"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Обучающие статьи, примеры, технические решения, схемы, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.
Беспроводная передача электроэнергии - проект Хуррама Африди
Как проще всего передать электрическую энергию из одного места в другое? Конечно же по проводам! И переменный ток очень хорошо подходит для этой цели.
Кстати, первая дальняя электропередача (на 170 километров) была осуществлена в 1891 году именно по проводам; при помощи трехфазного переменного тока с напряжением 15 кВ. Речь о ЛЭП передававшей электроэнергию из Лауфена во Франкфурт, разработкой которой занимались русский электротехник Михаил Осипович Доливо-Добровольский и немецкий инженер Оскар фон Миллер.
В это же самое время Никола Тесла, работавший тогда в США, активно занимался исследованием возможностей, которые может дать использование электромагнитных полей и токов высокой частоты. Он уже приближался к открытию беспроводного способа передачи электрической энергии на большие расстояния: Резонансный метод беспроводной передачи электрической энергии Николы Тесла
Действительно, проводной способ передачи электроэнергии не всегда удобен. Представьте себе на минутку, как передать электрическую энергию, например, на транспортное средство, которое движется с высокой скоростью?
Использование громоздкого аккумулятора по какой-то причине недопустимо, расходовать сжигаемое топливо — дорого и неэкологично. А если это транспортное средство - воздушное и дозаправлять его не представляется возможным? Ведь куда удобнее было бы передать ему энергию беспроводным способом с поверхности Земли или даже с космического спутника прямо во время движения.
При беспроводной передаче место, где вырабатывается и хранится электроэнергия, без проблем сможет находиться на большом расстоянии от потребителей, при этом сами потребители уже не будут привязаны к месту. Дело только за технологиями, которые бы позволили осуществить очередной шаг на пути электротехнического прогресса.
Одна из идей, демонстрирующая то, насколько облегчится жизнь тех же автомобилистов с внедрением беспроводного способа передачи электроэнергии, была продемонстрирована группой профессора кафедры электротехники и вычислительной техники Инженерного колледжа Корнельского университета Хуррамом Африди на симпозиуме «Границы инженерии», проходившем с 25 по 27 сентября 2017 года в Исследовательском центре United Technologies в Ист-Хартфорде, штат Коннектикут, США.
Африди представил идею технологии динамической подзарядки автомобилей беспроводным способом во время движения прямо от дорожного полотна. Технология группы Хуррама Африди называется "Динамическая емкостная беспроводная система зарядки для автономных погрузочно-разгрузочных транспортных средств".
В идеале технология выглядит следующим образом. Беспилотный электрокар развозит пассажиров по населенному пункту от места к месту, при этом даже не останавливается для подзарядки собственного аккумулятора.
Энергия, вырабатываемая источником, например ветряной или солнечной электростанцией, которая расположена где-нибудь за городом, передается (пусть и по проводам) к проезжей части, а от нее — беспроводным способом - к транспортным средствам.
В автомобиле при этом установлен достаточно легкий аккумулятор небольшой емкости, поскольку он непрерывно пополняется энергией прямо во время движения. Причем в беспроводном зарядном устройстве используется не волновое электромагнитное излучение и не индуктивная передача катушками, а емкостная индукционная передача (именно по электростатической компоненте).
От индуктивной передачи отказались, потому что в этом случае ферриты, требуемые для экранирования катушек, оказались бы слишком громоздкими, к тому же они хрупки, а частота колебаний электромагнитного поля при передаче не могла бы превышать 100 кГц, да и плотность передаваемой энергии получается низкой.
Электрическое же поле получается более направленным, ему не требуется никаких громоздких приспособлений для экранирования, не нужно тяжелых и хрупких ферритов, возможна работа системы на более высоких частотах — получается достаточно большой ток смещения, обеспечивающий суммарную мощность, достаточную для питания электродвигателя.
Выпрямление ВЧ-тока осуществляется на борту транспортного средства. Благодаря повышению частоты, элементы передатчиков и приемников могут быть очень небольшими по размеру.
Разработчикам оставалось решить проблему обеспечения безопасности людей, находящихся в автомобиле, от высокочастотных электрических полей рассеяния.
Важно при этом, чтобы в высокочастотных резонансных системах рабочая частота оставалась бы в пределах одного из назначенных, очень ограничительных промышленных, научных и медицинских (ISM) диапазонов (например, 6,78 МГц, 13,56 МГц и 27,12 МГц).
Один из найденных путей решения — каскадирование системы, то есть разделение ее на несколько модулей с фазовым сдвигом между ними, а также применение схем усиления и компенсации с конденсаторами.
В феврале 2022 года данный проект группы Хуррама Африди получил грант в размере 1,425 миллиона долларов от Агентства перспективных исследовательских проектов Министерства энергетики США.
Хуррам Африди (Khurram Afridi) — профессор электротехники и вычислительной техники. Он получил степень бакалавра в области EE в Калифорнийском технологическом институте (1989 г.), а также степени SM (1992 г.) и докторскую степень (1998 г.) в EECS в Массачусетском технологическом институте. До прихода в Корнельский университет он был доцентом в Калифорнийском университете в Боулдере.
Его исследовательские интересы связаны с высокочастотной силовой электроникой и энергетическими системами, включающими в себя силовые электронные устройства управления, как средства эффективного использования, хранения, обработки, передачи, распределения и использования энергии.
Семинар Хуррама Африди
Примеры из исследования группы Африди по емкостной беспроводной зарядке, возможности и проблемы динамической беспроводной зарядки электромобилей:
Смотрите другие статьи на сайте Электрик Инфо на эту тему:
