Bežični prenos energije
Bežični prenos energije je proces koji se odvija u bilo kom sistemu gde se električna energija prenosi od izvora do potrošača, bez spajanja istih u električni sklop. Bežični prenos je posebno bitan u slučajevima kada je potreban trenutan ili stalan prenos energije, ali je spajanje provodnikom nezgodno, opasno ili nemoguće.
Iako su osnovni principi u uba slučaja povezani, ovaj prenos se razlikuje od bežičnog prenosa informacija, gde je procenat energije koji je primljen jedino bitan ako postane premali da bi se razlučio signal. S bežičnim prenosom energije, efikasnost je važniji uslov što stvara važne razlike između ovih dveju tehnologija.
Istorija uredi
1864: Džejms Klerk Maksvel napravio matematički model ponašanja elektromagnetnog zračenja. 1888: Rudolf Herc je potvrdio postojanje elektromagnetnog zračenja. Hertzova "mašina za stvaranje elektromagnetnih talasa" je opšte prihvaćen kao prvi radio odašiljač. 1894: Jagdiš Bose je potpalio barut i zazvonio udaljenim zvonom koristeći elektromagnetne talase, pokazujući da se komunikacioni signali mogu slati bez upotrebe žica. 1895: Jagdiš Bose je poslao signale na rastojanje od skoro tri kilometra. [1] 1897: Guljelmo Markoni je poslao Morzeovu azbuku na rastojanje od 6 km. 1897: Nikola Tesla (pronalazač radija, mikrotalasa i naizmenične struje) patentira svoje prve patente u vezi Vardenklifovog tornja. 1900: Markoniju nije odobren patent za pronalazak radija u Sjednjenim Američkim Državama. Kancelarija za patente je napomenuo da "Markonijevo glumljeno neznanje principa" Teslinog oscilatora "je skoro apsurdno ...". 1901: Guljelmo Markoni je prvi poslao i primio signale preko Atlantskog okeana. Inženjer Otis Pond koji je radio za Teslu, rekao je: "Izgleda da vas je Markoni preduhitrio." Tesla mu je odgovorio: "Markoni je dobar momak. Pusti ga. On koristi 17 mojih patenata." 1904: na Svetskom sajmu u Sent Luisu ponuđena je nagrada za uspeh u pokretanju motora cepelina od 0,1 konjske snage (75 V) energijom poslatom bežično na rastojanje od 30 m. 1926: Shintaro Uda i Hidetsugu Jagi objavili su prvi rad o Jagi antena.[2] 1964: Vilijam Braun je pokazao na vestima CBS-a sa Valterom Kronkitom model vazduhoplova na mikrotalasni pogon koji je dobijao svu za let potrebnu energiju iz mikrotalasnih zraka. Između 1969-1975 Braun je bio tehnički direktor JPL Raitheon programa koji je preneo 30 kV preko udaljenosti od 2.5 km sa 84% efikasnošću. 1975: Goldston Dip Spajs Kommunikejšns Komplek je izvršio eksperimente sa desetinama kilovata. [3][4][5] 2008: Intel je pokazao kako se može bežično poslati energija da bi se upalila sijalica sa 75% efikasnošću prenosa
Veličina, udaljenost i efikasnost uredi
Veličina prenosa je uslovljena udaljenošću od predajnika do prijemnika, talasna dužina i Raileighov kriterijum ili difrakcijski limit, korišćeni u standardnom RF (Radio Frekvencija) dizajnu antena, koji se takođe primenjuje na laserima.
Raileighjev kriterijum određuje da će se svaki zrak raširiti (mikrotalasni ili laserski) i postati slabiji, te difuzirati s udaljenošću. Šta je antena odašiljača ili izvor lasera veći to je zgusnutiji vazduh i manje će se raspršiti preko udaljenosti (i obrnuto). Manje antene takođe imaju značajne gubitke zbog smetnji.
Tada se nivo snage izračunava kombinacijom ovih parametara, i sumiranjem dobitaka i gubitaka zbog osobina antene i prozirnosti medija kroz koji zračenje prolazi. Ovaj proces je poznat kao izračunavanje budžeta povezivanja.
Na kraju, talasna širina je fizički određena difrakcijom koja proizlazi iz odnosa veličine tanjira odašiljača u odnosu na talasnu dužinu elektromagnetskog zračenja kojim se stvara vazduha. Mikrotalasno slanje snage može biti efikasnije od lasera, i manje je sklono smanjenju intenziteta u atmosferi zbog prašine ili vodene pare.
Prenos na manje udaljenosti uredi
To su načini za bežični prenos energije na udaljenosti uporedive ili nekoliko puta veće od dimenzija uređaja.
Indukcija uredi
Rad električnog transformatora je najjednostavniji oblik bežičnog prenosa energije. Primarni i sekundarni sklop transformatora nisu direktno povezani. Prenos energije se odvija pomoću elektromagnetne zavojnice u procesu poznatom kao obostrana indukcija. (Dodatna korist je mogućost povećanja ili smanjivanja voltaže.) Punjač baterija na električnoj četkici za zube je primer kako se može koristiti ovaj princip. Ipak, glavna mana indukcije je kratak domet. Prijemnik mora biti veoma blizu predajnika ili induktora da bi se mogao indukcioni spojiti sa njim.[6]
Počev od ranih 60-ih 20. veka rezonantni indukcioni bežični prenos energije je uspešno korišćen u usadivim medicinskim uređajima uključujući uređaje poput pejsmejkera i veštačkih srca. Dok su rani sistemi koristili rezonantnu prijemnu zavojnicu, kasniji sistemi takođe primenjuju i rezonantne predajne zavojnice. Ovi medicinski uređaji su osmišljeni tako da imaju veliku efikasnost koristeći elektroniku male snage i uzimajući u obzir malu neusklađenost i dinamičko svijanje zavojnica. Udaljenost između zavojnica u usadivim uređajima je obično manja od 20 cm. Danas se rezonantni indukcioni prenos energije redovno koristi za snabdevanje električnom energijomu mnogim komercijalnim usadivim medicinskim uređajima.
Bežični prenos energije za eksperimente u pokretnju električnih automobila i autobusa je uređaj velike snage (> 10kV) koji koristi indukcioni prenos energije. Visoki nivo snage je neophodan za brzo punjenje baterija, a velika efikasnost je potrebna zbog isplativosti i da bi se izbegao negativan uticaj sistema na okolinu. Test eksperimentalne putevi sa električnim poljem sagrađen oko 1990. postigao je 80% energetske efikasnosti dok je punio bateriju (prototipnog) autobusa na specijalno opremljenoj autobuskoj stanici. Autobus je bio opremljen uvlačivim prijemnog zavojnicom zbog lakše vožnje. Udaljenost između predajnika i prijemne zavojnice bio je predviđen na 10 cm pri punoj snazi. Osim u autobusima, korišćenje bežičnog prenosa energije istraživano je i za električne automobile, tj. Njihova parkirna mesta i garaže.[7][8]
Neki od ovih uređaja za bežičnu rezonantnu indukciju rade na niskim milivatnim nivoima snage i pokreću ih baterije. Drugi rade na većim kilovatnim nivoima snage. Trenutni usadivi lekarski i uređaji za elektrifikaciju puteva su osmišljeni da postignu više od 75% efikasnosti pri prenosu dok je rastojanje između predajnika i prijemne zavojnice manja od 10 cm.
Izvori uredi
- ^ The Work of Jagdish Chandra Bose: 100 years of mm-wave research
- ^ „"Scanning the Past: A History of Electrical Engineering from the Past, Hidetsugu Yagi"”. Arhivirano iz originala 11. 06. 2009. g. Pristupljeno 11. 12. 2015.
- ^ „NASA Video, date/author unknown”. Arhivirano iz originala 31. 10. 2007. g. Pristupljeno 11. 12. 2015.
- ^ Wireless Power Transmission for Solar Power Satellite (SPS) (Second Draft by N. Shinohara), Space Solar Power Workshop, Georgia Institute of Technology
- ^ W. C. Brown. The History of Power Transmission by Radio Waves Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions September 1984 32, 9 1230- 1242 + ISSN: 0018-9480 http://ieeexplore.ieee.org/xpl/freeabs_all.jsp?arnumber=1132833}}
- ^ „What is a cochlear implant?”. Arhivirano iz originala 24. 12. 2008. g. Pristupljeno 11. 12. 2015.
- ^ Systems Control Technology, Inc, "Roadway Powered Electric Vehicle Project, Track Construction and Testing Program". UC Berkeley Path Program Technical Report: UCB-ITS-PRR-94-07, http://www.path.berkeley.edu/PATH/Publications/PDF/PRR/94/PRR-94-07.pdf Arhivirano na sajtu Wayback Machine (15. mart 2012)
- ^ Shladover, S.E., “PATH at 20: History and Major Milestones”, Intelligent Transportation Systems Conference, 2006. ITSC '06. IEEE 2006, pages 1_22-1_29.