Передача электроэнергии — распространенные способы и альтернативные варианты

Содержание

Нетрадиционные источники электроэнергии

Нетрадиционные источники представлены геотермальными электростанциями (рис. 1), работающими на тепловой энергии, поступающей из земных недр. Чем глубже от поверхности земли, тем выше температура данного слоя. В России такие установки построены на Камчатке и на Курильских островах.

Существуют конструкции приливных электростанций (рис. 2), которые функционируют от энергии, создаваемой приливами и отливами в самом узком месте искусственного залива, отсеченного от моря. В качестве примера можно привести опытную Кислогубскую ПЭС, возведенную на Кольском полуострове.

Классификация электростанций включает в себя солнечные и ветровые альтернативные установки (рис. 3). Все виды таких систем обеспечивают электроэнергией небольшие предприятия и производства, используются в частном секторе для удовлетворения бытовых потребностей. В основном, это районы и места, где отсутствует централизованное электроснабжение и нет возможности подключиться к обычным ЛЭП.

Газотурбинная электростанция (ГТЭС)

Тепловые электростанции (ТЭС)

Газовые электростанции

Геотермальные электростанции (ГТЭС)

Волновая электростанция (ВЭС)

Дизельные электростанции (ДЭС)

Беспроводная передача электроэнергии, первые опыты

В 1888 году Генрих Герц экспериментально подтвердил существование электромагнитных волн, предсказанных Максвеллом. Его искровой передатчик с прерывателем на основе катушки Румкорфа мог производить электромагнитные волны частотой до 0,5 гигагерц. Которые могли быть приняты несколькими приемниками, настроенными в резонанс с передатчиком. 

Генрих Герц и его творение

Приемники могли располагаться на расстоянии до 3 метров, и при возникновении искры в передатчике, искры возникали и в приемниках. Так были проведены первые опыты по беспроводной передаче электрической энергии с помощью электромагнитных волн.

В 1891 году Никола Тесла, занимаясь исследованием переменных токов высокого напряжения и высокой частоты, приходит к выводу, что крайне важно для конкретных целей подбирать как длину волны, так и рабочее напряжение передатчика, и совсем не обязательно делать частоту слишком высокой. Ученый отмечает, что нижняя граница частот и напряжений, при которых ему на тот момент удалось добиться наилучших результатов, — от 15000 до 20000 колебаний в секунду при потенциале от 20000 вольт

Никола Тесла

Тесла получал ток высокой частоты и высокого напряжения, применяя колебательный разряд конденсатора. Он заметил, что данный вид электрического передатчика пригоден как для производства света, так и для передачи электроэнергии для производства света.

В период с 1891 по 1894 годы ученый многократно демонстрирует беспроводную передачу, и свечение вакуумных трубок в высокочастотном электростатическом поле. При этом отмечая, что энергия электростатического поля поглощается лампой, преобразуясь в свет. А энергия электромагнитного поля, используемая для электромагнитной индукции с целью получения аналогичного результата, в основном отражается, и лишь малая ее доля преобразуется в свет. Даже применяя резонанс при передаче с помощью электромагнитной волны, значительного количества электрической энергии передать не удастся, утверждал ученый. Его целью в этот период работы была передача именно большого количества электрической энергии беспроводным способом.

Вплоть до 1897 года, параллельно с работой Тесла, исследования электромагнитных волн ведут: Джагдиш Боше в Индии, Александр Попов в России, и Гульельмо Маркони в Италии.

Вслед за публичными лекциями Тесла, Джагдиш Боше выступает в ноябре 1894 года в Калькутте с демонстрацией беспроводной передачи электричества, там он зажигает порох, передав электрическую энергию на расстояние.

После Боше, а именно 25 апреля 1895 года, Александр Попов, используя азбуку Морзе, передал первое радиосообщение, и эта дата (7 мая по новому стилю) отмечается теперь ежегодно в России как «День Радио».

В 1896 году Маркони, приехав в Великобританию, продемонстрировал свой аппарат, передав с помощью азбуки Морзе сигнал на расстояние 1,5 километра с крыши здания почтамта в Лондоне на другое здание. После этого он усовершенствовал свое изобретение и сумел передать сигнал по Солсберийской равнине уже на расстояние 3 километра.

История мировой электроэнергетики

Электроэнергетика – стратегическая отрасль экономической системы любого государства. История возникновения и развития ЭЭ берёт своё начало с конца XIX столетия. Предтечей появления промышленной выработки электроэнергии являлись открытия основополагающих законов о природе и свойствах электрического тока.

Отправной точкой, когда возникли производство и передача электроэнергии, считают 1892 год. Именно тогда была построена первая электростанция в Нью-Йорке под руководством Томаса Эдисона. Станция стала источником электрического тока для ламп уличного освещения. Это был первый опыт перевода тепловой энергии от сгорания угля в электричество.

С тех пор началась эра массового строительства тепловых электростанций (ТЭС), работающих на твёрдом топливе – энергетическом угле. С развитием нефтяной промышленности появились огромные запасы мазута, которые образовывались в результате переработки нефтепродуктов. Были разработаны технологии получения носителя тепловой энергии (пара) от сжигания мазута.

С тридцатых годов прошлого века получили широкое распространение гидроэлектростанции (ГЭС). Предприятия стали использовать энергию ниспадающих потоков воды рек и водохранилищ.

В 70-е годы началось бурное строительство атомных электростанций (АЭС). Одновременно с этим стали разрабатываться и внедряться альтернативные источники электроэнергии: это ветровые установки, солнечные батареи, щелочно-кислотные геостанции. Появились мини установки, использующие тепло для получения электричества в результате химических процессов разложения навоза и бытового мусора.

Трансформатор. Передача Электроэнергии

Трансформатор — это устройство для повышения или
понижения переменного напряжения. Простейший трансформатор
состоит из двух обмоток, одна из которых называется
первичной, а другая — вторичной. Обмотки
трансформатора расположены на общем сердечнике из
электротехнической стали; обычно он изготовляется наборным из
листов для уменьшения потерь на вихревые токи.

Принцип действия трансформатора основан на явлении
электромагнитной индукции. Когда на первичную обмотку подается
переменное напряжение, возникающий в результате этого
переменный магнитный поток возбуждает во вторичной обмотке
(катушке) переменное напряжение той же частоты. Однако
напряжение на обмотках будет различным в зависимости от числа
витков в каждой из них.

Согласно закону Фарадея, ЭДС индукции на вторичной обмотке
равна

1;

11

Разделив эти выражения одно на другое, получим:

Это уравнение трансформатора, показывающее, как напряжение на
вторичной обмотке связано с напряжением на первичной обмотке.
Если n2>n1; то трансформатор
повышающий, если n2 < nl, то —
понижающий.

Из закона сохранения энергии следует, что выходная мощность
трансформатора не может превышать его входную мощность.

Грамотно сконструированный трансформатор может иметь КПД
порядка 99%; столь низки потери энергии в нем. Таким образом,
выходная мощность трансформатора практически равна входной, и,
поскольку мощность равна р = IU, имеем:

Трансформатор может работать только на переменном токе.

Трансформаторы играют важную роль в передаче энергии на
расстояние. Электростанции часто располагаются далеко от
промышленных городов, гидроэлектростанции строятся на больших
реках, для атомных электростанций требуется большое количество
охлаждающей воды, тепловые электростанции тоже часто строят
вдали от городов, чтобы уменьшить загрязнение воздуха.

Популярные статьи  Как сделать подсветку в шкафу?

В любом случае электроэнергию часто приходится передавать на
большие расстояния, и в линиях электропередачи всегда
неизбежны потери энергии.

Потери энергии можно уменьшить, если использовать в линиях
электропередачи высокое напряжение.

Чем выше напряжение, тем меньше сила тока, и тем меньшая доля
мощности теряется в линии электропередачи.

Рассмотрим следующую задачу: поселок потребляет электрическую
мощность в среднем 120 кВт от электростанции, расположенной в
10 км. Полное сопротивление линии электропередачи равно 0,40
Ом. Следует определить потери мощности при напряжении на
линии: а) 240 В; б) 24 000 В.

Решение

а) Если передать мощность 120 кВт при напряжении 240 В, то
сила тока в линии составит

Потери мощности в линии достигнут

Свыше 80% общей мощности будет теряться в линии выделяться в
виде тепла. то] б) При U = 24 000 В,

Потери мощности составят:

Меньше 1% общей мощности будет теряться в линии, если энергию
передавать высоким напряжением.

Передача на большие расстояния

Актуальность передачи электроэнергии на расстояние обуславливается тем, что электростанции снабжены мощным оборудованием, дающим на выходе большие показатели. Потребители же ее маломощные и разбросаны на большой территории. Строительство крупнейшего терминала обходится дорого, поэтому наблюдается тенденция к концентрации мощностей. Это существенно снижает затраты. Кроме того, значение имеет место размещения. Включается ряд факторов: близость к ресурсам, стоимость транспортировки и возможность работы в единой энергетической системе.

Чтобы понять, как осуществляется передача электроэнергии на большие расстояния, следует знать, что линии электропередач бывают постоянного и переменного тока. Главная характеристика — это их пропускная способность. Потери наблюдаются в процессе нагрева проводов или дальности расстояния. Передача осуществляется по следующей схеме:

  1. Электростанция. Она является источником образования электроэнергии.
  2. Повышающий трансформатор, который обеспечивает увеличение показателей до необходимых величин.
  3. Понижающий трансформатор. Он устанавливается на распределительных станциях и понижает параметры для подачи в частный сектор.
  4. Подача энергии в жилые дома.

Линии постоянного тока

В настоящее время больше отдается предпочтение передаче электроэнергии постоянным током. Это связано с тем, что все происходящие внутри процессы не носят волновой характер. Это значительно облегчает транспортировку энергии.

К преимуществам передачи постоянного тока относится:

  • небольшая себестоимость;
  • малая величина потерь;

Поставка переменного тока

К преимуществам транспортировки переменного тока относится легкость его трансформации. Осуществляется это при помощи приборов — трансформаторов, которые не отличаются сложностью в изготовлении. Конструкция электродвигателей такого тока значительно проще. Технология позволяет формировать линии в единую энергосистему. Этому способствует возможность создания выключателей в месте строительства ответвлений.

Отопление дома при помощи тепловых насосов

Передача электроэнергии — распространенные способы и альтернативные вариантыОтопление с помощью тепловых насосов

Европа уже несколько лет использует тепловые насосы, взаимодействующие со всеми альтернативными видами электроэнергии. В летнее и зимнее время установки забирают тепло из почвы, воздуха, воды и направляют его на обогрев помещения.

Разновидности тепловых насосов

В зависимости от потребностей в обогреве можно подобрать модели с 1, 2, 3 контурами, 1-2 конденсаторами. Они будут работать на нагрев и охлаждение либо исключительно на нагрев.

По типу энергоисточника и способу добычи электроэнергии устройства бывают:

  • Воздух-вода. Тепловые потоки забираются из воздуха и нагревают воду. Системы подходят для климатических зон с зимней температурой -15 градусов.
  • Земля-вода. Актуальны для умеренного климатического пояса. Монтируются в грунт посредством коллектора или зонда без разрешительных документов на бурение.
  • Вода-вода. Устанавливаются рядом с водоемами. Зимой насос за счет нагрева источника обеспечивает теплом большой дом.
  • Вода-воздух. Источник энергии – водоем. Тепловые потоки при помощи компрессора поступают в воздух. Он становится теплоносителем.
  • Земля-воздух. Почва является источником тепла, которое передается в воздух компрессором. Переносчик энергии – жидкости-антифризы.
  • Воздух-воздух. Приборы работают по принципу кондиционера – на охлаждение и обогрев.

Как работает тепловой насос

Передача электроэнергии — распространенные способы и альтернативные варианты

Тепловой насос функционирует на основании цикла Карно – повышения температуры при резком сжатии теплоносителя. Поскольку устройства имеют 3 рабочих контура (2 – наружных, 1 — внутренний), конденсатор, испаритель и компрессор, схему их действия можно представить так:

  1. Теплоноситель первого контура (находится в воде, на воздухе, в земле) забирает тепло и источников с низкими потенциалами. Максимальная температура узла около + 6 градусов.
  2. Низкотемпературный носитель с низкой температурой находится во внутреннем контуре. Хладагент при нагреве испаряется, его пар в компрессоре сжимается. В этот момент выделяется тепло. Температура паров – от +35 до +65 градусов.
  3. Тепло в конденсаторе попадает на теплоноситель из контура отопления. Пары становятся конденсатом и направляются в испаритель.

Цикл работы теплонасоса постоянно повторяется.

Тепловой насос из подручных материалов

Передача электроэнергии — распространенные способы и альтернативные вариантыСамодельный тепловой насос

Самоделка вполне реальна, если у вас имеются рабочие детали от бытовой техники.

Для подготовки конденсатора и компрессора понадобится:

  1. Сделать компрессор насоса из компрессора холодильника либо кондиционера. Деталь фиксируют мягкой подвеской на стене котельной.
  2. Сделать конденсатор. Оптимальный вариант – резервуар из нержавейки на 100 л.
  3. Разрезать емкость болгаркой пополам, а потом вставить змеевик (медная трубка холодильника или кондиционера).
  4. После монтажа змеевика сварить половинки бака.

Для качественного шва пользуйтесь аргоновой сваркой.

Для теплового насоса нужны две скважины

Испаритель изготавливается на основе пластикового бака на 75-80 л со змеевиком из медной трубы ¾ дюйма в диаметре. Она обматывается вокруг стальной трубы 300-400 мм в диаметре. Витки фиксируются перфоуглом.

На змеевике нарезается резьба для сцепки с трубопроводом. В установку закачивается хладагент, после чего испаритель крепится на стену.

Оптимальным источником для данных альтернативных способов получения тепла и электроэнергии будет вода из скважины либо колодца. Жидкость не замерзает даже в зимнее время.

Понадобится 2 скважины:

  • для забора воды и ее подачи к испарителю;
  • для сброса отработанной воды и ее поступления на испаритель.

Получение тепла из других альтернативных источников

Передача электроэнергии — распространенные способы и альтернативные вариантыНаружный контур системы прямого теплообмена

  • Кольцеобразные трубы в воде. Водоем без большой глубины промерзания или река обеспечивают эффективность технологии. Трубы закладываются под воду с помощью груза.
  • Термальные поля. Трубы закапывают ниже промерзания почвы – снимается большой пласт грунта.
  • Геотермальные источники. Пробуриваются скважины на большую глубину. В них заводятся контуры с теплоносителями.
  • Забортный воздух. Тепло извлекается из вентиляционных шахт или ветканалов.

Минус теплового насоса – высокая стоимость и затраты на монтаж источников тепла.

Что такое ветрогенераторы и как их использовать

Ветрогенератор – это оборудование, которое преобразует энергию ветра в электрическую. Плюс заключается в том, что источник электроэнергии есть всегда, и бесплатный. Но есть в этом случае и ограничение – по месту установки. Монтировать генераторы целесообразно в регионах, где среднегодовая скорость ветра достигает высоких отметок. Это равнинные и прибрежные районы.

Передача электроэнергии — распространенные способы и альтернативные варианты

Если вы решили купить ветрогенератор для дома, должны знать, что сам по себе он не даст никакого толку. Чтобы система работала полноценно, в нее должны входить следующие элементы:

  • инвертор;
  • контроллеры;
  • аккумулятор;
  • кабели;
  • соединители и крепежи.

Сразу обозначим, что в эксплуатации ветрогенераторов может возникать ряд проблем, о которых следует знать, чтобы избежать впоследствии разочарования. Вот основные моменты:

  • высокая стоимость оборудования;
  • если среднегодовая скорость ветра в регионе маленькая, установка не окупится;
  • оборудование работает шумно, поэтому устанавливать его нужно подальше от дома. Обычно ветряные электростанции устанавливают в полях, используют в промышленных целях. Это оптимальное решение для их применения.
Популярные статьи  Почему между контуром заземления тп и лужей 36 в?

Виды ветряных генераторов

По типу крепления ротора существуют модификации:

  • Горизонтальные – отличаются минимальным количеством материалов для изготовления и большим КПД. Минусы прибора заключаются в высокой монтажной мачте и сложности механической части.
  • Вертикальные – работают в большом диапазоне ветровой скорости. Специфика генератора – необходимость дополнительной фиксации мотора.

По количеству лопастей существуют одно- или многолопастные модели. По материалу лопасти классифицируются на парусные и жесткие. Винтовой шаг установки бывает изменяемым (можно выставить рабочую скорость) и фиксируемым.

Конструкция ветрогенератора

Конструкция ветрогенератора

Готовый ветряной генератор состоит из таких частей:

  • вышка – ставится в ветреной зоне;
  • лопастный генератор;
  • контроллер лопастей – преобразует переменный ток в постоянный;
  • инвертор – трансформирует постоянный ток в переменный;
  • накопительный аккумулятор;
  • резервуар для воды.

Накопительная АКБ сглаживает разницу в сезон ветров и период штиля.

Изготовление тихоходного ветрогенератора из генератора машины

Создание ветрогенератора из автомобильного генератора

Поскольку комплект для сборки ветрогенератора стоит от 250 до 300 тыс. руб, конструкцию целесообразно сделать собственноручно. Понадобится генератор автомобиля и аккумуляторная батарея.

Лопасти обеспечивают работу других устройств ветряка. Самостоятельно их можно изготовить из ткани, металла или пластиковой трубы следующим образом:

  1. Выбрать материал с хорошей ветроустойчивостью – толщиной от 4 см.
  2. Рассчитать длину лопасти так, что диаметр трубы равнялся 1/5.
  3. Обрезать трубу и применять ее в качестве шаблонов.
  4. Пройтись по краям всех элементов наждачкой для удаления неровностей.
  5. Зафиксировать пластиковые лопасти на диске из алюминия.
  6. Произвести балансировку колеса посредством фиксирования в горизонтальном положении.
  7. Обточить края ветрового колеса при вращении.

Мачта должна быть надежной, прочной и не раскачиваться

Проект изготовления мачты нужно начать с выбора материала. Понадобится стальная труба длиной 7 м и диаметром 150-200 м. При наличии препятствий колесо поднимается выше их на 1 м.

Для дополнительной устойчивости конструкции изготавливаются колышки под растяжку из стального или оцинкованного троса 6-8 мм в толщину. Мачту и колышки нужно забетонировать.

Процесс переделки автогенератора заключается в перемотке старторного узла и создании ротора на основе неодимовых магнитов. В приборе просверливаются отверстия под них. Магниты нужно ставить, чередуя полюса и заполнять пустоты эпоксидкой.

Ротор оборачивается бумагой для перемотки катушки в одном направлении по трехфазной схеме. На последнем этапе генератор тестируется – при 300 оборотах должно показывать 30 В.

Альтернативные ветровые источники тепла и электрической энергии собираются после изготовления поворотной оси. Понадобится труба с двумя подшипниками и хвостовая часть из оцинкованного листа 1,2 мм в толщину.

Генератор крепится к мачте посредством рамы их профтрубы. Расстояние от балки до лопастей должно быть больше 25 см. После сборки базовой конструкции монтируются контроллер заряда, инвертор и АКБ.

Атомные электростанции

Передача электроэнергии — распространенные способы и альтернативные варианты

В атомных электростанциях происходит преобразование ядерной энергии. В качестве основного генератора выступает реактор, из которого выделяется тепло в процессе деления ядер тяжелых элементов. Это осуществляется по цепной реакции, в результате которой происходит выработка, а затем и передача электроэнергии с ее распределением. По сравнению с традиционными тепловыми станциями атомные реакторы функционируют не на органическом топливе, а на ядерной энергии, получаемой от плутония, урана и других элементов. Примечательно, что мировые запасы ядерных ресурсов в виде упомянутых тяжелых элементов превышают природные объемы нефти, угля, торфа и других представителей органического топлива. Это делает атомную энергетику весьма перспективной, хотя с точки зрения экологической безопасности такое соотношение трудно назвать благоприятным.

Постоянный ток в качестве альтернативы

Большинство из используемых сегодня в мире линий электропередач работает на переменном токе. Однако имеются исключения. В некоторых случаях применение постоянного тока оказывается более эффективным:

  • отпадает необходимость в синхронизации генераторов, работающих в разных энергосистемах;
  • сводятся к нулю потери на ёмкостное и индуктивное сопротивления кабеля;
  • снижается стоимость линии, т.к. для передачи постоянного тока достаточно всего 2 проводников;
  • возможность использования на уже построенных ЛЭП переменного тока, т.е. не нужно возводить новые магистрали;
  • снижение электромагнитного излучения, возникающего при смене направления тока.

Дополнительная информация. Большинство домашних электроприборов может работать от постоянного тока. К ним относятся лампочки, интернет роутеры, дрели, обогреватели и многое другое. Переменный ток необходим только для некоторых видов двигателей, которые в быту встречаются крайне редко.

Умение передавать электрический ток на огромные расстояния послужило решающим фактором для развития всего человечества. Однако индустрия не стоит на месте, поэтому сейчас учёные работают над тем, чтобы сделать транспортировку энергии ещё эффективнее и дешевле.

Питание электрокара беспроводным способом

Передача электроэнергии на расстояние

Многие производители автомобилей, работающих на электрическом токе, проводят разработки альтернативной подзарядки авто без его подключения к сети. Больших успехов в этой области добилась технология зарядки транспорта от специального дорожного полотна, когда машина принимала энергию от покрытия, заряженного магнитным полем или СВЧ волнами. Но подобная подпитка была возможна только при условии, когда расстояние между дорогой и приемным устройством было не более 15 сантиметров, что в современных условиях не всегда исполнимо.

Зарядка автомобиля

Данная система находится на стадии разработок, поэтому можно предполагать, что подобный тип передачи питания без проводника еще получит свое развитие и, возможно, будет внедряться в современную транспортную индустрию.

Передача энергии постоянного тока

Некоторое время назад передача электроэнергии осуществлялась постоянным током из-за следующих преимуществ.

  1. При передаче постоянного тока используются два провода, а для передачи переменного тока, как правило, требуются три проводника.
  2. В передаче постоянного тока нет индуктивности и скачков (волны высокого напряжения в течение очень короткого времени).
  3. Из-за отсутствия индуктивности происходит очень низкое падение напряжения в линиях передачи постоянного тока по сравнению с переменным током (если нагрузка и конечное передаваемое напряжение передачи).
  4. Система постоянного тока имеет меньший потенциал напряжения в системе переменного тока для такого же уровня напряжения. Поэтому линия постоянного тока требует меньшей изоляции.
  5. Для DC-систем требуется проводник небольшой площади поперечного сечения.
  6. В системе постоянного тока нет помех относительно систем связи.
  7. В высоковольтных линиях постоянного тока DC отсутствуют диэлектрические потери.
  8. В системе передачи постоянного тока нет проблем с синхронизацией и стабильностью.
  9. В системе постоянного тока диапазон регулирования скорости больше, чем в системе переменного тока.
  10. В системе питания постоянного тока потери в оболочке подземных кабелей низки.
  11. Система постоянного тока больше подходит для высокомощной передачи за счет высокого значения тока.

Но есть и недостатки систем постоянного тока.

  1. Из-за коммутационных проблем электрическая энергия не может производиться при высоком постоянном напряжении.
  2. Для передачи высокого напряжения мы не можем изменять уровень напряжения постоянного тока (поскольку трансформатор не может работать на постоянном токе).
  3. Существует предел DC-переключателей и автоматических выключателей (к тому же они дорогостоящие).
  4. Мотор-генераторный агрегат используется для снижения уровня напряжения постоянного тока, а КПД мотор-генератора ниже, чем трансформатора.
  5. Уровень напряжения постоянного тока не может быть легко изменен. Таким образом, мы не можем получить желаемое напряжение для электрических и электронных приборов (например, 5 вольт, 9 вольт 15 вольт, 20 и 22 вольта и т. д.) непосредственно из системы передачи.
Популярные статьи  Что делать, если поставщик электроэнергии утверждает, что истек межповерочный интервал для электросчётчика со-5 2007 г.?

Технология беспроводной передачи электроэнергии

Беспроводная передача электрической энергии (WPT) позволяет подавать питание через воздушный зазор без необходимости использования электрических проводов. Беспроводная передача электроэнергии может обеспечить питание от источника переменного тока для совместимых аккумуляторов или устройств без физических разъемов и проводов. Беспроводная передача электрической энергии может обеспечить заряд мобильных телефонов и планшетных компьютеров, беспилотных летательных аппаратов, автомобилей и прочего транспортного оборудования. Она может даже сделать возможной беспроводную передачу в космосе электроэнергии, полученной от солнечных панелей.

Беспроводная передача электрической энергии начала свое быстрое развитие в области бытовой электроники, заменяя проводные зарядные устройства. На выставке CES 2020 будет показано множество устройств, использующих беспроводную передачу электроэнергии.

Однако концепция передачи электрической энергии бес проводов возникла примерно в 1890-х годах. Никола Тесла в своей лаборатории в Колорадо Спрингс мог без проводов зажечь электрическую лампочку, используя электродинамическую индукцию (используемой в резонансном трансформаторе).

Передача электроэнергии — распространенные способы и альтернативные варианты
Изображение из патента Теслы на «устройство для передачи электрической энергии», 1907 год

Были зажжены три лампочки, размещенные на расстоянии 60 футов (18 метров) от источника питания, и демонстрация была задокументирована. У Теслы были большие планы, он надеялся, что его башня Ворденклиф, расположенная на Лонг-Айленд, будет без проводов передавать электрическую энергию через Атлантический океан. Этого никогда не произошло из-за различных проблем, в том числе, и с финансированием и сроками.

Беспроводная передача электрической энергии использует поля, создаваемые заряженными частицами, для переноса энергии через воздушный зазор между передатчиками и приемниками. Воздушный зазор закорачивается с помощью преобразования электрической энергии в форму, которая может передаваться по воздуху. Электрическая энергия преобразуется в переменное поле, передается по воздуху, и затем с помощью приемника преобразуется в пригодный для использования электрический ток. В зависимости от мощности и расстояния, электрическая энергия может эффективно передаваться через электрическое поле, магнитное поле или электромагнитные волны, такие как радиоволны, СВЧ излучение или даже свет.

В следующей таблице перечислены различные технологии беспроводной передачи электрической энергии, а также формы передачи энергии. Технологии беспроводной передачи электрической энергии (WPT)

Технология Переносчик электрической энергии Что позволяет передавать электрическую энергию
Индуктивная связь Магнитные поля Витки провода
Резонансная индуктивная связь Магнитные поля Колебательные контуры
Емкостная связь Электрические поля Пары проводящих пластин
Магнитодинамическая связь Магнитные поля Вращение постоянных магнитов
СВЧ излучение Волны СВЧ Фазированные ряды параболических антенн
Оптическое излучение Видимый свет / инфракрасное излучение / ультрафиолетовое излучение Лазеры, фотоэлементы

Что такое эфир и откуда взялось понятие

Изучением эфира занимались многие выдающиеся ученые вплоть до начала XX века. Среди них был Дмитрий Менделеев, Хендрик Лоренц, Клерк Максвелл и многие другие. Первым же о теории эфира заговорил Рене Декар. Однако больше всего с эфиром связывают Николу Тесла, который не просто верил в существование эфира, но и проводил практические опыты.

Ученые давали разное определение эфиру, но большинство из них этим понятием называли некую материю, которая заполняет собой пространство между атомами и другими частицами. Соответственно, эфир заполняет собой всю вселенную.

Особый интерес к эфиру возник в XIX веке в рамках изучения волновой оптики. Открывая для себя свойства света, ученые пришли к выводу, что он имеет волновую природу. А волна не может распространяться в полном вакууме. Ей нужна определенная среда, в которой микрочастицы могут “плыть” точно так же, как и звуковые или любые другие волны. В итоге они приходили к выводу, что эфир — это неосязаемое, всепроникающее нечто, сверхтонкая материя.

Дмитрий Менделеев добавил эфир в периодическую таблицу химических элементов. В XX веке Ньютоний был удален

К примеру, Менделеев описывал его как сверхлегкий газ (самый легкий во вселенной). Его частицы обладают предельно высокой для газов скоростью поступательного движения. Еще одна особенность вещества, по мнению химика — сверхвысокая степень проницаемости. Не сомневаясь в его существовании, Менделеев добавил частичку эфира в свою таблицу и назвал ее “Ньютоний”.

В результате теория эфира стала не просто центральной темой научных изысканий, но и смогла объяснить многие явления. К слову, некоторые из них, после отказа от теории эфира, до сих пор не имеют научных объяснений.

Повышение КПД с помощью принципа резонанса

Резонанс-это свойство, которое существует во многих различных физических системах. Свойство можно рассматривать как собственную частоту, на которой энергия может быть наиболее эффективно добавлена к колебательной системе.

Качели на детской площадке — это пример колебательной системы, включающей потенциальную и кинетическую энергию. Ребенок раскачивается взад и вперед со скоростью, которая определяется длиной качания. Ребенок может заставить качели подняться выше, если он правильно координирует свои движения рук и ног с движением качелей. Качели колеблются на своей резонансной частоте, и простые движения ребенка эффективно передают энергию в систему.

Другой пример резонанса — способ, которым певец может разбить бокал вина, пропев одну громкую, ясную ноту. В этом примере бокал вина является резонансной колебательной системой. Звуковые волны, проходящие по воздуху, улавливаются стеклом, а звуковая энергия преобразуется в механические колебания самого стекла. Когда певец попадает на ноту, соответствующую резонансной частоте стекла, стекло поглощает энергию, начинает вибрировать и в конечном итоге может даже разбиться. Резонансная частота бокала зависит от его размера, формы, толщины и количества вина в нем.

Резонансная магнитная связь возникает, когда два объекта обмениваются энергией через свои изменяющиеся осциллирующие магнитные поля. Резонансная связь возникает, когда собственные частоты двух объектов приблизительно одинаковы.

Технология применяющая  принцип беспроводной передачи электричества — это специально разработанные магнитные резонаторы, которые эффективно передают энергию на расстояние через магнитное ближнее поле.

Эти конструкции источников и устройств, а также электронные системы, управляющие ими, поддерживают эффективную передачу энергии на расстояния, во много раз превышающие размеры самих источников/устройств.

Два резонансных объекта с одинаковой резонансной частотой имеют тенденцию эффективно обмениваться энергией, слабо взаимодействуя с посторонними нерезонансными объектами.

Магнитное ближнее поле обладает рядом свойств, которые делают его отличным средством передачи энергии в типичной потребительской, коммерческой или промышленной среде. Наиболее распространенные строительные и мебельные материалы, такие как дерево, гипсокартон, пластик, текстиль, стекло, кирпич и бетон, по существу, «прозрачны» для магнитных полей, что позволяет технологии эффективно передавать энергию через них.

Кроме того, магнитное ближнее поле обладает способностью огибать многие металлические препятствия, которые в противном случае могли бы блокировать магнитные поля.

Таким образом, основной принцип беспроводной передачи электричества с наибольшей эффективностью основан на магнитном резонансе.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Денис Серебряков/ автор статьи
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: