Передача енергії на відстані без дротів. Передача струму без проводів шляхом індукції

Бездротова передача електроенергії

Бездротова передача електрики- спосіб передачі електричної енергії без використання струмопровідних елементів в електричному ланцюзі. До року мали місце успішні досліди з передачею енергії потужністю близько десятків кіловат у мікрохвильовому діапазоні з ККД близько 40 % - у 1975 в Goldstone, Каліфорнія і в 1997 в Grand Bassin на острові Реюньйон (дальність порядку кілометрів, дослідження в області енергопостачання електромережі). Технологічні принципи такої передачі включають індукційний (на малих відстанях і відносно малих потужностях), резонансний (використовується в безконтактних смарт-картах і чіпах RFID) і спрямований електромагнітний для відносно великих відстаней і потужностей (в діапазоні від ультрафіолету до мікрохвиль).

Історія бездротової передачі енергії

• 1820 : Андре Марі Ампер відкрив закон (після названий на честь відкривача, законом Ампера), що показує, що електричний струм виробляє магнітне поле
• 1831 : Майкл Фарадей відкрив закон індукції , важливий базовий закон електромагнетизму
• 1862 : Карло Маттеучі вперше провів досліди з передачі та прийому електричної індукції за допомогою плоско спіральних котушок.
• 1864 : Джеймс Максвелл систематизував усі попередні спостереження, експерименти та рівняння з електрики, магнетизму та оптики в послідовну теорію та суворий математичний опис поведінки електромагнітного поля.
• 1888 : Генріх Герц підтвердив існування електромагнітного поля « Апарат для створення електромагнітного поля» Герца був НВЧ або УВЧ іскровий передавач «радіохвиль».
• 1891 : Нікола Тесла покращив передавач хвиль Герца радіочастотного енергопостачання у своєму патенті No. 454,622, "Система електричного освітлення".
• 1893 : Тесла демонструє бездротове освітлення люмінесцентними лампами у проекті для Колумбовської всесвітньої виставки у Чикаго .
• 1894 : Тесла запалює без проводів лампу розжарювання в лабораторії на П'ятій авеню, а пізніше в лабораторії на Х'юстон стріт у Нью-Йорку, за допомогою «електродинамічної індукції», тобто за допомогою бездротової резонансної взаємоіндукції.
• 1894 : Джагдіш Чандра Боше дистанційно спалахує порох і вдаряє в дзвін з використанням електромагнітних хвиль, показуючи, що сигнали зв'язку можна надсилати без проводів.
• 1895 : А. С. Попов продемонстрував винайдений ним радіоприймач на засіданні фізичного відділення Російського фізико-хімічного товариства 25 квітня (7 травня) року
• 1895 : Боше передає сигнал на відстань близько однієї милі
• 1896 : Гульєльмо Марконі подає заявку на винахід радіо 2 червня 1896 року .
• 1896 : Тесла передає сигнал на відстань близько 48 кілометрів.
• 1897 : Гульельмо Марконі передає текстове повідомлення абеткою Морзе на відстань близько 6 км, використовуючи для цього радіопередавач.
• 1897 : Тесла реєструє перший із своїх патентів із застосування бездротової передачі.
• 1899 : У Колорадо Спрінгс Тесла пише: «Неспроможність методу індукції видається величезною в порівнянні з методом збудження заряду землі та повітря».
• 1900 : Гульельмо Марконі не зміг отримати патент на винахід радіо у Сполучених Штатах
• 1901 : Марконі передає сигнал через Атлантичний океан, використовуючи апарат Тесла
• 1902 : Тесла проти Реджинальда Фессендена: конфлікт американського патенту No. 21701 «Система передачі сигналів (бездротова). Виборче включення ламп розжарювання, електронні логічні елементи загалом».
• 1904 : На Всесвітній виставці у Сент-Луїсі пропонується премія за успішну спробу керування двигуном дирижабля потужністю 0,1 л.с. (75 Вт) від енергії, що передається дистанційно на відстань менше 100 футів (30 м).
• 1917 : Зруйнована Башта Ворденкліф, побудована Нікола Тесла для проведення дослідів з бездротової передачі великих потужностей.
• 1926 : Шинтаро Уда та Хідецугу Яги публікують першу статтю « про регульований спрямований канал зв'язку з високим посиленням», добре відомому як «антена Яги-Уда» або антена «хвильовий канал».
• 1961 : Вільям Браун публікує статтю з дослідження можливості передачі енергії за допомогою мікрохвиль
• 1964 : Вільям Браун та Уолтер Кронікт демонструють на каналі CBS Newsмодель вертольота, що отримує всю необхідну йому енергію мікрохвильового променя.
• 1968 : Пітер Глейзер пропонує бездротову передачу. сонячної енергіїіз космосу за допомогою технології «Енергетичний промінь». Це вважається першим описом орбітальної енергетичної системи.
• 1973 : Перша у світі пасивна система RFID продемонстрована у Лос-Аламоській Національній лабораторії.
• 1975 : Комплекс далекого космічного зв'язку Голдстоун проводить експерименти з передачі потужності в десятки кіловат
• 2007 : Дослідницька група під керівництвом професора Марина Солячича з Массачусетського технологічного інституту передала бездротовим способом на відстань 2 м потужність, достатню для свічення лампочки 60 вт, з к.п.д. 40%, за допомогою двох котушок діаметром 60 см.
• 2008 : Фірма Bombardier пропонує новий продукт для бездротової передачі PRIMOVE, потужна система для застосування в трамваях та двигунах малотоннажної залізниці.
• 2008 : Корпорація Intel відтворює досліди Нікола Тесла 1894 року та групи Джона Брауна 1988 року з бездротової передачі енергії для свічення ламп розжарювання з к.п.д. 75%.
• 2009 : Консорціум зацікавлених компаній, названий Wireless Power Consortium, оголосив про швидке завершення розробки нового промислового стандарту для малопотужних індукційних зарядних пристроїв.
• 2009 : Представлений промисловий ліхтар, здатний безпечно працювати та перезаряджатися безконтактним способом в атмосфері, насиченій вогненебезпечним газом. Цей виріб був розроблений норвезькою компанією Wireless Power & Communication.
• 2009 : Haier Group представила перший у світі повністю бездротовий LCD телевізор, заснований на дослідженнях професора Марина Солячича з бездротової передачі енергії та бездротового домашнього цифрового інтерфейсу (WHDI).

Технологія (ультразвуковий метод)

Винахід студентів університету Пенсільванії. Вперше широкому загалу установка була представлена ​​на виставці The All Things Digital (D9) у 2011 році. Як і в інших способах бездротової передачі чогось, використовується приймач і передавач. Передавач випромінює ультразвук, приймач, у свою чергу, перетворює електрику, що чує. На момент презентації відстань передачі досягає 7-10 метрів, необхідна пряма видимість приймача та передавача. З відомих характеристик - напруга, що передається, досягає 8 вольт, проте не повідомляється одержувана сила струму. Використовувані ультразвукові частоти не впливають на людини. Також немає відомостей і про негативний вплив на тварин.

Метод електромагнітної індукції

Техніка бездротової передачі методом електромагнітної індукції використовує близько електромагнітне поле на відстанях близько однієї шостої довжини хвилі. Енергія ближнього поля сама по собі не є випромінюючою, проте деякі радіаційні втрати все-таки відбуваються. Крім того, зазвичай мають місце і резистивні втрати. Завдяки електродинамічній індукції змінний електричний струм, що протікає через первинну обмотку, створює змінне магнітне поле, яке діє на вторинну обмотку, індукуючи в ній електричний струм. Для досягнення високої ефективності взаємодія має бути досить тісною. У міру видалення вторинної обмотки від первинної все більша частина магнітного поля не досягає вторинної обмотки. Навіть на відносно невеликих відстанях індуктивний зв'язок стає вкрай неефективним, витрачаючи більшу частину енергії, що передається даремно.

Електричний трансформатор є найпростішим пристроєм бездротової передачі енергії. Первинна та вторинна обмотки трансформатора прямо не пов'язані. Передача енергії здійснюється за допомогою процесу, відомого як взаємна індукція. Основною функцією трансформатора є збільшення чи зменшення первинної напруги. Безконтактні зарядні пристрої мобільних телефонів та електричних зубних щіток є прикладами використання принципу електродинамічної індукції. Індукційні плити використовують цей метод. Основним недоліком методу бездротової передачі є украй невелика відстань його дії. Приймач повинен знаходитися у безпосередній близькості до передавача для того, щоб ефективно з ним взаємодіяти.

Використання резонансу дещо збільшує дальність передачі. При резонансній індукції передавач та приймач налаштовані одну частоту. Продуктивність може бути поліпшена ще більше шляхом зміни форми хвилі струму керуючого від синусоїдальних до несинусоїдальних перехідних форми хвилі. Імпульсна передача енергії відбувається протягом кількох циклів. Таким чином, значна потужність може бути передана між двома взаємно налаштованими LC-ланцюгами з відносно невисоким коефіцієнтом зв'язку. Передавальна і приймальна котушки, як правило, є одношаровими соленоїдами або плоскою спіралью з набором конденсаторів, які дозволяють налаштувати приймаючий елемент на частоту передавача.

Звичайним застосуванням резонансної електродинамічної індукції є заряджання акумуляторних батарей портативних пристроїв, таких як портативні комп'ютери та мобільні телефони, медичні імплантати та електромобілі. Техніка локалізованої зарядки використовує вибір відповідної котушки, що передає, в структурі масиву багатошарових обмоток. Резонанс використовується як у панелі бездротової зарядки (передавальному контурі), так і в модулі приймача (вбудованого в навантаження) для забезпечення максимальної ефективності передачі енергії. Така техніка передачі підходить універсальним бездротовим зарядним панелям для підзарядки портативної електроніки, наприклад, як мобільні телефони. Техніка прийнята як частина стандарту бездротової зарядки Qi.

Резонансна електродинамічна індукція також використовується для живлення пристроїв, що не мають акумуляторних батарей, таких як RFID-мітки та безконтактні смарт-карти, а також для передачі електричної енергії від первинного індуктора гвинтовому резонатору трансформатора Тесла, що також є бездротовим передавачем електричної енергії.

Електростатична індукція

Змінний струм може передаватися через шари атмосфери, що мають атмосферний тиск менше 135 мм рт. ст. Струм протікає за допомогою електростатичної індукції через нижні шари атмосфери приблизно за 2-3 милі над рівнем моря і завдяки потоку іонів, тобто електричної провідності через іонізовану область, розташовану на висоті понад 5 км. Інтенсивні вертикальні пучки ультрафіолетового випромінювання можуть бути використані для іонізації атмосферних газів безпосередньо над двома піднесеними терміналами, приводячи до утворення високовольтних плазмових ліній електропередач, що ведуть прямо до провідних шарів атмосфери. В результаті між двома піднесеними терміналами утворюється потік електричного струму, що проходить до тропосфери, через неї і назад на інший термінал. Електропровідність через шари атмосфери стає можливою завдяки ємнісному плазмовому розряду в іонізованій атмосфері.

Нікола Тесла виявив, що електроенергія може передаватись і через землю, і через атмосферу. У ході своїх досліджень він досяг загоряння лампи на помірних відстанях і зафіксував передачу електроенергії на великих дистанціях. Башта Ворденкліф замислювався як комерційний проект трансатлантичної бездротової телефонії і став реальною демонстрацією можливості бездротової передачі електроенергії в глобальному масштабі. Встановлення не було завершено через недостатнє фінансування.

Земля є природним провідником і утворює один провідний контур. Зворотний контур реалізується через верхні тропосферні шари і нижні шари стратосфери на висоті близько 4.5 миль (7.2 км).

Глобальна система передачі електроенергії без проводів, так звана "Всесвітня бездротова система", заснована на високій електропровідності плазми та високій електропровідності землі, була запропонована Миколою Тесла на початку 1904 року і цілком могла стати причиною Тунгуського метеорита, що виник у результаті "короткого замикання" між зарядженою атмосферою та землею.

Всесвітня бездротова система

Ранні експерименти відомого сербського винахідника Нікола Тесли стосувалися поширення звичайних радіохвиль, тобто хвиль Герца, електромагнітних хвиль, що розповсюджуються у просторі.

В 1919 Нікола Тесла писав: «Вважається, що я почав роботу над бездротовою передачею в 1893 році, але насправді два попередні роки я проводив дослідження і конструював апаратуру. Для мене було зрозуміло з самого початку, що успіху можна досягти завдяки ряду радикальних рішень. Високочастотні генератори та електричні осцилятори мали бути створені в першу чергу. Їхню енергію необхідно було перетворити на ефективних передавачі і прийняти на відстані належними приймачами. Така система була б ефективною у разі виключення будь-якого стороннього втручання та забезпечення її повної ексклюзивності. Згодом, однак, я усвідомив, що для ефективної роботи таких пристроїв вони повинні розроблятися з урахуванням фізичних властивостей нашої планети».

Однією з умов створення всесвітньої бездротової системи є будівництво резонансних приймачів. Заземлений гвинтовий резонатор котушки Тесла і розташований на піднесенні термінал можуть бути використані як такі. Тесла особисто неодноразово демонстрував бездротову передачу електричної енергії від передавальної до приймальної котушки Тесла. Це стало частиною його бездротової системи передачі (патент США № 1119732, Апарат для передачі електричної енергії, 18 січня 1902). Тесла запропонував встановити понад тридцять приймально-передавальних станцій по всьому світу. У цій системі приймальна котушка діє як понижувальний трансформатор із високим вихідним струмом. Параметри передавальної котушки тотожні приймальні.

Метою світової бездротової системи Тесли було поєднання передачі енергії з радіомовленням і спрямованим бездротовим зв'язком, яке дозволило б позбутися численних високовольтних ліній електропередачі та сприяння об'єднанню електричних генеруючих у глобальному масштабі.

Див. також

• Енергетичний промінь

Примітки

1. "Electricity at the Columbian Exposition", John Patrick Barrett. 1894, pp. 168-169 (англ.)
2. Експерименти з альтернативними даними з дуже високою frequency and their Application to Methods of Artificial Ilumination, AIEE, Columbia College, N.Y., May 20, 1891 (англ.)
3. Experiments with Alternate Currents of High Potential and High Frequency, IEE Address, London, February 1892 (англ.)
4. On Light and Other High Frequency Phenomena, Franklin Institute, Philadelphia, February 1893 and National Electric Light Association, St. Louis, March 1893 (англ.)
5. The Work of Jagdish Chandra Bose: 100 років з mm-wave research (англ.)
6. Jagadish Chandra Bose (англ.)
7. Nikola Tesla на його роботі з альтернативними даними та своїми можливостями до бездротових телеграфів, тел. 26-29. (англ.)
8. June 5, 1899, Nikola Tesla Colorado Spring Notes 1899-1900, Nolit, 1978 (англ.)
9. Nikola Tesla: Guided Weapons & Computer Technology (англ.)
10. The Electrician(London), 1904 (англ.)
11. Сканування піску: History of Electrical Engineering from the Past, Hidetsugu Yagi
12. A survey of the elements of power Transmission by microwave beam, in 1961 IRE Int. Conf. Rec., vol.9, part 3, pp.93-105 (англ.)
13. IEEE Microwave Theory and Techniques, Bill Brown's Distinguished Career (англ.)
14. Power від Sun: Its Future, Science Vol. 162, pp. 957-961 (1968)
15. Solar Power Satellite patent (англ.)
16. History of RFID (англ.)
17. Space Solar Energy Initiative (англ.)
18. Wireless Power Transmission for Solar Power Satellite (SPS) (Second Draft by N. Shinohara), Space Solar Power Workshop, Georgia Institute of Technology (англ.)
19. W. C. Brown: The History of Power Transmission by Radio Waves: Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions on September, 1984, v. 32 (9), pp. 1230-1242 (англ.)
20. Wireless Power Transfer через Strongly Coupled Magnetic Resonances (англ.) . Science (7 червня 2007). Архівовано,
    Запрацював новий спосіб бездротової передачі електрики. MEMBRANA.RU (8 червня 2007). Архівовано з першоджерела 29 лютого 2012 року. Перевірено 6 вересня 2010 року.
21. Bombardier PRIMOVE Technology
22. Intel imagines wireless power for your laptop (англ.)
23. Wireless electricity specification nearing completion
24. TX40 і CX40, Ex approved Torch and Charger (англ.)
25. Haier's wireless HDTV lacks wires, svelte profile (video) (англ.),
    Бездротова електрика вразила своїх творців. MEMBRANA.RU (16 лютого 2010 року). Архівовано з першоджерела 26 лютого 2012 року. Перевірено 6 вересня 2010 року.
26. Eric Giler demos бездротовий електроенергії | Video on TED.com
27. "Nikola Tesla і Diameter of the Earth: A Discussion of One of Many Modes of Operation of Wardenclyffe Tower," K. L. Corum and J. F. Corum, Ph.D. 1996
28. William Beaty, Yahoo Wireless Energy Transmission Tech Group Message #787 , reprinted in WIRELESS TRANSMISSION THEORY .
29. Wait, James R., The Ancient and Modern History of EM Ground-Wave Propagation," IEEE Antennas and Propagation Magazine, Vol. 40, No. 5, Жовтень 1998 року.
30. SYSTEM OF TRANSMISSION OF ELECTRICAL ENERGY, Sept. 2, 1897, U.S. Patent No. 645,576, Mar. 20, 1900.

31. Я був впевнений, що, коли я включив applications of September 2, 1897, для передачі енергетичної інформації в яких цей метод був розкритий, він був впевнений, що я хотів, щоб не було, щоб termines at su high elevation never have, above my signature, невідомий будь-який,що я не роблю першої першої. Це є відповідь, що не стан міне був е contradicted, і я не маю на думці, тому що я публікую деякий I go through it first by experiment, then from experiment I calculate, and me it theory and practice I announce the results.

    При тому, що я був абсолютно незважаючи на те, що я маю почати в комерційний простір, якщо я маю на увазі, але все, що я маю робити в моїй laboratory на Houston Street; but I had already calculated and found that I did no need great heights to apply this method. Мій patent думає, що я перерву вниз на атмосфері "на або близько" до terminal. Якщо ми ведемо атмосферу, це 2 або 3 miles над територією, я бачу це дуже близько до terminálу, як це пов'язано з відстанню моїх територій, які можуть бути поставлені хворим. Це is simply an expression. . . .

32. Nikola Tesla On His Work З Alternating Currents and Ther Application to Wireless Telegraphy, Telephony and Transmission of Power

Якщо вірити історії, революційний технологічний проект був заморожений через відсутність у Тесли належних фінансових можливостей (ця проблема переслідувала вченого практично весь час його роботи в Америці). Говорячи загалом, основний тиск на нього чинився з боку іншого винахідника — Томаса Едісона та його компаній, які просували технологію постійного струму, тоді як Тесла займався змінним струмом (так звана «Війна струмів»). Історія розставила все на свої місця: зараз змінний струм використовується у міських електромережах практично повсюдно, хоча відлуння минулого доходять і до наших днів (наприклад, одна із заявлених причин поломок горезвісних поїздів Hyundai – використання на деяких ділянках української залізниці електроліній постійного струму).

Вежа Ворденкліф, в якій Нікола Тесла проводив свої експерименти з електрикою (фото 1094)

Що ж до вежі Ворденкліф, то, якщо вірити легенді, Тесла продемонстрував одному з головних інвесторів Дж.П. Моргану, акціонеру першої у світі Ніагарської ГЕС та мідних заводів (мідь, як відомо, використовується у проводах), працюючу установку з бездротової передачі струму, вартість якого для споживачів була б (зароби такі установки у промислових масштабах) на порядок дешевше для споживачів, після чого він звернув фінансування проекту. Як би там не було, всерйоз про бездротову передачу електроенергії заговорили лише через 90 років у 2007 році. І хоча до того моменту, як лінії електропередач повністю зникнуть із міського пейзажу, ще далеко, приємні дрібниці на кшталт бездротової зарядки мобільного пристрою доступні вже зараз.

Прогрес підкрався непомітно

Якщо ми переглянемо архіви ІТ-новин хоча б дворічної давності, то в таких добірках виявимо хіба рідкісні повідомлення про те, що ті чи інші компанії займаються розробкою бездротових зарядних пристроїв, і ні слова про готові продукти та рішення (крім базових принципів та загальних схем) ). На сьогоднішній день бездротова зарядка вже не є надоригінальним чи концептуальним. Подібні пристрої щосили продаються (наприклад, свої зарядки на MWC 2013 демонструвала LG), випробовуються для електромобілів (цим займається Qualcomm) і навіть використовуються в громадських місцях(наприклад, на деяких європейських залізничних вокзалах). Більше того, вже існують кілька стандартів такої передачі електроенергії та кілька альянсів, які просувають та розвивають їх.

За бездротову зарядку мобільних пристроїв відповідають подібні котушки, одна з яких знаходиться в телефоні, а інша - в зарядному пристрої

Найвідомішим таким стандартом є стандарт Qi, що розробляється Wireless Power Consortium, до якого входять такі відомі компанії, як HTC, Huawei, LG Electronics, Motorola Mobility, Nokia, Samsung, Sony та ще близько сотні інших організацій. Цей консорціум був організований у 2008 році з метою створення універсального зарядного пристрою для девайсів різних виробників та торгових марок. У своїй роботі стандарт використовує принцип магнітної індукції, коли базова станція складається з індукційної котушки, яка створює електромагнітне поле на час вступу змінного струму з мережі. У пристрої, що заряджається, присутня схожа котушка, яка реагує на це поле і вміє перетворювати отриману через нього енергію в постійний струм, який використовується для зарядки акумулятора (докладно ознайомитися з принципом роботи можна на сайті консорціуму http://www.wirelesspowerconsortium). -we-do/how-it-works/). Крім того, Qi підтримує протокол передачі даних між зарядними та заряджуваними пристроями на швидкості 2 кб/с, який використовується для передачі даних про необхідному обсязізарядки та виконання необхідної операції.

Бездротову зарядку за стандартом Qi на сьогоднішній день підтримує багато смартфонів, а зарядні пристрої універсальні для всіх апаратів, що підтримують цей стандарт

Є Qi і серйозний конкурент - Power Matters Alliance, в який входять AT&T, Duracell, Starbucks, PowerKiss і Powermat Technologies. Ці імена знаходяться далеко не на перших ролях у світі інформаційних технологій (особливо мережа кав'ярень Starbucks, яка перебуває в альянсі через те, що має намір повсюдно впроваджувати у своїх закладах цю технологію), - вони спеціалізуються саме на енергетичних питаннях. Цей альянс був сформований нещодавно, у березні 2012 року, в рамках однієї з програм IEEE (Інституту інженерів електротехніки та електроніки). Просувається ними стандарт PMA працює за принципом взаємної індукції - приватного прикладу електромагнітної індукції (яку не слід плутати з магнітною індукцією, що використовується Qi), коли при зміні струму в одному з провідників або зміні взаємного розташування провідників відбувається зміна магнітного потоку через контур другого, створеного магнітним полем, породженим струмом у першому провіднику, що викликає виникнення електрорушійної силиу другому провіднику та (якщо другий провідник замкнутий) індукційного струму. Так само, як і у випадку з Qi, цей струм потім перетворюється на постійний і подається в акумулятор.

Ну, і не варто забувати про Alliance for Wireless Power, до якої входять Samsung, Qualcomm, Ever Win Industries, Gill Industries, Peiker Acustic, SK Telecom, SanDisk і т.д. Ця організація поки не представила готових рішень, Але серед її цілей, у тому числі, - розробка зарядок, які б працювали через неметалеві поверхні і в яких не використовувалися котушки.

Одна з цілей організації Alliance for Wireless Power - можливість заряджання без прив'язки до конкретного місця та типу поверхні

З усього вищенаписаного можна зробити простий висновок: за рік-два більшість сучасних пристроївзможуть заряджатися без використання традиційних зарядних пристроїв. Поки ж потужності бездротової зарядки вистачає, в основному, на смартфони, проте для планшетів і ноутбуків такі пристрої теж скоро з'являться (та сама Apple нещодавно запатентувала бездротову зарядку для iPad). Це означає, що проблема розрядки пристроїв буде вирішена практично повністю - поклав або поставив пристрій у певне місце, і навіть під час роботи він заряджається (або залежно від потужності розряджається набагато повільніше). Згодом, можна не сумніватися, радіус їхньої дії буде розширюватися (зараз необхідно використовувати спеціальний килимок або підставку, на якому лежить пристрій, або він повинен знаходитися зовсім поруч), і вони встановлюватимуться повсюдно в автомобілі, поїзди і навіть, можливо, літаки.

Ну, і ще один висновок - швидше за все, не вдасться уникнути чергової війни форматів між різними стандартами та альянсами, які їх просувають.

Чи позбудемося ми дротів?

Бездротова зарядка пристроїв – штука, звичайно, хороша. Але потужності, що виникають при ній, достатні лише для заявлених цілей. За допомогою цих технологій поки що неможливо навіть висвітлити будинок, не кажучи вже про роботу великої побутової техніки. Проте експерименти з високопотужної бездротової передачі електроенергії ведуться і базуються вони, зокрема, і на матеріалах Тесли. Сам вчений пропонував встановити по всьому світу (тут, швидше за все, малися на увазі розвинені на той момент країни, яких було набагато менше, ніж зараз) понад 30 приймально-передавальних станцій, які поєднували б передачу енергії з радіомовленням та спрямованим бездротовим зв'язком, що дозволило б позбутися численних високовольтних ліній електропередачі та сприяло об'єднанню електричних генеруючих у глобальному масштабі.

Сьогодні є кілька методів вирішення завдання бездротової передачі енергії, щоправда, всі вони поки що дозволяють досягти несуттєвих у глобальному плані результатів; мова йде навіть не про кілометри. Такі методи, як ультразвукова, лазерна та електромагнітна передача, мають суттєві обмеження (короткі дистанції, необхідність прямої видимості передавальних пристроїв, їх розмір, а у випадку з електромагнітними хвилями - дуже низький ККД та шкода здоров'ю від потужного поля). Тому найперспективніші розробки пов'язані з використанням магнітного поля, а точніше - резонансної магнітної взаємодії. Одна з них - WiTricity, розробкою займається концерн WiTricity corporation, заснований професором MIT Марином Солячичем та поряд його колег.

Так, у 2007 році їм вдалося передати струм потужністю 60 Вт на відстань 2 м. Його вистачило на свічення лампочки, а ККД складав 40%. Але незаперечним плюсом технології, що використовувалася, було те, що вона практично не взаємодіє ні з живими істотами (сила поля, за заявою авторів, в 10 тис. разів слабша, ніж те, що панує в серцевині магнітно-резонансного томографа), ні з медичним обладнанням(кардіостимулятори тощо), ні з іншим випромінюванням, а значить, не завадить, наприклад, роботі того ж Wi-Fi.

Що найцікавіше, на ККД системи WiTricity впливають як розмір, геометрія і налаштування котушок, і навіть дистанція з-поміж них, а й кількість споживачів, причому у позитивному плані. Два приймальні прилади, розміщені на відстані від 1,6 до 2,7 м по обидва боки від передавальної «антени», показали на 10% кращий ККД, ніж окремо – це вирішує проблему підключення безлічі пристроїв до одного джерела живлення.

По суті, у 1970-ті їм було технічно реалізовано мрії НАТО та США про постійне повітряне патрулювання Іраку (Лівії, Сирії тощо) дронами з камерами, які полюють (або фіксують) "терористів" у режимі on-line 24 години.

У 1968 році американський фахівець у галузі космічних досліджень Пітер Е. Глейзер (Peter E. Glaser) запропонував розміщувати великі панелі сонячних батарей на геостаціонарній орбіті, а енергію, що виробляється ними (рівня 5-10 ГВт) передавати на поверхню Землі добре сфокусованим , Перетворювати її потім в енергію постійного або змінного струму технічної частоти і роздавати споживачам.

Така схема дозволяла використовувати інтенсивний потік сонячного випромінювання, що існує на геостаціонарній орбіті (~ 1,4 кВт/кв.м.), та передавати отриману енергію на поверхню Землі безперервно, незалежно від часу доби та погодних умов. За рахунок природного нахилу екваторіальної площини до площини екліптики з кутом 23,5 град., супутник, розташований на геостаціонарній орбіті, освітлений потоком сонячної радіації практично безперервно за винятком невеликих відрізків часу поблизу днів весняного і осіннього рівнодення, коли цей супутник. Ці проміжки часу можуть точно передбачатися, а сумі вони не перевищують 1% від загальної тривалості року.

Частота електромагнітних коливань НВЧ-пучка повинна відповідати тим діапазонам, які виділені для використання у промисловості, наукових дослідженнях та медицині. Якщо ця частота обрана рівною 2,45 ГГц, то метеорологічні умови, включаючи густу хмарність та інтенсивні опади, практично не впливають на ККД передачі енергії. Діапазон 5,8 ГГц привабливий, оскільки дає можливість зменшити розміри передавальної та приймальної антен. Проте вплив метеорологічних умов тут вимагає додаткового вивчення.

Сучасний рівень розвитку НВЧ-електроніки дозволяє говорити про досить високе значення ККД передачі енергії НВЧ пучком з геостаціонарної орбіти на поверхню Землі - близько 70-75%. У цьому діаметр передавальної антени зазвичай буває обраний рівним 1 км, а наземна ректена має розміри 10 км x 13 км для широти місцевості 35 град. СКЕС з рівнем вихідної потужності 5 ГВт має щільність випромінюваної потужності в центрі антени, що передає, 23 кВт/м², в центрі приймальної – 230 Вт/м².

Були досліджені різні типи твердотілих і вакуумних НВЧ-генераторів для антени, що передає, СКЕС. Вільям Браун показав, зокрема, що добре освоєні промисловістю магнетрони, призначені для НВЧ-печей, можуть бути використані також і в передаючих антенних ґратах СКЕС, якщо кожен із них забезпечити власним ланцюгом негативного зворотного зв'язку по фазі по відношенню до зовнішнього синхронізуючого сигналу (так званий Magnetron Directional Amplifier – MDA).

Найбільш активно та планомірно дослідження в галузі СКЕС проводила Японія. У 1981 році під керівництвом професорів М.Нагатомо (Makoto Nagatomo) та С.Сасакі (Susumu Sasaki) в Інституті космічних досліджень Японії було розпочато дослідження з розробки прототипу СКЕС з рівнем потужності 10 МВт, який міг би бути створений з використанням існуючих ракетоносців. Створення такого прототипу дозволяє накопичити технологічний досвід та підготувати основу для формування комерційних систем.

Проект був названий СКЕС2000 (SPS2000) та отримав визнання у багатьох країнах світу.

У 2008 році доцент кафедри фізики Массачусетського Технологічного Інституту (МІТ) Марін Солджачич (Marin Soljačić) був пробуджений від солодкого сну наполегливим піканням мобільного телефону. "Телефон не замовкав, вимагаючи, щоб я поставив його заряджатися", - розповідав Солджачич. Втомлений і не збирався вставати, він мріяв про те, щоб телефон, опинившись вдома, починав заряджатися сам по собі.

У 2012-2015 роках. інженери Вашингтонського університету розробили технологію, що дозволяє використовувати Wi-Fi як джерело енергії для живлення портативних пристроїв та зарядки гаджетів. Технологію вже визнано журналом Popular Science як одну з найкращих інновацій 2015 року. Повсюдне поширення технології бездротової передачі саме саме справило справжню революцію. І ось тепер настала черга бездротової передачі енергії повітрям, яку розробники з Вашингтонського університету назвали (від Power Over WiFi).

На стадії тестування дослідники зуміли успішно заряджати літій-іонні та нікель-метал-гідридні акумулятори невеликої ємності. Використовуючи роутер Asus RT-AC68U та кілька сенсорів, розташованих на відстані 8,5 метрів від нього. Ці рецептори таки перетворять енергію електромагнітної хвилі в постійний струм напругою від 1,8 до 2,4 вольта, необхідні живлення мікроконтролерів і сенсорних систем. Особливість технології в тому, що якість робочого сигналу при цьому не погіршується. Достатньо лише перепрошити роутер, і можна буде користуватися ним як завжди, плюс подавати харчування до малопотужних пристроїв. На одній із демонстрацій було успішно запитано невелику камеру прихованого спостереження з низьким дозволом, розташовану на відстані понад 5 метрів від роутера. Потім на 41% було заряджено фітнес-трекер Jawbone Up24, на це пішло 2,5 години.

На каверзні питання про те, чому ці процеси не позначаються негативно на якості роботи мережного каналу зв'язку, розробники відповіли, що це стає можливим завдяки тому, що перепрошитий роутер під час своєї роботи з незайнятих передачі інформації каналам розсилає пакети енергії. До цього рішення дійшли, коли виявили, що в періоди мовчання енергія просто витікає із системи, адже її можна направити для живлення малопотужних пристроїв.

Під час досліджень систему PoWiFi розмістили у шести будинках, і запропонували мешканцям користуватися інтернетом як завжди. Завантажувати веб-сторінки, переглядати потокове відео, а потім розповісти, що змінилося. В результаті виявилось, що продуктивність мережі не змінилася ніяк. Тобто інтернет працював як завжди, і присутність доданої опції не була помітною. І це були лише перші тести, коли з Wi-Fi збиралося відносно невелика кількість енергії.

У перспективі технологія PoWiFi цілком зможе послужити для живлення датчиків, вбудованих у побутову техніку та військову техніку, щоб керувати ними бездротовим способом та здійснювати дистанційну зарядку/підзарядку.

Актуальним є передача енергії для БПЛА (найвірогідніше, вже за технологією або від літака носія):

Ідея виглядає досить привабливо. Замість сьогоднішніх 20-30 хвилин польотного часу:
→
→

→ Intel керувала шоу безпілотників під час виступу Леді Гагі у перерві Суперкубка США-
отримати 40-80 хвилин завдяки підзарядці дронів за допомогою бездротових технологій.

Поясню:
-обмін між дронами все одно необхідний (алгоритм рою);
-обмін між дронами і ЛА (маткою) також необхідний (ЦУ, корекція БЗ, перенацілювання, команда на ліквідацію, що запобігає "дружній вогонь", передача розвідінформації та команд на застосування).

Хто наступний на черзі?

Прим:Типова WiMAX базова станція випромінює потужність приблизно на +43 дБм (20 Вт), а станція мобільного зв'язку зазвичай передає на +23 дБм (200 мВт).

Допустимі рівні випромінювання базових станцій мобільного зв'язку (900 і 1800 МГц, сумарний рівень від усіх джерел) у санітарно-селитебній зоні в деяких країнах помітно відрізняються:
Україна: 2,5 мкВт/см². (найжорсткіша санітарна нормав Європі)
Росія, Угорщина: 10 мкВт/см².
Москва: 2,0 мкВт/см². (норма існувала до кінця 2009 року)
США, Скандинавські країни: 100 мкВт/см2.

Тимчасово допустимий рівень(ВДУ) від мобільних радіотелефонів (МРТ) для користувачів радіотелефонів в РФ визначено 10 мкВт/см² (Розділ IV - Гігієнічні вимоги до рухомих станцій сухопутного радіозв'язку СанПіН 2.1.8/2.2.4.1190-03).

У США Сертифікат видається Федеральною комісією зв'язку (FCC) на стільникові апарати, максимальний рівень SAR яких не перевищує 1,6 Вт/кг (причому поглинена потужність випромінювання наводиться до 1 г тканини органів людини).

У Європі, згідно з міжнародною директивою Комісії із захисту від неіонізуючого випромінювання (ICNIRP), значення SAR мобільного телефону не повинно перевищувати 2 Вт/кг (при цьому поглинена потужність випромінювання наводиться до 10 г тканини органів людини).

Порівняно недавно у Великій Британії безпечним рівнем SAR вважався рівень 10 Вт/кг. Така сама картина спостерігалася і в інших країнах. Прийняту в стандарті максимальну величину SAR (1,6 Вт/кг) навіть не можна впевнено віднести до «жорстких» або «м'яких» норм. Прийняті і в США, і в Європі стандарти визначення величини SAR (все нормування мікрохвильового випромінювання від стільникових телефонів, про яке йдеться, базується лише на термічному ефекті, тобто пов'язаному з нагріванням тканин органів людини).

ПОВНИЙ ХАОС.

Медицина досі поки не дала чіткої відповіді на запитання: чи шкідливий мобільний/WiFi та наскільки? А як буде з бездротовою передачею електроенергії НВЧ технологіями?

Тут потужності не вати і милі вати, а вже кВт...

Посилання, використані документи, фото та відео:
«(ЖУРНАЛ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ!» N 12, 2007 (ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЯ З КОСМОСУ-СОНЯЧНІ КОСМІЧНІ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЇ, В. А. Банк)
«НВЧ-електроніка -перспективи в космічній енергетиці» В.Банку, д.ф.-м.н.
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

Це проста схема, яка може забезпечити енергією електролампочки без будь-яких проводів, на відстані майже 2,5 см! Ця схема діє і як підвищує перетворювач напруги, і як бездротовий передавач електроенергії та приймач. Її дуже просто зробити і, якщо вдосконалити, можна використовувати у різний спосіб. Отже, почнемо!

Крок 1. Необхідні матеріали та інструменти.

1. NPN транзистор. Я використовував 2N3904, але можна використовувати будь-який транзистор NPN, наприклад, ВС337, BC547 і т.д. (Будь-який PNP транзистор буде працювати, тільки дотримуйтесь полярності з'єднань.)
2. Обмотковий або ізольований провід. Близько 3-4 метрів дроту має бути достатньо (проводи обмотувальні, просто мідні дроти з дуже тонкою емалевою ізоляцією). Підійдуть дроти від більшості електронних пристроїв, таких як трансформатори, колонки, електродвигуни, реле і т.д.
3. Резистор із опором 1 ком. Цей резистор використовуватиметься для захисту транзистора від перегорання у разі перевантаження або перегріву. Ви можете використовувати вищі значення опору до 4-5 кОм. Можна не використовувати резистор, але існує ризик більш швидкого розряду батареї.
4. Світлодіод. Я використав світлодіод діаметром 2 мм ультра яскравий білий. Ви можете використовувати будь-який світлодіод. Фактично призначення світлодіода тут – лише показувати працездатність схеми.
5. Батарея розміру АА напругою 1,5 Вольт. (Не використовуйте батареї високої напруги, якщо не хочете пошкодити транзистор.)

Необхідні інструменти:

1) Ножиці чи ніж.

2) Паяльник (необов'язково). Якщо у вас немає паяльника, можна просто зробити скручування дротів. Я робив це, коли я не мав паяльника. Якщо ви хочете спробувати схему без паяння, це тільки вітається.

3) Запальничка (необов'язково). Ми будемо використовувати запальничку, щоб спалити ізоляцію на дроті, а потім використовуємо ножиці, або ніж, щоб зіскребти залишки ізоляції.

Крок 2: Подивіться відео, щоб дізнатися, як це зробити

Крок 3: Короткий повтор усіх кроків.

Отже, перш за все ви повинні взяти дроти і зробити котушку, намотавши 30 витків навколо круглого циліндричного об'єкта. Назвемо цю котушку А. З тим самим круглим предметом починаємо робити другу котушку. Після намотування 15 витка створити відгалуження у вигляді петлі з дроту і потім намотайте на котушку ще 15 оборотів. Так що тепер у вас є котушка з двома кінцями та одним відгалуженням. Назвемо цю котушку В. Зв'яжіть вузли на кінцях проводів, щоб вони не розкручувалися самі по собі. Обпікніть ізоляцію на кінцях проводів та на відгалуженні на обох котушках. Також ви можете використовувати ножиці або ножі для зняття ізоляції. Переконайтеся, що діаметри та кількість витків обох котушок рівні!

Створіть передавач: Візьміть транзистор і помістіть його так, щоб пласка сторона була звернена вгору і звернена до Вас. Контакт зліва буде приєднано до випромінювача, середній буде базовим, а контакт праворуч буде приєднано до колектора. Візьміть резистор і підключіть один із його кінців до базового контакту транзистора. Візьміть інший кінець резистора і з'єднайте його з одним із кінців (не з відгалуженням) котушки B. Візьміть інший кінець котушки B і підключіть його до колектора транзистора. Якщо хочете, можете підключити невеликий шматок дроту до емітера транзистора (Вона буде працювати як розширення Емітента.)

Налаштуйте приймач. Щоб створити приймач, візьміть котушку А та приєднайте її кінці до різних контактів світлодіоду.

Ви зібрали схему!

Крок 4: Принципова схема.

Тут ми бачимо принципову схемунашого з'єднання. Якщо ви не знаєте якихось позначень на схемі, не хвилюйтесь. У наведених нижче зображеннях все показано.

Крок 5. Креслення з'єднань схеми.

Тут ми бачимо пояснювальне креслення з'єднань нашого ланцюга.

Крок 6. Використання схеми.

Просто візьміть відгалуження котушки B і приєднайте його до позитивного кінця батареї. Підключіть негативний полюс батареї до емітера транзистора. Тепер, якщо ви наближаєте котушку зі світлодіодом до котушки B, світлодіод спалахує!

Крок 7. Як це пояснюється з наукового погляду?

(Я просто спробую пояснити науку цього явища простими словами та аналогіями, і я знаю, що можу помилитися. Для того, щоб правильно пояснити це явище, мені доведеться заглиблюватись у всі подробиці, що я не в змозі зробити, тому я просто хочу провести спільні аналогії пояснення схеми).

Схема передавача, який ми тільки-но створили це схема Осцилятора. Ви, можливо, чули про так звану схему Злодій джоулів, так от вона має вражаючу схожість з ланцюгом, який ми створили. Схема Злодій Джоулей приймає електроенергію від батареї напругою 1,5 Вольт, виводить електроенергію з вищою напругою, але з тисячами інтервалів між ними. Світлодіод достатньо напруги 3 вольт, щоб спалахнути, але в даній схемі він цілком може спалахнути і з батареєю напругою 1,5 вольт. Так схема Злодій джоулів відома як підвищує напругу конвертер, а також як випромінювач. Схема, яку ми створили, також є випромінювачем і конвертером, що підвищує напругу. Але може виникнути питання: "Як запалити світлодіод на відстані?" Це відбувається через індукцію. І тому можна, наприклад, використовувати трансформатор. Стандартний трансформатор має осердя з обох своїх сторін. Припустимо, що провід кожної стороні трансформатора дорівнює за величиною. Коли електрострум проходить через одну котушку, котушки трансформатора стають електромагнітами. Якщо через котушку протікає змінний струм, то коливання напруги відбувається за синусоїдою. Тому, коли змінний струм протікає через котушку, дріт набуває властивостей електромагніту, а потім знову втрачає електромагнетизм, коли падає напруга. Моток дроту стає електромагнітом, а потім втрачає свої електромагнітні характеристики з такою ж швидкістю, як і магніт рухається з другої котушки. Коли ж магніт швидко рухається через котушку дроту, виробляється електроенергія, таким чином коливальна напруга однієї котушки на трансформаторі, що індукує електрику в іншій котушці дроту, і електрика передається від однієї котушки до іншої без дротів. У нашому ланцюзі, ядром котушки є повітря, і напруга змінного струму проходить через першу котушку, таким чином викликає напругу у другій котушці та запалює лампочки!!

Крок 8. Користь та поради щодо покращення.

Таким чином, у нашій схемі ми просто використали світлодіод, щоб показати ефект схеми. Але ми могли б зробити більше! Схема приймача отримує електрику від змінного струму, тому ми могли б використовувати її, щоб висвітлити люмінісцентні лампи! Також за допомогою нашої схеми можна робити цікаві фокуси, забавні подарунки та ін. Щоб максимізувати результати, ви можете поекспериментувати з діаметром котушок та кількістю обертів на котушках. Також Ви можете спробувати зробити котушки плоскими і подивитися, що вийде! Можливості безмежні!!

Крок 9. Причини, з яких схема може працювати.

З якими проблемами ви можете зіткнутися і як їх можна виправити:

1. Транзистор дуже сильно нагрівається!

Рішення: Ви використовували резистор із потрібними параметрами? Я не використав резистор уперше, і транзистор у мене задимився. Якщо це не допомагає, спробуйте використовувати термоусадку або використовуйте транзистор вищого класу.

1. Світлодіод не горить!

Рішення: Можливо дуже багато причин. Спочатку перевірте всі з'єднання. Я випадково змінив базу та колектор у своєму з'єднанні, і це стало великою проблемоюдля мене. Отже, перевірте усі зв'язки насамперед. Якщо у вас є такий пристрій, як мультиметр, можете використовувати його, щоб перевірити всі з'єднання. Також переконайтеся, що обидві котушки у вас одного і того ж діаметра. Перевірте, чи раптом у вашій мережі є коротке замикання.

Я не знаю про якісь ще проблеми. Але якщо ви таки з ними зіткнулися, дайте мені знати! Я намагатимусь допомогти, чим зможу. Крім того, я учень 9 класу школи та мої наукові знаннявкрай обмежені, і тому, якщо ви виявите у мене помилки, повідомите мені про них. Пропозиції щодо покращення більш ніж вітається. Успіхів вам у вашому проекті!

Людство прагнути до повної відмови від проводів, адже на думку багатьох вони обмежують можливості та не дозволяють діяти повністю вільно. А що якби було можливо зробити так у разі передачі електроенергії? Відповідь на це запитання можете дізнатися у даному огляді, який присвячений відеоролику з виготовлення саморобної конструкції, яка у малих розмірах надає можливості передачі електроенергії без прямого підключення проводів.

Нам знадобиться:
- мідний дрітневеликого діаметра завдовжки 7 м;
- Циліндр діаметром 4 см;
- пальчикова батарея;
- Коробка для батарейки;
- резистор 10 Ом;
- Транзистор C2482;
- Світлодіод.

Беремо провід довжиною 4 метри і згинаємо його вдвічі, щоб з одного кінця залишилося два проводки, а другого кінця – зігнута частина.

Беремо за один проводок, підгинаємо його в будь-який бік і починаємо намотувати на циліндр.

Дійшовши до середини, здвоєний проводок залишаємо теж у будь-який бік і продовжуємо намотувати доки не залишиться невеликий шматок, який також потрібно залишити.

Отримане кільце з трьома кінцями необхідно зняти з циліндра та закріпити ізоляційною стрічкою.

Тепер беремо другий відрізок проводка завдовжки 3 м і намотуємо звичайним способом. Тобто в цьому випадку нам потрібно отримати не три кінці, як у випадку минулого намотування, а два.

Отримане кільце знову закріплюємо ізолентою.

Кінчики дроту потрібно обов'язково зачистити, адже він покритий захисним шаром лаку.

Щоб спростити процес складання саморобки, представляємо вашій увазі авторську схему підключення.

На схемі видно, що котушка з трьома виходами призначена для підключення джерела живлення резистора та транзистора, а на другу котушку, на якій є два кінці, потрібно прикріпити світлодіод.

Таким чином можна отримати цілком ефектну та цікаву саморобку, яку за бажання можна модернізувати і зробити більш потужною, додавши кількість витків та експериментуючи. Також звертаємо вашу увагу до того, що спалах світлодіодної лампочки, яка також служить тестером, залежить від боку підношення котушок один до одного. Це означає, що якщо при першому піднесенні лампочка не спалахнула, то варто спробувати перевернути котушку і зробити це знову.