Электр энергиясын жеткирүү үчүн зымсыз өткөргүч туташтыргычтын физикалык контактына көз каранды болгон тармактарда жана колдонмолордо чоң жетишкендиктерди жеткирүү мүмкүнчүлүгүнө ээ. Ал, өз кезегинде, ишенимсиз болуп, ийгиликсиздикке алып келиши мүмкүн. Зымсыз электр энергиясын өткөрүү биринчи жолу 1890-жылдары Никола Тесла тарабынан көрсөтүлгөн. Бирок, акыркы он жылдыкта гана технология реалдуу дүйнөдөгү тиркемелер үчүн реалдуу, сезилерлик пайдаларды сунуш кылган деңгээлге чейин колдонулду. Атап айтканда, керектөөчү электроника рыногу үчүн резонанстуу зымсыз электр тутумунун өнүгүшү индуктивдүү кубаттоо миллиондогон күнүмдүк түзмөктөргө ыңгайлуулуктун жаңы деңгээлин алып келерин көрсөттү.
Каралып жаткан күч көбүнчө көптөгөн терминдер менен белгилүү. Анын ичинде индуктивдүү берүү, байланыш, резонанстык зымсыз тармак жана ошол эле чыңалуу кайтарылышы. Бул шарттардын ар бири бир эле негизги процессти сүрөттөйт. Аба боштугу аркылуу туташтыргычтарсыз жүк чыңалууга электр энергиясын же кубат булагынан зымсыз берүү. Негизги эки катушка болуп саналат- берүүчү жана кабыл алгыч. Биринчиси магнит талаасын түзүү үчүн өзгөрмө ток менен кубатталып, экинчисинде чыңалууну жаратат.
Каралып жаткан система кандай иштейт
Зымсыз кубаттын негиздери термелүүчү магнит талаасы аркылуу өткөргүчтөн кабыл алуучуга кубаттуулукту бөлүштүрүүнү камтыйт. Буга жетишүү үчүн электр булагы берген түз ток жогорку жыштыктагы өзгөрмө токко айландырылат. Өткөргүчтүн ичине атайын иштелип чыккан электроника менен. Өзгөрмө ток диспенсердеги жез зымдын катушкасын иштетет, ал магнит талаасын пайда кылат. Качан экинчи (кабыл алуу) орамасы жакын жайгаштырылат. Магнит талаасы кабыл алуучу катушкадагы өзгөрмө токту жаратышы мүмкүн. Биринчи түзмөктөгү электроника андан кийин ACны кайра туруктуу токко айландырат, бул электр энергиясын керектөө болуп калат.
Зымсыз электр энергиясын өткөрүү схемасы
"Техникалык" чыңалуу өзгөрүлмө ток сигналына айландырылат, андан кийин ал электрондук схема аркылуу өткөргүчтүн катушкасына жөнөтүлөт. Бөлүштүрүүчү орогуч аркылуу агып, магнит талаасын индукциялайт. Ал, өз кезегинде, салыштырмалуу жакын жайгашкан кабыл алуучу катушка, жайылышы мүмкүн. Андан кийин магнит талаасы кабыл алуучу түзүлүштүн ороосу аркылуу агып өткөн токту жаратат. Энергияны берүүчү жана кабыл алуучу катушкалар ортосунда бөлүштүрүлгөн процесс магниттик же резонанстык туташуу деп да аталат. Жана ал бир жыштыкта иштеген эки орамдын жардамы менен ишке ашат. Кабыл алгычтын орамында агып жаткан ток,кабылдагычтын схемасы менен туруктуу токко айландырылат. Андан кийин аны түзмөктү кубаттоо үчүн колдонсо болот.
Резонанс эмнени билдирет
Энергияны (же кубаттуулукту) өткөрө турган аралык, эгерде өткөргүч жана кабыл алуучу катушкалар бирдей жыштыкта резонанс түзсө, көбөйөт. Тюнинг вилка белгилүү бир бийиктикте термелгендей жана анын максималдуу амплитудасына жете алат. Бул объекттин табигый титирөө жыштыгын билдирет.
Зымсыз берүүнүн артыкчылыктары
Кандай пайдасы бар? Артыкчылыктары:
- түз туташтыргычтарды кармоого байланышкан чыгымдарды азайтат (мисалы, салттуу өнөр жай шакекчесинде);
- жалпы электрондук шаймандарды кубаттоо үчүн көбүрөөк ыңгайлуулук;
- герметикалык жабылышы керек болгон тиркемелерге коопсуз өткөрүү;
- электроника толугу менен жашырылып, кычкылтек жана суу сыяктуу элементтерден улам коррозия коркунучун азайтат;
- айлануучу, жогорку мобилдүү өнөр жай жабдуулары үчүн ишенимдүү жана ырааттуу энергия менен камсыздоо;
- нымдуу, кир жана кыймылдуу чөйрөлөрдө критикалык системаларга ишенимдүү электр энергиясын берүүнү камсыздайт.
Колдонмого карабастан, физикалык туташууну жок кылуу салттуу кабелдик кубат туташтыргычтарга караганда бир катар артыкчылыктарды камсыз кылат.
Энергияны өткөрүүнүн эффективдүүлүгү
Зымсыз электр тутумунун жалпы натыйжалуулугу аны аныктоодо эң маанилүү фактор болуп саналататкаруу. Системанын натыйжалуулугу кубат булагы (б.а. розетка) менен кабыл алуучу түзүлүштүн ортосунда өткөрүлүүчү кубаттуулуктун көлөмүн өлчөйт. Бул өз кезегинде кубаттоо ылдамдыгы жана таралуу диапазону сыяктуу аспектилерди аныктайт.
Зымсыз байланыш системалары катушкалардын конфигурациясы жана дизайны, берүү аралыктары сыяктуу факторлордун негизинде эффективдүүлүк деңгээли боюнча айырмаланат. Натыйжалуулугу азыраак түзмөк көбүрөөк эмиссияларды жаратып, кабыл алуучу аппарат аркылуу азыраак кубаттуулукту өткөрөт. Адатта, смартфондор сыяктуу түзмөктөр үчүн зымсыз электр энергиясын өткөрүү технологиялары 70% аткарууга жетиши мүмкүн.
Өндүрүш кантип өлчөнөт
Мааниси, кубат булагынан кабыл алуучу түзүлүшкө берилүүчү кубаттуулуктун көлөмү (пайыз менен). Башкача айтканда, 80% эффективдүүлүгү менен смартфон үчүн зымсыз электр энергиясын берүү кубатталып жаткан гаджеттин розетка менен батареянын ортосунда кирген кубаттуулуктун 20% жоголот дегенди билдирет. Иштин эффективдүүлүгүн өлчөө формуласы: аткаруу=Туруктуу токтун чыгышы киргизүүгө бөлүнөт, натыйжаны 100% көбөйтүңүз.
Электр энергиясын зымсыз өткөрүү
Күчтү каралып жаткан тармак аркылуу дээрлик бардык металл эмес материалдар, анын ичинде, бирок алар менен чектелбестен бөлүштүрсө болот. Бул жыгач, пластмасса, текстиль, айнек жана кирпич сыяктуу катуу заттар, ошондой эле газдар жана суюктуктар. Качан металл жеЭлектр өткөргүч материал (б.а. көмүртек буласы) электромагниттик талаага жакын жерге жайгаштырылат, объект андан кубат алат жана натыйжада ысыйт. Бул өз кезегинде системанын натыйжалуулугуна таасирин тийгизет. Индукциялык бышыруу ушинтип иштейт, мисалы, плитадан кубаттуулукту эффективдүү эмес өткөрүү тамак бышыруу үчүн жылуулукту жаратат.
Зымсыз электр өткөргүч системасын түзүү үчүн, сиз теманын башына кайтууңуз керек. Тагыраак айтканда, ийгиликтүү окумуштуу жана ойлоп табуучу Никола Теслага, ал ар кандай материалисттик өткөргүчтөрсүз электр энергиясын ала турган генераторду жараткан жана патенттеген. Ошентип, зымсыз системаны ишке ашыруу үчүн бардык маанилүү элементтерди жана бөлүктөрдү чогултуу керек, натыйжада кичинекей Тесла катушкасы ишке ашырылат. Бул анын айланасындагы абада жогорку чыңалуудагы электр талаасын пайда кылган түзүлүш. Анын кичинекей киргизүү кубаттуулугу бар, ал зымсыз электр энергиясын алыстан өткөрүүнү камсыз кылат.
Энергияны өткөрүүнүн эң маанилүү жолдорунун бири индуктивдүү туташуу. Ал негизинен жакынкы талаа үчүн колдонулат. Ал бир зым аркылуу ток өткөндө экинчи зымдын учунда чыңалуу индукцияланганы менен мүнөздөлөт. Электр энергиясы эки материалдын ортосундагы өз ара аракеттенүү аркылуу ишке ашырылат. Жалпы мисал - трансформатор. Микротолкундуу энергияны өткөрүү идеясы катары Уильям Браун тарабынан иштелип чыккан. Бүт концепция AC кубатын RF кубаттуулугуна айландыруу жана аны мейкиндик жана кайра мейкиндик аркылуу өткөрүп берүүнү камтыйткабылдагычтагы өзгөрүлмө кубаттуулук. Бул системада чыңалуу микротолкундуу энергия булактарын колдонуу менен түзүлөт. мисалы, клистрон. Ал эми бул күч чагылган күчтөн коргогон толкун өткөргүч аркылуу берүү антеннасына берилет. Ошондой эле башка элементтер менен микротолкундуу булактын импедансына дал келген тюнер. Кабыл алуу бөлүмү антеннадан турат. Ал микротолкундуу кубаттуулукту жана импеданс дал келген схеманы жана чыпканы кабыл алат. Бул кабыл алуучу антенна түзөтүүчү аппарат менен бирге диполь болушу мүмкүн. Түзөтүүчү блоктун окшош үн сигналы менен чыгуу сигналына туура келет. Алуучу блогу ошондой эле сигналды туруктуу токтун сигналына айландыруу үчүн колдонулган диоддордон турган окшош бөлүмдөн турат. Бул өткөрүү системасы 2 ГГц жана 6 ГГц ортосундагы жыштыктарды колдонот.
Ошондой магниттик термелүүлөрдү колдонуу менен генераторду ишке ашырган Бровиндин айдоочусунун жардамы менен электр энергиясын зымсыз берүү. Жыйынтык бул түзмөк үч транзистордун аркасында иштеген.
Күчтү жарык энергиясы түрүндө өткөрүү үчүн лазер нурун колдонуу, ал кабыл алууда электр энергиясына айландырылат. Материалдын өзү Күн же кандайдыр бир электр генератору сыяктуу булактар аркылуу түздөн-түз иштетилет. Жана, ошого жараша, жогорку интенсивдүүлүктүн багытталган жарыкты ишке ашырат. Нурдун өлчөмү жана формасы оптика комплекси менен аныкталат. Жана бул өткөрүлүүчү лазер нуру фотоэлектрдик клеткалар тарабынан кабыл алынып, аны электрдик сигналга айландырышат. Ал, адатта, колдонотберүү үчүн була-оптикалык кабельдер. Негизги күн энергиясы системасындагыдай эле, лазердин негизинде жайылтууда колдонулган кабыл алгыч фотоэлектрдик элементтердин массивдери же күн панели болуп саналат. Алар өз кезегинде когеренттүү эмес монохроматтык жарыкты электр энергиясына айландыра алышат.
Түзмөктүн негизги функциялары
Тесла катушкасынын күчү электромагниттик индукция деп аталган процессте жатат. Башкача айтканда, өзгөргөн талаа потенциалды жаратат. Ал токтун агымын түзөт. Электр зым катушкасы аркылуу өткөндө, ал катушканын айланасын белгилүү бир жол менен толтурган магнит талаасын пайда кылат. Башка жогорку чыңалуудагы эксперименттерден айырмаланып, Тесла катушкасы көптөгөн сыноолорго жана сыноолорго туруштук берди. Бул жараян бир топ түйшүктүү жана узакка созулган, бирок натыйжасы ийгиликтүү болгон, ошондуктан илимпоз тарабынан ийгиликтүү патенттелген. Сиз белгилүү бир компоненттердин катышуусунда мындай катушканы түзө аласыз. Ишке ашыруу үчүн төмөнкү материалдар талап кылынат:
- узундугу 30 см PVC (канчалык көп болсо ошончолук жакшы);
- эмальдалган жез зым (экинчи зым);
- база үчүн кайың тактасы;
- 2222A транзистор;
- туташуу (негизги) зым;
- резистор 22 кОм;
- которгучтар жана туташтыруучу зымдар;
- 9 вольт батарея.
Tesla түзмөгүн ишке ашыруу этаптары
Адегенде зымдын бир учун ороп алуу үчүн чоордун үстү жагына кичинекей оюк коюшуңуз керек.айланасында. Катушканы жай жана кылдаттык менен ороп, зымдарды каптап же боштуктарды жаратпоодон этият болуңуз. Бул кадам эң татаал жана түйшүктүү бөлүгү, бирок сарпталган убакыт абдан жогорку сапаттагы жана жакшы спираль берет. Ар бир 20га жакын бурулушта орамдын тегерегине маска лентасынын шакекчелери коюлат. Алар тосмо катары иштешет. Катушки ачыла баштаган учурда. Бүткөндөн кийин, ороонун үстү жана асты жагына оор скотч менен ороп, ага 2 же 3 катмар эмаль менен чачыңыз.
Андан кийин негизги жана кошумча батареяны батарейкага туташтырышыңыз керек. Кийин - транзисторду жана резисторду күйгүзүңүз. Кичинекей орогуч биринчилик, ал эми узундугу экинчилик. Каалооңузча, түтүктүн үстүнө алюминий шарын орното аласыз. Ошондой эле, экинчиликтин ачык учуна антенна катары кызмат кыла турган кошулганга туташтырыңыз. Кубат күйгүзүлүп турганда кошумча түзмөккө тийүүдөн этият болуу керек.
Өзүңүз сатсаңыз, өрт чыгып кетүү коркунучу бар. Которгучту которуп, зымсыз электр өткөргүч түзүлүштүн жанына ысытуу лампасын орнотуп, жарык көрсөтүүдөн ырахат алышыңыз керек.
Күн энергиясы системасы аркылуу зымсыз берүү
Салттуу зымдуу электр кубатын бөлүштүрүү конфигурациялары, адатта, бөлүштүрүлгөн түзмөктөр менен керектөө бирдиктеринин ортосунда зымдарды талап кылат. Бул системанын баасы катары көптөгөн чектөөлөрдү жарататкабелдик чыгымдар. Берүүдө келтирилген жоготуулар. Ошондой эле бөлүштүрүүдө калдыктар. Электр өткөргүч линиясынын каршылыгы гана өндүрүлгөн энергиянын болжол менен 20-30% жоготууга алып келет.
Эң заманбап зымсыз электр өткөрүү системаларынын бири микротолкундуу меш же лазер нуру аркылуу күн энергиясын өткөрүүгө негизделген. Спутник геостационардык орбитага жайгаштырылган жана фотоэлектрдик элементтерден турат. Алар күн нурун микротолкундуу генераторду кубаттоо үчүн колдонулган электр тогуна айландырышат. Жана, ошого жараша, микротолкундар күчүн түшүнөт. Бул чыңалуу радио байланыштын жардамы менен берилет жана базалык станцияда кабыл алынат. Бул антенна менен түзөткүчтүн айкалышы. Ал эми кайра электр энергиясына айландырылат. AC же DC кубаттуулугун талап кылат. Спутник 10 МВтка чейин RF энергиясын өткөрө алат.
DC бөлүштүрүү системасы жөнүндө сөз кылганда, бул мүмкүн эмес. Бул электр менен жабдуу жана аппараттын ортосундагы туташтыргычты талап кылат. Мындай көрүнүш бар: системада зымдардан таптакыр ажырап калган, мында эч кандай кошумча аппараттарсыз үйлөрдө AC кубатын ала аласыз. Уюлдук телефонуңузду розеткага физикалык түрдө туташтырбастан кубаттоого болот. Албетте, мындай система болушу мүмкүн. Ал эми заманбап изилдөөчүлөр бир топ аралыкта электр зымсыз берүүнүн жаңы ыкмаларын иштеп чыгуу ролун изилдөө, ал эми модернизацияланган бир нерсени түзүүгө аракет кылып жатышат. Бирок, экономикалык компоненттин көз карашынан алганда, мамлекеттер үчүн бул болбойтэгерде мындай приборлор бардык жерде киргизилип, стандарттуу электр энергиясын табигый электр энергияга алмаштырса, бул абдан пайдалуу.
Зымсыз системалардын келип чыгышы жана мисалдары
Бул концепция чындыгында жаңы эмес. Бул бүт идея 1893-жылы Николас Тесла тарабынан иштелип чыккан. Ал зымсыз берүү ыкмаларын колдонуу менен вакуумдук түтүктөрдү жарыктандыруу системасын иштеп чыкканда. Материалдык формада чагылдырылган заряддын ар кандай булактарысыз дүйнөнүн бар экенин элестетүү мүмкүн эмес. Уюлдук телефондорду, үй роботторун, MP3-плеерлерди, компьютерлерди, ноутбуктарды жана башка ташылуучу гаджеттерди эч кандай кошумча туташууларсыз өз алдынча кубаттоого мүмкүнчүлүк түзүү, колдонуучуларды туруктуу зымдардан бошотуп. Бул түзүлүштөрдүн айрымдары көп сандагы элементтерди талап кылбашы мүмкүн. Зымсыз электр энергиясын берүүнүн тарыхы абдан бай жана, негизинен, Тесла, Вольта ж.б. иштеп чыгуулардын аркасында. Бирок, бүгүнкү күндө ал физика илиминде гана маалыматтар бойдон калууда.
Негизги принцип – түзөткүчтөрдү жана чыпкаларды колдонуу менен өзгөрмө токтун күчүн туруктуу чыңалууга айландыруу. Анан - инверторлордун жардамы менен жогорку жыштыктагы баштапкы мааниге кайтып келүүдө. Бул төмөнкү чыңалуу, жогорку термелүүчү AC күчү андан кийин биринчилик трансформатордон экинчиликке өтөт. Түзөткүч, чыпка жана жөнгө салгычтын жардамы менен туруктуу чыңалууга айландырылат. AC сигнал түз болуп калаттоктун үнүнө рахмат. Ошондой эле көпүрө түзүүчү бөлүгүн колдонуу. Кабыл алынган туруктуу ток сигналы осциллятордун чынжырынын ролун аткарган кайтарым байланыш орамы аркылуу өтөт. Ошол эле учурда транзисторду солдон оңго карай негизги конвертерге өткөрүүгө мажбурлайт. Ток кайтаруу орамынан өткөндө, тиешелүү ток трансформатордун негизги тарабына оңдон солго агат.
Энергияны өткөрүүнүн ультраүн ыкмасы ушундай иштейт. Сигнал AC сигналдын эки жарым цикли үчүн сенсор аркылуу түзүлөт. Үн жыштыгы генератордун схемаларынын термелүүлөрүнүн сандык көрсөткүчтөрүнө көз каранды. Бул AC сигналы трансформатордун экинчи орогунда пайда болот. Ал эми башка объекттин өткөргүчүнө туташтырылганда, өзгөрмө токтун чыңалышы 25 кГц болот. Ал аркылуу төмөндөтүүчү трансформатордо көрсөткүч пайда болот.
Бул AC чыңалуу көпүрө түзөткүч менен теңдештирилет. Анан чыпкаланып, LEDди айдоо үчүн 5V чыгышын алуу үчүн жөнгө салынат. Конденсатордон чыккан 12V чыгыш чыңалуу туруктуу вентилятор моторун иштетүү үчүн колдонулат. Демек, физиканын көз карашынан алганда, электр энергиясын берүү кыйла өнүккөн аймак болуп саналат. Бирок, практика көрсөткөндөй, зымсыз системалар толук иштелип чыккан жана жакшыртылган эмес.
