Methoden voor draadloze stroomoverdracht

De wet van de interactie van elektrische stromen, ontdekt door Andre Marie Ampere in 1820, legde de basis voor de verdere ontwikkeling van de wetenschap van elektriciteit en magnetisme. Na 11 jaar stelde Michael Faraday experimenteel vast dat een veranderend magnetisch veld opgewekt door een elektrische stroom in staat is een elektrische stroom in een andere geleider te induceren. Dus het is gemaakt eerste elektrische transformator.

In 1864 systematiseerde James Clerk Maxwell uiteindelijk de experimentele gegevens van Faraday, waardoor ze de vorm kregen van exacte wiskundige vergelijkingen, waardoor de basis van de klassieke elektrodynamica werd gecreëerd, omdat deze vergelijkingen de relatie van het elektromagnetische veld met elektrische stromen en ladingen beschreven, en het gevolg hiervan zou het bestaan ​​van elektromagnetische golven moeten zijn.

In 1888 bevestigde Heinrich Hertz experimenteel het bestaan ​​van elektromagnetische golven voorspeld door Maxwell. Zijn vonkenzender met een helikopter op basis van een Rumkorff-spoel kan elektromagnetische golven produceren met een frequentie tot 0,5 gigahertz, die kunnen worden ontvangen door verschillende ontvangers die zijn afgestemd op de zender.

De ontvangers konden zich op een afstand van maximaal 3 meter bevinden en wanneer er een vonk in de zender optrad, verschenen er ook vonken in de ontvangers. Dus werden gehouden eerste experimenten op draadloze transmissie van elektrische energie met behulp van elektromagnetische golven.

In 1891 Nikola Tesla, terwijl hij wisselstroom van hoge spanning en hoge frequentie bestudeert, komt hij tot de conclusie dat het uiterst belangrijk is om zowel de golflengte als de werkspanning van de zender voor specifieke doeleinden te selecteren, en het is niet nodig om de frequentie te hoog te maken.

De wetenschapper merkt op dat de ondergrens van frequenties en spanningen waarmee hij op dat moment in staat was de beste resultaten te behalen, 15.000 tot 20.000 schommelingen per seconde is met een potentieel van 20.000 volt. Tesla ontving een hoogfrequente en hoogspanningsstroom met behulp van een oscillerende ontlading van een condensator (zie - Tesla Transformer). Hij merkte op dat dit type elektrische zender geschikt is voor zowel de productie van licht als de transmissie van elektriciteit voor de productie van licht.

In de periode van 1891 tot 1894 demonstreert de wetenschapper herhaaldelijk de draadloze transmissie en gloei van vacuümbuizen in een hoogfrequent elektrostatisch veld, terwijl hij opmerkt dat de energie van het elektrostatische veld wordt geabsorbeerd door de lamp, omgezet in licht, en de elektromagnetische veldenergie die wordt gebruikt voor elektromagnetische inductie om een ​​vergelijkbare Het resultaat wordt voornamelijk weerspiegeld en slechts een klein deel daarvan wordt omgezet in licht.

Zelfs met behulp van resonantie bij transmissie met behulp van een elektromagnetische golf, kan een aanzienlijke hoeveelheid elektrische energie niet worden overgedragen, beweerde de wetenschapper. Zijn doel tijdens deze periode van werken was om precies een grote hoeveelheid elektrische energie draadloos over te dragen.

Tot 1897 werd parallel aan het werk van Tesla onderzoek gedaan naar elektromagnetische golven door: Jagdish Boche in India, Alexander Popov in Rusland en Guglielmo Marconi in Italië.

Na de openbare lezingen van Tesla spreekt Jagdish Bose in november 1894 in Calcutta met een demonstratie van draadloze transmissie van elektriciteit, waar hij kruit ontsteekt en elektrische energie naar een afstand overbrengt.

Na Boche, namelijk op 25 april 1895, zond Alexander Popov, met behulp van Morse-code, het eerste radioboodschap uit en deze datum (7 mei in een nieuwe stijl) wordt nu jaarlijks gevierd in Rusland als Radiodag.

In 1896 pronkte Marconi, die in het VK aankwam, met zijn apparaat door een signaal van 1,5 kilometer vanaf het dak van het postkantoorgebouw in Londen naar een ander gebouw te verzenden met behulp van Morse-code.Daarna verbeterde hij zijn uitvinding en wist hij al op een afstand van 3 kilometer een signaal over de Salisbury Plain uit te zenden.

Tesla verzendt en ontvangt in 1896 met succes signalen op een afstand tussen de zender en ontvanger van ongeveer 48 kilometer. Tot nu toe is het echter geen van de onderzoekers gelukt om een ​​aanzienlijke hoeveelheid elektrische energie over een grote afstand over te brengen.

Tesla experimenteert in Colorado Springs in 1899: "Het falen van de inductiemethode lijkt enorm in vergelijking met de methode om de lading van aarde en lucht te stimuleren." Dit zal het begin zijn van het onderzoek van een wetenschapper gericht op het overbrengen van elektriciteit over aanzienlijke afstanden zonder draden te gebruiken. In januari 1900 maakt Tesla een notitie in zijn dagboek over de succesvolle overdracht van energie naar de spoel, 'ver weg het veld in gedragen', van waaruit de lamp werd aangedreven.

En het meest grandioze succes van de wetenschapper is de lancering op 15 juni 1903 van de Vordencliff-toren op Long Island, ontworpen om elektrische energie over een aanzienlijke afstand in grote hoeveelheden zonder kabels over te dragen. De geaarde secundaire wikkeling van de resonantietransformator, bedekt met een koperen bolvormige koepel, zou een lading aarde en geleidende luchtlagen opwekken om een ​​element van een groot resonantiekringloop te worden.

Dus wist de wetenschapper 200 lampen van 50 watt te voeden op een afstand van ongeveer 40 kilometer van de zender. Op basis van economische haalbaarheid werd de financiering van het project echter gestopt door Morgan, die vanaf het allereerste begin geld in het project investeerde met het doel draadloze communicatie te ontvangen en gratis energie op industriële schaal naar de afstand over te brengen, omdat een zakenman categorisch niet bij hem paste. In 1917 werd de toren, ontworpen voor draadloze transmissie van elektrische energie, vernietigd.

Lees hier meer over de experimenten van Nikola Tesla:Resonante methode voor draadloze transmissie van elektrische energie door Nikola Tesla

Veel later, van 1961 tot 1964, experimenteerde een expert op het gebied van magnetronelektronica, William Brown, in de Verenigde Staten met transmissiepaden voor microgolfenergie.

In 1964 testte hij eerst een apparaat (helikoptermodel) dat microgolfenergie in de vorm van gelijkstroom kan ontvangen en gebruiken, dankzij een antennearray bestaande uit halfgolfdipolen, die elk zijn geladen met zeer efficiënte Schottky-diodes. In 1976 had William Brown microgolfvermogen van 30 kW overgebracht op een afstand van 1,6 km met een rendement van meer dan 80%.

In 2007 kon een onderzoeksteam van het Massachusetts Institute of Technology onder leiding van professor Marina Solyachich draadloos energie overbrengen naar een afstand van 2 meter. Het uitgezonden vermogen was voldoende om een ​​lamp van 60 watt van stroom te voorzien.

De kern van hun technologie (genaamd WiTricity) ligt het fenomeen van elektromagnetische resonantie. De zender en ontvanger zijn twee koperen spoelen met een diameter van 60 cm die op dezelfde frequentie resoneren. De zender is verbonden met een energiebron en de ontvanger is verbonden met een gloeilamp. De circuits zijn afgestemd op een frequentie van 10 MHz. De ontvanger ontvangt in dit geval slechts 40-45% van de verzonden elektriciteit.

Rond dezelfde tijd demonstreerde Intel een vergelijkbare technologie voor draadloze stroomtransmissie.

In 2010 presenteerde de Haier Group, een Chinese fabrikant van huishoudelijke apparaten, op CES 2010 zijn unieke product - een volledig draadloze LCD-tv op basis van deze technologie.

Lees ook over dit onderwerp:Qi Electronic Power Wireless Standard