Transmisi nirkabel untuk menyalurkan listrik memiliki kemampuan untuk menghadirkan kemajuan besar dalam industri dan aplikasi yang bergantung pada kontak fisik konektor. Ini, pada gilirannya, dapat menjadi tidak dapat diandalkan dan menyebabkan kegagalan. Transmisi listrik nirkabel pertama kali ditunjukkan oleh Nikola Tesla pada tahun 1890-an. Namun, hanya dalam dekade terakhir teknologi telah digunakan sampai pada titik di mana ia menawarkan manfaat nyata dan nyata untuk aplikasi dunia nyata. Secara khusus, pengembangan sistem daya nirkabel yang beresonansi untuk pasar elektronik konsumen telah menunjukkan bahwa pengisian daya induktif membawa tingkat kenyamanan baru ke jutaan perangkat sehari-hari.
Kekuatan yang dimaksud umumnya dikenal dengan banyak istilah. Termasuk transmisi induktif, komunikasi, jaringan nirkabel resonansi dan pengembalian tegangan yang sama. Masing-masing kondisi ini pada dasarnya menggambarkan proses fundamental yang sama. Transmisi nirkabel listrik atau daya dari sumber listrik ke tegangan beban tanpa konektor melalui celah udara. Dasarnya adalah dua kumparan- pemancar dan penerima. Yang pertama diberi energi oleh arus bolak-balik untuk menghasilkan medan magnet, yang pada gilirannya menginduksi tegangan di detik.
Bagaimana sistem yang dimaksud bekerja
Dasar-dasar daya nirkabel melibatkan pendistribusian daya dari pemancar ke penerima melalui medan magnet yang berosilasi. Untuk mencapai hal ini, arus searah yang disuplai oleh catu daya diubah menjadi arus bolak-balik frekuensi tinggi. Dengan elektronik yang dirancang khusus dibangun ke dalam pemancar. Arus bolak-balik mengaktifkan kumparan kawat tembaga di dispenser, yang menghasilkan medan magnet. Ketika belitan (penerima) kedua ditempatkan di dekat. Medan magnet dapat menginduksi arus bolak-balik pada kumparan penerima. Elektronik di perangkat pertama kemudian mengubah AC kembali ke DC, yang menjadi konsumsi daya.
Skema transmisi daya nirkabel
Tegangan "listrik" diubah menjadi sinyal AC, yang kemudian dikirim ke koil pemancar melalui sirkuit elektronik. Mengalir melalui belitan distributor, menginduksi medan magnet. Ini, pada gilirannya, dapat menyebar ke koil penerima, yang relatif dekat. Medan magnet kemudian menghasilkan arus yang mengalir melalui belitan perangkat penerima. Proses di mana energi didistribusikan antara koil pemancar dan penerima juga disebut sebagai kopling magnet atau resonansi. Dan itu dicapai dengan bantuan kedua belitan yang beroperasi pada frekuensi yang sama. Arus yang mengalir pada kumparan penerima,diubah menjadi DC oleh sirkuit penerima. Kemudian dapat digunakan untuk menyalakan perangkat.
Apa yang dimaksud dengan resonansi
Jarak di mana energi (atau daya) dapat ditransmisikan meningkat jika koil pemancar dan penerima beresonansi pada frekuensi yang sama. Sama seperti garpu tala yang berosilasi pada ketinggian tertentu dan dapat mencapai amplitudo maksimumnya. Ini mengacu pada frekuensi di mana suatu objek secara alami bergetar.
Keuntungan transmisi nirkabel
Apa manfaatnya? Kelebihan:
- mengurangi biaya yang terkait dengan pemeliharaan konektor lurus (misalnya dalam cincin slip industri tradisional);
- kenyamanan yang lebih besar untuk mengisi daya perangkat elektronik umum;
- transfer aman ke aplikasi yang harus tetap tertutup rapat;
- elektronik dapat sepenuhnya disembunyikan, mengurangi risiko korosi karena unsur-unsur seperti oksigen dan air;
- catu daya yang andal dan konsisten untuk peralatan industri yang sangat mobile dan berputar;
- memastikan transmisi daya yang andal ke sistem kritis di lingkungan basah, kotor, dan bergerak.
Terlepas dari aplikasinya, menghilangkan koneksi fisik memberikan sejumlah keunggulan dibandingkan konektor daya kabel tradisional.
Efisiensi transfer energi yang dimaksud
Efisiensi keseluruhan sistem tenaga nirkabel adalah faktor terpenting dalam menentukannyapertunjukan. Efisiensi sistem mengukur jumlah daya yang ditransfer antara sumber daya (yaitu stopkontak) dan perangkat penerima. Ini, pada gilirannya, menentukan aspek-aspek seperti kecepatan pengisian dan jangkauan propagasi.
Sistem komunikasi nirkabel bervariasi dalam tingkat efisiensinya berdasarkan faktor-faktor seperti konfigurasi dan desain kumparan, jarak transmisi. Perangkat yang kurang efisien akan menghasilkan lebih banyak emisi dan menghasilkan lebih sedikit daya yang melewati perangkat penerima. Biasanya, teknologi transmisi daya nirkabel untuk perangkat seperti smartphone dapat mencapai kinerja 70%.
Bagaimana kinerja diukur
Artinya, sebagai jumlah daya (dalam persen) yang ditransmisikan dari sumber daya ke perangkat penerima. Artinya, transmisi daya nirkabel untuk smartphone dengan efisiensi 80% berarti 20% daya input hilang antara stopkontak dan baterai untuk gadget yang sedang diisi. Rumus untuk mengukur efisiensi kerja adalah: kinerja=keluaran DC dibagi masukan, kalikan hasilnya dengan 100%.
Transmisi listrik nirkabel
Daya dapat didistribusikan melalui jaringan yang dipertimbangkan melalui hampir semua bahan non-logam, termasuk namun tidak terbatas pada. Ini adalah padatan seperti kayu, plastik, tekstil, kaca dan batu bata, serta gas dan cairan. Ketika logam atauBahan konduktif listrik (yaitu, serat karbon) ditempatkan di dekat medan elektromagnetik, objek menyerap daya darinya dan memanas sebagai hasilnya. Ini, pada gilirannya, mempengaruhi efisiensi sistem. Beginilah cara kerja memasak induksi, misalnya, transfer daya yang tidak efisien dari kompor menghasilkan panas untuk memasak.
Untuk membuat sistem transmisi daya nirkabel, Anda harus kembali ke topik asal. Atau lebih tepatnya, untuk ilmuwan dan penemu sukses Nikola Tesla, yang menciptakan dan mematenkan generator yang dapat mengambil daya tanpa berbagai konduktor materialistis. Jadi, untuk menerapkan sistem nirkabel, perlu untuk merakit semua elemen dan bagian penting, sebagai hasilnya, kumparan Tesla kecil akan diimplementasikan. Ini adalah perangkat yang menciptakan medan listrik tegangan tinggi di udara di sekitarnya. Ini memiliki daya input kecil, menyediakan transmisi daya nirkabel di kejauhan.
Salah satu cara terpenting untuk mentransfer energi adalah kopling induktif. Hal ini terutama digunakan untuk lapangan dekat. Hal ini ditandai oleh fakta bahwa ketika arus melewati satu kawat, tegangan diinduksi pada ujung yang lain. Perpindahan daya dilakukan secara timbal balik antara kedua bahan tersebut. Contoh umum adalah transformator. Transfer energi gelombang mikro, sebagai sebuah ide, dikembangkan oleh William Brown. Seluruh konsep melibatkan pengubahan daya AC menjadi daya RF dan mentransmisikannya melalui ruang dan kembali kedaya variabel pada penerima. Pada sistem ini tegangan dibangkitkan menggunakan sumber energi gelombang mikro. seperti klystron. Dan daya ini ditransmisikan ke antena pemancar melalui pandu gelombang, yang melindungi dari daya yang dipantulkan. Serta tuner yang mencocokkan impedansi sumber gelombang mikro dengan elemen lainnya. Bagian penerima terdiri dari antena. Ini menerima daya gelombang mikro dan sirkuit pencocokan impedansi dan filter. Antena penerima ini, bersama dengan perangkat penyearah, dapat berupa dipol. Sesuai dengan sinyal keluaran dengan peringatan suara serupa dari unit penyearah. Blok penerima juga terdiri dari bagian serupa yang terdiri dari dioda yang digunakan untuk mengubah sinyal menjadi peringatan DC. Sistem transmisi ini menggunakan frekuensi antara 2 GHz dan 6 GHz.
Transmisi listrik nirkabel dengan bantuan driver Brovin, yang mengimplementasikan generator menggunakan osilasi magnetik serupa. Intinya adalah perangkat ini bekerja berkat tiga transistor.
Menggunakan sinar laser untuk mengirimkan daya dalam bentuk energi cahaya, yang diubah menjadi energi listrik di ujung penerima. Bahan itu sendiri ditenagai secara langsung menggunakan sumber seperti Matahari atau generator listrik apa pun. Dan, karenanya, menerapkan cahaya terfokus dengan intensitas tinggi. Ukuran dan bentuk balok ditentukan oleh himpunan optik. Dan sinar laser yang ditransmisikan ini diterima oleh sel fotovoltaik, yang mengubahnya menjadi sinyal listrik. Dia biasanya menggunakankabel serat optik untuk transmisi. Seperti sistem tenaga surya dasar, penerima yang digunakan dalam propagasi berbasis laser adalah susunan sel fotovoltaik atau panel surya. Mereka, pada gilirannya, dapat mengubah cahaya monokromatik yang tidak koheren menjadi listrik.
Fitur penting perangkat
Kekuatan Tesla Coil terletak pada proses yang disebut induksi elektromagnetik. Artinya, bidang yang berubah menciptakan potensi. Itu membuat arus mengalir. Ketika listrik mengalir melalui kumparan kawat, itu menghasilkan medan magnet yang mengisi area di sekitar kumparan dengan cara tertentu. Tidak seperti beberapa eksperimen tegangan tinggi lainnya, kumparan Tesla telah melewati banyak tes dan uji coba. Prosesnya cukup melelahkan dan panjang, tetapi hasilnya berhasil, dan karenanya berhasil dipatenkan oleh ilmuwan. Anda dapat membuat koil seperti itu di hadapan komponen tertentu. Bahan-bahan berikut akan diperlukan untuk implementasi:
- panjang 30 cm PVC (semakin banyak semakin baik);
- kawat tembaga berenamel (kawat sekunder);
- papan birch untuk alas;
- 2222A transistor;
- menghubungkan kabel (primer);
- resistor 22 kΩ;
- sakelar dan kabel penghubung;
- 9 volt baterai.
Tahap Implementasi Perangkat Tesla
Pertama, Anda harus meletakkan slot kecil di bagian atas pipa untuk membungkus salah satu ujung kabelsekitar. Gulung kumparan perlahan dan hati-hati, berhati-hatilah agar kabel tidak tumpang tindih atau membuat celah. Langkah ini adalah bagian yang paling sulit dan membosankan, tetapi waktu yang dihabiskan akan memberikan kualitas yang sangat tinggi dan koil yang bagus. Setiap 20 putaran atau lebih, cincin selotip ditempatkan di sekitar belitan. Mereka bertindak sebagai penghalang. Dalam kasus kumparan mulai terurai. Setelah selesai, bungkus pita tebal di sekitar bagian atas dan bawah gulungan dan semprot dengan 2 atau 3 lapis enamel.
Kemudian Anda perlu menghubungkan baterai primer dan sekunder ke baterai. Setelah - nyalakan transistor dan resistor. Belitan yang lebih kecil adalah yang primer dan belitan yang lebih panjang adalah yang sekunder. Anda dapat secara opsional memasang bola aluminium di atas pipa. Juga, sambungkan ujung terbuka sekunder ke yang ditambahkan, yang akan bertindak sebagai antena. Harus berhati-hati agar tidak menyentuh perangkat sekunder saat daya dihidupkan.
Ada resiko kebakaran jika dijual sendiri. Anda perlu membalik sakelar, memasang lampu pijar di sebelah perangkat transmisi daya nirkabel dan menikmati pertunjukan cahaya.
Transmisi nirkabel melalui sistem tenaga surya
Konfigurasi distribusi daya kabel tradisional biasanya memerlukan kabel antara perangkat terdistribusi dan unit konsumen. Ini menciptakan banyak batasan karena biaya sistembiaya kabel. Kerugian yang terjadi dalam transmisi. Begitu juga dengan sampah yang di distribusikan. Resistensi saluran transmisi saja menyebabkan hilangnya sekitar 20-30% energi yang dihasilkan.
Salah satu sistem transmisi daya nirkabel paling modern didasarkan pada transmisi energi matahari menggunakan oven microwave atau sinar laser. Satelit ditempatkan di orbit geostasioner dan terdiri dari sel-sel fotovoltaik. Mereka mengubah sinar matahari menjadi arus listrik, yang digunakan untuk menyalakan generator gelombang mikro. Dan, karenanya, menyadari kekuatan gelombang mikro. Tegangan ini ditransmisikan menggunakan komunikasi radio dan diterima di stasiun pangkalan. Ini adalah kombinasi dari antena dan penyearah. Dan diubah kembali menjadi listrik. Memerlukan daya AC atau DC. Satelit dapat mengirimkan daya RF hingga 10 MW.
Bila berbicara tentang sistem distribusi DC, bahkan itu tidak mungkin. Karena membutuhkan konektor antara catu daya dan perangkat. Ada gambaran seperti itu: sistem benar-benar tanpa kabel, di mana Anda bisa mendapatkan daya AC di rumah tanpa perangkat tambahan. Di mana dimungkinkan untuk mengisi daya ponsel Anda tanpa harus terhubung secara fisik ke soket. Tentu saja, sistem seperti itu dimungkinkan. Dan banyak peneliti modern mencoba menciptakan sesuatu yang dimodernisasi, sambil mempelajari peran pengembangan metode baru transmisi nirkabel listrik di kejauhan. Meskipun, dari sudut pandang komponen ekonomi, untuk negara bagian ini tidak akancukup menguntungkan jika perangkat seperti itu diperkenalkan di mana-mana, dan mengganti listrik standar dengan listrik alami.
Asal dan contoh sistem nirkabel
Konsep ini sebenarnya tidak baru. Seluruh ide ini dikembangkan oleh Nicholas Tesla pada tahun 1893. Saat itu ia mengembangkan sistem penerangan tabung vakum menggunakan teknik transmisi nirkabel. Mustahil membayangkan bahwa dunia ada tanpa berbagai sumber pengisian, yang dinyatakan dalam bentuk materi. Untuk memungkinkan ponsel, robot rumahan, pemutar MP3, komputer, laptop, dan gadget portabel lainnya untuk diisi dayanya sendiri, tanpa koneksi tambahan apa pun, membebaskan pengguna dari kabel konstan. Beberapa perangkat ini bahkan mungkin tidak memerlukan banyak elemen. Sejarah transmisi daya nirkabel cukup kaya, dan, terutama, berkat perkembangan Tesla, Volta, dll. Namun, hari ini tetap hanya data dalam ilmu fisika.
Prinsip dasarnya adalah mengubah daya AC menjadi tegangan DC menggunakan penyearah dan filter. Dan kemudian - kembali ke nilai asli pada frekuensi tinggi menggunakan inverter. Tegangan rendah, daya AC berosilasi tinggi ini kemudian diteruskan dari transformator primer ke sekunder. Dikonversi menjadi tegangan DC menggunakan penyearah, filter dan regulator. Sinyal AC menjadi langsungberkat suara arus. Serta menggunakan bagian penyearah jembatan. Sinyal DC yang diterima dilewatkan melalui belitan umpan balik yang bertindak sebagai rangkaian osilator. Pada saat yang sama, ia memaksa transistor untuk mengalirkannya ke konverter utama dengan arah dari kiri ke kanan. Ketika arus melewati belitan umpan balik, arus yang sesuai mengalir ke sisi primer transformator dari kanan ke kiri.
Beginilah cara kerja metode transfer energi ultrasonik. Sinyal dihasilkan melalui sensor untuk kedua setengah siklus peringatan AC. Frekuensi suara tergantung pada indikator kuantitatif getaran sirkuit generator. Sinyal AC ini muncul pada belitan sekunder transformator. Dan ketika dihubungkan dengan transduser objek lain, tegangan AC adalah 25 kHz. Pembacaan muncul melaluinya di transformator step-down.
Tegangan AC ini disamakan dengan penyearah jembatan. Dan kemudian disaring dan diatur untuk mendapatkan output 5V untuk menggerakkan LED. Tegangan keluaran 12V dari kapasitor digunakan untuk menyalakan motor kipas DC untuk menjalankannya. Jadi, dari sudut pandang fisika, transmisi listrik adalah bidang yang cukup berkembang. Namun, seperti yang ditunjukkan oleh praktik, sistem nirkabel tidak sepenuhnya dikembangkan dan ditingkatkan.
