Ievads bezvadu spēka pārraidei

Week 6 (Jūnijs 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Ievads bezvadu spēka pārraidei


Bezvadu barošanas pārraide glabā solījumu atbrīvot mūs no strāvas vadu tirānijas. Šī tehnoloģija tiek iekļauta visu veidu ierīcēs un sistēmās. Apskatīsim!

Vadu ceļš

Lielākā daļa mūsdienu rezidenču un komerciālo ēku tiek darbināti no maiņstrāvas (AC) no elektrotīkla. Elektrostacijas ģenerē elektrisko strāvu, ko piegādā mājām un uzņēmumiem, izmantojot augstsprieguma elektropārvades līnijas un pazeminātos transformatorus.

Elektroenerģija nonāk slēdzenes kastē, un pēc tam elektriskā vadība piegādā strāvu maiņstrāvas aprīkojumam un ierīcēm, kurās mēs izmantojam ikdienas gaismas, virtuves ierīces, lādētājus utml.

Visas sastāvdaļas ir standartizētas un saskaņotas ar elektrisko kodu. Jebkura ierīce, kas novērtēta ar standarta strāvu un spriegumu, darbosies jebkurā no miljoniem vietņu visā valstī. Kaut arī standarti dažādās valstīs un kontinentos atšķiras, noteiktā elektriskajā sistēmā darbosies jebkura atbilstoši novērtēta ierīce.

Šeit ir aukla, tur ir aukla. . . . Lielākajai daļai mūsu elektrisko ierīču ir maiņstrāvas vadi.

Bezvadu jaudas tehnoloģija

Bezvadu barošanas padeve (WPT) ļauj piegādāt strāvu caur gaisa spraugu, bez strāvas pārvades stieplēm. WPT var nodrošināt barošanu no maiņstrāvas avota līdz saderīgām baterijām vai ierīcēm bez fiziskiem savienotājiem vai vadiem. WPT var papildināt mobilos tālruņus un planšetes, dronus, automašīnas, pat transportēšanas ierīces. Iespējams, ka varēsiet bezvadu režīmā pārsūtīt saules paneļu masīvu kosmosā.

WPT ir aizraujoša sadzīves elektronikas attīstība, aizstājot vadu lādētājus. 2017. gada Consumer Electronics Show būs daudzas ierīces, kas piedāvā WPT.

Savukārt jēdziens "jaudas nodošana bez vadiem" ir noticis kopš 1890. gadu beigām. Nikola Tesla spēja elektrisko spuldžu gaismu savā Colorado Springs Labā vadīt, izmantojot elektrodinamisko indukciju (pazīstams arī kā rezonanses induktīvo savienojumu).

Tesla patenta attēls "elektroenerģijas pārraidīšanas aparāts", 1907. gads.

Tika iedegtas trīs spuldzes, kas novietotas no barošanas avota 60 pēdām (18 m), un demonstrācija tika dokumentēta. Teslā bija lieli plāni un cerēja, ka viņa garāžanā izvietotā Wardenclyffe tornis pārraidīs elektroenerģiju bezvadu režīmā pāri Atlantijas okeānam. Tas nekad nav noticis dažādu grūtību, tostarp finansējuma un laika dēļ.

WPT izmanto laukus, ko rada uzlādētas daļiņas, lai pārvadātu enerģiju starp raidītājiem un uztvērējiem, izmantojot gaisa spraugu. Gaisa sprauga ir savienota, pārveidojot enerģiju tādā formā, kas var pārvietoties pa gaisu. Enerģija tiek pārveidota par oscilējošu lauku, ko pārraida pa gaisu, un pēc tam uztvērējs pārvērš par izmantojamu elektrisko strāvu. Atkarībā no jaudas un attāluma enerģiju var efektīvi pārvietot, izmantojot elektrisko lauku, magnētisko lauku vai elektromagnētiskos (EM) viļņus, piemēram, radioviļņus, mikroviļņus vai pat gaismu.

Šajā tabulā ir uzskaitītas dažādas WPT tehnoloģijas, kā arī enerģijas nodošanas forma.

TehnoloģijaEnerģijas pārsūtīšanaEnerģijas pārsūtīšanas iespējošana
Induktīvā sakabeMagnētiskie laukiStieples spoles
Resonējoša induktīvā sakabeMagnētiskie laukiResonējošās shēmas
Kapacitatīvā sakabeElektriskie laukiVadītāja savienojuma plāksnes
Magnetodinamiskā sakabeMagnētiskie laukiRotējošie pastāvīgie magnēti
Mikroviļņu starojumsMikroviļņu krāsnisPakārtoti bloki / ēdieni
Optiskais starojumsGaismas / infrasarkanais / ultravioletais starojumsLāzeri / fotoelementi

WPT tehnoloģijas.

Qi lādēšana, bezvadu standarta bezvadu uzlādes standarts

Kaut arī daži uzņēmumi, kas solīja WPT, joprojām strādā, lai piegādātu produktus, Qi (izrunātais "chee") lādēšana ir standartizēta, un pašlaik ierīces ir pieejamas. 2008. gadā izveidotais bezvadu spēka konsorcijs (WPC) izstrādāja Qi standartu akumulatora uzlādei. Standarts atbalsta gan induktīvās, gan rezonējošās lādēšanas tehnoloģijas.

Induktīvajai uzlādei ir enerģija, kas iet starp raidītāju un uztvērēja spoli tuvā diapazonā. Induktīvās sistēmas prasa, lai spoles būtu ciešā tuvumā un savstarpēji saskaņotos; parasti ierīces tiešā kontaktā ar uzlādes spilventiņu. Rezonējoša lādēšana neprasa rūpīgu izlīdzināšanu, un lādētāji var noteikt un uzlādēt ierīci attālumos līdz 45mm; Tādējādi rezonējoši lādētāji var būt iegremdēti mēbelēs vai uzstādīti plauktos.

Qi logotips parādās uz Qimini bezvadu uzlādes plāksnes. Tektos attēlu pieklājīgi.

Qi logotipa esamība nozīmē, ka ierīce ir reģistrēta un sertificēta Wireless Power Consortium.

Pirmoreiz ieviešot, Qi uzlādēšana bija neliela jauda, ​​apmēram 5W. 2011. gadā tika ieviesti pirmie viedtālruni, kas izmantoja Qi maksas noteikšanu. 2015. gadā tika paplašināts Qi skaits, iekļaujot 15 W, kas ļauj veikt ātru apmaksu.

Sekojošais Texas Instruments grafiskais attēls parāda, uz ko attiecas Qi standarts.

Attēla pieklājīgi no Kalyan Siddabattula un Texas Instruments (PDF).

Tikai Qi reģistrācijas datu bāzē uzskaitītās ierīces garantē Qi saderību. Šobrīd ir uzskaitīti vairāk nekā 700 produkti. Ir svarīgi atpazīt, ka produkti ar Qi logotipu ir pārbaudīti un sertificēti; to izmantotie magnētiskie lauki neradīs problēmas tādām jutīgām ierīcēm kā mobilie tālruņi vai elektroniskās pases. Reģistrētas ierīces garantē darbu ar visiem reģistrētajiem lādētājiem.

Lai iegūtu papildinformāciju par Qi bezvadu uzlādi, iepazīstieties ar šo rakstu un iepazīstieties ar Qi saderīgiem raidītāja / uztvērēja WPT novērtēšanas paneļiem un tehnisko novērtējumu, noklikšķiniet šeit un šeit.

WPT fizika

Patērētāju ierīču WPT ir jauna tehnoloģija, bet pamatprincipi un komponenti nav jauni. Maksvela vienādojumi joprojām nosaka, kur ir iesaistīta elektrība un magnētisms, un raidītāji sūta enerģiju uztvērējiem tāpat kā citos bezvadu sakaru veidos. Tomēr WPT atšķiras, jo primārais mērķis ir enerģijas pārnese, nevis enerģijas kodētā informācija.

WPT raidītāja / uztvērēja blokshēma.

Elektromagnētiskie lauki, kas iesaistīti WPT, var būt diezgan spēcīgi, un jāņem vērā cilvēku drošība. Elektromagnētiskā starojuma iedarbība var būt bažas, turklāt pastāv iespēja, ka WPT raidītāju radītie lauki varētu traucēt valkājamām vai implantētām medicīnas ierīcēm.

Raidītāji un uztvērēji ir iegulti WPT ierīcēs, tāpat kā uzlādējamās baterijas. Faktiskais konversijas shēma būs atkarīga no izmantotās tehnoloģijas. Papildus faktiskajai enerģijas pārnešanai WPT sistēmai jāļauj raidītājam un uztvērējam sazināties. Tas nodrošina, ka uztvērējs var paziņot lādēšanas ierīcei, kad akumulators ir pilnībā uzlādēts. Komunikācija arī ļauj raidītājam uztvert un identificēt uztvērēju, regulēt slodzes pārraidīto jaudas daudzumu un kontrolēt tādus apstākļus kā akumulatora temperatūra.

Tuvo lauku un lauku starojuma jēdziens ir saistīts ar WPT. Pārraides paņēmieni, pārsūtāmās jaudas apjoms un tuvuma prasības ietekmē tas, vai sistēma izmanto tuvā lauka vai tālu lauka starojumu.

Vietas, kurām attālums no antenas ir daudz mazāks par vienu viļņu garumu, atrodas tuvākajā laukā. Enerģija tuvākajā laukā nav izstarojoša, un svārstīgie magnētiskie un elektriskie lauki ir savstarpēji neatkarīgi. Jaudu (elektrisko) un induktīvo (magnētisko) savienojumu var izmantot, lai pārsūtītu spēku uz uztvērēju, kas atrodas raidītāja tuvākajā laukā.

Tālu lauku atrodas vietas, kuru attālums no antenas ir lielāks par aptuveni diviem viļņu garumiem. (Pārejas reģions pastāv starp tuvu lauku un tālu lauku.) Enerģija tālu laukā ir tipisks elektromagnētiskais starojums. Tāla lauka jaudas pārnešana tiek dēvēta arī par enerģijas starojumu. Tālvadības pārejas piemēri ir sistēmas, kas izmanto lieljaudas lāzerus vai mikroviļņu starojumu, lai pārsūtītu enerģiju lielos attālumos.

Kur darbojas WPT

Pašlaik visas WPT tehnoloģijas ir aktīvi pētītas, liela daļa no tām ir koncentrēta uz enerģijas pārneses efektivitātes palielināšanu (PDF) un magnētiskās rezonanses savienojuma (PDF) pētīšanas metodēm. Papildus idejai par ieiešanu istabā, kas ir aprīkota ar WPT, un automātiski iekasējot savas ierīces, ir vērienīgāki projekti.

Visā pasaulē elektriskie autobusi kļūst par normu; Londonas ikonu divstāvu autobusi plāno veikt bezvadu iekasēšanu, kā arī autobusu sistēmas Dienvidkorejā, Juta un Vācijā.

Izmantojot WiTricity, izgudroja MIT zinātnieki, elektriskās automašīnas var maksāt bezvadu, un šīs automašīnas var bez maksas maksas mobilo sakaru! (Protams, lietojot Qi uzlādi!) Šī bezvadu tehnoloģija ir ērta, taču tā var arī iekasēt automašīnas ātrāk, nekā to var izmantot lādētājs.

Grafika par bezvadu automašīnas novietošanas maksas iestatīšanu, kas iebūvēta autostāvvietā. Toyota piekrišanas attēls.

Ir pierādīta eksperimentāla sistēma, lai bezvadu līnijas droniem ieslēgtu bezvadu režīmā. Un, kā minēts iepriekš, pašreiz notiekošie pētījumi un izstrāde ir vērsta uz iespējām piegādāt dažas Zemes enerģijas vajadzības, izmantojot WPT kopā ar kosmosa saules paneļiem.

WPT strādā visur!

Secinājums

Kaut arī Teslas sapnis par elektroenerģijas piegādi bezvadu režīmā ikviena izmantošanai joprojām ir tālu no iespējamās, daudzas ierīces un sistēmas pašlaik izmanto kādu bezvadu enerģijas pārnesi. No zobu sukām līdz mobilajiem telefoniem, sākot no automašīnām līdz sabiedriskajam transportam, ir daudz bezvadu enerģijas pārneses lietojumu.