Передача электроэнергии без проводов тесла: новозеландский стартап испытает передачу электричества без проводов на большие расстояния

новозеландский стартап испытает передачу электричества без проводов на большие расстояния

Более ста лет назад гениальный изобретатель Никола Тесла доказал, что электричество можно передавать на большие расстояния без проводов. В ходе опытов в Колорадо-Спрингс он зажёг лампочку с помощью электромагнитного поля на удалении свыше трёх километров. Но тогда дальше экспериментов дело не пошло. Зато сегодня эти идеи могут воплотиться в жизнь благодаря новозеландскому стартапу и инвестициям второго по величине в стране поставщика электроэнергии.

Как сообщают источники, новозеландская энергетическая компания Powerco решила инвестировать в проект местного стартапа Emrod. Проект Emrod предусматривает беспроводную передачу энергии между приёмником и передатчиком на расстоянии прямой видимости, а это, на самом деле, могут быть десятки километров.

В то же время дальность передачи для этого проекта — не главное. Беспроводная передача энергии может помочь в случае ремонта сетей или аварий, что позволит потребителю оставаться подключённым даже во время обесточивания линий, а также в местах, где проведение линий электропередачи осложнено, запрещено или невозможно.

Мобильный комплекс для передачи и приёма энергии без проводов (Emrod)

Компания Emrod разработала уникальный прототип приёмника и передающей станции. К октябрю будет готов ещё один прототип. На начальном этапе будут проведены лабораторные испытания, а затем начнутся и полевые. Сначала без проводов планируется передавать ток мощностью до 2 кВт. Затем объёмы передаваемой без проводов энергии будут многократно увеличены. Заявлено, что за счёт новых радиопоглощающих материалов КПД приёмной (выпрямляющей) антенны доведён до 100  %, а КПД передающей системы приближается к 70 %.

Пример размещения установок по беспроводной передаче энергии (Emrod)

Проводные линии передачи электричества также подвержены потерям ― примерно до 15  %. Но в случае ЛЭП добавляются расходы на инфраструктуру ― обслуживание, безопасность, ремонт и другое. Тем самым беспроводная передача энергии с помощью микроволнового излучения в ряде случаев может заменить проводную. За безопасность работы системы будут отвечать лазеры с датчиками пересечения, которые будут автоматически отключать передачу энергии при попадании в зону канала передачи птиц, дронов, вертолётов или чего-то ещё. Но в целом разработчики предполагают создавать достаточно широкие в пространстве каналы передачи, чтобы плотность передаваемой энергии была не выше плотности энергии солнечного излучения в жаркий полдень на экваторе.

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

3 способа беспроводной передачи энергии

Когда компания Apple представила свое первое беспроводное зарядное устройство для сотовых телефонов и гаджетов, многие посчитали это революцией и огромным скачком вперед в беспроводных способах передачи энергии.

Но были ли они первопроходцами или еще до них, кому-то удавалось проделать нечто похожее, правда без должного маркетинга и пиара? Оказывается были, притом очень давно и изобретателей таких было множество.

Так еще в далеком 1893г прославленный Никола Тесла, продемонстрировал изумленной публике свечение люминесцентных ламп. При том, что все они были без проводов.

Сейчас такой фокус может повторить любой школьник, выйдя в чистое поле и встав с лампой дневного света под линию высокого напряжения от 220кв и выше.

Чуть попозже, Тесла уже сумел зажечь таким же беспроводным способом фосфорную лампочку накаливания.

В России в 1895г А.Попов показал в работе первый в мире радиоприемник. А ведь по большому счету это тоже является беспроводной передачей энергии.

Самый главный вопрос и одновременно проблема всей технологии беспроводных зарядок и подобных методов заключается в двух моментах:

• как далеко можно передать электроэнергию таким способом

• и какое количество

Для начала давайте разберемся, какую мощность имеют приборы и бытовая техника нас окружающие. Например для телефона, смартчасов или планшета требуется максимум 10-12Вт.

У ноутбука запросы уже побольше — 60-80Вт. Это можно сравнить со средней лампочкой накаливания. А вот бытовая техника, особенно кухонная, кушает уже несколько тысяч ватт.

Поэтому очень важно не экономить с количеством розеток на кухне.

Так какие же методы и способы для передачи эл.энергии без применения кабелей или любых других проводников, придумало человечество за все эти годы. И самое главное, почему они до сих пор не внедрены столь активно в нашу жизнь, как того хотелось бы.

Взять ту же самую кухонную технику. Давайте разбираться подробнее.

Передача энергии через катушки

Самый легко реализуемый способ — использование катушек индуктивности.

Здесь принцип очень простой. Берутся 2 катушки и размещаются недалеко друг от друга. На одну из них подается питание. Другая играет роль приемника.

Когда в источнике питания регулируется или изменяется сила тока, на второй катушке магнитный поток автоматически также изменяется. Как гласят законы физики, при этом будет возникать ЭДС и она будет напрямую зависеть от скорости изменения этого потока.

Казалось бы все просто. Но недостатки портят всю радужную картинку. Минусов три:

• маленькая мощность

Данным способом вы не передадите большие объемы и не сможете подключить мощные приборы. А попытаетесь это сделать, то просто поплавите все обмотки.

• небольшое расстояние

Даже не задумывайтесь здесь о передаче электричества на десятки или сотни метров. Такой способ имеет ограниченное действие.

Чтобы физически понять, насколько все плохо, возьмите два магнита и прикиньте, как далеко их нужно развести, чтобы они перестали притягиваться или отталкиваться друг от друга. Вот примерно такая же эффективность и у катушек.

Можно конечно исхитриться и добиться того, чтобы эти два элемента всегда были близко друг от друга. Например электромобиль и специальная подзаряжающая дорога.

Но в какие суммы выльется строительство таких магистралей.

Еще одна проблема это низкий КПД. Он не превышает 40%. Получается, что таким способом передать много эл.энергии на большие расстояния вы не сможете.

Тот же Н.Тесла указал на это еще в 1899г. Позже он перешел на эксперименты с атмосферным электричеством, рассчитывая в нем найти разгадку и решение проблемы.

Однако какими бы не казались бесполезными все эти штуки, с их помощью до сих пор можно устраивать красивые светомузыкальные представления.

Или подзаряжать технику гораздо большую чем телефоны. Например электрические велосипеды.

Лазерная передача энергии

Но как же передать больше энергии на большее расстояние? Задумайтесь, в каких фильмах подобную технологию мы видим очень часто.

Первое что приходит на ум даже школьнику — это «Звездные войны», лазеры и световые мечи.

Безусловно, с их помощью можно передать большое количество эл.энергии на очень приличные расстояния. Но опять все портит маленькая проблемка.

К нашему счастью, но несчастью для лазера, на Земле есть атмосфера. А она как раз таки хорошо глушит и кушает большую часть всей энергии лазерного излучения. Поэтому с данной технологией нужно идти в космос.

На Земле также были попытки и эксперименты по проверке работоспособности метода. Nasa даже устраивали состязания по лазерной беспроводной передаче энергии с призовым фондом чуть менее 1млн.$.

В итоге выиграла компания Laser Motive. Их победный результат — 1км и 0,5квт переданной непрерывной мощности. Правда при этом в процессе передачи, ученые потеряли 90% всей изначальной энергии.

Но все равно, даже с КПД в десять процентов, результат посчитали успешным.

Напомним, что у простой лампочки полезной энергии, которая идет непосредственно на свет, и того меньше. Поэтому из них и выгодно изготавливать инфракрасные обогреватели. 

Неужели нет другого реально работающего способа передать электричество без проводов. Есть, и его изобрели еще до попыток и детских игр в звездные войны.

Оказывается, что специальные микроволны с длиной в 12см (частота 2,45Ггц), являются как бы прозрачными для атмосферы и она им не мешает в распространении.

Какой бы ни была плохой погода, при передаче с помощью микроволн, вы потеряете всего пять процентов! Но для этого вы сначала должны преобразовать электрический ток в микроволны, затем их поймать и опять вернуть в первоначальное состояние.

Первую проблему ученые решили очень давно. Они изобрели для этого специальное устройство и назвали его магнетрон.

Причем это было сделано настолько профессионально и безопасно, что сегодня каждый из вас у себя дома имеет такой аппарат. Зайдите на кухню и обратите внимание на свою микроволновку.

У нее внутри стоит тот самый магнетрон с КПД равным 95%.

Но вот как сделать обратное преобразование? И тут было выработано два подхода:

В США еще в шестидесятых годах ученый У.Браун придумал антенну, которая и выполняла требуемую задачу. То есть преобразовывала падающее на него излучение, обратно в электрический ток.

Он даже дал ей свое название — ректенна.

После изобретения последовали опыты. И в 1975г при помощи ректенны, было передано и принято целых 30 квт мощности на расстоянии более одного километра. Потери при передаче составили всего 18%.

Спустя почти полвека, этот опыт до сих так никто и не смог превзойти. Казалось бы метод найден, так почему же эти ректенны не запустили в массы?

И тут опять всплывают недостатки. Ректенны были собраны на основе миниатюрных полупроводников. Нормальная работа для них — это передача всего нескольких ватт мощности.

А если вы захотите передать десятки или сотни квт, то готовьтесь собирать гигантские панели.

И вот тут как раз таки появляются не разрешимые сложности. Во-первых, это переизлучение.

Мало того, что вы потеряете из-за него часть энергии, так еще и приблизиться к панелям без потери своего здоровья не сможете.

Вторая головная боль — нестабильность полупроводников в панелях. Достаточно из-за малой перегрузки перегореть одному, и остальные выходят из строя лавинообразно, подобно спичкам.

В СССР все было несколько иначе. Не зря наши военные были уверены, что даже при ядерном взрыве, вся зарубежная техника сразу выйдет из строя, а советская нет. Весь секрет тут в лампах.

В МГУ два наших ученых В.Савин и В.Ванке, сконструировали так называемый циклотронный преобразователь энергии. Он имеет приличные размеры, так как собран на основе ламповой технологии.

Внешне это что-то вроде трубки длиной 40см и диаметром 15см. КПД у этого лампового агрегата чуть меньше, чем у американской полупроводниковой штуки — до 85%.

Но в отличие от полупроводниковых детекторов, циклотронный преобразователь энергии имеет ряд существенных достоинств:

• большая мощность

• стойкость к перегрузкам

• отсутствие переизлучения

• невысокая цена изготовления

Однако несмотря на все вышесказанное, во всем мире передовым считаются именно полупроводниковые методы реализации проектов. Здесь тоже присутствует свой элемент моды.

После первого появления полупроводников, все резко начали отказываться от ламповых технологий. Но практические испытания говорят о том, что это зачастую неправильный подход.

Конечно, ламповые сотовые телефоны по 20кг или компьютеры, занимающие целые комнаты никому не интересны.

Но иногда только проверенные старые методы, могут нас выручить в безвыходных ситуациях. 

В итоге на сегодняшний день, мы имеем три возможности передать энергию без проводов. Самый первый из рассмотренных ограничен как расстоянием, так и мощностью.

Но этого вполне хватит, чтобы зарядить батарейку смартфона, планшета или чего-то побольше. КПД хоть и маленький, но метод все же рабочий.

Способ с лазерами хорош только в космосе. На поверхности земли это не очень эффективно. Правда когда другого выхода нет, можно воспользоваться и им.

Зато микроволны дают полет для фантазий. С их помощью можно передавать энергию:

• на земле и в космосе

• с поверхности земли на космический корабль или спутник

• и наоборот, со спутника в космосе обратно на землю

Реальные проекты в наши дни

За все последние годы, согласно вышеприведенным технологиям, ученые пытались и пытаются реализовать всего два проекта.

Первый из них начинался очень обнадеживающе. В 2000-х годах на о.Реюньон, возникла потребность в постоянной передаче 10кВт мощности на расстояние в 1км.

Горный рельеф и местная растительность, не позволяли проложить там ни воздушные линии электропередач, ни кабельные.

Все перемещения на острове в эту точку осуществлялось исключительно на вертолетах.

Для решения проблемы в одну команду были собраны лучшие умы из разных стран. В том числе и ранее упоминавшиеся в статье, наши ученые из МГУ В.Ванке и В.Савин.

Однако в момент, когда должны были приступать к практической реализации и строительству передатчиков и приемников энергии, проект заморозили и остановили. А с началом кризиса в 2008 году и вовсе забросили.

На самом деле это очень обидно, так как теоретическая работа там была проделана колоссальная и достойная реализации.

Второй проект, выглядит более безумным чем первый. Однако на него выделяются реальные средства. Сама идея была высказана еще в 1968г физиком из США П.Глэйзером.

Он предложил на тот момент не совсем нормальную идею — вывести на геостационарную орбиту в 36000 км над землей огромный спутник. На нем расположить солнечные панели, которые будут собирать бесплатную энергию солнца.

Затем все это должно преобразовываться в пучок СВЧ волн и передаваться на землю.

Этакая «звезда смерти» в наших земных реалиях.

На земле пучок нужно поймать гигантскими антеннами и преобразовать в электричество.

Насколько огромны должны быть эти антенны? Представьте, что если спутник будет в диаметре 1км, то на земле приемник должен быть в 5 раз больше — 5км (размер Садового кольца).

Но размеры это всего лишь малая часть проблем. После всех расчетов оказалось, что такой спутник вырабатывал бы электричество мощностью в 5ГВт. При достижении земли оставалось бы всего 2ГВт. К примеру Красноярская ГЭС дает 6ГВт.

Поэтому его идею рассмотрели, посчитали и отложили в сторонку, так как все изначально упиралось в цену. Стоимость космического проекта в те времена вылезла за 1трлн.$.

Но наука к счастью не стоит на месте. Технологии совершенствуются и дешевеют. Сейчас разработку такой солнечной космической станции уже ведут несколько стран. Хотя в начале двадцатого века для беспроводной передачи электроэнергии хватало всего одного гениального человека.

Общая цена проекта упала от изначальной до 25млрд.$. Остается вопрос — увидим ли мы в ближайшее время его реализацию?

К сожалению никто вам четкого ответа не даст. Ставки делают только на вторую половину нынешнего столетия. Поэтому пока давайте довольствоваться беспроводными зарядками для смартфонов и надеяться что ученым удастся повысить их КПД. Ну или в конце концов на Земле родится второй Никола Тесла.

Статьи по теме

Прощайте, провода! |

Будущее без проводов становится реальностью. В июне 2007 г. группа ученых под руководством профессора Марина Солячича из Массачусетского института (MIT) провела эксперимент по беспроводной передачи электрической энергии с эффективностью 45%. Ученые обещают: очень скоро для зарядки мобильных телефонов, плееров, ноутбуков и прочих переносных устройств, нуждающихся в постоянной подпитке электроэнергией, не нужно будет никаких проводов.

О том, что хорошо бы было подпитывать всевозможные приборы электроэнергией без путающихся под ногами проводов, ученые задумываются уже очень давно. Как минимум 100 лет. Именно столько времени прошло с того момента, когда данной проблемой заинтересовался гениальный американский ученый и изобретатель Никола Тесла.

ДОРОГА В БУДУЩЕЕ

          Сведений о работах Теслы в сфере беспроводной передачи энергии сохранилось очень мало. По отрывочным сведениям, дошедшим до нас, ему действительно удалось добиться в этой области выдающихся результатов.В 1899 г. в Колорадо-Спрингс он публично продемонстрировал лампы и двигатели, работающие на высокочастотном токе без проводов. Для фантастического эксперимента была построена башня высотой несколько десятков метров, которую венчала “луковка” разрядника – большая медная полусфера. При включении установки возникли искровые разряды длиной до 40 м, сопровождавшиеся громовыми раскатами, которые были слышны за 15 миль. Вокруг башни пылал огромный световой шар. За 25 миль от нее под аплодисменты наблюдателей разом загорелись 200 электрических лампочек. Электрический заряд был передан без всяких проводов!

Опыт в Колорадо-Спрингс весьма сильно впечатлил Джона Пирпонта Моргана, одного из самых богатых людей Америки. По его приглашению Тесла переехал в Нью-Йорк для работы над грандиозным проектом Wardenclyffe – созданием Всемирного центра беспроводной передачи энергии. На Лонг-Айленде строится башня высотой 57 м со стальной шахтой, углубленной в землю на 36 м. Верх башни венчает 55-тонный металлический купол диаметром 20 м. Пробный пуск невиданного сооружения состоялся в 1905 году и произвел потрясающий эффект. Как писали газеты, «Тесла зажег небо над океаном на тысячи миль».

Дальше – больше. Согласно одной из “экзотических” версий, тунгусские события 1908 года были вызваны испытанием энергетического оружия, совершенно случайно созданного Николой Теслой. И действительно, в 1907-1908 гг. Тесла уже писал о разрушительном воздействии своего передатчика энергии. В 1915 г. он прямо заявлял: «Безусловна практическая передача электрической энергии без проводов и производство разрушительного воздействия на расстоянии. Я уже конструировал беспроволочный передатчик, который делает это возможным. Опыты продвинулись так далеко, что воздействия большой разрушительной силы могут быть произведены в любую точку на земном шаре, определенную заранее, с большой точностью».

Очевидно, сам Тесла считал проблему беспроводной передачи энергии решенной. В мае 1917 г., выступая на заседании Американского института инженеров-электриков по случаю получения награды имени Томаса Эдисона, он сказал: «Что касается передачи энергии через пространство, это проект, который я давно считаю абсолютно успешным. Годы назад я мог передавать энергию без проводов на любое расстояние без ограничений, которые накладывались физическими размерами Земли. Эффективность передачи может составлять 96 или 97%, и практически нет потерь, кроме тех, которые неизбежны для работы машины».

Однако как он это делал, остается загадкой. Никаких записей об уникальных экспериментах не сохранялось. После смерти Николы Теслы повторить их не удалось. О передаче энергии без проводов просто забыли на долгие-долгие годы.

НОВЫЕ СТАРЫЕ ТЕХНОЛОГИИ.

Для профессора Марина Солячича все началось с мобильного телефона, а точнее, с его неисправной батареи, постоянно нуждавшейся в подзарядке. Именно эта надоевшая проблема заставила ученого подумать о способе передачи электроэнергии без проводов. «Раньше просто не было необходимой мотивации, – охотно делится ученый. – Это только в последние годы появилась масса всевозможных портативных устройств, получающих питание от батарей и часто нуждающихся в подзарядке». Тут-то профессору Солячину и пришло в голову, что выходом может стать беспроводная передача электроэнергии.

В принципе идея эта не нова. Однако до сих пор все попытки передать электроэнергию на расстояние, без какого бы то ни было носителя, проваливались из-за низкого КПД. Большая часть передаваемой электроэнергии просто рассеивалась в окружающей среде, до конечного потребителя доходили жалкие крохи. Правда, предпринимались попытки передачи электроэнергии при помощи направленного лазерного луча. Однако в этом случае между источником энергии и приемником не должно было быть никаких физических препятствий, что, понятно, не всегда осуществимо. Профессору Солячичу удалось справиться с проблемой рассеивания электроэнергии. В основе разработанной им технологии WiTricity лежит явление электромагнитного резонанса. По мысли Солячича, для эффективной передачи энергии на расстояние необходимо заставить передатчик и приемник резонировать с одинаковой частотой.

Теоретические выкладки профессора, которые были опубликованы ещё в прошлом году, блестяще реализовали инженеры из Массачусетского технологического института (MIT). В ходе эксперимента, проведенного в июне 2007 г., им удалось заставить светиться 60-ваттную лампу накаливания, находящуюся на расстоянии более 2 м от источника энергии.

Экспериментальное устройство состояло из двух медных катушек диаметром 60 см, передатчика, подключенного к источнику энергии, и приемник с подсоединенной к нему лампой накаливания. Контуры приемника и передатчика были настроены на частоту 10 МГц. В результате воздействия электромагнитного излучения передатчика на приемник в контуре последнего возникал электрический ток, и лампа начинала светиться. Она продолжала гореть, даже когда между катушками находились деревянные или металлические предметы, а также электронные устройства. И хотя потери энергии все еще велики, приемник получает только 40-45% электроэнергии, результаты впечатляют.

Сам Марин Солячич утверждает, что технология не представляет опасности ни для людей, ни для животных. Воздействие такого «зарядника» не влияет на работоспособность кредитных карт, мобильных телефонов и других электронных устройств, чувствительных к электромагнитному полю. Профессор Солячич надеется, что в самом ближайшем будущем технология WiTricity получит самое широкое распространение, а, значит, всевозможные портативные устройства можно будет подзаряжать автоматически, без подключения к сети.

Впрочем, прежде профессору Солячичу и его коллегам из MIT предстоит существенно доработать свое изобретение. Повысить коэффициент эффективности передачи, чтобы большая часть энергии доходила до приемника. Уменьшить размеры прототипа и увеличить расстояние, на которое передается электроэнергия. В ближайшем будущем группа из MIT планирует перевести эксперимент в практическую плоскость – «запитать» от своей системы ноутбук или робот-пылесос.

Впрочем, надо сказать, что профессор Солячич не одинок. Над беспроводной технологией передачи электроэнергии работают и другие изобретатели. Так, Кит Крессин, вице-президент по маркетингу американской компании Powercast, заявил, что устройства, использующие беспроводную передачу энергии, могут появиться уже в следующем году. Разработанная в компании технология передачи энергии по радиоволнам уже прошла сертификацию. В отличие от конкурентных разработок она значительно эффективнее – способна передавать до 70% вырабатываемой энергии (традиционные системы радиопередачи энергии транслируют лишь 10%). К тому же технология позволит многим устройствам обходиться вообще без аккумуляторов, «запитываясь» непосредственно от передатчика.

Другая Энергия

        Максимум через 25 лет на Земле закончатся нефть и газ, и человечество столкнется с глобальным энергетическим кризисом. Пути выхода из него до конца неясны. Впрочем, директор Всероссийского научно-исследовательского института электрификации сельского хозяйства, академик РАСХН, доктор технических наук Дмитрий Стребков смотрит в будущее с оптимизмом. По его мнению, спасение придет откуда не ждали. Надо только хорошенько покопаться в архивах, вспомнить, чем же занимались ученые сто лет тому назад, и сделать ставку на… электричество.

(Интервью брала корреспондент журнала “Мир новостей” Наталия Калинина)

            – Дмитрий Семенович, чтобы обеспечить устойчивое развитие в будущем, человечеству необходимы новые энергетические технологии. Какими, по вашему мнению, они будут?

           – Эпоха дешевой энергии закончилась. Новые энергетические технологии не будут использовать ископаемое топливо, будущее – за солнечной энергией. Глобальная энергетическая система, состоящая из трех солнечных электростанций в Австралии, Африке и Северной Америке, сможет в течение миллионов лет круглосуточно обеспечивать электроэнергией, водородным топливом и теплом все районы Земли. Электростанции же, работающие на ископаемом топливе, можно будет смело переводить в разряд резервных. Уже сейчас максимальный КПД солнечных элементов, разрабатываемых в лабораториях, равен 40%, а практический срок их службы составляет 50 лет. Есть, правда, “маленькая” сложность. Для функционирования глобальной солнечной энергосистемы необходимо организовать трансконтинентальные тераваттные потоки электрической энергии к потребителю. Только в этом случае человечество сможет объединить и сконцентрировать свои энергетические ресурсы и технологии для создания достойных условий жизни для каждого конкретного человека, а также для реализации крупных научно-технических проектов на Земле и в космосе.

– В июне 2007 г. Ваши коллеги из Массачусетского технологического института (США) апробировали технологию WiTricity, сделавшую передачу энергии без проводов реальностью. Возможно, именно она будет положена в основу глобальной энергетической системы?

– Не думаю. Во-первых, у данной системы очень низкий КПД (40-45%). Во-вторых, она просто небезопасна для здоровья человека. Американцы передают электроэнергию на частоте 10 МГц, что “соответствует СВЧ-полям. Вам хочется, чтобы ваша комната превратилась в СВЧ-печь? Пионер беспроводной передачи энергии Никола Тесла, к слову сказать, умел передавать электроэнергию на частоте 1-200 кГц и с гораздо лучшими результатами (потери составляли всего 3-4%). Он вообще был гениальным ученым, предвидевшим направления, в которых будут развиваться электротехника и энергетика на сотни лет вперед. Достаточно сказать, что Никола Тесла удалось получить напряжение в 50 млн вольт простыми аппаратными средствами. Еще в начале XX в. он передавал электрическую энергию на десятки километров, используя в качестве проводящей среды Землю. Именно он изобрел асинхронный электродвигатель, многофазный ток и многое другое. Однако гениальность Теслы сыграла с его современниками дурную шутку. Большинство просто не понимало, что же написано в его трудах. К счастью, наука не стоит на месте. В настоящее время мы практически в полном объеме можем воспроизвести эксперименты Теслы по передаче энергии на большие расстояния с использованием однопроводниковых линий и проводящих сред, развить и усовершенствовать предложенную им резонансную технологию.

– И все-таки, согласитесь, есть здесь нечто странное. Патент на аппарат для передачи электроэнергии беспроводным методом был получен Николой Теслой ещё в 1914 г. Даже не понимая принципа его действия, можно было попытаться внедрить его в реальную жизнь?

– Проект Wardenclyffe, в котором Никола Тесла работал до конца своих дней, изначально задумывался как коммерческий. Предполагалось, что в Нью-Йорке будет создан всемирный центр беспроводной передачи энергии. Однако все работы в этом направлении были очень быстро свернуты, когда стало понятно, какую опасность представляют генераторы Теслы. Я даже не говорю об энергетическом оружии, которое он якобы создал, это неподтвержденные слухи. Но во время его экспериментов у людей светились волосы, у лошадей выскакивали искры из-под копыт, в ближайшей электростанции сгорели генераторы. Все потому, что Никола Тесла использовал в качестве однопроводниковой линии Землю. Подобный способ передачи электроэнергии оказался совершенно неприемлем из экологических соображении.

– Реально ли в таком случае создать безопасную технологию беспроводной передачи энергии на большие расстояния с такими же минимальными потерями, как у Николы Теслы?

– Более чем реально, но с использованием других технологий. Так, в нашем институте разработана совершенно безопасная резонансная технология передачи электрической энергии – по подземным электроизолированным однопроводниковым кабельным линиям. По ним можно передавать гигаваттные и тераваттные потоки электрической энергии с потерями на уровне 3-4%. Однопроводниковые резонансные системы открывают возможности для создания сверхдальних кабельных линий электропередачи и в перспективе замены существующих воздушных линий кабельными однопроводниковыми. Тем самым будет решена одна из важнейших проблем электроэнергетики – повышение надежности электроснабжения. Ещё раз хочу подчеркнуть, что все это стало возможным за счет использования старой электротехники, которая неизвестна современному поколению ученых, и забытых изобретений Николы Теслы. Проще говоря, используется другое электричество, которого нет в наших электрических розетках. Это стационарные волны, резонансные режимы, сдвиг фаз между волнами тока и напряжения 90°, законы электростатической индукции (а не электромагнитной индукции), однопроводниковые линии, повышенная частота 1-20 кГц (а не 50 Гц) и т.д.

– Из ваших слов явствует, что Никола Тесла определил развитие электроэнергетики на сотни лет вперед. Каким видится ее будущее современным ученым?

           – Развитие электроэнергетики, на мой взгляд, связано с развитием резонансных волноводных методов передачи электрической энергии. Уже в XXI в. воздушные линии электропередачи будут заменены подземными волноводными системами. Бесконтактный высокочастотный электрический транспорт будет получать электрическую энергию от однопроводниковой резонансной линии, установленной в дорожном покрытии. На сельскохозяйственных плантациях будут работать электрические машины-роботы с активными рабочими органами. Будет создана глобальная солнечная энергетическая система, производящая электроэнергию, водородное топливо и тепло для каждого человека на Земле. Жидкое топливо и газ будут вырабатываться из биомассы энергетических плантаций. Космические корабли будут стартовать с Земли на электрических ракетных двигателях, имея соотношение массы полезного груза к стартовой массе на уровне 80-90% вместо сегодняшних 5%. Резонансные методы будут использоваться для лечения человека и животных, уничтожения сорняков (вместо пестицидов), обеззараживания питьевой воды и отходов, создания новых особо чистых материалов, в первую очередь солнечного кремния. Надеюсь, будут возможными электроснабжение летательных аппаратов в космическом пространстве и передача электрической энергии на мобильные объекты на Земле безопасными беспроводными методами.

Передача электроэнергии без проводов / НГ-Энергия / Независимая газета

В одной из фирм Российской академии естественных наук разработана и предлагается для реализации принципиальная схема конструкции устройства для передачи электроэнергии без проводов. Об этом мечтал еще знаменитый сербский изобретатель Никола Тесла. Он получил 800 патентов на свои изобретения (всего их около 1000) в различных областях электротехники. Одна из главных проблем, над решением которой он работал до конца жизни, – передача энергии на расстояние без проводов.

Для этого в начале 1900-х годов он на деньги миллиардера Дж.П. Моргана строит на острове Лонг-Айленд близ Нью-Йорка мощную установку для передачи высокочастотной электроэнергии без проводов на значительные расстояния и почти без потерь (проект «Уорденклифф»). Он хотел обеспечить электроэнергией население самых глухих уголков земного шара. Дополнительно также предполагалось передавать и информацию. До этого Тесла провел опыты с большим высоковольтным резонансным трансформатором, установленным в 1898 году внутри деревянной башни высотой 60 метров на возвышенном плато в Колорадо-Спрингс (США).

Очевидцы рассказывали тогда о лампочках, горящих без электробатарей и генераторов тока, и о многих других «чудесах». Фирма «Вестингауз» заинтересовалась проектом «Уорденклифф» и поставила лучшее (по тем временам) электротехническое оборудование для экспериментов. Однако к 1906 году Морган перестал финансировать проект. Потом, в 1915 году, Тесла говорил, что сконструированный им тогда передатчик позволял передавать электроэнергию на расстоянии и без проводов.

Новое сконструированное российскими учеными и изобретателями устройство состоит из параболического зеркала, в фокусе которого по кругу установлены высоковольтные электрические разрядники, каждый из которых подключен к высоковольтному конденсатору. Во время работы устройства возникают колебательные, состоящие из разрядников и конденсаторов, контуры, испускающие электромагнитные волны короткой длины. Если в фокусе зеркала по окружности расположить достаточно большое количество таких контуров, то предлагаемое устройство может целенаправленно, в импульсном режиме отправить в пространство электромагнитное излучение большой мощности. Распространяться этот сгусток энергии в пространстве будет со скоростью света – мгновенно. Результаты его движения могут быть различными и очень важными. Один из них – передача электроэнергии без проводов и на значительные расстояния. Реализовать это позволяет высказанная еще Теслой идея отражения электромагнитного сгустка энергии от ионосферы и направления его обратно на Землю. Если на этом ее участке расположить приемник в виде колебательного контура, настроенного на определенную длину волны, то электромагнитная энергия сгустка преобразуется в высокочастотный переменный ток, который можно преобразовать в переменный ток промышленной частоты или постоянный ток нужного напряжения.

Если импульсы передачи энергии идут один за другим через короткие промежутки времени, то станет возможно передавать большие мощности электроэнергии без проводов и на огромные расстояния не только на Земле, но и в космосе: на спутники и со спутников, на Луну и обратно.

Комментарии для элемента не найдены.

Никола Тесла и передача электроэнергии переменным током

АЛЕКСАНДР МИКЕРОВ, д. т. н., проф. каф. систем автоматического управления СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

Почти весь XIX век в практических применениях безраздельно господствовал постоянный ток. Главным препятствием широкой электрификации в то время была невозможность передачи электроэнергии на большие расстояния, а переходу на переменные токи мешало отсутствие эффективных электродвигателей переменного тока. Решение было найдено в новаторских работах гениального электротехника Николы Тесла.

Причин популярности постоянного тока тогда было несколько. Прежде всего, источниками тока служили гальванические батареи, и все производимые генераторы и моторы также были постоянного тока. Инженеры мыслили электрогидравлическими аналогиями, в которые не укладывалась идея потоков, меняющих свое направление, поэтому, например, приверженность Эдисона постоянным токам казалась вполне оправданной. Между тем недостатки устройств постоянного тока становились все более очевидными в связи с плохой работой коллектора электрических машин (искрением и износом), проблемами освещения и, главное, невозможностью передачи электроэнергии на большие расстояния.

Электрическое освещение стали использовать после появления дуговых ламп, среди которых наиболее простой была свеча Яблочкова в виде двух вертикально расположенных угольных электродов, разделенных слоем изолирующего материала [1–4]. Вскоре выяснилось, что на постоянном токе разнополярные электроды сгорают неодинаково, поэтому Яблочков предложил питать свечи переменным током, для чего совместно с известным французским заводом Грамма разработал специальный генератор переменного тока, конструкция которого оказалась столь удачной, что его производство доходило до 1000 штук в год [2]. Другое важное изобретение Яблочкова — это схема «дробления света» с использованием индукционной катушки (прообраза современного трансформатора) для параллельного питания от одного генератора любого числа свечей, подобно газовому освещению.

Однако эксплуатация выявила серьезные недостатки дугового освещения, особенно в быту: необходимость замены свечей через каждые два часа, шум, мерцание, большая дороговизна по сравнению даже с газом. Поэтому уже с начала 1890-х гг. электрические свечи были почти повсеместно вытеснены лампами накаливания Эдисона и применялись только в прожекторах или для больших пространств. Тем не менее, именно Яблочкову мы обязаны введением переменных токов в практическую электротехнику, что, в конечном счете, привело к решению острой проблемы дальней передачи электроэнергии, называемой тогда проблемой «распределения света».

Освещение по системе Эдисона имело низкое напряжение, 110 В, поэтому в каждом районе требовалось строить свою электростанцию. Например, в Петербурге из-за дороговизны земли такие электростанции ставились на баржах, стоящих в реках Мойке и Фонтанке [2]. Было ясно, что крупные генерирующие станции выгоднее строить вблизи рек и угольных бассейнов, вдали от городов. Но тогда для дальней передачи нужно или увеличивать сечение подводящих проводов, или повышать напряжение. Для проверки первого подхода на практике русский изобретатель Федор Апполонович Пироцкий предлагал использовать железнодорожные рельсы. Второй путь (повышение напряжения) был испробован французским инженером, впоследствии академиком Марселем Депре (Marcel Deprez), построившим несколько линий передачи постоянного тока с напряжением до 6 кВ. Первая из них, с напряжением 2 кВ, имела длину 57 км и питала двигатель постоянного тока с насосом для искусственного водопада на Мюнхенской электротехнической выставке 1882 г. [2, 4]. Однако для систем освещения такое высокое напряжение было непригодно.

Более простое решение — переход на однофазный переменный ток с повышающими и понижающими трансформаторами — было предложено известной компанией «Ганц и Ко» из Будапешта для освещения оперных театров в Будапеште, Вене и Одессе [2]. Талантливые инженеры этой компании, Микша Дери (Miksa Dèri), Отто Блати (Otto Blathy) и Карой Циперновски (Karoly Zipernowsky), создали в 1884 г. наиболее совершенные конструкции трансформатора (и они же придумали сам этот термин). Отто Блати также изобрел первый электрический счетчик электроэнергии и прославился как выдающийся шахматист.

Рис. 1. Дистанционная передача Депре

Однако развитие промышленности требовало мощных приводов, которые не могли быть созданы на базе электродвигателей переменного тока с питанием от однофазной осветительной сети. Эта проблема формулировалась как «электрическая передача механической энергии» или «передача силы»[4]. Одно из ее первых решений было предложено Депре в 1879 г. в виде дистанционной передачи в опытный вагон движения поршней паровой машины (рис. 1) [5].

У нее был датчик в виде щеточного коммутатора (1) и приемник (2), содержащий ротор (3) с двумя взаимно перпендикулярными катушками, который в свою очередь был подключен к коммутатору (4) и находился в поле магнита (5). Устройство работало со скоростью до 3000 об/мин и с моментом до 5 Нм. Эта идея позднее получила свое развитие в виде сельсинных передач и шаговых двигателей, однако подходила для использования только в приборных системах.

Решение этой проблемы в целом пришло из-за океана, где появился деятельный человек, интуитивно осознавший грядущий переход на переменный ток. Это был Джордж Вестингауз (George Westinghouse) (рис. 2) — видный американский промышленник в сфере оборудования железных дорог, основатель компании Westinghouse, решивший заняться еще и электротехническим бизнесом [2, 4].

Рис. 2. Джордж Вестингауз (1846–1914)

Для того чтобы выйти на рынок со своей продукцией, ему нужны были новые патенты, поскольку основные патенты в этой области принадлежали Эдисону, Вернеру Сименсу (Verner Siemens) и другим конкурентам. Перевести освещение на переменный ток было сравнительно просто, и Вестингауз легко вышел на этот рынок, закупив европейские генераторы и трансформаторы и запатентовав ряд своих ламп накаливания. В 1893 г. он получи большой подряд на электрификацию Всемирной выставки в Чикаго, установив там 180 тыс. ламп накаливания и тысячи дуговых ламп [4].Однако электрические машины были совсем другим делом, поэтому для их разработки он подыскал через патентное ведомство никому не известного изобретателя Николу Теслу, имевшего десятки патентов на системы переменного тока. На встрече в Нью-Йорке в 1888 г. Вестингауз предложил Тесле уступить ему все уже полученные и будущие патенты в обмен на один миллион долларов, пост технического руководителя завода в Питтсбурге и один доллар за каждую л. с. двигателей и генераторов по системе Теслы, установленных на территории США в течение ближайших 15 лет. Третье условие соглашения сыграло в дальнейшем важную роль. Тесла все эти условия принял, и так началось его плодо­творное сотрудничество с Вестингаузом [4].
Будущий великий электротехник Никола Тесла (рис. 3) родился в семье сербского священника, жившей в Хорватии. Учился в Градском политехникуме и Пражском университете, но, не закончив их, поступил на работу в отделение компании Эдисона в Париже, откуда перебрался в США с рекомендательным письмом от директора отделения самому Эдисону.

Письмо гласило: «Я знаю двух великих людей: один из них вы, а второй — молодой человек, которого я вам рекомендую». Разумеется, Тесла был принят незамедлительно, и ему поручили самую ответственную работу с электротехническим оборудованием, включая ликвидацию аварий.

Рис. 3. Никола Тесла (1856 – 1943)

Впрочем, работа в этой компании продолжалась недолго. Поводом к расставанию якобы послужил отказ Эдисона выплатить обещанную премию в 50 тысяч долларов за совершенствование генераторов постоянного тока. Когда Тесла напомнил об этом шефу, тот сказал: «Молодой человек, вы не понимаете американского юмора» [4]. Однако скорее всего причиной ухода Теслы было упорное нежелание Эдисона разрешать молодому сербу заниматься бесколлекторным электродвигателем переменного тока, с мечтой о котором Тесла прибыл из Европы. Поэтому, разумеется, Тесла с радостью принял предложение Вестингауза, которое предоставляло ему прекрасные возможности для работы над своей идеей.

Еще в мае 1888 г. Тесла получил семь патентов США на системы переменного тока и бесщеточные двигатели [4]. Главным в них было новаторское предложение строить всю цепочку генерации, передачи, распределения и использования электроэнергии как многофазную систему переменного тока, включающую генератор, линию передачи и двигатель переменного тока, названный Теслой «индукционным». Пример такой системы показан на рис. 4.

Здесь: 1 — синхронный генератор с возбуждением от постоянных магнитов и с двумя взаимно перпендикулярными фазами обмотки ротора (2), соединенными через контактные кольца (3) и линию передачи (4) с двухфазным индукционным двигателем (5) с обмоткой статора (6) и ротором (7) в виде стального цилиндра со срезанными сегментами [4]. Действие такого двигателя, называемого теперь асинхронным, объяснялось формированием «перемещающегося», а по современной терминологии вращающегося магнитного поля. Для линии дальней передачи предлагалось включение двухфазных повышающего и понижающего трансформаторов. В мае того же года Тесла выступил с большим докладом о многофазных системах на семинаре Американского института инженеров-электриков AIEE (предшественника IEEE). Продолжая исследования, он вскоре реализовал и другие идеи: двухфазный и трехфазный асинхронный двигатель с обмоткой в звезду, трехфазный генератор с нейтралью и без, трех- и четырехпроводные линии электропередачи и т. д. Всего по многофазным системам у Теслы был 41 патент [2].

Рис. 4. Двухфазная система Теслы

Несомненно,Тесле принадлежит патентный, а Вестингаузу промышленный приоритет на многофазные системы переменного тока, поскольку им сразу же было развернуто массовое производство двигателей, генераторов и другой аппаратуры таких систем. Вершиной этой бурной деятельности было строительство в 1895 г. самой крупной по тем временам Ниагарской электростанции на американском берегу Ниагарского водопада, высота которого составляла 48 метров. На плотине было установлено 10 двухфазных генераторов по 3,7 мВт каждый, а также проложена линия электропередачи 11 кВ длиной 40 км в Буффало, где был создан промышленный район с многочисленными потребителями электроэнергии переменного тока [2, 4].

Рис. 5. Опыт Теслы

Однако Теслу тяготила производственная деятельность, и он ушел от Вестингауза, желая и дальше развивать идею дальней передачи электроэнергии, но уже без проводов. Этим он и стал с увлечением заниматься в собственной лаборатории.Его первой мыслью было создать с помощью высоковольтного и высокочастотного излучателя мощное электрическое поле, действующее на значительные расстояния, из которого потребитель мог бы черпать электроэнергию. Тесла изобретает первый электромеханический СВЧ-генератор, использованный позднее в первых радиостанциях и для индукционного нагрева, передающую и приемную антенны, а также резонансный контур приемника для выделения определенной частоты. Всех поразил опыт Теслы, когда при включении генератора безо всяких проводов в его руках загоралась электрическая лампа, как показано на рис. 5.

Тесла был в одном шаге от изобретения радио, но не пошел по этому пути, поскольку его занимала мысль о передаче электроэнергии, а не информации. Однако именно ему принадлежит приоритет в создании телемеханики, реализованной в 1898 г. в виде дистанционно управляемого водяного катера.

Тем временем, многочисленные опыты показывали, что электролампу удается зажигать только на расстоянии не более нескольких сотен метров. Тесла попытался реализовать другой способ передачи электро­энергии: не через атмосферу, а прямо сквозь землю путем возбуждения в земном шаре, как огромном конденсаторе, поверхностных стоячих волн, в пучности которых можно было отбирать энергию в любой точке поверхности Земли. Для этого он построил в местечке Уорденклиф под Нью-Йорком огромную антенну с мощным надземным и подземным возбудителями, подключенными к отдельной электростанции, как показано на рис. 6. Опыты с этой башней по беспроводной передаче электроэнергии в период с 1899 по 1905 г., судя по всему, не дали желаемого эффекта, поскольку Тесла их неожиданно забросил, не опубликовав результатов. И ученые до сих пор спорят, чего же все-таки достиг Тесла в этом эксперименте, поскольку он работал без помощников и не оставил никаких записей [4, 6].

Рис. 6. Башня Уорденклифф

Задача беспроводной передачи электроэнергии не решена до сих пор. Последние достижения используют узконаправленные микроволновое или лазерное излучения для удаленного электропитания космических аппаратов от спутника с солнечными батареями или от управляемых дронов [7]. Экспериментально доказана возможность передачи порядка десятка киловатт на расстояние километров. Другое направление разработок — это лазерное оружие, предвозвестником которого был знаменитый «Гиперболоид инженера Гарина».
Тем не менее заслуги Теслы были всемирно признаны. В честь него единица индукции магнитного поля в системе SI названа «тесла», он был избран членом и почетным доктором наук многих академий и университетов. Одна из самых престижных наград IEEE — медаль Теслы — ежегодно присуждается за выдающиеся заслуги в области производства и использования электроэнергии. Тесле принадлежит около 800 патентов, причем, в отличие от патентов Эдисона, они считаются более новаторскими. Существует несколько памятников Тесле и посвященных ему музеев, среди которых самый впечатляющий находится в Белграде, выпущены банкноты с его портретом (рис. 7).

Рис. 7. Банкнота Сербии

Однако личная жизнь Теслы сложилась неудачно [4, 6]. В конце XIX в. в США разразился экономический кризис, поставивший компанию Вестингауза на грань разорения. Узнав об этом, Тесла явился в штаб-квартиру своего бывшего патрона и публично разорвал их первичное соглашение, потеряв около 10 млн долларов, причитавшихся ему в соответствии с третьим пунктом этого договора. Буквально через две недели после этого великодушного жеста дотла сгорела его великолепная лаборатория, и он остался без средств. В отличие от Эдисона, он не был бизнесменом и вложил все, что у него имелось, в эту лабораторию. После этого Тесла был вынужден проводить свои дальнейшие исследования на различные гранты и пожертвования, в частности, башня Уорденклифф была построена на деньги американского финансиста Моргана.

Биограф Теслы Велимир Абрамович писал: «Пытаясь представить себе Теслу, я не вижу его улыбающимся, а наоборот, грустным…» [6]. Тесла не пил вина, никогда не знал женщин, не имел семьи и умер в одиночестве и бедности в отеле «Нью-Йоркер» [4].

Потребность в передаче электроэнергии на большие расстояния возникла в конце XIX в., прежде всего в связи с широким внедрением систем освещения.

• Такая передача на постоянном токе была технически целесообразной только при высоком напряжении и практически неприемлемой для низковольтного освещения.

• Линии передачи переменного тока с трансформаторами удовлетворяли задачам освещения, однако для промышленности требовались мощные электродвигатели, все известные конструкции которых были постоянного тока.

• Решение этой комплексной проблемы было предложено изобретателем Теслой и предпринимателем Вестингаузом, создавшими многофазные системы переменного тока с синхронными генераторами, линиями передачи и асинхронными двигателями.

• Исследования же Теслы по беспроводной передаче электроэнергии до сих пор не получили практического завершения.

Facebook

Twitter

Вконтакте

Google+

Литература

1. Микеров А. Г. Торжество постоянного тока и роль Томаса Эдисона. Control Engineering Россия. 2016. № 4 (64).
2. История электротехники / Под ред. И. А. Глебова. М.: Изд-во МЭИ. 1999.
3. Шателен М. А. Русские электротехники XIX века.  М.-Л.: Госэнергоиздат. 1955.
4. Цверава Г. К. Никола Тесла (1856–1943). Л.: Наука. 1974.
5. Электродвигатель в его историческом развитии / Сост. Д. В. Ефремов, М. И. Радовский. Под ред. В. Ф. Миткевича. М.-Л.: Изд-во АН СССР. 1936.
6. Абрамович В. Метафизика и космология ученого Николы Теслы. http://nowimir.ru/DATA/030025_3_3.htm
7. Wireless power. https://en.wikipedia.org/wiki/Wireless_power

Исследование беспроводной технологии передачи электричества Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ИССЛЕДОВАНИЕ БЕСПРОВОДНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

DOI 10.24411/2072-8735-2018-10116

Фриск Валерий Владимирович,

МТУСИ, Москва, Россия, [email protected]

Ключевые слова: беспроводной способ передачи электричества, беспроводная зарядка, вихревое электрическое поле, магнитный поток, электромагнитная индукция, вихревые токи, катушка Тесла.

Передача электрической энергии является актуальной задачей. Существуют технологии передачи переменного тока по трем, двум и однопроводным линиям. Беспроводное электричество представляет собой передачу электрической энергии без проводов. Беспроводная электроэнергия — это сравнительно новая и быстро развивающаяся технология. На сегодня стоит задача, как безопасно и эффективно передавать на расстоянии энергию надежно и без перебоев. Беспроводное электричество связано с открытием Майкла Фарадея явления электромагнитной индукции. Он экспериментально установил, что переменное магнитное поле, порождаемое электрическим током, может индуцировать электрический ток в другом проводнике. Практически реализовать идею передачи электричества на расстоянии удалось лишь Николе Тесла. Беспроводные передача электроэнергии представляют собой развивающуюся технологию, вызывающую повышенной интерес. Внедрение этой технологии обеспечивает мобильность и портативность, позволяет отказаться от кабельных сетей. В настоящее время беспроводные технологии становятся более надежными и экономичнее кабельных сетей. Обычно для передачи электрической энергии требуется трансформаторная система повышении напряжения, линия передачи, система понижение напряжения и нагрузка. Показано, что при передаче электроэнергии можно отказаться от явного устройства понижения напряжения.

Представлены результаты экспериментального исследования беспроводного способа передачи электричества между двумя катушками Тесла. Экспериментально установлено, что если две катушки Тесла работают от двух обычных источников электропитания (адаптера электросети или аккумулятора), то вторая катушка может быть отключена от источника своего питания. При этом эта катушка продолжает работать. Первая катушка Тесла является источником электроэнергии для второй катушке Тесла. Приведено теоретическое и экспериментальное доказательство того, что беспроводная передача электрической энергии происходит в соответствии с законами классической физики, вихревым способом. Предлагаемая технология может быть применена для беспроводной зарядки различных мобильных устройств, использована в электромобилях и других подобных устройствах. Так же данная технология может заинтересовать египтологов.

Информация об авторе:

Фриск Валерий Владимирович, доцент кафедры «Теория электрических цепей», к.т.н., МТУСИ, Россия

Для цитирования:

Фриск В.В. Исследование беспроводной технологии передачи электричества // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2018. Том 12. №7. С. 29-32.

For citation:

Frisk V.V. (2018). Research of wireless technology of electricity transmission. T-Comm, vol. 12, no.7, рр. 29-32. (in Russian)

T-Comm Vol.12. #7-2018

Введение

Повышение эффективности и разработка инновационных технологий передачи электроэнергии остается актуальной задачей [7]. В [1] было показано, что по однопроводной линии можно осуществить передачу переменного электрического тока на основе классического закона Фарадея, дифференциального закона Ома и теории вихревых токов. Следовательно, пару соединительных проводов, используемых для подводки электропитания можно рассматривать как две од-нопроводные линии по которым может распространятся индукционный ток вихревым способом [1,2].

Описание экспериментов

Подключим через АП/СГ) адаптер (9 В. 1А) мини катушку Тесла (производство Китай), На плате этого устройства установлен светодиод для индикации подачи питания. Не смотря на свои малые размеры (8 см), данная катушка Тесла может осуществить беспроводное зажигание газонаполненных ламп. Индикацией работы данной катушки Тесла может служить так же образование на конце острия вторичной обмотки катушки процесса стекания яркого коронного разряда (рис, 1).

Для измерения выходного напряжения можно использовать однополюсный киловольтметр [3].

Помимо коронного разряда катушка Тссла генерирует мощное переменное электрическое поле, позволяющее демонстрировать беспроводное свечение люминесцентных ламп, свечение неоновых трубок и как будет показано ниже, беспроводно «запитать» вторую катушку Тесла.

Подключим с помощью USB кабеля вторую мини катушку Тесла (6 см) к источнику постоянного тока (Power bank РВ-ЕС001, 5 В, 1 А). Она имеет практически аналогичную

схему с первой катушкой Тесла. Не смотря та то что она менее мощная, мы можем наблюдать свечение светодиода, стекание коронного разряда и беспроводное зажигание газоразрядной лампы (рис. 2),

Расположим рядом эти две катушки. Расстояние между катушками Тссла примерно 20 см.

Отключим вторую кагушку Тесла от источника питания со стороны USB разъема. Казалось бы, что вторая катушка должна прекратить свою работу. Светодиод на ней должен погаснуть и пропасть коронный разряд. Но как видно из рис. 3 вторая катушка Тесла продолжает работать.

Рис. 3

Если отключить кабель питания второй катушки Тесла со стороны её платы (рис. 4), то вторая катушка Тесла перестает работать.

Рис.4

Как видно из этого эксперимента вторая катушка Тесла прекратила свою работу, Светодиод и газоразрядная лампа не светятся. Первая катушка Тесла по-прежнему продолжат работу.

Анализ экспериментальных данных

Этот эксперимент показывает, что первая катушка Тесла излучает мощное переменное электрическое поле, которое вызывает в отключенном от источника питания кабеле второй катушке вихревой ток (рис. 5) |4, 5, 6].

Иными словами, между первой катушкой Тесла и второй катушкой Тесла образуется канал передачи электричества, позволяющий второй катушки питаться от энергии первой катушки Тесла.

Рис. 1

Рис.2

T-Comm Том 12. #7-2018

Кабель питания

_ТА

Однопроводная линия:

Однопроводная линия 2

<штпх

V

Рис. 5

Данный эффект можно объяснить тем, что кабель питания второй катушки Тесла фактически представляет собой две однопроводной линии (рис. 6).

Источник питания

□ Кабель питания

1 Кабель питания

Рис.6

Беспроводная передача электричества от одной катушки Тесла для питания другой катушке Тесла.

Выводы

1. Экспериментально показано, что возможно организовать беспроводную передачу электричества для непосредственного питания другой катушки Тесла.

2. Теоретически обосновано, что кабель питания катушки представляет собой две однопроводные линии по которым распространяется вихревой ток,

3. Использование данной беспроводной технологии передачи электричества при её в дальнейшем усовершенствовали позволит создавать целые сети передачи электричества.

4. Данная технология может быть с успехом применена и в электротехнической промышленности.

Литература

1. Фриск В.В. Разработка технологии передачи электричества и информации по однопроводной линии II Электросвязь, 2017, №4, С, 72-74.

2. Фриск В В. Вихревые токи в однопроводной линии связи // T-Comm; Телекоммуникации и транспорт. 2013, №10. С. 98-99.

3. РФ Патент на изобретение № 2607728 ОДНОПОЛЮСНЫЙ КИЛОВОЛЬТМГТР Автор: Фриск Валерий Владимирович (RU). Дата государственной регистрации в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 10 января 2017 г.

4. Фриск В.В. Индуктивные токи в однопроводной линии связи / Материалы Междунар.за министерство ti

российской »едграцкк

ТРАНСПОРТ

РОССИИ

XII МЕЖДУНАРОДНЫЙ ФОРУМ И ВЫСТАВКА

T-Comm Vol.12. #7-2018

7Т\

RESEARCH OF WIRELESS TECHNOLOGY OF ELECTRICITY TRANSMISSION

Valery V. Frisk, Moscow Technical University of Communications and Informatics, Moscow, Russia, [email protected]

Abstract

Transmission of electrical energy is an urgent task. There are technologies for the transmission of alternating current through three, two and one-wire lines. Wireless electricity is the transmission of electrical energy without wires. Wireless electricity is a relatively new and rapidly developing technology. Today, the task is how to safely and efficiently transmit energy at a distance reliably and without interruption. Wireless electricity is associated with the discovery of Michael Faraday phenomenon of electromagnetic induction. He experimentally established that an alternating magnetic field generated by an electric current can induce an electric current in another conductor. Virtually to realize the idea of electricity transmission at a distance was succeeded only by Nicola Tesla. Wireless transmission of electricity is a growing technology, causing increased interest. The introduction of this technology provides mobility and portability, allows to abandon cable networks. At present, wireless technologies are becoming more reliable and more economical than cable networks. Typically, the transmission of electrical energy requires a transformer system, voltage increase, transmission line, system voltage reduction and load. In this paper it will be shown that in the transmission of electricity it is possible to abandon an explicit voltage-lowering device.

The results of an experimental study of the wireless mode of electricity transmission between two Tesla coils are presented. It has been experimentally established that if two Tesla coils are operated from two conventional power supplies (an AC adapter or a battery), the second coil can be disconnected from its power source. This coil continues to work. The first Tesla coil is the power source for the second Tesla coil. Theoretical and experimental evidence is provided that the wireless transmission of electrical energy occurs in accordance with the laws of classical physics, in a vortex way. The proposed technology can be used for wireless charging of various mobile devices, used in electric vehicles and other similar devices. Also, this technology may be of interest to Egyptologists.

Keywords: wireless transmission method of electricity, wireless charging, vortex electric field, magnetic flux, electromagnetic induction, eddy currents, Tesla coil.

References

1. Frisk V.V. (2017). Development of technology for transmission of electricity and information on a single-wire line. Electro-communication. No. 4, pp. 72-74. (in Russian)

2. Frisk V.V. (2013). Eddy currents in a single-wire communication line. T-Comm. No. 10, pp. 98-99. (in Russian)

3. RF Patent for invention № 2607728 ONE-POLE KILOVOLTMETER Author: Frisk Valery Vladimirovich (RU). The date of state registration in the State Register of Inventions of the Russian Federation on January 10, 2017. (in Russian)

4.Comm. No.7, pp. 97-99. (in Russian)

6. Frisk V.V. (2017). Use of a single-wire line for transmission of energy and indication of transmission by means of arresters. Proceedings of the Conference «Telecommunication and Computer Systems — 2017», November 22, 2017. Moscow: Hot line — Telecom, pp. 171-173. (in Russian)

7. Strebkov D.S., Nekrasov A.I. (2008). Resonance methods of transmission and application of electrical energy. Moscow: GNU VIESH. 352 p. (in Russian)

Information about author:

Valery V. Frisk, Associate Professor, Ph.D., Moscow Technical University of Communications and Informatics, Moscow, Russia

Н.Тесла и беспроводное электричество. — TechnoAttic

1 Н.Тесла и его вклад в мировую науку

Никола Тесла – выдающийся мировой изобретатель. Перечислить все его заслуги и достижения вкратце очень сложно. Его патенты затрагивают почти все ветви науки, даже такие современные темы как компьютерная логика или аэродинамика.

В современном мире электричество привычно почти так же, как воздух и вода. Крупнейшие из сооруженных человеком механизмов и самые повседневные бытовые приборы работают на электрическом токе. Не будет преувеличением сказать, что современная цивилизация существует благодаря электричеству.
Сейчас мало кто вспоминает о том, что первые серьезные исследования этого явления начались всего два-три столетия назад. Многие великие ученые трудились над тем, чтобы постичь феномен заряженных частиц и обратить их на службу человеку, достаточно назвать имена Ампера, Фарадея, Максвелла, Герца. Среди этих великих имен особое место занимает сербский ученый Никола Тесла. Без его работ мир не был бы таким, каким он является сегодня.
Теслу, во многом опередившего свое время, называют «изобретателем ХХ века». Впрочем, существует мнение, что он «изобрел» и ХХI век. Его имя окутано ореолом тайны, и отделить истину от домыслов бывает трудно[1].

Тесла был гением во многих областях физики. Пожалуй, его можно назвать самым разносторонним изобретателем всех времен и народов. Его сфера деятельности – работа с рентгеновскими лучами, вакуумными трубами, радиационным и космическим излучением.

Разработки инженера, посвященные дистанционному управлению, робототехнике, радарным технологиям и лазерам, стали огромным вкладом в научно-технический прогресс. Последний известный патент Теслы, зарегистрированный в начале 1928 года, — самолет с вертикальным взлетом, еще одно свидетельство широты его инженерного мышления.

Опубликованные в 1931 году работы ученого предлагают систему извлечения энергии, добывая электричество при посредстве температурных колебаний в водах мирового океана.
Тесла широко известен благодаря своему вкладу в создание устройств, работающих на переменном токе, многофазных систем и электродвигателя, позволивших совершить так называемый второй этап промышленной революции.
Также он известен как сторонник существования эфира: известны многочисленные его опыты и эксперименты, имевшие целью показать наличие эфира как особой формы материи, поддающейся использованию в технике.
После демонстрации радио и победы в «Войне токов» (против постоянных токов Эдисона) Тесла получил повсеместное признание как выдающийся инженер-электротехник и изобретатель. Ранние работы Тесла проложили путь современной электротехнике, его открытия раннего периода имели инновационное значение. В США по известности Тесла мог конкурировать с любым изобретателем или учёным в истории или популярной культуре [2].

2 Вымыслы и реальность

Существуют две основные точки зрения на творческую деятельность Николы Теслы «мистическая» и скептическая.

Сторонники первого направления полагают, что признаваемые официальной наукой заслуги Теслы в области электротехники лишь верхушка айсберга. Основных своих достижений исследователь будто бы добился во второй половине своей жизни, когда занялся глобальными исследованиями по извлечению электрической энергии из тела Земли и практическому использованию её в военной области для создания «непробиваемого щита», то есть электромагнитного поля большой мощности, способного закрывать границы государств от иностранного вторжения, а так же «лучей смерти», призванных наносить удары огромной силы по вражеским объектам.

Н.Тесла писал в 1927 г. «Более чем 25 лет назад мои усилия передать большое количество энергии через атмосферу привели к разработке многообещающего изобретения, которое с той поры получило название «Лучи смерти». Основополагающая идея заключалась в создании проводимости в воздухе приемлемым ионизирующим излучением и передачи токов с высоким потенциалом вдоль пути лучей… Эксперименты, проводимые в больших масштабах, показали, что с напряжением много миллионов вольт фактически неограниченное количество энергии может быть передано…»

Журнал «Time» писал 23 июля 1934г.: «На прошлой неделе доктор Тесла объявил комбинацию из четырех изобретений, которые сделают войну бессмысленной. Существом идеи являются смертоносные лучи – концентрированный пучек субмикронных частиц, перемещаемых со скоростью, близкой к скорости света. Пучек, по словам Тесла, будет поражать армию на маршруте полета, сбивая эскадрильи самолетов на дистанции 250 миль (400км). Тесла будет разряжать луч путем использования: прибора для сведения к нулю эффекта задержки частиц в атмосфере; метода создания высокого потенциала; процесс усиления этого потенциала до 50 миллионов вольт; создания гигантской электрической силы воздействия» [3], [8].

Тесла будто бы даже провел успешный эксперимент такого рода: так называемый Тунгусский метеорит, 30 июня 1908 года принесший в район реки Подкаменная Тунгуска огромные разрушения, якобы был делом его рук.

В последствии ученый, осознавая свою ответственность в случае, если столь смертоносное оружие окажется в руках беспринципных политиков, предпочел приостановить, а затем и вовсе уничтожить плоды своих работ. Тот факт, что его архив сразу после смерти оказался в руках ФБР и до сих пор недоступен для ученых, косвенно это подтверждает.

Существует еще множество историй, связанных с изобретениями Теслы. Одной из них стал электромобиль без внешнего источника электроэнергии. Другая – запуск управляемой ракеты на электрической тяге. Есть иные, неподтвержденные данные о причастности Тесла к работам в лаборатории Лос-Аламос (США) и конструировании НЛО, о использовании его проектов в «Филадельфийском эксперименте» и т.п. В интернете можно обнаружить множество сайтов, которые публикуют подобную информацию.

С точки зрения оппонентов, это ровным счетом ничего не доказывает. Имеющиеся в руках исследователей материалы свидетельствуют лишь о более или менее удачных футуристических предсказаниях Николы Теслы, но не более того. Никаких конструктивных текстов, которые бы доказывали, что он конкретно разработал, к примеру, принцип работы Интернета, не имеется. Есть лишь общие рассуждения такого рода. Однако, кроме Теслы, известны и другие люди, умевшие предвидеть будущие технические открытия, например, французский писатель Жюль Верн.

По всей видимости, в этом споре разумнее всего занять промежуточное положение. Из того, что современная наука не в состоянии воспроизвести опыты Теслы, еще не следует, что это не сумеет сделать наука будущего, что они в принципе не воспроизводимы. При этом слепо настаивать на том, что Тесла, не склонный различать мыслительный и реальный, физический, виды экспериментов, всегда и во всем прав, тоже неосмотрительно. Грань между истиной и самообманом в таких случаях очень тонка и опасна [5].

Таким образом, вопрос о наследии Николы Теслы остается открытым. Многие его замыслы еще ждут проверки и, возможно, реализации. Современные инженеры продолжают искать более эффективные способы получения энергии из солнечного света, ветра, морской воды и даже из открытого космоса: необходимость беречь ресурсы нашей планеты становится всё актуальнее.

Тесла подчеркивал необходимость быть экономным более ста лет назад, когда проблема истощения земной коры еще не стояла так остро. Возможно, бережное отношение связано с религиозными убеждениями ученого: он признавался в том, что в глубине души является очень верующим человеком. Известно, что помимо христианского богословия, Тесла много читал восточные учения, в частности Буддизм. Возможно, оттуда он вынес ощущение взаимосвязанности всех происходящих на земле процессов и хрупкости пронизывающей мир гармонии.

Знакомство с основными концепциями Николы Теслы входит в обязательную программу всех, кто изучает электротехнику на Западе. Многие ведущие университеты США например, Калифорнийский университет в Беркли и Массачусетский технологический институт – уделяют особое внимание наследию инженера. Его труды активно изучаются на родине – в Сербии и Хорватии [1].

В последнее время в России так же стали уделять внимание разработкам Теслы. Это стоит особо отметить. В последние десять лет в России опубликованы в переводе с английского все известные труды Николы Теслы. Его творчеству посвящены или его творчеством инспирированы десятки книг российских авторов. Учёному посвящены многочисленные научно-популярные программы на российском телевидении, его имя ставится в один ряд с именем В.И.Вернадского. Было бы вполне естественно, если бы российские учёные получили доступ к огромному массиву ещё не опубликованных и не изученных документов и материалов научного наследия Николы Теслы, объём которого в музее-архиве в шесть раз превышает всё то, что на сегодняшний день опубликовано во всём мире.

Предложение по созданию Российско-сербского общества (института) по изучению научного наследия Николы Теслы было высказано Велимиром Абрамовичем, доктором философии науки (физики и математики) из Белграда. «Я имел возможность познакомиться с некоторыми частями неопубликованного архива и был поражён, когда в одном из документов прочитал описание Теслой того, как остановить распад радиоактивных элементов радия и изотопов урана. Многие современные российские учёные-физики воспринимают идеи Теслы гораздо серьёзнее, чем где-либо в мире. Поэтому считаю, что настало время совместно с российскими коллегами осуществить систематическое изучение драгоценной научной документации Николы Теслы, что могло бы послужить исходной базой не только для новых чистых технологий, но и для ещё более важной цели – познания смысла самой науки»[4].

«…В связи со съёмками своих документальных фильмов о Николе Тесле мне довелось общаться в Белграде не только с учёными разных стран, изучающих наследие Теслы, и руководством Музея Н.Теслы, но и поработать в архиве этого музея. По единодушному мнению исследователей Сербии и других стран, а также хранителей архива, этот архив может подарить мировому сообществу большое число неизвестных идей и разработок Николы Теслы, в которых так нуждается современное человечество. При этом сербские друзья не раз подчёркивали, что в этом благородном и важном для всего человечества деле одна из главных надежд Сербии – на Россию, на её учёных и просто людей, неравнодушных к имени великого Николы Теслы, научное наследие которого целенаправленно замалчивалось в течение многих десятков лет.» — В.Правдивцев, сценарист, режиссёр, писатель, кандидат технических наук.

3 Беспроводная передача электроэнергии

В этом разделе приведены факты и последовательный ход мысли ученого, результатами которых действительно стал реальный коммерческий проект по передаче электроэнергии и радиоволн в любую точку планеты – «Мировая система». Для Теслы уже в то время было несомненно, что должен быть открыт способ передачи электроэнергии и вовсе без проводов. Эта проблема стала предметом внимания ученого в конце 1889 года.

Как одна из частных задач Теслу заинтересовала возможность использовать открытие Максвеллом и Герцем электромагнитной природы света. У него возникла мысль: если свет представляет собой электромагнитные колебания с определенной длиной волны, нельзя ли искусственно получить его не путем нагрева нити электрической лампы накаливания (что дает возможность использовать лишь 5 процентов энергии, превращающейся в световой поток), а путем создания таких колебаний, которые вызвали бы появление световых волн?

В 1889 году Тесла принялся за конструирование генератора переменного тока большой частоты и вскоре создал машину, статор которой состоял из 348 магнитных полюсов. Этот генератор давал возможность получать переменный ток с частотой в 10 тысяч периодов в секунду (10 кГц). Вскоре ему удалось создать и еще более высокочастотный генератор и начать изучение различных явлений при частоте 20 тысяч периодов в секунду [5].

Рисунок 3 – Генератор переменного тока 10кГц

Для получения значительно большего числа периодов и значительно более высоких напряжений, чем это могло быть достигнуто созданными им генераторами токов высокой частоты, необходимо было найти и опереться на иные принципы. Тесла создает свой резонансный трансформатор.

Открытые им в 1890 году принципы электрической настройки резонансного трансформатора и возможность изменять емкость для изменения длины волны электромагнитных колебаний, создаваемых трансформатором, стали одним из наиболее важных оснований радиотехники.

В 1896 году невдалеке от Нью-Йорка Тесла построил небольшую радиостанцию и передавал сигналы на расстояние до 32 километров. К этому времени он увеличил частоту тока на своей отправительной станции (уменьшил длину волны), доведя его до 2 МГц — величины, ранее недостижимой. Сигналы его отправительной установки в Нью-Йорке принимали на судах, движущихся по Гудзону на расстоянии свыше 25 километров. Тесла занялся разработкой схемы передачи радиоволн для управления различными механизмами. В начале 1898 года Тесла создал первую конструкцию судна, управляемого радиосигналами на значительном расстоянии, и испытал его модель в лаборатории на Хьюстон-стрит. 1 июля 1898 года он подал заявку на патент. Примерно в этот же период Тесла получает патент на однопроводную передачу электричества, хотя первые демонстрации свечения ламп, подключенных к передающему проводу только одним контактом проходили еще в 1891г.

В сентябре 1898 года в Медисон-сквер-гардене (один из крупнейших залов Нью-Йорка) проходила ежегодная электрическая выставка. В центре зала был устроен большой бассейн. На одной из стенок его сделали причал, к которому пришвартовывался небольшой ковчег с длинным тонким металлическим стержнем посредине и металлическими трубками, заканчивающимися электрическими лампочками на корме и на носу. Тонкий стержень был приемной антенной, а сам ковчег — первым в мире управляемым по радио судном, одним из наиболее важных изобретений Николы Теслы.

Рисунок 4 – Радиоуправляемое судно

8 ноября 1898 года на это изобретение Николе Тесле был выдан патент в США, а затем и в других странах, в том числе и в России (30 июля 1905 года по заявке от 26 октября 1898 года). Описания опытов в Медисон-сквер-гардене и патента Теслы заполнили страницы газет и журналов. О них писали не только в США, но и в России, Франции, Англии. Снова Тесла стал в центре внимания всех электротехников мира. Таким образом, появилось новое изобретение и новая наука, для которой предложено и новое название — «телеавтоматика», что означает техника управления движениями и действиями автоматов, удаленных на расстояние». Тесла всесторонне разработал основные положения этой новой техники. Чтобы иметь возможность управлять различными автоматами или частями одного автомата, не вызывая действия других, необходима настройка их приемных устройств на разные частоты, посылаемые с одной центральной станции. Это показывает, что Тесла с замечательной прозорливостью понял значение радиоизбирательности, чего другие изобретатели в области радио тогда еще не оценили в должной мере.

Построенные Теслой суда, управляемые по радио, уплывали в открытое море на расстояние в 25 морских миль от управляющей станции, совершали все маневры, требуемые оператором, а затем благополучно возвращались в Нью-Йоркскую гавань [5].

Эти работы имели большое значение для развития той области науки и техники, которая только впоследствии приобрела огромное значение и стала широко известной под названием «инженерная кибернетика», возникшая под влиянием идей «телеавтоматики». Современные управляемые по радио сложные автоматы, ракеты, торпеды, подводные лодки, беспилотная авиация и множество других устройств подобного рода являются результатом продолжения работ Николы Теслы, привлекших внимание последующих изобретателей. И хотя имя Теслы, как одного из основоположников всей современной телеавтоматики и кибернетических машин, не всегда упоминается в литературе, историческая правда заключается в том, что именно ему более чем кому-либо мир обязан зарождением и прогрессом многих важнейших направлений современной техники.

В 1899 года, Тесла переехал в местечко Colorado Springs «Компания колорадских источников», где основал небольшую лабораторию для исследования грозовых разрядов.

Рисунок 5 – Лаборатория в Колорадо Спрингс

Наблюдения над грозами и сопровождавшими их изменениями потенциала Земли Тесла вел с помощью специально сконструированной им установки. Это был трансформатор, один конец первичной обмотки которого был заземлен, а второй, заканчивавшийся шаром, поднят на большую высоту. Так как емкость шара зависела от высоты его подъема над землей, вывод, на котором он был укреплен, сделали составным, позволяющим изменять высоту подъема. Во вторичную обмотку этого трансформатора было включено высокочувствительное самонастраивающееся устройство, соединенное с записывающим прибором.

Всякое изменение потенциала Земли вызывало в витках первичной обмотки импульсы тока, создававшие во вторичной обмотке вторичные токи, отмечаемые регистрирующим прибором. Наблюдение за этими приборами показало, что потенциал Земли непрерывно колеблется. Особенно значительны были эти колебания в период гроз и разрядов молнии. Приборы отмечали более сильные колебания потенциала Земли при отдаленных разрядах, чем при разрядах, происходивших вблизи от них. Наконец во время одной из гроз разгадка была найдена. Тесла так описал это открытие:

«Третьего июля — я никогда не забуду этой даты — я получил первое неопровержимое экспериментальное доказательство истины, имеющей огромное значение для прогресса человечества. Плотная масса сильно заряженных облаков скопилась на западе, и к вечеру разразилась страшная гроза. Растратив большую часть своей ярости в горах, она понеслась с невероятной скоростью над равнинами. Через почти регулярные интервалы времени возникали длительные грозовые разряды. Мои наблюдения теперь облегчились и стали более точными за счет приобретенного опыта. Я научился уже быстро оперировать своими приборами и приготовился к наблюдению. Регистрирующие приборы были соответствующим образом отрегулированы, и их показания становились все слабее по мере возрастания расстояния до грозы, пока совсем не исчезли. Как я и думал, немного погодя показания прибора появились вновь, становясь все сильнее и, пройдя через максимум, постепенно спадали и снова прекращались. То же самое повторялось много раз через регулярные интервалы времени, до тех пор пока гроза, которая, как следовало из простых подсчетов, двигалась с почти неизменной скоростью, не удалилась на расстояние примерно трех сотен километров. Однако и тогда эти странные явления не прекратились, а продолжались с неубывающей интенсивностью. Впоследствии аналогичные наблюдения были выполнены моим ассистентом Фрицем Ловенштейном, и вскоре собранные сведения позволили неопровержимо установить истинную природу этого чудесного явления. Не оставалось никаких сомнений — я наблюдал стоячие волны»[6].

Одна из важнейших задач, разрешить которую Тесла стремился в Колорадской лаборатории, заключалась в получении ясного ответа на вопрос: является ли Земля электрически заряженным телом или нет? Однако наблюдение явления стоячих волн в Земле ясно указывало и на наличие электрического заряда Земли и на возможность вызывать в ней стоячие волны искусственно.

Выяснение этого факта позволило Тесле осуществить эксперимент, имевший весьма важное значение для возможного осуществления его дальнейших планов. Можно ли создавать искусственно путем мощного разряда стоячие волны в Земле, вызывать в ней резонансные колебания и затем использовать их для различных целей?

В высоком деревянном здании лаборатории с раскрывающейся, как у астрономических обсерваторий, крышей был смонтирован усиливающий трансформатор. Он состоял из двух катушек: на огромное заборообразное основание были намотаны витки необычайной по своим размерам первичной катушки. Вторичная катушка этого «усиливающего передатчика» соединялась с мачтой, возвышавшейся на 50 метров над землей и заканчивавшейся медным шаром диаметром в 1 метр. Мачта состояла из отдельных секций и могла быть удлинена или укорочена. Благодаря тому, что крыша над зданием была раздвижной, вокруг вторичной катушки и мачты на значительном расстоянии не было никаких предметов.

Все обмотки этих катушек были рассчитаны так, что при пропускании через первичную катушку тока напряжением в несколько тысяч вольт и при стандартной частоте переменного тока (60 периодов в секунду) во вторичной катушке можно было получить ток весьма высокого напряжения и высокой частоты. При разрядке этой катушки на землю напряжение достигало несколько миллионов вольт при частоте до 150 тысяч периодов в секунду. Первое включение устройства Теслы вывело из строя генератор городской электростанции питавшей его лабораторию и не рассчитанный на такие большие токи. В итоге работ Тесла подтвердил возможность вызвать в Земле явление электрического резонанса и получить стоячие волны. Он предполагал, что распространение возникших в ней волн происходило от «Колорадских источников» по всем направлениям, все расширяющимися окружностями, по поверхности Земли. Они с возрастающей интенсивностью сходились затем в точке, диаметрально противоположной Колорадо, где-то около французских островов Новый Амстердам и Св. Павла, между южной оконечностью Африки и юго-западным углом Австралии. Возвращаясь обратно в «Колорадские источники», эхо волны вновь усиливалось осциллятором (усиливающим трансформатором) и отправлялось обратно к антиподам, к противоположной точке земного шара[5].

Деревянная изгородь вокруг катушек и сидящего в центре Н.Теслы – это первичная обмотка огромного резонансного трансформатора.
Рисунок 6 – Лаборатория в Колорадо Спрингс (внутренний интерьер)

В ходе проведений экспериментов в местных газетах был описан факт зажигания Н.Теслой под аплодисменты собравшейся публики, двух сотен лампочек и запуска электромоторов на расстоянии 42 км от лаборатории.

Продолжение экспериментов последовало уже в гораздо больших масштабах. В 1900г. на острове Лонг-Айленд Тесла основывает комплекс Уорденклиф. 20 акров пустыря были расчищены под здание лаборатории, на остальном участке предполагалось создать городок с населением не менее 2 тысяч человек, приглашенных на строительство сложных сооружений. Затем по мере завершения работ городок должны были заселить тысячи сотрудников лаборатории и самой мощной в мире радиостанции [5] . Подробное описание на английском языке [8]. Завод по производству электроэнергии должен был передавать электричество и радиосигналы беспроводным способом.

«Уорденклиф будет радиотехнической столицей мира», — думал Тесла, руководя развернувшимися работами по созданию мощной радиостанции, предназначенной не только для передачи на самых различных волнах любых сообщений, но и для многих, известных лишь в наше время применений радиотехники: телеуправления, локации и других. Вторую станцию для передачи во все точки земного шара электроэнергии для силовых нужд и освещения он намеревался построить у Ниагарского водопада. Едва ли кто-либо другой, кроме самого изобретателя, твердо верил в осуществимость этого грандиозного проекта. Фантастичность его мечтаний поражала всех, кто был с ними знаком.

Радиостанция Теслы должна была представлять деревянную каркасную башню высотой в 57-60 метров, на вершине которой помещался огромный медный шар. Техника того времени не знала случаев строительства подобных зданий из дерева. Когда же в 1902 году башня была закончена, Тесла переселился туда же в небольшой коттедж, где и жил в последующие несколько лет.

Рисунок 7 – Башня Н.Тесла в Уорденклиф (США) – «Мировая система»

Описывая свои открытия и изобретения, на которых основано действие «Мировой системы», Тесла называл свой резонансный трансформатор, осциллятор для получения токов высокой частоты, усиливающий трансформатор для возбуждения стоячих волн в земле и другие приборы и аппараты. Тесла считал одним из важнейших своих открытий, имеющих огромную практическую ценность, обнаружение стоячих волн во время опытов в Колорадо Спрингс. Изобретение избирательной передачи, то есть возможности одновременной передачи бесконечного множества различных сигналов без взаимных помех и воздействия их на различные приемные устройства или их части, должно было обеспечить развитие «телеавтоматики», значение которой не раз показывал Тесла в своих предыдущих статьях.

Все эти и многие другие его изобретения, описанные в брошюре о «Мировой системе», обеспечивали, по мнению Теслы, беспроводную передачу бесплатной электроэнергии в любых количествах в любую точку земного шара. Подробная конструкция, кажущегося фантастическим, проекта описана в патенте США №1119732 от 1 декабря 1914г. «Устройство для передачи электроэнергии»[7]. Отдельные составляющие части системы еще в 4-5 (или более) патентах.

Рисунок 8 – Пробный запуск башни в Уорденклиф

Пробный пуск невиданного сооружения состоялся в 1903 году и произвел потрясающий эффект. «Тесла зажег небо над океаном на тысячи миль», — писали газеты. С помощью катушки размером в 61 метр, полюс которой возглавляла большая медная сфера, возвышающаяся над его лабораторией, Тесла генерировал потенциалы, которые разряжались стрелами молний длинной до 40 метров. Гром от высвобождаемой энергии мог быть услышан за многие мили. Люди, идущие по улицам были поражены, наблюдая искры, скачущие между их ногами и землей, и электрические огни, выпрыгивающие из крана, когда его открывали. Вокруг экспериментальной башни пылал шар диаметром в 30 метров. Лошади в сбруе получили шоковые электроудары через их металлические подковы и металлические предметы привязи на стойлах. Даже насекомые были повреждены: бабочки стали наэлектризованными и беспомощно кружились кругами на своих крыльях, бьющих струями синих ореолов «Огней Святого Эльма» (The July 14th-17th 1903 reports from «The New York Sun»).

Рисунок 5 – Внутренний интерьер лаборатории Уорденклиф 1903г.

Однако строительство не было закончено. «Увы, — писал Тесла, — по сей день моя установка «беспроволочной передачи энергии» не построена; ее сооружение за последние два года продвигается слишком медленно. Та установка, которую я сейчас строю, представляет собой всего игрушку. Генератор с максимальной мощностью всего в 10 миллионов лошадиных сил может произвести лишь легкое сотрясение планеты знаком и словом — телеграфом и телефоном. Когда же я увижу завершенной эту первую установку, этот большой генератор, который я сейчас разрабатываю, установку, от которой ринется сквозь землю ток напряжением в сто миллионов вольт? Установка, которая даст энергию порядка одной тысячи миллионов лошадиных сил, равная мощности ста Ниагарских водопадов…»

От Моргана Тесла получил письмо с уведомлением о прекращении финансирования. Одна из версий следующая: против ученого ополчилась вся мировая энергетика, основанная на проводном способе передачи энергии. Если бы система Теслы победила, произошел бы всемирный крах уже сложившейся энергетики. Особенно были обеспокоены «энергетические короли» в самих США. На финансировавшего строительство «Мировой системы» Дж. П. Моргана было оказано политическое и финансовое давление, и работы были остановлены [4]. В начале Первой мировой войны уже построенную башню взорвали по причине, что ею могут воспользоваться немецкие шпионы для наведения на Нью-Йорк начиненных взрывчаткой радиоуправляемых самолетов.

Тесла всю жизнь оставался убежденным в том, что его предложение об использовании Земли в качестве среды для передачи электромагнитных волн дало бы такой же, а может быть, еще более важный для практических целей результат, как и осуществляемая в наши дни передача их через воздух.

В последние годы своей жизни Тесла часто говорил, что он, по-видимому, действительно слишком рано требовал от людей понимания его проектов и, представляя себе значение их для развития науки и техники, не представлял условий, при которых они могли бы получить полное развитие. Критически оценивая результаты своей работы в области передачи электроэнергии без проводов, он говорил: — «Пожалуй, я действительно зашел слишком далеко вперед. Без нее еще можно обходиться до тех пор, пока моя многофазная система удовлетворяет потребности мира. Но на тот случай, когда возникнет необходимость, система передачи электроэнергии без проводов уже готова».

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

[1] Никола Тесла / А.В. Жаркова// 100 человек, которые изменили ход истории. – 2009 №93.

[2] Википедия [Электронный ресурс].

[3] Стребков, Д.С. Резонансные методы передачи и применения электрической энергии. Изд. 3-е, перераб. и доп. / Стребков Д.С., Некрасов А.И. – М.: ГНУ ВИЭСХ, 2008. – 352с.

[4] Дельфис [Электронный ресурс]. – www.delphis.ru/journal/article/nasledie-ntesly-prishlo-vremya-izuchat#anc0

[5] Ржонсницкий, Б. Н. Никола Тесла. / Ржонсницкий Б. Н. – М.: «Молодая гвардия», 1959. — 224 с

[6] Тесла, Н. Колорадо-Спрингс. Дневники. 1899-1900 / Тесла. Н – Самара: Издательский дом «Агни», 2008. – 460 с: ил.

[7] Тесла, Н. Патенты / Тесла. Н – Самара: Издательский дом «Агни», 2009. – 496с.

[8] The Wardenclyffe Laboratory & the World Wireless System – http://teslaresearch.jimdo.com/wardenclyffe-lab-1901-1906/

[9] Цифровые цветные фото – Rex Hebert http://www.magnetricity.com/Tesla/Tesla.php#Gallery

NZ для испытания первой в мире коммерческой беспроводной передачи энергии на большие расстояния

Новозеландский стартап разработал метод безопасной беспроводной передачи электроэнергии на большие расстояния без использования медного провода и работает над его реализацией со вторым по величине дистрибьютором электроэнергии в стране.

Мечта о беспроводной передаче энергии далеко не нова; Любимый всеми гений электрики Никола Тесла однажды доказал, что он может питать лампочки с расстояния более двух миль с помощью 140-футовой катушки Тесла в 1890-х годах — не говоря уже о том, что при этом он сжег динамо-машину на местной электростанции и погрузил весь город Колорадо-Спрингс в затемнение.

Tesla мечтала разместить по всему миру огромные башни, которые могли бы передавать энергию по беспроводной сети в любую точку земного шара, обеспечивая электроэнергией дома, предприятия, промышленность и даже гигантские электрические корабли в океане. Инвестор Дж. П. Морган убил эту идею одним вопросом: «Где я могу поставить счетчик?»

На это ушло 120 лет, но новозеландская компания Emrod, похоже, наконец убедила крупного дистрибьютора электроэнергии в необходимости перехода на беспроводную связь в коммерческих целях.Powerco, второй по величине дистрибьютор в Новой Зеландии, инвестирует в Emrod, чья технология, похоже, позволяет гораздо более эффективно перераспределять большие объемы электроэнергии между любыми двумя точками, которые могут быть соединены с помощью реле прямой видимости.

«Нам интересно посмотреть, сможет ли технология Emrod дополнить устоявшиеся способы доставки электроэнергии», — сказал Николя Вессио, менеджер по трансформации сети Powerco. «Мы планируем использовать это для доставки электричества в отдаленные места или через районы со сложным рельефом.Также есть потенциал, чтобы использовать его, чтобы держать свет для наших клиентов, когда мы проводим техническое обслуживание нашей существующей инфраструктуры ».

Emrod в настоящее время имеет рабочий прототип своего устройства, но построит еще один для Powerco с планами доставки Октябрь, затем проведите несколько месяцев в лабораторных испытаниях, прежде чем перейти к полевым испытаниям. Прототип устройства будет способен выдавать «всего несколько киловатт» мощности, но его можно легко масштабировать. «Мы можем использовать ту же технологию для передачи В 100 раз больше мощности на гораздо больших расстояниях », — сказал основатель Emrod и серийный предприниматель Грег Кушнир.«Беспроводные системы, использующие технологию Emrod, могут передавать любое количество энергии, передаваемой проводными решениями».

В системе используются передающая антенна, ряд реле и приемная выпрямительная антенна (выпрямляющая антенна, способная преобразовывать микроволновую энергию в электрическую). Каждый из этих компонентов выглядит на этих изображениях просто как большие старые квадраты на столбах. Его лучи используют неионизирующий промышленный, научный и медицинский диапазон радиочастотного спектра, включая частоты, обычно используемые в Wi-Fi и Bluetooth.

В отличие от всемирно доступной мечты Теслы о свободной энергии, здесь энергия передается прямо между определенными точками, без излучения вокруг луча, а «занавес безопасности маломощного лазера» немедленно отключает передачу энергии перед любым объектом, например птицей, дрон, вор или вертолет могут коснуться дальнего света. На этот раз разобраться, где разместить счетчик, не составит труда.

Emrod говорит, что он работает в любых атмосферных условиях, включая дождь, туман и пыль, а расстояние передачи ограничено только прямой видимостью между каждым реле, что дает ему возможность передавать мощность на тысячи километров, что составляет долю от затраты на инфраструктуру, затраты на обслуживание и воздействие на окружающую среду, которое оказывает проводное решение.

Действительно, Эмрод рассматривает беспроводную передачу как ключевую технологию для возобновляемой энергии, которая часто вырабатывается далеко от того места, где она необходима. Такая система могла бы быть великолепной для доставки продуктов оффшорного и удаленного производства возобновляемой энергии в городские сети без необходимости в гигантских аккумуляторных батареях и т.п.

Грубый снимок временного грузовика с силовой трансмиссией

Emrod

Это также будет полезно при некоторых незапланированных отключениях; грузовик можно оснастить ректенной, а затем управлять им в любом месте в зоне видимости реле для создания временного беспроводного подключения к источнику питания.

Компания поддерживала связь с органами управления радиочастотным спектром в Новой Зеландии на протяжении всего процесса разработки с целью соблюдения всех стандартов безопасности, даже когда технология масштабируется вплоть до высоких уровней мощности, процесс, по словам Кушнира, также помог Emrod в разработке. рекомендации для компаний, которые будут использовать эту технологию.

Мы связались с Эмродом, чтобы узнать больше об эффективности, размере, форме и состоянии текущего прототипа, планах на будущее и о том, что действительно произойдет, если вы засунете руку в середину балки, и предоставим вам дополнительную информацию, когда мы можем.

Обновление: мы поговорили с основателем Emrod Грегом Кушниром, которому было чем поделиться в нашем интервью.

Источник: Emrod

Насколько мы далеки от беспроводного электроснабжения? | Леон Оквотч | Predict

Кто-то может возразить, что беспроводное электричество — одно из тех разрекламированных изобретений, которые нам не обязательно нужны. В конце концов, мы уже передаем электричество, и все работает нормально.

Это далеко не так. Скрытые затраты на традиционный метод передачи электроэнергии чрезвычайно высоки.

Прокладка линий электропередач и их обслуживание обходятся дорого, не говоря уже о географических ограничениях, которые ограничивают распространение электрических сетей в отдаленные районы.

Корабли в море, электромобили или самолеты потенциально могут перезаряжаться во время движения. Это решило бы проблему дальности полета, особенно для предлагаемых коммерческих электрических самолетов.

Но, возможно, самой большой революцией, которую он произведет, будет переход на экологически чистый и дешевый возобновляемый источник энергии для всего мира.

Мы можем реализовать это двумя способами:

1. Дистанционная передача солнечной энергии

Согласно данным Global Energy Statistics, общее потребление энергии в мире в 2019 году составило 13000 миллионов тонн нефтяного эквивалента (MTOE).

Это соответствует 17,3 тераватт мощности.

Теперь, если мы покроем территорию размером 350 на 350 км солнечными панелями, это может обеспечить более 17,4 ТВт энергии. Эта площадь составляет около 43000 квадратных миль. Великая пустыня Сахара — это примерно 3 балла.6 миллионов квадратных миль более 12 часов солнечной энергии в день.

Это означает, что 1,2% пустыни достаточно для удовлетворения мировых потребностей в энергии. И нет никакого способа, которым ядерный синтез или любой другой разрабатываемый в настоящее время более чистый источник энергии не может конкурировать с этим.

Что, если беспроводное электричество станет обычным явлением, мы будем использовать небольшую часть Сахары для сбора солнечной энергии и передачи ее по всему миру без необходимости в дорогостоящих медных проводных линиях? Разве это не было бы большим прорывом в решении энергетического кризиса, загрязнения окружающей среды и изменения климата?

2.Космическая солнечная энергия

Гигантские солнечные панели, собирающие солнечную энергию в космосе и передающие ее обратно на Землю, звучат как безумная сцена из футуристического научно-фантастического фильма.

Идея космической солнечной энергии (SBSP), концептуализированная российским ученым Константином Циолковским в 1920-х годах, по большей части оставалась неуловимой.

Все постепенно меняется. Несколько месяцев назад Европейское космическое агентство объявило о своем плане профинансировать SBSP как средство решения проблемы изменения климата за счет развития производства зеленой энергии.

Космическая солнечная энергетическая система обеспечит чистой энергией всех и всех.

SBSP будет использовать концепцию беспроводного электричества. План состоит в том, чтобы преобразовать электричество солнечных элементов в энергетические волны и использовать электромагнитные поля для передачи их вниз к антенне на поверхности Земли. Затем антенна преобразует волны обратно в электричество.

SBSP — привлекательное решение для надвигающегося энергетического кризиса благодаря ряду преимуществ, которые позволят ему вырабатывать больше энергии:

• В космосе всегда солнечный полдень.Использование солнечных панелей на Земле ограничено дневным светом и погодными условиями.
• Солнечные панели могут получать более интенсивный солнечный свет из-за отсутствия препятствий со стороны атмосферных газов, облаков, пыли и других погодных явлений. Атмосфера Земли обычно поглощает и отражает часть солнечного света.
• Спутник с солнечной панелью можно освещать круглосуточно и без выходных. В настоящее время земные панели собирают солнечную энергию в среднем 29% дня.
• Электропитание можно быстро перенаправить в области, которые в нем больше всего нуждаются.

Излишне говорить, что SBSP по-прежнему сталкивается с многочисленными препятствиями, крупнейшими из которых являются затраты на запуск и развертывание огромных солнечных панелей. В качестве возможных решений исследуются новые методы производства, такие как 3D-печать сверхлегких солнечных элементов.

Работает ли беспроводная передача энергии?

Бусакорн ПонгпарнитGetty Images

• В Новой Зеландии правительство спонсирует работу и тестирование стартапа беспроводной электросети.
• Система включает в себя микроволновые пучки определенной формы, которые проходят через реле, такие как повторители.
• Никола Тесла провел первые эксперименты с авиацией 12 лет назад, но медная проволока заменила все остальное.

---

Энергетический стартап под названием Emrod заявляет, что приносит беспроводное электричество в Новую Зеландию, спустя более века после того, как Никола Тесла впервые продемонстрировал, что это возможно. Как и для самого высокопроизводительного спутникового подключения к Интернету, каналу Emrod требуется только прямая видимость.

В своем заявлении основатель Emrod Грег Кушнир говорит, что его мотивировал особый набор навыков Новой Зеландии, а-ля Лиам Нисон в Taken.

«У нас есть множество чистой гидроэнергетики, солнечной и ветровой энергии, доступной по всему миру, но есть дорогостоящие проблемы, связанные с доставкой этой энергии с использованием традиционных методов, например, прибрежных ветряных электростанций или пролива Кука здесь, в Новой Зеландии, требующих подводные кабели, установка и обслуживание которых дороги ».

🔬 Наука все объясняет. Найди ответы.

Устраняя необходимость в длинных участках традиционной медной проводки, Эмрод говорит, что он может подавать электроэнергию в более труднопроходимую местность и места, которые просто не могут позволить себе определенный уровень физической инфраструктуры. Это также может иметь последствия для окружающей среды, поскольку во многих местах, которые не подключены к электросети, используются, например, дизельные генераторы.

Прямо сейчас Эмрод проводит испытания на «крошечном» большом расстоянии — посылая «несколько ватт» туда и обратно примерно на 130 футов, — сказал Кушнир New Atlas.Прямая видимость важна, потому что технология полагается на четкий, ограниченный луч от одной точки к другой.

«Энергия передается через электромагнитные волны на большие расстояния с использованием запатентованной Emrod формы луча, метаматериалов и технологии ректенн», — объясняет Эмрод.

---

Дополнительный кредит

❏ Узнайте, как работает беспроводная зарядка.

❏ Узнайте, как построить зарядную станцию ​​в мастерской.

❏ Узнайте больше о чертовски крутых научных и технических функциях Pop Mech.

---

«Ректенна» превращает магнитные волны в электричество. Квадратный элемент, установленный на шесте, действует как точка прохода, через которую проходит электричество, а более широкая площадь поверхности, так сказать, улавливает всю волну. Луч окружен лазерным забором с низким энергопотреблением, поэтому он не убивает пролетающих мимо птиц или легковые автомобили. По словам Эмрода, если когда-либо произойдет сбой, он может отключить ректенну, установленную на грузовике, чтобы восполнить недостающие опоры реле.

Как правило, подобная технология кажется неправдоподобной из-за таких проблем, как потеря точности сигнала при передаче по воздуху, а затем с помощью ряда технологий-посредников.Но релейная технология Эмрода, которая, как говорится, «перефокусирует луч», не использует никакой мощности и почти не теряет.

Кушнир сообщает New Atlas:

«Эффективность всех разработанных нами компонентов довольно высока, близка к 100 процентам. Большая часть потерь приходится на передающую сторону. В качестве передающей стороны мы используем твердотельные элементы, и это, по сути, те же электронные элементы, которые вы можете найти в любой радиолокационной системе или даже в своей домашней микроволновой печи. На данный момент они ограничены примерно 70-процентной эффективностью.Но в этом направлении идет большая разработка, в основном связанная с коммуникациями, 5G и так далее ».

Проекту оказывают помощь электроэнергетические компании Новой Зеландии и правительство.

«Прототип получил некоторое государственное финансирование и был спроектирован и построен в Окленде в сотрудничестве с Callaghan Innovation», — сообщает Эмрод на своем сайте, имея в виду «агентство по инновациям» правительства Новой Зеландии. «Он был номинирован на премию Королевского общества, и вторая по величине компания по распределению электроэнергии Новой Зеландии, Powerco, будет первой, кто протестирует технологию Emrod.«

Кушнир говорит, что расстояние и мощность нагрузки сначала будут довольно низкими — несколько киловатт будут передаваться на более короткие расстояния в пределах Новой Зеландии. Но, по его словам, гипотетический предел расстояния и мощности будет увеличиваться до почти непостижимых величин. Все, что нужно сделать Эмроду, — это сделать ректенны побольше.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на пианино.io

Беспроводная передача энергии, открывающая мир возможностей

Для многих «беспроводная передача энергии на большие расстояния» звучит как запутанный жаргон, связанный в одно предложение. Для других это звучит как футуристическая фантазия, которая когда-то была не очень успешной несбыточной мечтой Николы Теслы. Для Эмрода это вполне реальное решение некоторых из самых серьезных проблем с энергоснабжением на сегодняшний день с бесконечными возможностями (буквально) изменить ландшафт мира.

Итак, что такое беспроводная передача энергии на большие расстояния (WPT)? И как можно использовать беспроводную мощность в реальных сценариях?

Что такое технология беспроводной передачи энергии и как она работает

Беспроводная передача энергии (WPT) — это, вероятно, то, что вы себе представляете; мощность, передаваемая из одного места в другое, без необходимости использования традиционных медных катушек (или проводов) для передачи ее туда. Как беспроводная зарядка вашего мобильного телефона, но в гораздо большем масштабе.

Энергия передается через электромагнитные волны на большие расстояния с использованием запатентованной Emrod формы луча, метаматериалов и технологии выпрямления. Для этой технологии требуется передающая антенна для передачи энергии и приемная антенна (ректенна), чтобы делать то, что предполагает ее название, принимать и преобразовывать луч обратно в электричество. Между двумя антеннами можно использовать реле, чтобы увеличить расстояние, по которому может пройти энергия.

Emrod был основан с целью оказать положительное влияние на как можно большее количество людей, поэтому для широкого распространения беспроводной передачи энергии она также должна быть безопасной.И Эмрод делает именно это. Лучи используют обычные электромагнитные частоты в диапазоне ISM, которые используют такие вещи, как Wi-Fi и Bluetooth. Кроме того, двухточечная передача означает отсутствие утечки энергии вокруг луча. Если по какой-либо причине что-то пересекает луч, как птица, он немедленно отключается. Это означает, что птица никогда не касается ничего, кроме чистого воздуха. Emrod не похож на более актуальный пример, 5G, который распространяет повсюду низкие уровни электромагнитного излучения, неизбежно погружая и поражая человеческое тело.

История технологии беспроводной передачи энергии

Передача энергии с помощью микроволн существует уже несколько десятилетий. Фактически, еще в 1891 году Никола Тесла решил поставлять электроэнергию по беспроводной сети. Это привело его к созданию катушки Тесла — первой системы, которая могла передавать энергию без проводов. Он протестировал беспроводную передачу энергии с помощью радиочастотного резонансного трансформатора катушки Тесла. Ему удалось создать переменные токи высокого напряжения и высокой частоты, которые позволили ему без проводов передавать энергию на короткие расстояния.К сожалению, Тесла так и не смог развить технологию катушек. Однако его изобретения полностью изменили понимание и использование электричества.

Затем, в 70-х годах, НАСА показало, что может поддерживать беспилотный вертолет в воздухе, заряжая его микроволнами с земли, однако они не развили технологию дальше до точки, когда она была бы коммерчески жизнеспособной… Подсказка Эмрода.

Больше всего изменилась технология метаматериалов.Новые материалы позволили Эмроду невероятно эффективно преобразовывать энергию обратно в электричество. Таким образом, технология становится жизнеспособной для коммерческого использования.

Варианты использования беспроводной системы передачи энергии:

Доступ к возобновляемым источникам энергии и улучшение передачи в удаленные места

Доступ к надежной электроэнергии является ключом к экономическому прогрессу и процветанию. Тем не менее, острова, фермы, отдаленные населенные пункты и морские ветряные электростанции часто полагаются на подводные кабели или одиночные линии через сложную местность.Кроме того, эти линии и кабели требуют дорогостоящей установки и обслуживания. Неудивительно, что это зачастую непомерно дорого, и многие остаются без надежного источника питания. WPT устраняет необходимость в дорогостоящем обновлении инфраструктуры или дублировании на труднопроходимой местности.

В этих случаях Emrod может снизить затраты на установку и обслуживание до 85%. Делает экономически выгодным использование удаленных, устойчивых источников энергии, соединение сообществ и повышение устойчивости сети.

С помощью WPT энергоснабжение природного заповедника, такого как остров Стюарт / Ракиура, может осуществляться за счет излучения устойчиво генерируемой гидроэнергии с Южного острова Новой Зеландии. Или это может позволить островным государствам Тихого океана получить доступ к возобновляемым источникам энергии на суше. Уменьшение их зависимости от дизельных генераторов, обеспечение электроэнергией отдаленных населенных пунктов и снижение местных затрат на электроэнергию. Не говоря уже о возможностях открытия для них нового экспортного рынка.

Подача энергии на край распределения

Последняя миля (или километр) распределительной сети является дорогостоящей и часто экономически невыгодной.Например, прибрежный город, окруженный пересеченной местностью, или ферма на другой стороне большой долины. В таких ситуациях установка и обслуживание БПЭ может быть значительно дешевле по сравнению с традиционными решениями для линий электропередач, аккумуляторных батарей или микросетей.

Прекрасный пример Новой Зеландии — Пиха, прибрежный город на западном побережье Окленда. Пиха не только спрятан за гористой местностью, но и выдерживает основные удары сильных ветров и штормов. Все это затрудняет сохранение целостности и надежности линий электропередач круглый год.

В Новой Зеландии Emrod работает вместе с Powerco над улучшением непрерывности поставок на последней миле и экономической жизнеспособностью.

Замена генераторов для беспроводной передачи энергии

Наверное, каждый на каком-то этапе своей жизни слышал громкое жужжание генератора. Хотя шум в лучшем случае раздражает, нам пришлось с ним мириться, потому что это удобное портативное устройство, обеспечивающее источник питания по требованию. Компании, критичные к электроснабжению, такие как телекоммуникационные компании и больницы, часто используют их в качестве систем аварийного резервного копирования.Однако они дороги в эксплуатации, загрязняют окружающую среду, являются шумными, а в случае сбоя требуется некоторое время для развертывания или активации.

Вместо этого для плановых и внеплановых отключений можно использовать беспроводную передачу электроэнергии для устранения «разрыва» в сети, вызванного отключением линий. Мобильные установки на грузовиках или компактные стационарные системы могут передавать электроэнергию тем, кто в ней нуждается. Предлагая решение для сокращения времени простоя и затрат, без шума и загрязнения, как у традиционного генератора.

Формируя будущее

Выше приведены некоторые способы, которыми беспроводная передача энергии может и поможет миру, но как насчет некоторых из менее очевидных способов использования этой технологии?

Для работы беспроводным системам передачи энергии просто необходима прямая видимость от одного конца до другого, по которому можно передавать энергию.Итак, о чем можно мечтать?

Мы представляем мир, в котором технология Emrod используется для питания электромобилей и кораблей, а также для питания беспилотных летательных аппаратов в полете над городскими районами или сельскими пейзажами. Для нас не исключены даже бестопливные перелеты на самолетах.

Следите за этой страницей, мы только начинаем!

Беспроводная передача электроэнергии

Беспроводная передача электроэнергии

Международный журнал научных и технических исследований, Том 4, выпуск 6, июнь-2013 142

ISSN 2229-5518

Беспроводная передача электроэнергии Дханашри Коткар2 Ашок Бханге1 kdhanashree27 @ gmail.com, [email protected],

1SDCE Selu-Kate, Wardha, 2DES’sCOET Dhamangaon (Rly.), (Индия)

РЕЗЮМЕ: различные технологии, доступные на сегодняшний день для беспроводной передачи электроэнергии, и потребность в Обсуждается возможность использования беспроводной системы передачи энергии в реальных условиях, их преимущества, недостатки и экономическое обоснование. Технология, используемая для беспроводной передачи энергии, известна как остроумие. Беспроводная передача энергии — не новая идея; Никола Тесла предложил теории беспроводной передачи энергии в конце 1800-х — начале 1900-х годов.Работа Теслы была впечатляющей, но она не сразу привела к широкому распространению практических методов беспроводной передачи энергии. С тех пор многие исследователи разработали несколько методов перемещения электричества на большие расстояния без проводов. Некоторые существуют только как теории или прототипы, но другие уже используются. В 2007 году исследователи из Массачусетского технологического института во главе с Марин Сойячич обнаружили эффективный способ передачи энергии между катушками, разделенными на несколько метров.Они окрестили эту технологию остроумием. Остроумие основано на связанных резонансных объектах. Два резонансных объекта с одинаковой резонансной частотой имеют тенденцию эффективно обмениваться энергией, не меняя местами окружение. Исследователи демонстрируют способность передавать 60 Вт с эффективностью примерно 40% на расстояние более 2 метров. В настоящее время проект ищет передачу энергии в диапазоне 100 Вт. Поскольку остроумие находится в стадии разработки, предстоит проделать большую работу по улучшению диапазона передачи мощности и эффективности.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: электричество, надежность, беспроводная передача, технология witricity.

ВВЕДЕНИЕ

В нынешней системе производства электроэнергии мы тратим больше половины ее ресурсов. В частности, потери при передаче и распределении являются главной проблемой современной энергетической технологии. Большая часть этой мощности теряется при передаче от генераторов электростанции к потребителю. Сопротивление провода, используемого в системе распределения электрической сети, приводит к потере 26-30% генерируемой энергии.Эта потеря означает, что наша нынешняя система распределения электроэнергии эффективна только на 70-74%. Мы должны подумать об альтернативных современных технологиях для передачи и распределения электроэнергии. В наши дни глобальный сценарий сильно изменился, и во всех областях произошли огромные изменения. Если мы не поспеем за развитием новых энергетических технологий, мы столкнемся с тенденцией к снижению в развитии электроэнергетики. Передача энергии без проводов может быть прекрасной альтернативой передаче электроэнергии.Это один из недостатков электричества. Хотя это может облегчить жизнь людей, это может добавить много беспорядка в процесс. По этим причинам ученые попытались разработать методы беспроводной передачи энергии, которые могли бы уменьшить беспорядок или привести к чистым источникам электроэнергии. Беспроводная передача энергии — не новая идея. Многие исследователи разработали несколько методов беспроводной передачи энергии
. Но остроумие — это новая технология, используемая для беспроводной передачи энергии.Использование этой технологии позволяет передавать электроэнергию на удаленные объекты без проводов. Изобретатели остроумия — исследователи из Массачусетского технологического института (MIT). Они разработали новую технологию беспроводной передачи электроэнергии, основанную на связанных резонансных объектах. В этом используются резонансные магнитные поля. Таким образом, потери мощности уменьшаются. Система состоит из передатчиков и приемников.Передатчики и приемники содержат рамочные магнитные антенны из медных катушек, настроенные на одну и ту же частоту.

ПЕРВАЯ БЕСПРОВОДНАЯ ПЕРЕДАЧА ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

В этом замечательном открытии «Истинной беспроводной связи» и принципов, на которых основаны передача и прием даже в современных системах, доктор Никола Тесла показывает нам, что он действительно является » Отец беспроводной связи «. Самая известная и известная башня Ворденклиф (Башня Тесла) была спроектирована и построена в основном для беспроводной передачи электроэнергии, а не для телеграфии.Самая популярная из известных концепций — это теория Тесла, в которой твердо считалось, что Wardenclyffe (рис. 1) позволит использовать беспроводную связь.

IJSER © 2013 http://www.ijser.org

International Journal of Scientific & Engineering Research, Volume 4 , Выпуск 6, июнь-2013 143

ISSN 2229-5518

передача и прием на большие расстояния с незначительными потерями. Несмотря на это, он провел множество высококачественных экспериментов, чтобы подтвердить свое утверждение о возможности беспроводной передачи электроэнергии.Но это был досадный случай, когда люди того века были не в состоянии признать его великолепную работу, иначе сегодня мы можем передавать электричество по беспроводной сети и превратить нашу мать-Землю в чудесный саман, полный электричества.

Рис.1 187-футовая башня Wardenclyffe

WITRICITY TECHNOLOGY

Источники питания и устройства захвата Witricity — это

специально разработанные магнитные резонаторы, которые эффективно передают мощность на большие расстояния через магнитное поле ближнего поля.Эти запатентованные конструкции источников и устройств, а также электронные системы, которые ими управляют, поддерживают эффективную передачу энергии на расстояния, которые во много раз превышают размеры самих источников / устройств. Источник питания Witricity слева подключен к сети переменного тока. Синие линии представляют собой магнитное поле в ближней зоне, индуцированное источником питания. Желтые линии представляют поток энергии от источника к катушке захвата Witricity, которая, как показано, питает лампочку. Обратите внимание, что на этой диаграмме также показано, как магнитное поле (синие линии) может огибать проводящее препятствие между источником питания и устройством захвата.

Рис. 2 Иллюстрация

Синие линии — магнитное поле в ближней зоне

Желтые линии — поток энергии. Передача энергии всенаправленная и более эффективная. Лампа подключена к устройству захвата.

ИЗОБРЕТЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ WITRICITY

КАК ЭТО НАЧИНАЛОСЬ

История началась поздно ночью несколько лет назад, когда
профессор Массачусетского технологического института Марин Солячич стоял в своей спальне и смотрел на свой мобильный телефон на кухне. прилавок. Вероятно, это был шестой раз за месяц, когда его разбудил писк мобильного телефона, давая ему понять, что он забыл зарядить его.В этот момент ему пришло в голову: «Электричество проведено по всему дому, по всему моему офису, везде. Этот телефон должен сам позаботиться о подзарядке! Но чтобы это стало возможным, нужно было найти способ передачи энергии от существующей проводной инфраструктуры на сотовый телефон — без проводов. Солячич начал думать о физических явлениях, которые могли бы воплотить эту мечту в реальность.

СВЯЗАННЫЕ РЕЗОНАТОРЫ ПОДХОДИЛИ ДЛЯ СИТУАЦИИ Чтобы обеспечить беспроводную передачу энергии практичным и безопасным способом, необходимо использовать физическое явление, которое позволяет источнику питания и устройству (в данном случае мобильному телефону) обмениваться энергией. сильно, но слабо взаимодействует с живыми существами и другими объектами окружающей среды, такими как мебель и стены.Явление связанных резонаторов точно подходит под это описание. Два резонансных объекта с одинаковой резонансной частотой имеют тенденцию к эффективному обмену энергией, при этом слабо взаимодействуя с посторонними нерезонансными объектами. Ребенок на качелях — хороший пример резонансной системы. Поскольку крыло демонстрирует своего рода механический резонанс, то только когда ребенок качает ногами с собственной частотой качания, он может передать значительную энергию движению качелей.

СИЛЬНАЯ СВЯЗЬ

Считается, что связанные резонаторы работают в режиме сильной связи
, если их скорость передачи энергии существенно выше, чем скорость, с которой они теряют энергию из-за таких факторов, как поглощение материала и излучение. В режиме сильной связи передача энергии может быть очень эффективной. Эти соображения универсальны и применимы ко всем видам резонансов (например, акустическим, механическим, электромагнитным и т. Д.). Сойачич и его коллеги из Массачусетского технологического института (Каралис и Яннопулос) намеревались исследовать и разработать физическую теорию того, как позволить сильносвязанным магнитным резонаторам передавать энергию на расстояния, которые позволили бы создать беспроводное устройство

IJSER © 2013 http: // www.ijser.org

Международный журнал научных и инженерных исследований, том 4, выпуск 6, июнь-2013 144

ISSN 2229-5518

Зарядка, которую впервые представил Сойачич. Их теоретические результаты были опубликованы сначала в 2006 г., а затем в 2008 г. в Annals of Physics. После того, как физические теории были разработаны, Сойачич и его команда (Курс, Каралис, Моффатт, Яннопулос и Фишер) приступили к их экспериментальной проверке.Теория была разработана, чтобы охватить широкий спектр связанных резонаторных систем, но экспериментальная работа была сосредоточена на доказательстве того, что магнитно-связанные резонаторы могут обмениваться энергией в соответствии с предсказаниями теории и необходимыми для беспроводной зарядки или устройств, таких как сотовые телефоны. Команда исследовала систему из двух электромагнитных резонаторов, связанных своими магнитными полями. Они смогли идентифицировать сильно связанный режим в этой системе и показали, что сильная связь может быть достигнута на расстояниях, которые значительно превышают размер самих резонансных объектов.Команда доказала, что в этом сильно связанном режиме можно обеспечить эффективную беспроводную передачу энергии. Их успешный эксперимент был опубликован в журнале Science в 2007 году.

РОДИЛАСЬ ТЕХНОЛОГИЯ WITRICITY

ОСНОВНОЙ ПРИНЦИП:

Основная концепция Witricity-Wireless Electricity — это магнитный резонанс. Два резонансных объекта с одинаковой резонансной частотой имеют тенденцию к эффективному обмену энергией, при этом рассеивая относительно небольшое количество энергии на посторонних нерезонансных объектах.В системах связанных резонансов часто существует общий «сильносвязанный» режим работы. Если в данной системе можно работать в этом режиме, ожидается, что передача энергии будет очень эффективной. Передача мощности среднего уровня, реализованная таким образом, может быть почти всенаправленной и эффективной, независимо от геометрии окружающего пространства, с низкими помехами и потерями в объектах окружающей среды. Приведенные выше соображения применимы независимо от физической природы резонансов.Схема эксперимента состояла из двух медных катушек, каждая из которых представляла собой саморезонансную систему. Одна из катушек, подключенная к источнику переменного тока, была резонансным источником. Другая катушка, устройство резонансного захвата, была подключена к лампочке на 60 Вт. Источник питания и устройство захвата были подвешены в воздухе с нейлоновой нитью на расстояниях от нескольких сантиметров до более 2,5 метров (8,2 фута). Не только лампочка горела, но и теоретические предсказания высокой эффективности на расстоянии были подтверждены экспериментально.Поместив различные объекты между источником и устройством захвата, команда продемонстрировала, как магнитное ближнее поле может передавать энергию через определенные материалы и вокруг металлических препятствий. Таким образом, мечта профессора Солячича
найти способ беспроводного подключения мобильных электрических устройств к существующей электросети была реализована. Вскоре была создана компания Witricity Corp., которая перенесла эту технологию из лабораторий Массачусетского технологического института в коммерческое производство.

Фиг.3 Связь с нерасторопной волной

Рис. 4 Вт или kingfig

1) Питание от сети до антенны, которая сделана из меди
2) Антенна резонирует с частотой около
6,4 МГц, производя электромагнитные волны
3) «Хвосты» энергии от антенны «туннели» до 5 м
(16,5 футов)
4) Электричество, принимаемое антенной ноутбука, которая также должна резонировать на частоте 6,4 МГц. Энергия, используемая для подзарядки устройства.
5) Энергия, не передаваемая портативному компьютеру, повторно поглощается антенной источника.Люди / другие объекты, не подверженные воздействию, не резонируют на частоте 6,4 МГц

КАТУШКИ ПЕРЕДАТЧИКА И ПРИЕМНИКА

Объединенная цепь передатчика и приемника составляет
, называемую цепью связи. Это сердце всей системы, поскольку именно здесь осуществляется беспроводная передача энергии. Эффективность схемы связи определяет количество мощности, доступной для системы приемника.

КОНСТРУКЦИЯ

Катушки передатчика и приемника были разработаны
бывшими студентами Корнелла, Лукасом Йоргенсеном и Адамом
Калберсоном.Катушки имели резонансную частоту 4,8
— 5,3 МГц, которую можно было настроить с помощью нашего генератора
(позже генератора сигналов), чтобы достичь резонанса.

IJSER © 2013 http://www.ijser.org

International Journal научно-технических исследований, Том 4, Выпуск 6, июнь-2013 145

ISSN 2229-5518

частота катушек. Базовую конфигурацию конструкции можно увидеть из таблицы и изображения ниже.

Рис.5 Структура катушек.

ВНЕДРЕНИЕ СИСТЕМЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

Две одинаковые спиральные медные катушки, одна для источника и одна для нагрузки, были сконструированы командой Массачусетского технологического института для магнитной связи. Путем точной настройки высоты катушек они смогли вызвать сильную магнитно-резонансную связь между двумя катушками на среднем расстоянии. Катушка источника, в свою очередь, была индуктивно связана с одиночным контуром из медного провода, который присоединен к генератору Колпитца.Приемная магнитная катушка была индуктивно связана с петлей из медного провода, прикрепленной к лампе мощностью 60 Вт. Чтобы проверить точность своих теоретических выводов, команда MIT сравнивает теоретические и экспериментальные значения. Сравниваются экспериментальные и теоретические значения эффективности в зависимости от расстояния.

Рис.6 Эффективность на расстоянии

Рис.7 Полученная мощность на расстоянии

ПРЕИМУЩЕСТВА ПРЕИМУЩЕСТВА WITRICITY

1. Отсутствие необходимости в кабелях питания и батареях —
Witricity заменяет использование кабелей питания и батарей.
2. Не создает помех радиоволнам

3. Характер подачи питания всенаправленный, то есть во всех направлениях

4. Снижение электронных отходов за счет устранения необходимости в шнурах питания
5. Менее дорогостоящие — компоненты передатчик и приемники дешевле. Так что эта система дешевле.
6. Отрицательные последствия для здоровья — при использовании резонансной связи длина волны намного меньше и, таким образом, делает его безвредным.

IJSER © 2013 http: // www.ijser.org

International Journal of Scientific & Engineering Research, Volume 4, Issue 6, June-2013 146

ISSN 2229-5518

ПРАКТИЧНОСТЬ И БЕЗОПАСНОСТЬ

1. Демонстрация остроумия еще слишком недавняя и слишком целенаправленная, чтобы делать какие-то определенные выводы.
2. Метод остроумия предполагает передачу мощности на расстояние около метра, что далеко не идеально, но все же очень впечатляет.
3. Если технология будет улучшена и отточена до такой степени, что ее можно будет «производить», она может обратить внимание любого числа отраслей.
4. Команда Массачусетского технологического института заявила, что ее открытие отличается от всех предыдущих усилий, потому что в нем используется «магнитно-связанный резонанс», что означает, что он будет не только безопасным, но и достаточно эффективным.

10. ПРИЛОЖЕНИЯ

Технология беспроводной передачи энергии Witricity
может применяться в самых разных приложениях и средах
.Способность нашей технологии передавать энергию безопасно, эффективно и на большие расстояния может улучшать продукты, делая их более удобными, надежными и экологически чистыми. Для обеспечения можно использовать технологию Witricity.

ПРЯМОЕ БЕСПРОВОДНОЕ ПИТАНИЕ: когда все необходимое устройству питание предоставляется по беспроводной сети, и батареи не требуются. Этот режим предназначен для устройства, которое всегда используется в пределах досягаемости источника питания Witricity.

АВТОМАТИЧЕСКАЯ БЕСПРОВОДНАЯ ЗАРЯДКА: когда устройство с аккумуляторными батареями заряжается при использовании или в состоянии покоя, не требуя замены шнура питания или батареи.Этот режим предназначен для мобильного устройства, которое можно использовать как в зоне действия источника питания Witricity, так и вне его. Технология Witricity предназначена для производителей оригинального оборудования (OEM) для встраивания непосредственно в свои продукты и системы.

В МОБИЛЕ: Недавно поиск был проведен и в мобильной связи, различные компании также использовали ту же технологию, для большей производительности или для большей выгоды и ради них. Например: 1) Samsung Galaxy

2) Lumia

3) Apple

4) Toyota

Это последняя версия для беспроводной передачи электроэнергии.

ТЕХНОЛОГИЯ WITRICITY СДЕЛАЕТ ВАШИ ПРОДУКТЫ

БОЛЬШЕ УДОБНО:

· Нет необходимости в ручной подзарядке или замене батарей.

· Избавьтесь от неприглядных, громоздких и дорогих шнуров питания.

БОЛЕЕ НАДЕЖНО:

· Никогда не разряжайте аккумулятор.
· Уменьшите количество отказов продукта, исправив «самое слабое звено
»: изгиб проводов и механические соединения.

БОЛЬШЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

· Сократите использование одноразовых батареек.

· Используйте эффективную электрическую «мощность сети» напрямую вместо неэффективной зарядки аккумуляторов.

Рис. 8 Электронное оборудование

БЫТОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

(телефоны, ноутбуки, игровые контроллеры и т. Д.) Дома, в машине, офисе, в точках доступа Wi-Fi. Пока устройства в употреблении и мобильные.

.Прямое беспроводное питание стационарных устройств (телевизоров с плоским экраном, цифровых фоторамок, аксессуаров для домашних кинотеатров, беспроводных громкоговорителей и т. Д.). Исключение

дорогостоящей нестандартной проводки, неприглядных кабелей и источников питания типа «
бородавок».

.Прямое беспроводное питание периферийных устройств настольного ПК: беспроводной мыши, клавиатуры, принтера, динамиков, дисплея и т. Д. Без использования одноразовых батарей и неудобной прокладки кабелей.

INDUSTRIAL

. Прямые беспроводные соединения питания и связи через вращающиеся и движущиеся «суставы» (роботы, упаковочное оборудование, сборочное оборудование,

IJSER © 2013 http://www.ijser.org

International Journal of Scientific & Engineering Research, Volume 4, Issue 6, June-2013 147

ISSN 2229-5518

, станки)… устранение дорогостоящей и подверженной сбоям электропроводки.

. Прямое беспроводное подключение к источнику питания и связи в точках использования в суровых условиях (бурение, добыча полезных ископаемых, под водой и т. Д.), Где прокладка проводов нецелесообразна или невозможна.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ

Имеется множество концепций, исследовательских работ, патентов
по беспроводной передаче электроэнергии, но большая часть исследовательской работы проводилась изолированно, поэтому необходимы совместные совместные усилия, чтобы получить очень полезные результаты по этой передовой технологии в области энергетики. передача на благо человечества во всем мире в будущем.Что бы ни принесло будущее, универсальное применение этих великих принципов полностью обеспечено, хотя это может занять много времени. С открытием первой электростанции недоверие уступит место удивлению, а теперь — неблагодарности, как всегда. Люди пренебрегли им и его хорошей работой. Он заслужил гораздо лучшего обращения со стороны магнатов его возраста, чем провести последние 40 лет своей жизни в крайней нищете. Однако он был слишком джентльменом, чтобы затаить злобу.Вместо этого, относительно увеличительного передатчика, Тесла написал в своей автобиографии: «Я не желаю доставлять некоторым недалеким и завистливым людям удовлетворение от того, что они помешали моим усилиям. Эти люди для меня не более чем микробы отвратительной болезни. Мой проект тормозили законы природы. Мир не был к этому подготовлен. Это было слишком далеко впереди времени. Но в конце концов все те же законы возобладают и приведут к триумфальному успеху. Если бы этого не произошло, то сегодня мы окажемся в чудесном мире изобилия энергии, использующего технологию беспроводной передачи электроэнергии.

ОБЪЕМ БУДУЩЕГО

Больше никаких батарей, зарядных устройств и проволочных спагетти. Это будущее, обещанное «беспроводной энергией», средством передачи электроэнергии по воздуху на ноутбуки, плееры iPod и другие гаджеты без использования кабелей и розеток. Ожидается, что аудиоколонки и цифровые фоторамки станут одними из первых коммерческих продуктов, продемонстрированных на этой неделе в Лас-Вегасе на Международной выставке бытовой электроники, крупнейшей в мире выставке гаджетов.Эксперты считают, что это только начало и что в конечном итоге беспроводное электричество, которое некоторые называют «остроумием», может сделать для времени автономной работы то же, что Wi-Fi сделал для Интернета. В мире без проводов пользователи ноутбуков в кафе и терминалах аэропортов оказались бы внутри «точки доступа электричества», и им больше не нужно было бы копаться в ногах, сумках и мебели в поисках неудобно расположенной розетки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Передача энергии без проводов — это не теория или простая возможность, теперь это реальность.Электроэнергия может быть экономично передана без проводов на любые земные расстояния. Беспроводная передача электроэнергии имеет огромные достоинства, такие как высокая целостность передачи и низкие потери (эффективность 90-
, 97%), и может передаваться в любую точку земного шара и устраняет необходимость в неэффективной, дорогостоящей и капиталоемкой сети кабелей, опор и т. Д. и подстанции. Система снизит стоимость электроэнергии, используемой потребителем, и избавится от ландшафта из проводов, кабелей и опор электропередачи.У него есть незначительные недостатки, такие как реактивная мощность, которая оказалась незначительной и биологически совместимой. Это имеет огромное экономическое влияние на человеческое общество. Ежемесячные счета за электроэнергию от устаревших, работающих на ископаемом топливе, подверженных потерям электрифицированных услуг по доставке электрифицированных сетей будут необязательными, во многом как «смартфон» сегодня.

ССЫЛКИ:

[1 http://www.WiTricitypower.com

[2] http://www.sciencemag.org/cgi/data/1143254/DC1/1 [3] http: // www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/114325

4

[4] http://www.sciencemag.org/cgi/rapidpdf/1143254?ijkey

= 94ff.Ay4jRMqU & keytype = ref & siteid = sci (дата обращения:

) 5 декабря 2011 г.).

[5] Неха Багга, Джошуа Грунтмейр, Сэмюэл Льюис, «Беспроводная передача энергии», декабрь 2004 г. [6] Онлайновый источник, http://diranieh.com/Electrenicas/OpAmps3

.htm # Relaxation_Oscillator.

[7] Хан М.З. Шамс и Мохаммед Али, Беспроводная передача энергии

к датчику, погруженному в бетон, IEEE Sen-sors Journal 7 (2007), нет.12, 1573–1577.

IJSER © 2013 http://www.ijser.org

Наследники Tesla — Электроэнергия может передаваться по воздуху | Наука и технологии

25 февраля 2021 года

B EHIND NIKOLA TESLA’S Бывшая лаборатория в Уорденклиффе на Лонг-Айленде, штат Нью-Йорк, является старым фундаментом. Это все, что осталось от 57-метровой башни, которую Тесла начал строить в 1901 году в рамках эксперимента по беспроводной передаче информации и электричества на большие расстояния.Это наполовину сработало. Как он и предсказывал, беспроводная связь изменила мир. Но ему не удалось заставить электричество путешествовать очень далеко. Как следствие, в течение пяти лет работы прекратились, а башня была позже списана, чтобы помочь ему выплатить долги. Тесла — пионер, который, среди прочего, разработал генерацию и передачу переменного тока, — исчез в относительной безвестности.

Послушайте эту историю

Ваш браузер не поддерживает элемент

Больше аудио и подкастов на iOS или Android.

И так оставалось до тех пор, пока Илон Маск не возродил имя Tesla в качестве бренда его компании по производству электромобилей. Теперь видение Теслы о беспроводной передаче энергии, похоже, тоже возвращается. Фирма Emrod из Окленда в сотрудничестве с Powerco, дистрибьютором электроэнергии в Новой Зеландии, разработала прототип системы для использования в закрытом испытательном центре. Затем, в рамках отдельного проекта, планируется передать энергию от солнечной фермы на Северном острове клиенту, находящемуся в нескольких километрах.

Цель состоит в том, чтобы передавать мощность в виде узкого луча микроволн. Это устранит два фундаментальных недостатка в плане Теслы. Один из них — как взимать с людей плату за электричество, которое они могут просто черпать из воздуха. Другой — необходимость преодолеть закон распространения излучения, согласно которому сила сигнала обратно пропорциональна квадрату расстояния, которое он прошел от передатчика. В результате мощность сигнала резко падает даже на коротких расстояниях.Передача мощности узким лучом вместо излучения во всех направлениях помогает свести к минимуму проблему.

Энергетическое излучение, как известен процесс Эмрода, было опробовано и раньше, но в основном для военных приложений или для использования в космическом пространстве. В 1975 году NASA , американское космическое агентство, использовало микроволны для передачи 34k Вт электроэнергии на расстояние 1,6 км — рекорд, который все еще сохраняется. Однако он никогда не разрабатывался для коммерческого использования.

Операция Эмрода начнется осторожно.Он начнется с передачи того, что Грег Кушнир, основатель фирмы, описывает как «несколько киловатт» на расстояние 1,8 км. Затем он будет постепенно увеличивать мощность и расстояние. Важнейшей переменной является эффективность, с которой это можно сделать. По словам Кушнира, сейчас это около 60%. Этого, по его мнению, уже достаточно, чтобы сделать передачу энергии коммерчески жизнеспособной в некоторых обстоятельствах, например, в удаленных районах, не тратя деньги на дорогостоящие линии электропередач. Но, чтобы улучшить положение, у Эмрода есть еще две уловки в рукаве.Один из них — использовать реле. Другой — приправить приемники так называемыми метаматериалами.

Реле, которые представляют собой пассивные устройства, которые не потребляют никакой энергии, работают как линзы, перефокусируя микроволновый луч и отправляя его по своему пути с минимальными потерями при передаче. Они также могут направить его, если необходимо, в новом направлении. Это означает, что передатчик и приемник не обязательно должны находиться в зоне прямой видимости друг друга.

Метаматериалы — это композиты, содержащие крошечные количества проводящих металлов и изолирующие пластмассы, расположенные таким образом, что они определенным образом взаимодействуют с электромагнитным излучением, таким как микроволны.Они уже используются в так называемых маскирующих устройствах, которые помогают военным кораблям и военным самолетам укрываться от радаров. Но их также можно использовать в приемной антенне для более эффективного преобразования электромагнитных волн в электричество.

Распространение мощных микроволн по воздуху сопряжено с риском. В конце концов, подобные волны — это средства, с помощью которых микроволновые печи нагревают то, что в них помещено. Эмрод говорит, что кратковременное воздействие его лучей не должно причинить никакого вреда людям или животным, поскольку плотность мощности относительно низкая.Тем не менее, чтобы избежать несчастных случаев, лучи будут окружены так называемыми лазерными завесами. Это маломощные лазерные лучи, которые сами по себе не вредны. Но если занавес сдвигается из-за вмешательства таких вещей, как птицы или низколетящие вертолеты (которые в Новой Зеландии используются для задержания овец), это прерывание будет немедленно обнаружено, и микроволновая передача временно отключена. Батареи на принимающей стороне будут заряжаться во время любых отключений.

Если power-beaming действительно получит успех, у Emrod не будет этой области, так как ряд других фирм работают над этой идеей.TransferFi, базирующаяся в Сингапуре, разрабатывает систему, которая формирует лучи радиоволн, которые обычно имеют более низкую частоту, чем микроволны, для передачи мощности конкретным приемным устройствам. Это краткосрочная идея, разработанная для питания гаджетов на фабриках и в домах.

Американская компания PowerLight Technologies работала с вооруженными силами этой страны над использованием лазеров для передачи энергии на удаленные базы, а также для питания беспилотных летательных аппаратов в воздухе. Компания также уделяет внимание коммерческим приложениям.Так же поступает и японская инжиниринговая фирма Mitsubishi Heavy Industries. В частности, у Mitsubishi большие амбиции. Помимо промышленного применения на Земле, он изучает возможности использования этой технологии для передачи энергии на землю с геостационарных спутников, оснащенных солнечными панелями. Для этого потребуется передать его на расстояние более 35 000 км. Это не столько «поднять меня, Скотти», сколько «поднять». ■

Примечание редактора (23 февраля 2020 г.): в эту статью внесены поправки, чтобы прояснить, что Эмрод реализует два отдельных проекта.

Эта статья появилась в разделе «Наука и технологии» печатного издания под заголовком «Смотри, никаких проводов!»

Никола Тесла — Мир без проводов

22 апреля 2013 г.

— Тони Шмидт, дизайнер экспонатов

Представьте, что ваш дом оснащен небольшим приемником, который улавливает беспроводное питание, а затем распределяет его по беспроводному каналу на все устройства в вашем доме. — я.е. нет розеток. Может ли наступить день, когда наши автомобили будут работать за счет энергии, передаваемой просто по воздуху?

Никола Тесла

Знакомьтесь: Никола Тесла, родившийся в 1856 году в Смиляне, Хорватия, иммигрировавший в Соединенные Штаты в 1884 году. Его прозвали такими титулами, как Сербский чародей, Человек, который изобрел двадцатый век, Отец электричества, Мастер Молнии, Волшебника с Молнией в руках и Забытого гения, и это лишь некоторые из них. В предисловии к книге «Волшебник: жизнь и времена Николы Теслы» Марк Сейфер описывает текст, озаглавленный «Возвращение голубя:

».

«, в котором утверждалось, что был человек, не рожденный с этой планеты, который в младенчестве приземлился в горах Хорватии в 1856 году.Выросший «земными родителями» аватар прибыл с единственной целью — открыть новую эру. Обеспечив людей настоящим рогом изобилия изобретений, он, по сути, создал технологическую основу современной эпохи ».

Жизненный труд Николы Теслы в качестве изобретателя, инженера-электрика, инженера-механика, физика и футуриста привел к получению примерно 300 патентов по всему миру с такими вкладами, как флуоресцентное и неоновое освещение, двигатель переменного тока, рентгеновские лучи, робототехника, дистанционное управление, лазер, спидометр, машина для землетрясения, непонятное устройство луча смерти, беспроводная связь и беспроводная передача энергии, и это лишь некоторые из них.Давайте перемотаем назад несколько слов — вы правильно прочитали — Беспроводное питание?

Чтобы оценить, насколько далеко продвинулись концепции Tesla для беспроводной связи, сначала представьте себе конец 1880-х годов; где до того времени дома освещались свечами, а мощность постоянного тока (DC) становилась коммерчески доступной как новинка. Томас Эдисон руководил распределением электрической системы постоянного тока и строил электростанции примерно на каждой квадратной миле, чтобы постоянный ток мог преодолевать короткие расстояния.Неэффективно! Тесла осознал недостатки этой системы и в 1887 году установил патенты на свои конструкции многофазного асинхронного двигателя переменного тока (AC) и трансформатора, которые позволили энергии перемещаться на гораздо большие расстояния. Промышленник Джордж Вестингауз осознал потенциал переменного тока и приобрел патенты у Tesla. Когда Westinghouse управляла коммерческим распределением электроэнергии переменного тока, последовала полномасштабная промышленная война за мощность переменного и постоянного тока. Посмотрите это забавное видео Тесла против Эдисона из второго сезона «Эпических рэп-битв истории», посвященное битвам между AC и DC.

Аппарат для передачи электрической энергии

Считается, что когда Тесла спроектировал первую гидроэлектростанцию ​​на Ниагарском водопаде в 1895 году, окончательная победа переменного тока наступила. Спасибо, Тесла! Но это все еще был зашитый мир…

Это была катушка Тесла, изобретенная в 1891 году, которая проложила путь его будущим исследованиям в области беспроводной энергии. Катушка Тесла — это электрическая резонансная трансформаторная цепь, способная принимать электричество 110 вольт (США) из вашего дома и быстро преобразовывать его в огромное количество высокого напряжения, высокой частоты и малой силы тока.Высокочастотный выход небольшой катушки Тесла, например, может освещать люминесцентные лампы, расположенные на расстоянии нескольких футов без каких-либо проводных соединений.

В рамках выставки галереи сотрудников CREATE 2013 PGAV я построил небольшую катушку Тесла, чтобы лично засвидетельствовать беспроводное питание; И что удивительно, это сработало! Посмотрите мою записанную демонстрацию здесь. Мы стремились не только исследовать электрические системы, но и исследовать само электричество. Опыт превратился в путешествие по таким вещам, как конденсаторы дверной ручки и лейденские банки, заполненные соленой водой, магнитный провод, вещь, называемая «искровым разрядником», индукционные и резонансные цепи, первичные и вторичные катушки, регуляторы напряжения, голубоватые коронирующие дуги и флуоресцентные лампы. трубка, которая загоралась у меня на глазах без какого-либо проводного подключения.Что с этим делать?

Катушка Тесла СОЗДАТЬ 2013

В своей лаборатории в Колорадо-Спрингс 1899-1900 гг. Тесла сделал то, что он считал своим самым важным открытием — земные стационарные волны. Согласно Мемориальному обществу Теслы в Нью-Йорке, «этим открытием он доказал, что Землю можно использовать в качестве проводника и что она будет реагировать, как камертон, на электрические колебания определенной частоты. Он также зажег 200 ламп без проводов на расстоянии 25 миль и создал искусственные молнии.Говоря о Колорадо-Спрингс, Дэвид Боуи изображает Теслу того времени в номинированном на Оскар фильме 2006 года «Престиж», где увеличивающий (силовой) передатчик Теслы (усовершенствованная версия катушки Тесла) неоднократно фигурирует, когда он строит загадочное изобретение. для фокусника, которого изображал Хью Джекман. Некоторые из самых ярких экспериментов Теслы проводились в Колорадо-Спрингс.

В более крупном масштабе Башня Теслы Уорденклиф на Лонг-Айленде, штат Нью-Йорк, была возведена в 1901 году, чтобы служить трансатлантической башней беспроводной связи и демонстрацией беспроводной передачи энергии.Согласно описанию Научного центра Тесла:

«В последнюю неделю июля 1903 года жители района Шорхэм испытали то, что должно было стать единственным испытанием оборудования Tesla на этом объекте. Повсюду раздался громовой шум. Несколько ночей были замечены световые индикаторы, исходящие от башни. Их видели даже на южном берегу Коннектикута. Через несколько дней после этих испытаний его мечта была разрушена, когда кредиторы из Westinghouse конфисковали его более тяжелое оборудование за неуплату за оказанные услуги.”

Башня Уорденклиф

Башня высотой 187 футов, которая, по словам Мелвина Сондерса, выглядела как «большая решетчатая деревянная нефтяная вышка с грибовидной шляпкой», была разрушена в 1917 году в результате взрыва динамита по приказу правительства США. угроза безопасности. Это стало величайшим поражением Теслы до его смерти 7 января 1943 года. Во многом благодаря усилиям Мэтью Инмана, художника-карикатуриста из Сиэтла, создателя theoatmeal.com, которому удалось собрать 1,3 миллиона долларов на восстановление Башни и лаборатории Теслы с помощью своего рекламного ролика. назвал «Почему Никола Тесла был величайшим компьютерщиком из когда-либо живших».Благодаря его усилиям по сбору средств это историческое место было спасено и куплено недавно созданным Научным центром Тесла в Ворденклиффе за счет средств не только на восстановление бывших лабораторных помещений, но и на оснащение его как научного центра «экспонатами исследовательского типа». » также.

Каким был бы мир, если бы видение Tesla о беспроводной энергии было успешным? Сегодня начинают появляться небольшие примеры беспроводной передачи энергии, например, с использованием индуктивной связи (электрическая зубная щетка и силовые коврики, которые передают энергию на батареи устройства).В февральский выпуск журнала «Дестинология» PGAV за 2013 год была включена статья «Прогнозирование будущего направлений». В этой статье есть заключительный сегмент о персональном питании и батареях с «огромным количеством энергии и вдали от проводного электричества». Чтобы ознакомиться с примером этой развивающейся технологии, ознакомьтесь с этим исследованием, проводимым в Университете штата Иллинойс в Урбане-Шампейн: «Новая конструкция литий-ионной батареи, которая в 2000 раз мощнее, заряжается в 1000 раз быстрее».

Приведут ли усовершенствования аккумуляторов и устройств, оснащенных приемниками энергии, к глобальной системе беспроводной передачи энергии? Что, если бы наши экспонаты, часто заполненные механическими интерактивными устройствами, цифровыми средствами массовой информации, театральным освещением и всеми услугами базового уровня, питались полностью без проводов? Возможно ли, что ВСЕ может получать беспроводное питание? Как это повлияет на наш подход к дизайну? Точки питания / данных не будут частью планирования.Может показаться, что интерактивные предметы почти живут собственной жизнью — представляете, какое влияние на них окажет робототехника? Самое главное, могли бы мы просто иначе думать об электроэнергии? Возможно, это уже происходит каждый раз, когда мы заменяем лампы накаливания на люминесцентные… предсказал Тесла в 1930 году в журнале Science & Invention: «Тесла картирует наше электрическое будущее».

Еще одно предсказание Теслы, которое я очень хочу увидеть:

«Одно из наиболее важных применений беспроводной энергии, несомненно, будет для приведения в движение летательных аппаратов, к которым можно легко подавать питание без подключения к земле, поскольку, хотя поток токов ограничен Землей, в ней создается электромагнитное поле.