუნება მაღალი სიხშირით ინვერტორების გამოყენებით. ეს დაბალი ძაბვის, მაღალ რხევადი AC სიმძლავრე შემდეგ გადადის პირველადი ტრანსფორმატორიდან მეორადზე. გარდაიქმნება DC ძაბვაზე რექტფიკატორის, ფილტრისა და რეგულატორის გამოყენებით. AC სიგნალი ხდება პირდაპირიდინების ხმის წყალობით. ასევე ხიდის გამსწორებელი განყოფილების გამოყენებით. მიღებული DC სიგნალი გადადის უკუკავშირის გრაგნილით, რომელიც მოქმედებს როგორც ოსცილატორის წრე. ამავდროულად, ის აიძულებს ტრანზისტორს ჩაატაროს იგი პირველადი გადამყვანში მარცხნიდან მარჯვნივ. როდესაც დენი გადის უკუკავშირის გრაგნილზე, შესაბამისი დენი მიედინება ტრანსფორმატორის პირველად მხარეს მარჯვნიდან მარცხნივ.
ასე მუშაობს ენერგიის გადაცემის ულტრაბგერითი მეთოდი. სიგნალი გენერირებულია სენსორის მეშვეობით AC განგაშის ორივე ნახევარ ციკლისთვის. ხმის სიხშირე დამოკიდებულია გენერატორის სქემების ვიბრაციის რაოდენობრივ მაჩვენებლებზე. ეს AC სიგნალი ჩნდება ტრანსფორმატორის მეორად გრაგნილზე. და როდესაც ის დაკავშირებულია სხვა ობიექტის გადამყვანთან, AC ძაბვა არის 25 kHz. წაკითხვა ჩნდება მის მეშვეობით დაშვებულ ტრანსფორმატორში.
ეს ცვლადი ძაბვა გათანაბრებულია ხიდის რექტიფიკატორით. და შემდეგ გაფილტრული და რეგულირდება, რომ მიიღოთ 5 ვ გამომავალი შუქდიოდის გასატარებლად. 12 ვ გამომავალი ძაბვა კონდენსატორიდან გამოიყენება DC ვენტილატორის ძრავის გასააქტიურებლად. ასე რომ, ფიზიკის თვალსაზრისით, ელექტროენერგიის გადაცემა საკმაოდ განვითარებული სფეროა. თუმცა, როგორც პრაქტიკა გვიჩვენებს, უკაბელო სისტემები ბოლომდე არ არის განვითარებული და გაუმჯობესებული.
