Online Electric

     Первые эксперименты по беспроводной передаче электроэнергии проводил еще в 1893 году известный сербский ученый Никола Тесла. Своими опытами он доказал, что электроэнергия может передаваться без использования проводов, за что и получил соответствующие патенты. Однако неудобство такой системы передачи заключается в использовании высоких напряжений. Сам Тесла использовал высокочастотные напряжения в несколько миллионов вольт.
     Спустя много лет интерес к этому вопросу начинает возвращаться. В книге Стребкова Д.С. «Резонансные методы передачи электрической энергии» было практически показано, что электрическую энергию можно передавать без использования проводов [1]. В данной статье показана попытка использовать для передачи энергии без проводов сильные высокочастотные токи низкого напряжения.
     Подобные системы широко используются в мире в устройствах радиочастотной идентификации RFID. Это, например, карточки метрополитена, электронные турникеты, иммобилайзеры автомобилей, рамки бесконтактных считывателей товаров в магазинах и т.п. Но такие устройства имеют сравнительно небольшую мощность для работы и осуществляют преимущественно передачу и прием закодированной информации. Нашей же целью является передача энергии на расстояние.


Рис.1 Принципиальная схема исследуемой установки

     Для исследований была использована схема мультивибратора на двух полевых транзисторах (рис.1), в стоки которых включалась передающая рамка L3 и частотозадающий конденсатор С1. Данная схема хороша тем, что она автоматически настраивается в резонанс контура L3C1, и позволяет, при питании от низковольтного источника, получить в передающем контуре значительную реактивную мощность – до трех кВАр. Приемная рамка L4 должна настраиваться в параллельный резонанс конденсатором С2 на частоту передающей рамки. Нагрузкой HL служит обычная лампочка накаливания на 12 В, 5 Вт.
     При экспериментах сначала был испытан вариант, когда передающая и приемная рамки располагались одна напротив другой, и изменялось расстояние между ними. На частоте 900 кГц и диаметре рамок по 0,3 метра дальность передачи энергии составила также 0,3 метра, при кпд передачи порядка 30%. Если отодвигать приемную рамку дальше, то, яркость ее свечения падает до нуля. Пока все закономерно.
     Следующий опыт заключался в том, что приемная рамка отодвигалась на расстояние, когда накал лампочки становился еле заметным, но примерно посредине между передающей и приемной рамками устанавливалась еще одна. Эта третья рамка была настроена своим конденсатором точно на резонанс передатчика. В результате – лампочка приемной рамки стала светиться в полный накал. Т.е. в пространстве был создан некий магнитно-резонансный канал передачи энергии. Расстояние передачи энергии увеличилось до 0,5 метров.
     Снова отодвигаем приемную рамку с лампочкой на расстояние, когда накал лампочки становится еле заметным. А между приемной рамкой и передающей устанавливаем уже два одинаковых резонансных контура. Теперь лампочка в приемной рамке опять будет светиться с достаточной яркостью. Таким образом, удается передать энергию уже на расстояние 0,7 метра. Еще раз сдвигаем приемную рамку до погасания лампочки и устанавливаем между передатчиком и приемником третий резонансный контур (рис.2). И снова лампочка светится, но уже на расстоянии 0,9 метра. Кпд при такой передаче постепенно снижается в зависимости от расстояния и при 0,9 метрах равен порядка 10%. Но вдохновляет уже сам принцип передачи.


Рис.2 Расположение приемной и передающей рамок

     Еще один вариант проведения экспериментов изображен на (рис.3). Передающая и приемная рамки остаются в вертикальном положении, а, создающие в предыдущих опытах магнитно-резонансный канал рамки, располагаются горизонтально. В таком варианте дальность передачи при том же кпд была даже несколько больше и составляла 1 метр.


Рис.3 Горизонтальное расположение промежуточных рамок

     При дальнейших экспериментах было замечено, что резонансные рамки можно располагать различными способами – горизонтально в шахматном порядке, смешанно – часть вертикально, часть горизонтально и т.д. Во всех конфигурациях наблюдалась передача энергии на расстояние.
     В заключение следует отметить, что в проводимых экспериментах, использовалась небольшая мощность для передачи. На холостом ходу, т.е. без отбора энергии от передатчика, реактивная мощность в рамке была порядка 300 ВАр. При этом потребление от источника питания при 15 В составило 15 Вт. Если увеличить реактивную мощность в передающей рамке, то и дальность передачи энергии соответственно увеличится.
     Таким образом, экспериментально подтверждено, что при низких питающих напряжениях, за счет точно настроенных резонансных контуров, можно передавать энергию на расстояние. Такая передача может использоваться, например, для бесконтактной зарядки мобильных телефонов, питания светодиодных светильников на расстоянии, питание различной бытовой техники и т.п.

Список использованных источников

     1. Стребков Д.С., Некрасов А.И. Резонансные методы передачи электрической энергии. 3-е издание, дополненное. – М.: ГНУ ВИЭСХ, 2008. - 352 с. (монография)