ТЕХНОЛОГИИ БЕСПРОВОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА НА РАССТОЯНИИ КАК АЛЬТЕРНАТИВА УСТАРЕВШИМ СПОСОБАМ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
№11,
Технические науки
Исхаков Рамзил Фаритович
Ключевые слова: ЭЛЕКТРИЧЕСТВО; ПЕРЕДАЧА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА; БЕСПРОВОДНЫЕ СПОСОБЫ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА; НОВЫЕ СПОСОБЫ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА; ELECTRICITY; TRANSMISSION OF ELECTRICAL CURRENT; WIRELESS WAYS OF TRANSMITTING ELECTRIC CURRENT; NEW WAYS OF TRANSMITTING ELECTRIC CURRENT.
В 21 веке произошел большой скачек в научно техническом прогрессе. Человек получил доступ к таким технологиям, что раньше даже не представлялись возможными. Так же с помощью современных технологий и последних разработок человечество получило шанс на сотворение в реальности своих давних и самых сокровенных желаний.
Одной из таких вещей стала передача электричества на расстояние. С тех пор как человечество открыло для себя электроэнергию, перед нами встал вопрос передачи электроэнергии на расстояние для обеспечения бесперебойной работы устройств и машин.
Разберем для начала, что такое электрический ток? Электрический ток — это упорядоченное, направленное движение заряженных частиц. Эти частицы отличаются в зависимости от среды в которой протекает ток. В основном частицами служат отрицательно заряженные электроны или положительно и отрицательно заряженные ионы.
Выработка электроэнергии происходит на различных электростанциях. Используемое топливо нагревает воду, которая из жидкого агрегатного состояния переходит в газообразное – водяной пар. Пар по паропроводам движется к турбинам, вращая которые и происходит выработка электричества. Такие станции подразделяют на несколько групп в зависимости от используемого топливо для получения электричества: АЭС (используют энергию радиоактивного распада), ТЭЦ (в качестве топлива служит уголь, нефть, природный (попутный) газ), СЭС (используют энергию солнечного света). Но и тут есть исключения на ГЭС используют поток воды, который падая вниз вращает лопасти генератора, на ГеоЭС используют пар который поднимается из недр земли, на ВЭС лопасти генератора толкают воздушные массы.
Все эти станции производят колоссальные объёмы электроэнергии, но как ее доставить до потребителя?
На данный момент электроэнергию доставляют до потребителей по средствам ЛЭП. На электростанции производят ток с низким напряжением, но с большой силой тока. Если такой ток сразу падать на провода к потребителю он не дойдет до него. Необходимо повысить его напряжение. Для этого на станциях есть повышающие трансформаторы, которые существенно поднимают напряжение. После поднятия напряжения, ток пускают по проводам. Сейчас он способен перемещаться на большие расстояния. По с помощью ЛЭП ток доходит в самые отдаленные города и села. Перемещаясь непосредственно близко к потребителю, он падает в ЦРП. В ЦРП находятся понижающие трансформаторы, которые понижают напряжение до привычных нам значений. Дальше ток по проводам поступает к потребителю, где мы можем им спокойно пользоваться.
Так же для передачи электроэнергии используют электрические батареи и аккумуляторы. Они созданы для портативных устройств, для которых необходим постоянное потребление электричества. В настоящее время существует большое множество разнообразных форм и классификаций батареек и аккумуляторов.
Это все давно известные и хорошо отлаженные способы передачи электрического тока на расстоянии. Но и ни имеют свои недостатки. Батарейные блоки и аккумуляторы имеет фиксированную емкость, и когда они разрядятся они бесполезны. Передача тока по ЛЭП тоже имеет свои минусы. Нет возможности взять прибор с собой и пользоваться, когда необходимо. Для этого надо чтобы он был постоянно подключен к сети, а это невозможно.
Так какие альтернативные способы передачи электрического тока существуют? Альтернативой может выступить бесконтактная передача электрического тока.
Впервые о таком способе передачи тока заговорили еще в 19 веке, когда Ампер открыл свойство электрического поля переходить в магнитное поле. Позже это явление назвали законом Ампера.
На данный момент существует несколько способов бесконтактной передачи электрического тока: метод электрической индукции, электростатическая индукция, ультразвуковой метод, лазерный метод.
Метод электромагнитной индукции. При беспроводной передаче электроэнергии методом электромагнитной индукции используется ближайшее электромагнитное поле на расстояниях около одной шестой длины волны. Энергия ближнего поля сама по себе не является излучающей, однако некоторые радиационные потери всё же присутствуют. Так же присутствуют резистивные потери. Благодаря электродинамической индукции, переменный электрический ток, протекающий через первичную обмотку, создаёт переменное магнитное поле, которое оказывает воздействие на вторичную обмотку, индуцируя в ней электрический ток. Для достижения высокой эффективности взаимодействие должно быть достаточно тесным. По мере удаления вторичной обмотки от первичной, всё большая часть магнитного поля не достигает вторичной обмотки. Даже на относительно малых расстояниях индуктивная связь становится очень неэффективной. Это из-за малого КПД такой установки. Большинство передаваемой энергии теряется по пути, и до вторичной обмотки доходит лишь малая часть. В наше время этот метод применяется для зарядки батарей в технике. С ее помощью отпадает нужна в проводе зарядки и разъёме на технике. Вместо нее используют тонкую пластинку вторичной обмотки, что позволяет уменьшить объём устройств.
Микроволновое излучение. В 20 веке активно начали развивать теории об передаче энергии по средству микроволнового излучения. В том же веке были проведены первые положительные опыты по передачи энергии на большие расстояния по средствам микроволнового излучения. Радиоволновую передачу энергии можно сделать более направленной, значительно увеличив расстояние эффективной передачи энергии путём уменьшения длины волны электромагнитного излучения, как правило, до микроволнового диапазона. Для обратного преобразования микроволновой энергии в электричество может быть использована ректенна, эффективность преобразования энергии которой превышает 95 %. Данный способ был предложен для передачи энергии с орбитальных солнечных электростанций на Землю и питания космических кораблей, покидающих земную орбиту.
Лазерный метод. В том случае, если длина волны электромагнитного излучения приближается к видимой области спектра, энергию можно передать путём её преобразования в луч лазера, который затем может быть направлен на фотоэлемент приёмника. Лазерный метод позволяет передавать энергию на больше расстояния, из-за сфокусированности луча и малого угла расходимости между пучками световых волн. Так же лазер не создает помех, не оказывает негативного воздействия на радиочастотные приемники и передатчики. Передача энергии возможна только при освещении приемника, что позволяет четко контролировать передачу энергии. Но и у этого метода имеются свои недостатки. Приемник и передатчик должны быть в прямой видимости для того что бы лазер мог попасть в приемник. Так же в атмосфере неизбежны потери в энергии. Данный метод пользуется хорошей популярностью в аэрокосмической области.
Таким образом использование бесконтактной передачи электрического тока является приоритетным направлением. В последствии при бурном развитии этого направления мы можем полностью отказаться от метода передачи с помощью ЛЭП.
Список литературы
- С.С. Ананичева, П.И. Бартоломей, А.Л. Мызин. Передача электроэнергии на дальние расстояния. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 1993, 80 с.