Transmission de puissance sur une distance sans fil
L'histoire du développement
Le développement de la transmission d'énergie électrique sans fil à distance est associé à des progrès dans le domaine de la radio-ingénierie, car les deux processus sont de même nature. Les inventions dans les deux domaines sont associées à l'étude de la méthode d'induction électromagnétique et de ses effets sur la formation du courant électrique.
En 1820 A.M. Ampère a découvert la loi d'interaction des courants, qui consistait en ce que si le courant circule le long de deux conducteurs étroitement situés dans une direction, alors ils sont attirés l'un vers l'autre, et s'ils sont différents, alors ils se repoussent.
En 1831, M. Faraday a établi au cours d'expériences qu'un champ magnétique alternatif (variant en amplitude et en direction dans le temps) généré par le flux de courant électrique induit (induit) des courants dans les conducteurs voisins. C'est-à-dire il y a une transmission d'électricité sans fil. En détail Loi de Faraday nous avons considéré dans l'article plus tôt.
Eh bien, après J.C.Maxwell, 33 ans plus tard, en 1864, il a transféré les données expérimentales de Faraday sous une forme mathématique, et les équations de Maxwell elles-mêmes sont fondamentales en électrodynamique. Ils décrivent comment le courant électrique et le champ électromagnétique sont liés.
L'existence d'ondes électromagnétiques a été confirmée en 1888 par G. Hertz, au cours de ses expériences avec un émetteur d'étincelles avec un hacheur sur une bobine de Rumkorf. Ainsi, des ondes EM avec une fréquence allant jusqu'à un demi-gigahertz ont été produites. Il est à noter que ces ondes pourraient être reçues par plusieurs récepteurs, mais elles doivent être accordées en résonance avec l'émetteur. La portée de l'installation était d'environ 3 mètres. Lorsqu'une étincelle s'est produite dans l'émetteur, la même chose s'est produite sur les récepteurs. En fait, il s'agit des premières expériences sur la transmission d'électricité sans fil.
Des recherches approfondies ont été menées par le célèbre scientifique Nikola Tesla. Il a étudié le courant alternatif de haute tension et fréquence en 1891. En conséquence, les conclusions ont été tirées:
Pour chaque objectif spécifique, vous devez régler l'installation sur la fréquence et la tension appropriées. Dans le même temps, une fréquence élevée n'est pas une condition préalable. Les meilleurs résultats ont été obtenus à une fréquence de 15-20 kHz et une tension d'émission de 20 kV. Pour obtenir un courant et une tension à haute fréquence, une décharge de condensateur oscillatoire a été utilisée. Ainsi, il est possible de transmettre à la fois de l'électricité et de produire de la lumière.
Le scientifique dans ses discours et conférences a démontré la lueur des lampes (tubes à vide) sous l'influence d'un champ électrostatique à haute fréquence.En fait, les principales conclusions de Tesla étaient que même dans le cas de l'utilisation de systèmes résonants, beaucoup d'énergie ne peut pas être transmise à l'aide d'une onde électromagnétique.
En parallèle, un certain nombre de scientifiques jusqu'en 1897 ont été engagés dans des études similaires: Jagdish Boche en Inde, Alexander Popov en Russie et Guglielmo Marconi en Italie.
Chacun d'eux a contribué au développement de la transmission d'énergie sans fil:
- J. Boche en 1894, a enflammé la poudre à canon, transmettant l'électricité à une distance sans fil. Il l'a fait lors d'une manifestation à Calcutta.
- A. Popov en 25 avril (7 mai), 1895 en utilisant le code Morse a transmis le premier message.
- En 1896, G. Marconi en Grande-Bretagne a également transmis un signal radio (code Morse) sur une distance de 1,5 km, puis 3 km sur la plaine de Salisbury.
Il convient de noter que le travail de Tesla, sous-estimé à un moment donné et perdu pendant des siècles, a dépassé le travail de ses contemporains en termes de paramètres et de capacités. Dans le même temps, à savoir en 1896, ses appareils transmettaient un signal sur de longues distances (48 km), malheureusement c'était une petite quantité d'électricité.
Et en 1899, Tesla est arrivé à la conclusion:
L'échec de la méthode d'induction semble énorme par rapport à la méthode d'excitation de la charge de la terre et de l'air.
Ces conclusions conduiront à d'autres études, en 1900 il réussit à alimenter une lampe à partir d'une bobine réalisée sur le terrain, et en 1903 la tour Wondercliff sur Long Island fut lancée. Il se composait d'un transformateur avec un enroulement secondaire mis à la terre, et sur son sommet se trouvait un dôme sphérique en cuivre. Avec son aide, il s'est avéré allumer 200 lampes de 50 watts. En même temps, l'émetteur était à 40 km de lui. Malheureusement, ces études ont été interrompues, le financement a été interrompu et la transmission gratuite d'électricité sans fil n'était pas économiquement viable pour les hommes d'affaires. La tour a été détruite en 1917.
Aujourd'hui
Les technologies de transmission d'énergie sans fil ont fait un grand pas en avant, principalement dans le domaine de la transmission de données. Un succès significatif a été obtenu grâce aux communications radio, aux technologies sans fil telles que Bluetooth et Wi-Fi. Aucune innovation particulière n'est survenue, principalement les fréquences modifiées, les méthodes de cryptage du signal, la représentation du signal commutée de l'analogique au numérique.
Si nous parlons de la transmission d'électricité sans fil pour alimenter les équipements électriques, il convient de mentionner qu'en 2007, des chercheurs du Massachusetts Institute ont transféré 2 mètres d'énergie et allumé une ampoule de 60 watts de cette manière. Cette technologie est appelée WiTricity, elle est basée sur la résonance électromagnétique du récepteur et de l'émetteur. Il convient de noter que le récepteur reçoit environ 40 à 45% de l'électricité. Un schéma généralisé d'un dispositif de transmission d'énergie à travers un champ magnétique est illustré dans la figure ci-dessous:
La vidéo montre un exemple de l'application de cette technologie pour recharger un véhicule électrique. L'essentiel, c'est qu'un récepteur est fixé au bas de la voiture électrique et qu'un émetteur est installé au sol dans le garage ou ailleurs.
Vous devez garer la machine de sorte que le récepteur soit positionné au-dessus de l'émetteur. L'appareil transfère beaucoup d'électricité sans fil - de 3,6 à 11 kW par heure.
À l'avenir, la société envisage de fournir de l'électricité avec ces technologies et appareils électroménagers, ainsi que l'ensemble de l'appartement dans son ensemble. En 2010, Haier a présenté un téléviseur sans fil qui reçoit de l'énergie en utilisant une technologie similaire, ainsi que de la vidéo sans fil. D'autres sociétés de premier plan, comme Intel et Sony, mènent également de tels développements.
Dans la vie quotidienne, les technologies de transmission d'énergie sans fil sont largement utilisées, par exemple, pour recharger un smartphone. Le principe est similaire - il y a un émetteur, il y a un récepteur, l'efficacité est d'environ 50%, c'est-à-dire pour une charge de 1A, l'émetteur consommera 2A. L'émetteur est généralement appelé une base dans de tels ensembles, et la partie qui se connecte au téléphone est le récepteur ou l'antenne.
Un autre créneau est la transmission sans fil de l'électricité à l'aide de micro-ondes ou d'un laser.Cela fournit un plus grand rayon d'action que quelques mètres, ce qui fournit une induction magnétique. Dans la méthode micro-ondes, une rectenne (antenne non linéaire pour convertir une onde électromagnétique en courant continu) est installée sur le dispositif de réception, et l'émetteur dirige son rayonnement dans cette direction. Dans cette version de la transmission sans fil de l'électricité, il n'y a pas besoin de visibilité directe des objets. L'inconvénient est que le rayonnement micro-ondes n'est pas sans danger pour l'environnement.
Nous vous recommandons de regarder une vidéo sur laquelle le problème est examiné plus en détail:
En conclusion, je voudrais noter que la transmission sans fil de l'électricité est certainement pratique à utiliser dans la vie quotidienne, mais elle a ses avantages et ses inconvénients. Si nous parlons de l'utilisation de ces technologies pour charger des gadgets, le plus est que vous n'avez pas à insérer et retirer constamment la fiche du connecteur de votre smartphone, respectivement, le connecteur n'échouera pas. L'inconvénient est la faible efficacité, si pour un smartphone la perte d'énergie n'est pas significative (quelques watts), alors pour la recharge sans fil d'une voiture électrique - c'est un très gros problème. L'objectif principal du développement de cette technologie est d'augmenter l'efficacité de l'installation, car dans le contexte de la course généralisée à la conservation de l'énergie, l'utilisation de technologies à faible efficacité est très douteuse.
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