close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

реферат Передача электрической мощности без проводов и по одному проводу

код для вставкиСкачать
Государственное бюджетное образовательное учреждение
среднего профессионального образования
"Павлово−Посадский промышленно−экономический техникум "
Московской области
Направление: техническое
ТЕМА Передача электрической мощности без проводов и по одному проводу.
Автор:
Андросов Павел Студент группы ТЭ-05
Специальность: 140448 "Техническая Эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования"
Научный руководитель:
Рыжов В.А. (преподаватель спец. дисциплин)
г. Павловский Посад
2012
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВЕДЕНИЕ3
1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ4
1.1. Историческая справка4
1.2 Технологические принципы беспроводных технологий6
1.3 Наша разработка6
2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ7
2.1. Схема установки.7
2.2. Работа установки.7
2.3.Детали по изготовлению и настройке.8
2.4.Результаты наблюдений и измерений.8
2.5. Перспективы применения. Выводы.9
ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ9
Ведение
Мечта о беспроводной передаче энергии и информации возникла у физиков и инженеров с самых первых шагов практической электротехники. О том, что, эта мечта не бесплодна, убедительно свидетельствуют достижения современной радиотехники, обеспечивающей революцию в развитии средств связи. Благодаря радиоволнам мы не только передаем сигналы на любые нужные нам расстояния, но и получаем информацию о самых удаленных областях вселенной. Естественно предположить, что и беспроводная передача энергии принесет человечеству не менее великие достижения. Очевидно, трудности беспроводной передачи энергии пропорциональны передаваемому количеству ее. Ведь даже передача большого количества энергии по проводам уже представляет собой настолько сложную задачу, что для ее решения требуются предельные возможности техники. Но именно трудности проводной передачи заставляют искать пути отказа от нее, исходя из диалектического закона отрицания отрицания. Сегодня необходимость таких поисков начинают осознавать многие, хотя большинству задача еще кажется фантастической. Но давно ли казалась почти всем фантастической задача освоения космического пространства, поставленная еще в начале века гением Циолковского? К счастью, в электротехнике тоже был свой гений, живший, как и Циолковский, намного впереди своего века, - Никола Тесла, славный сын сербского народа, работавший в США. Именно его эксперименты и доказывают реальность беспроводной передачи энергии. Вопросы электротехники и электроэнергетики, в данном случае, вызывают интерес у многих любителей увлекающихся созданием электротехнических новинок. Актуальность выбранной темы обосновывается тем, что на сегодняшний день потребление электроэнергии возрастает с каждым днем и вся эта нагрузка ложится на передающие линии. Это в свою очередь требует постоянной модернизации электросетей, а значит новых затрат. Цель нашей работы заключается в изучении альтернативных методов, способов и технологий передачи энергии, таких как беспроводная передача энергии и передача энергии по одному проводу. Основные задачи работы:
− Проанализировать научно−методическую литературу по вопросам передачи энергии альтернативным способом.
− Собрать действующую модель.
− Выяснит возможность передачи энергии по одному проводу и без проводов на практике.
Методы исследования: наблюдение, эксперимент
Гипотеза: возможность воспроизвести передачу энергии по одному проводу и без проводов в лабораторных условиях без использования сложных электросхем. Практическое применение. Применение данной технологии позволит существенно снизить нагрузку на ЛЭП, а в дальнейшем и вовсе отказаться от проводов для передачи мощности.
1. Теоретическая часть
1.1. Историческая справка
Беспроводная передача электричества - способ передачи электрической энергии без использования токопроводящих элементов в электрической цепи. История вопроса:
* 1888: Генрих Герц подтвердил существование электромагнитного поля. "Аппарат для генерации электромагнитного поля" Герца был СВЧ или УВЧ искровой передатчик "радиоволн". * 1891: Никола Тесла улучшил передатчик волн Герца радиочастотного энергоснабжения в своём патенте No. 454,622, "Система электрического освещения". * 1893: Тесла демонстрирует беспроводное освещение люминесцентными лампами в проекте для Колумбовской всемирной выставки в Чикаго.
* 1894: Тесла зажигает без проводов лампу накаливания в лаборатории на Пятой авеню, а позже в лаборатории на Хьюстон стрит в Нью-Йорке, с помощью "электродинамической индукции", то есть посредством беспроводной резонансной взаимоиндукции.
* 1894: Джагдиш Чандра Боше дистанционно воспламеняет порох и ударяет в колокол с использованием электромагнитных волн, показывая, что сигналы связи можно посылать без проводов.
* 1895: А. С. Попов продемонстрировал изобретённый им радиоприёмник на заседании физического отделения Русского физико-химического общества 25 апреля (7 мая) 1895 года * 1895: Боше передаёт сигнал на расстояние около одной мили. * 1896: Гульельмо Маркони подает заявку на изобретение радио 2 июня 1896 года. * 1896: Тесла передаёт сигнал на расстояние около 48 километров.
* 1897: Гульельмо Маркони передает текстовое сообщение азбукой Морзе на расстояние около 6 км, используя для этого радиопередатчик. * 1897: Тесла регистрирует первый из своих патентов по применению беспроводной передачи. * 1899: В Колорадо Спрингс Тесла пишет: "Несостоятельность метода индукции представляется огромной по сравнению с методом возбуждения заряда земли и воздуха".
* 1901: Маркони передаёт сигнал через Атлантический океан, используя аппарат Тесла. * 1902: Тесла против Реджинальда Фессендена: конфликт американского патента No. 21,701 "Система передачи сигналов (беспроводная). Избирательное включение ламп накаливания, электронные логические элементы в целом".
* 1904: На Всемирной выставке в Сент-Луисе предлагается премия за успешную попытку управления двигателем дирижабля мощностью 0,1 л.с. (75 Вт) от энергии, передаваемой дистанционно на расстояние менее 100 футов (30 м).
* 1917: Разрушена Башня Ворденклифа, построенная Никола Тесла для проведения опытов по беспроводной передаче больших мощностей. * 1926: Шинтаро Уда и Хидецугу Яги публикуют первую статью "о регулируемом направленном канале связи с высоким усилением", хорошо известном как "антенна Яги-Уда" или антенна "волновой канал". * 1961: Уильям Браун публикует статью по исследованию возможности передачи энергии посредством микроволн.
* 1964: Уильям Браун и Уолтер Кроникт демонстрируют на канале CBS News модель вертолета, получающего всю необходимую ему энергию от микроволнового луча. * 1968: Питер Глейзер предлагает беспроводную передачу солнечной энергии из космоса с помощью технологии "Энергетический луч". Это считается первым описанием орбитальной энергетической системы. * 1973: Первая в мире пассивная система RFID продемонстрирована в Лос-Аламосской Национальной лаборатории.
* 1975: Комплекс дальней космической связи Голдстоун проводит эксперименты по передаче мощности в десятки киловатт.
* 2007: Исследовательская группа под руководством профессора Марина Солячича из Массачусетского технологического института передала беспроводным способом на расстояние 2 м мощность, достаточную для свечения лампочки 60 вт, с к.п.д. 40 %, с помощью двух катушек диаметром 60 см.
* 2008: Фирма Bombardier предлагает новый продукт для беспроводной передачи PRIMOVE, мощная система для применения в трамваях и двигателях малотоннажной железной дороги.
* 2008: Корпорация Intel воспроизводит опыты Никола Тесла 1894 года и группы Джона Брауна 1988 года по беспроводной передаче энергии для свечения ламп накаливания с к.п.д. 75 %.
* 2009: Консорциум заинтересованных компаний, названный Wireless Power Consortium, объявил о скором завершении разработки нового промышленного стандарта для маломощных индукционных зарядных устройств.
* 2009: Haier Group представила первый в мире полностью беспроводной LCD телевизор, основанный на исследованиях профессора Марина Солячича по беспроводной передаче энергии и беспроводном домашнем цифровом интерфейсе (WHDI).
Как видно из выше описанной исторической справки, попытки пердачи энергии без проводов осуществлялись на протяжении всей истории развития электротехники. К 2011 году имели место успешные опыты с передачей энергии мощностью порядка десятков киловатт в микроволновом диапазоне с КПД около 40 % - в 1975 в Goldstone, Калифорния и в 1997 в Grand Bassin на острове Реюньон (дальность порядка километра, исследования в области энергоснабжения посёлка без прокладки кабельной электросети).
Исследователи из Стэнфордского университета (США) заявляют, что им удалось добиться избирательности передачи энергии на небольших расстояниях. Система была проверена на дистанциях до 2 м, при мощностях до 10 кВт. Такая мощность примерно соответствует потреблению едущего по шоссе автомобиля, а расстояние позволяет снабжать транспортное средство от проводников, находящихся под дорожным покрытием. Даже при наличии между элементами системы металлических пластин, имитирующих корпус автомобиля, КПД передачи электроэнергии составил, по заявлениям исследователей, 97%. Учитывая, что предшествующие опыты в этой области ограничивались подтверждённым КПД, не превышающим 45%, речь идёт о настоящем прорыве. 1.2 Технологические принципы беспроводных технологий
Технологические принципы беспроводной передачи включают в себя индукционный (на малых расстояниях и относительно малых мощностях), резонансный (используется в бесконтактных смарт-картах и чипах RFID) и направленный электромагнитный для относительно больших расстояний и мощностей (в диапазоне от ультрафиолета до микроволн).
1.3 Наша разработка
Изучив работы Тесла и разнообразные схемы в сети интернет, нами была разработана модель по передаче энергии без проводов и по одному проводу. Разработка велась поэтапно. Изначально была сделана попытка воспроизвести модель трансформатора Тесла. В дальнейшем мы попытались избавиться от разрядника, из-за негативного жесткого ультрафиолетового излучения, отрицательно влияющего на человека. На следующем этапе мы изучили схемы генераторов высокой частоты, и попытались включить в схему модели трансформатора Теслы мощный транзистор. Элементы цепи подбирались экспериментально, оставляя в схеме минимум элементов. Отличительная черта данной модели от моделей презентуемых в СМИ, заключается в ее простоте , малых габаритах, доступности материалов, простоте настройки. 2. Практическая часть
2.1. Схема установки. Установка состоит из следующих элементов:
1.Источник питания (постоянное напряжение!) 21В.
2. Транзистор К315 на радиаторе.
3. R −резистор построечный 10 кОМ.
4. L1 − первичная катушка.
5. L2 − вторичная катушка.
6. L3 − приемная катушка.
7. Лампа накаливания на 15 Вт.
2.2. Работа установки.
После подачи постоянного тока на схему, установка начинает работать как генератор волн ВЧ. Если поднести один конец люминесцентной лампы ЛЛ к катушке L2 на расстояние около 20 см, лампа зажигается. Лампа ЛЛ может быть и перегоревшей [П1].
Для того чтобы продемонстрировать однопроводную передачу энергии, нужно взять катушку L3 установить на расстоянии 30−40 см. от установки. Один конец катушки L3 остается свободным, другой подключается к лампе накаливания ЛН на цоколь. С лампы ЛН провод длиной около 50 см. остается свободным (не заземляется). После включения установки лампа загорается.
2.3.Детали по изготовлению и настройке.
Настройка схемы производится путем регулировки переменного резистора. По коронному разряду, возникающему на свободном конце катушки L2, можно определить увеличение или понижение излучаемого поля. Катушки L1 B L3 изготовлены из эмалированного провода 0,125 мм.кв., намотанного на пластиковую трубу диаметром 50 мм (канализационная труба ) длиной 30 см. Количество витков примерно 1000 (чем больше витков тем выше напряжение на вторичке). Катушка L2 изготовлена из алюминиевого провода сечением 10 мм.кв.. Диаметр катушки 100мм и количеством витков 6. 2.4.Результаты наблюдений и измерений.
В результате экспериментов мы добились следующих результатов При включении вблизи установки начинают светиться люминесцентные лампы [П1]. Лампы ЛЛ горят одинаково, как перегоревшие, так и исправные.
Лампа накаливания горит при соприкосновении цоколя и катушки L1.
Лампа накаливания горит от провода катушки L3 при разомкнутой схеме. Передача энергии с катушки L2 на катушку L3 передается без проводов [П3]. Установка потребляет 1 А и 21 В − 21 Вт [П2]. При подключении лампы накаливания к катушке L3 не происходит изменение потребляемой мощности из сети. Ток в цепи на катушке L3 измерить невозможно т.к. цепь разомкнута. Передаваемая мощность на лампу определяется лишь по интенсивности свечения лампы.
Увеличение количества приемных катушек с лампами накаливания не приводит к увеличению потребления мощности из сети. Однако интенсивность свечения ламп падает пропорционально их количеству .
Интенсивность свечения ламп накаливания зависит от расстояния между катушками L2 и L3 (определяется экспериментально).
Материал и толщина провода катушки L3 не влияют на передаваемую мощность. Количество витков положительно влияют на работу установки. Толщина изоляции учитывается из-за высокого напряжения на катушках L2 и L3. На конце катушки L2 возникает коронный разряд [П2]. Вблизи установки происходит ионизация воздуха (запах озона).
2.5. Перспективы применения. Выводы.
Данная установка в силу простоты, дешевизны изготовления и безопасности может применяться, как наглядное пособие в учебных заведениях для демонстрации: − коронного разряда; − передача энергии по одному проводу;
− передача энергии без проводов.
В перспективе может применяться для беспроводной зарядки мобильных устройств, электромобилей, передачи энергии значительных мощностей на большие расстояния. Применение однопроводной линии существенно снизило бы затраты на металл.
Подведем итоги
1. Попытки передачи энергии без проводов по одному проводу осуществлялись на всем протяжении развития электротехники.
2. Сборка модели для передачи энергии без проводов по одному проводу осуществима в лабораторных условиях при помощи доступного оборудования и без углубленного знания электротехники.
3. В результате эксперимента было доказано, что передача энергии без проводов и по одному проводу осуществима.
Используемые источники
1.Наталья Ковалевская."Держатели плазмы" //Власть денег Март 2007 (№ 123) http://www.depo.ua/ru/vlast-deneg/2007_vd/2007_3_vd/99_vtoc/vdart1791.htm
2.Шамиль Гареев."Электричество будет передаваться без проводов" //Великая Эпоха 12.06.2007 http://www.epochtimes.ru/content/view/11092/5/
3.Владимир Заманский. "Киевский Тесла" // "Газета по-киевски" 15.09.2007 - Статья об инженере, повторившим опыт Теслы по беспроводной передаче электричества. http://pk.kiev.ua/city/2007/09/15/130048.html
4."Бесконтактная технология передачи энергии CPS(r)(Contactless Power System) компании VAHLE" (англ.)
http://www.vahle.de/errorpage.html
5. "Беспроводная передача электричества" −Википедия. Свободная энциклопедия http://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Беспроводная_передача_электричества&oldid=49515430
Приложения 2
Автор
profobrazovanie
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1 263
Размер файла
109 Кб
Теги
проводы, без, электрический, передача, одному, проводов, мощности, рефераты
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа