Usambazaji wa umeme bila waya kwa ajili ya kusambaza umeme una uwezo wa kuleta maendeleo makubwa katika sekta na programu ambazo zinategemea mguso halisi wa kiunganishi. Hiyo, kwa upande wake, inaweza kuwa isiyoaminika na kusababisha kushindwa. Usambazaji wa umeme usio na waya ulionyeshwa kwanza na Nikola Tesla katika miaka ya 1890. Hata hivyo, imekuwa katika muongo mmoja tu uliopita ambapo teknolojia imetumika hadi ambapo inatoa manufaa halisi, yanayoonekana kwa matumizi ya ulimwengu halisi. Hasa, uundaji wa mfumo wa umeme usiotumia waya kwa soko la matumizi ya umeme umeonyesha kuwa uchaji kwa kufata neno huleta viwango vipya vya urahisi kwa mamilioni ya vifaa vya kila siku.
Nguvu inayozungumzwa inajulikana kwa maneno mengi. Ikiwa ni pamoja na upitishaji kwa kufata neno, mawasiliano, mtandao wa wireless wa resonant na kurudi kwa voltage sawa. Kila moja ya masharti haya kimsingi inaelezea mchakato sawa wa kimsingi. Usambazaji wa umeme usio na waya au nguvu kutoka kwa chanzo cha nguvu ili kupakia voltage bila viunganishi kupitia pengo la hewa. Msingi ni coils mbili- mtoaji na mpokeaji. Ya kwanza inatiwa nguvu na mkondo unaopishana ili kutoa uga wa sumaku, ambao nao huleta volteji katika sehemu ya pili.
Jinsi mfumo husika unavyofanya kazi
Misingi ya nishati isiyotumia waya inahusisha kusambaza nishati kutoka kwa kisambaza data hadi kwa kipokezi kupitia uga wa sumaku unaozunguka. Ili kufikia hili, sasa ya moja kwa moja inayotolewa na ugavi wa umeme inabadilishwa kuwa sasa ya mzunguko wa juu. Na vifaa vya elektroniki vilivyoundwa mahsusi vilivyojengwa ndani ya kisambazaji. Mzunguko wa sasa huwezesha coil ya waya ya shaba katika dispenser, ambayo hutoa shamba la magnetic. Wakati upepo wa pili (kupokea) umewekwa kwa ukaribu wa karibu. Sehemu ya sumaku inaweza kushawishi mkondo wa kubadilisha katika coil inayopokea. Kielektroniki katika kifaa cha kwanza kisha kubadilisha AC kuwa DC, ambayo inakuwa matumizi ya nishati.
Mpango wa usambazaji wa umeme bila waya
Votesheni ya "main" inabadilishwa kuwa mawimbi ya AC, ambayo hutumwa kwa koili ya kisambaza data kupitia saketi ya kielektroniki. Inapita kupitia vilima vya msambazaji, husababisha shamba la sumaku. Ni, kwa upande wake, inaweza kuenea kwa coil ya mpokeaji, ambayo iko katika ukaribu wa jamaa. Sehemu ya sumaku kisha hutoa mkondo unaopita kupitia vilima vya kifaa cha kupokea. Mchakato ambao nishati inasambazwa kati ya koili za kupitisha na kupokea pia hujulikana kama kuunganisha kwa sumaku au resonant. Na inafanikiwa kwa msaada wa windings zote mbili zinazofanya kazi kwa mzunguko huo. Mzunguko wa sasa katika coil ya mpokeaji,inabadilishwa kuwa DC na mzunguko wa mpokeaji. Kisha inaweza kutumika kuwasha kifaa.
Resonance ina maana gani
Umbali ambao nishati (au nguvu) inaweza kupitishwa huongezeka ikiwa mikondo ya kisambaza data na kipokezi husikika kwa masafa sawa. Kama vile uma ya kurekebisha inazunguka kwa urefu fulani na inaweza kufikia amplitude yake ya juu. Inarejelea masafa ambayo kitu hutetemeka kwa asili.
Faida za utumaji wa waya
Faida ni zipi? Faida:
- hupunguza gharama zinazohusiana na kudumisha viunganishi vilivyonyooka (k.m. katika pete ya kitamaduni ya kuteleza);
- urahisi zaidi wa kuchaji vifaa vya kawaida vya kielektroniki;
- uhamisho salama kwa programu ambazo lazima zibaki zimefungwa;
- elektroni zinaweza kufichwa kabisa, hivyo basi kupunguza hatari ya kutu kutokana na vipengele kama vile oksijeni na maji;
- usambazaji wa umeme wa kutegemewa na thabiti kwa vifaa vya kupokezana, vinavyotembea vya viwandani;
- huhakikisha usambazaji wa nguvu unaotegemewa kwa mifumo muhimu katika mazingira yenye unyevunyevu, chafu na inayosonga.
Bila kujali programu, kuondoa muunganisho halisi hutoa manufaa kadhaa juu ya viunganishi vya kawaida vya kebo.
Ufanisi wa uhamishaji wa nishati husika
Ufanisi wa jumla wa mfumo wa nishati isiyotumia waya ndio jambo muhimu zaidi katika kubainisha mfumo wakeutendaji. Ufanisi wa mfumo hupima kiasi cha nishati inayohamishwa kati ya chanzo cha nishati (yaani, sehemu ya ukuta) na kifaa cha kupokea. Hii, kwa upande wake, huamua vipengele kama vile kasi ya kuchaji na masafa ya uenezi.
Mifumo ya mawasiliano isiyotumia waya hutofautiana katika kiwango chake cha ufanisi kulingana na vipengele kama vile usanidi na muundo wa coil, umbali wa utumaji. Kifaa kisichofanya kazi vizuri kitazalisha hewa chafu zaidi na kusababisha nishati kidogo kupita kwenye kifaa kinachopokea. Kwa kawaida, teknolojia za utumaji nishati zisizotumia waya za vifaa kama vile simu mahiri zinaweza kufikia utendakazi wa 70%.
Jinsi utendaji unavyopimwa
Maana, kama kiasi cha nishati (katika asilimia) ambayo hupitishwa kutoka chanzo cha nishati hadi kifaa cha kupokea. Hiyo ni, maambukizi ya nguvu ya wireless kwa smartphone yenye ufanisi wa 80% inamaanisha kuwa 20% ya nguvu ya pembejeo inapotea kati ya ukuta wa ukuta na betri ya gadget inayoshtakiwa. Fomula ya kupima ufanisi wa kazi ni: utendaji=matokeo ya DC ikigawanywa na ingizo, zidisha matokeo kwa 100%.
Usambazaji umeme bila waya
Nguvu zinaweza kusambazwa kwenye mtandao unaozingatiwa kupitia takriban nyenzo zote zisizo za metali, ikijumuisha lakini sio tu. Hizi ni yabisi kama vile mbao, plastiki, nguo, kioo na matofali, pamoja na gesi na vimiminiko. Wakati chuma auNyenzo ya kusambaza umeme (yaani, fiber kaboni) imewekwa karibu na uwanja wa umeme, kitu kinachukua nguvu kutoka kwake na joto kwa matokeo. Hii, kwa upande wake, inathiri ufanisi wa mfumo. Hivi ndivyo upishi katika utangulizi hufanya kazi, kwa mfano, uhamishaji wa nishati usiofaa kutoka kwenye hobi hutengeneza joto kwa kupikia.
Ili kuunda mfumo wa upokezaji wa nishati bila waya, unahitaji kurudi kwenye asili ya mada. Au tuseme, kwa mwanasayansi aliyefanikiwa na mvumbuzi Nikola Tesla, ambaye aliunda na hati miliki jenereta ambayo inaweza kuchukua nguvu bila waendeshaji mbalimbali wa nyenzo. Kwa hiyo, kutekeleza mfumo wa wireless, ni muhimu kukusanya vipengele vyote muhimu na sehemu, kwa sababu hiyo, coil ndogo ya Tesla itatekelezwa. Hiki ni kifaa kinachounda uwanja wa umeme wa voltage ya juu katika hewa inayozunguka. Ina nguvu ndogo ya kuingiza, inatoa upitishaji wa nishati isiyotumia waya kwa mbali.
Mojawapo ya njia muhimu zaidi za kuhamisha nishati ni uunganishaji kwa kufata neno. Inatumika hasa kwa shamba la karibu. Inajulikana na ukweli kwamba wakati sasa inapita kupitia waya moja, voltage inaingizwa kwenye mwisho wa mwingine. Uhamisho wa nguvu unafanywa kwa usawa kati ya vifaa viwili. Mfano wa kawaida ni transformer. Uhamisho wa nishati ya microwave, kama wazo, ilitengenezwa na William Brown. Dhana nzima inahusisha kubadilisha nguvu ya AC hadi nguvu ya RF na kuisambaza kupitia nafasi na kuingia tenanguvu tofauti kwenye mpokeaji. Katika mfumo huu, voltage inazalishwa kwa kutumia vyanzo vya nishati ya microwave. kama vile klystron. Na nguvu hii hupitishwa kwa antenna ya kupitisha kwa njia ya wimbi la wimbi, ambalo hulinda kutokana na nguvu iliyoonyeshwa. Pamoja na tuner inayofanana na impedance ya chanzo cha microwave na vipengele vingine. Sehemu ya kupokea ina antenna. Inakubali nguvu ya microwave na mzunguko unaofanana wa impedance na chujio. Antena hii ya kupokea, pamoja na kifaa cha kurekebisha, inaweza kuwa dipole. Inalingana na mawimbi ya pato na arifa sawa ya sauti ya kitengo cha kurekebisha. Kizuizi cha kipokeaji pia kina sehemu sawa inayojumuisha diodi ambazo hutumiwa kubadilisha mawimbi kuwa arifa ya DC. Mfumo huu wa upokezaji hutumia masafa kati ya GHz 2 na 6 GHz.
Usambazaji wa umeme bila waya kwa usaidizi wa dereva wa Brovin, ambaye alitekelezea jenereta kwa kutumia mizunguko sawa ya sumaku. Jambo la msingi ni kwamba kifaa hiki kilifanya kazi kutokana na transistors tatu.
Kutumia mwalo wa leza kusambaza nguvu kwa njia ya nishati ya mwanga, ambayo hubadilishwa kuwa nishati ya umeme kwenye sehemu ya kupokelea. Nyenzo yenyewe inaendeshwa moja kwa moja kwa kutumia vyanzo kama vile Jua au jenereta yoyote ya umeme. Na, ipasavyo, hutekelezea mwanga uliolenga wa kiwango cha juu. Ukubwa na sura ya boriti imedhamiriwa na seti ya optics. Na mwanga huu wa laser unaopitishwa hupokelewa na seli za photovoltaic, ambazo huibadilisha kuwa ishara za umeme. Kawaida hutumianyaya za fiber optic kwa maambukizi. Kama ilivyo kwa mfumo msingi wa nishati ya jua, kipokezi kinachotumiwa katika uenezi unaotegemea leza ni safu ya seli za fotovoltaic au paneli ya jua. Wao, kwa upande wake, wanaweza kubadilisha nuru ya monokromatiki isiyoshikamana kuwa umeme.
Vipengele muhimu vya kifaa
Nguvu ya Coil ya Tesla iko katika mchakato unaoitwa induction ya sumakuumeme. Hiyo ni, uwanja unaobadilika hutengeneza uwezo. Inafanya mtiririko wa sasa. Wakati umeme unapita kupitia coil ya waya, hutoa shamba la sumaku ambalo linajaza eneo karibu na coil kwa njia fulani. Tofauti na majaribio mengine ya voltage ya juu, coil ya Tesla imestahimili majaribio na majaribio mengi. Mchakato huo ulikuwa wa utumishi na mrefu, lakini matokeo yalifanikiwa, na kwa hivyo hakimiliki ilifanikiwa na mwanasayansi. Unaweza kuunda coil hiyo mbele ya vipengele fulani. Nyenzo zifuatazo zitahitajika kwa utekelezaji:
- urefu 30 cm PVC (bora zaidi);
- waya wa shaba wenye enamedi (waya wa pili);
- ubao wa birch kwa msingi;
- 2222A transistor;
- kuunganisha waya (ya msingi);
- kinga 22 kΩ;
- swichi na nyaya za kuunganisha;
- 9 volt.
Betri
Hatua za Utekelezaji wa Kifaa cha Tesla
Kwanza unahitaji kuweka sehemu ndogo juu ya bomba ili kuzunguka ncha moja ya waya.karibu. Upepo coil polepole na kwa uangalifu, kuwa mwangalifu usiingiliane na waya au kuunda mapungufu. Hatua hii ni sehemu ngumu zaidi na yenye kuchochea, lakini muda uliotumiwa utatoa ubora wa juu sana na coil nzuri. Kila zamu 20 au zaidi, pete za mkanda wa masking zimewekwa karibu na vilima. Wanafanya kama kizuizi. Katika kesi ya coil kuanza kufuta. Ukimaliza, funga mkanda mzito juu na chini ya vilima na uinyunyize na safu 2 au 3 za enamel.
Kisha unahitaji kuunganisha betri ya kwanza na ya pili kwenye betri. Baada ya - kurejea transistor na kupinga. Upepo mdogo ni wa msingi na upepo wa muda mrefu ni wa sekondari. Unaweza kusakinisha kwa hiari tufe ya alumini juu ya bomba. Pia, unganisha mwisho wa wazi wa sekondari kwa moja iliyoongezwa, ambayo itafanya kama antenna. Uangalifu lazima uchukuliwe ili usiguse kifaa cha pili wakati nguvu imewashwa.
Kuna hatari ya moto ukiuzwa na wewe mwenyewe. Unahitaji kugeuza swichi, kusakinisha taa ya incandescent karibu na kifaa cha kusambaza nishati kisichotumia waya na ufurahie onyesho la mwanga.
Usambazaji bila waya kupitia mfumo wa nishati ya jua
Mipangilio ya jadi ya usambazaji wa nishati inayotumia waya kwa kawaida huhitaji waya kati ya vifaa vilivyosambazwa na vitengo vya watumiaji. Hii inaunda vikwazo vingi kama gharama ya mfumogharama za cable. Hasara iliyopatikana katika usafirishaji. Pamoja na taka katika usambazaji. Ukinzani wa njia pekee husababisha upotevu wa takriban 20-30% ya nishati inayozalishwa.
Mojawapo ya mifumo ya kisasa ya upokezaji wa nishati isiyotumia waya inategemea upokezaji wa nishati ya jua kwa kutumia oveni ya microwave au miale ya leza. Satelaiti imewekwa katika obiti ya geostationary na inajumuisha seli za photovoltaic. Wanabadilisha mwanga wa jua kuwa mkondo wa umeme, ambao hutumiwa kuwasha jenereta ya microwave. Na, ipasavyo, anatambua nguvu ya microwaves. Voltage hii hupitishwa kwa kutumia mawasiliano ya redio na kupokea kwenye kituo cha msingi. Ni mchanganyiko wa antenna na rectifier. Na inabadilishwa kuwa umeme. Inahitaji umeme wa AC au DC. Setilaiti inaweza kusambaza hadi MW 10 za nishati ya RF.
Unapozungumzia mfumo wa usambazaji wa DC, hata hilo haliwezekani. Kwa kuwa inahitaji kontakt kati ya usambazaji wa nguvu na kifaa. Kuna picha kama hiyo: mfumo haupo kabisa na waya, ambapo unaweza kupata nguvu ya AC ndani ya nyumba bila vifaa vya ziada. Ambapo inawezekana kuchaji simu yako ya rununu bila kulazimika kuunganishwa kimwili kwenye soketi. Kwa kweli, mfumo kama huo unawezekana. Na watafiti wengi wa kisasa wanajaribu kuunda kitu cha kisasa, wakati wanasoma jukumu la kukuza njia mpya za usambazaji wa umeme kwa mbali. Ingawa, kutoka kwa mtazamo wa sehemu ya kiuchumi, kwa majimbo hii haitakuwani faida sana ikiwa vifaa kama hivyo vitaletwa kila mahali, na kubadilisha umeme wa kawaida na umeme asilia.
Asili na mifano ya mifumo isiyotumia waya
Dhana hii si ngeni kabisa. Wazo hili lote lilitengenezwa na Nicholas Tesla mnamo 1893. Alipotengeneza mfumo wa kuangazia mirija ya utupu kwa kutumia mbinu za upitishaji wa wireless. Haiwezekani kufikiria kwamba ulimwengu upo bila vyanzo mbalimbali vya malipo, ambavyo vinaonyeshwa kwa fomu ya nyenzo. Ili kufanya hivyo inawezekana kwa simu za mkononi, roboti za nyumbani, wachezaji wa MP3, kompyuta, kompyuta za mkononi na gadgets nyingine zinazoweza kusafirisha kushtakiwa peke yao, bila uhusiano wowote wa ziada, kuwafungua watumiaji kutoka kwa waya za mara kwa mara. Baadhi ya vifaa hivi huenda hata hazihitaji idadi kubwa ya vipengele. Historia ya upitishaji nishati isiyotumia waya ni tajiri sana, na, hasa, kutokana na maendeleo ya Tesla, Volta, nk. Lakini, leo inabakia tu data katika sayansi ya kimwili.
Kanuni ya msingi ni kubadilisha nishati ya AC hadi voltage ya DC kwa kutumia virekebishaji na vichungi. Na kisha - kwa kurudi kwa thamani ya awali kwa mzunguko wa juu kwa kutumia inverters. Voltage hii ya chini, nguvu ya AC inayozunguka sana hupitishwa kutoka kwa kibadilishaji cha msingi hadi cha sekondari. Inabadilishwa kuwa voltage ya DC kwa kutumia kirekebishaji, kichujio na kidhibiti. Ishara ya AC inakuwa moja kwa mojashukrani kwa sauti ya mkondo. Pamoja na kutumia sehemu ya kurekebisha daraja. Ishara ya DC iliyopokelewa hupitishwa kupitia vilima vya maoni ambayo hufanya kama mzunguko wa oscillator. Wakati huo huo, inalazimisha transistor kuifanya kuwa kibadilishaji cha msingi katika mwelekeo kutoka kushoto kwenda kulia. Ya sasa inapopitia upeperushaji wa maoni, mkondo unaolingana hutiririka hadi upande wa msingi wa kibadilishaji kutoka kulia kwenda kushoto.
Hivi ndivyo mbinu ya uhamishaji nishati inavyofanya kazi. Ishara hutolewa kupitia kihisi kwa mizunguko yote miwili ya arifa ya AC. Mzunguko wa sauti hutegemea viashiria vya kiasi cha vibrations ya nyaya za jenereta. Ishara hii ya AC inaonekana kwenye upepo wa pili wa transformer. Na inapounganishwa na transducer ya kitu kingine, voltage ya AC ni 25 kHz. Usomaji unaonekana kupitia kibadilishaji cha kushuka chini.
Kiwango hiki cha umeme cha AC kinasawazishwa na kirekebishaji daraja. Na kisha kuchujwa na kudhibitiwa ili kupata pato la 5V ili kuendesha LED. Voltage ya 12V ya pato kutoka kwa capacitor hutumiwa kuwasha motor fan ya DC ili kuiendesha. Kwa hiyo, kutoka kwa mtazamo wa fizikia, uhamisho wa umeme ni eneo lililoendelezwa kwa haki. Hata hivyo, kama mazoezi yanavyoonyesha, mifumo isiyotumia waya haijatengenezwa kikamilifu na kuboreshwa.
