Исследование беспроводного способа передачи электроэнергии с использованием Качера.
При беспроводной передаче электроэнергии для устранения риска поражения электрическим током, облучения или иного воздействия электрических эффектов было решено использовать Качер В.Бровина. Сперва нужно изучить маломощную систему и только после этого переходить к более мощным. Схема генератора представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 – Принципиальная схема однотактного автогенератора на биполярном транзисторе
Схема довольно проста. R1 и R2 создают смещение на базе транзистора. (R2 устанавливается примерно на 22кОм). Даже небольшое изменение напряжения на базе начинает генерацию. После первого импульса сигнал с катушки L1 через индуктивную связь передается к катушке L2. С низа L2 обратная связь начинает открывать и закрывать транзистор на частоте катушки L2. C1 – фильтрующий конденсатор, РА – амперметр, М1 – вентилятор, VD1-VD4 — диодный мост на 3А. Транзистор установлен на радиаторе. Потребление схемы 2А.
Главный элемент схемы – это транзистор военной приемки 2Т819А. До него перегорели кучи КТ819 и КТ805 и других, а этот радует стабильной работой уже долгие годы. Эмиттер транзистора дополнительно заземлен. Вся конструкция помещена в ящик от инструментов. В ходе экспериментов на верхний вывод катушки L2 добавлялись металлизированные сферы различных диаметров.
Недостатком устройства является быстрый перегрев транзистора и низкий КПД . Рабочая частота в районе 500кГц. Частота существенно снижается за счет металлизированных сфер. Сферы применены для уравнивания рабочей длины волны и длины провода в катушке, т.е. четверть-волновой резонанс приходится точно на края катушек. Размер сфер, да и вообще их присутствие были определены в результате многочисленных экспериментов, после подтверждены расчетом.
Приемник – такой же резонансный трансформатор Тесла как и передатчик. Катушки намотаны медным проводом в лаковой изоляции на ПВХ трубах. Кроме того добавлен диодный мостовой выпрямитель. Схема представлена на рисунке 3.
Рисунок 3 – Принципиальная схема приемника электроэнергии
Диоды в выпрямительной схеме выбраны высокочастотные HER308 по два последовательно. Конденсатор С1 от микроволновки 1мкФ 2000В подобран опытным путем. Объемный металлический корпус конденсатора выполняет дополнительную функцию частотной настройки. В качестве нагрузки лампа накаливания 15Вт. В ходе проведения экспериментов использовались несколько разных приемников со схожей конструкцией.
Эксперимент №1 — передача электроэнергии одному приемнику. Схема эксперимента представлена на рисунке 4.
Рисунок 4 – Схема эксперимента по беспроводной передаче электроэнергии
Общая потребляемая мощность передатчика 24Вт. КПД у Качера оценивается в 45% . Выходная мощность так же невелика с учетом отсутствия контурного конденсатора у передатчика и его работы за счет межэлектродной емкости активного элемента и собственной емкости катушки L1. Общий вид эксперимента представлен на рисунке 5.
В ходе эксперимента установлено:
Расстояние передачи – 75см.
Напряжение в приемнике – 230В.
Ток в нагрузке (лампа 15Вт) – 0,04А.
Передаваемая мощность – 9Вт.
КПД передачи n = (9/24)х100 = 37%
С учетом КПД передатчика 45% это неплохой результат. Если откинуть потери Качера на нагрев транзистора, то будет возможно добиться КПД передачи в 70-80% на таком расстоянии.
С увеличением расстояния мощность в приемнике уменьшается. При расстоянии 90см принимаемая мощность снизилась вдвое. Нижний вывод приемной катушки L3 равен 10 см. Без этого небольшого куска провода система не работает. Иногда к проводу добавлялись алюминиевые ленты. Размышления о способе передачи энергии в такой системе довольно сложны и выходят за рамки этой статьи.
Эксперимент №2 — беспроводная передача электроэнергии нескольким приемникам. На рисунке 6 представлена схема эксперимента с одним передатчиком и несколькими приемниками, расположенными на разных расстояниях. Приемные катушки намотаны разным проводом и имеют разное количество витков, однако настроены на рабочую частоту добавочной емкостью (металлическая сфера).
На рисунке 7 представлен наглядный вид эксперимента. В данном случае приемники расположены к передатчику ближе чем 75 см (примерно 30-40см). Лампы светят на 7-8 Вт.
При поднесении руки или металлического предмета к одному из приемников, его емкость увеличивается, и частота соответственно уменьшается. Происходит расстройка с резонансной частотой передачи и свечение лампы уменьшается. В то же самое время свечение лампы в другом приемнике увеличивается. Т.е. мощность равномерно распределяется между несколькими приемниками точно настроенными на одну частоту. При изменении частоты передатчика так же поднесением руки, передаваемая мощность одновременно снижается в обоих приемниках.
Рисунок 7 – Эксперимент с двумя приемниками
Эксперимент №3 — полезное применение. В качестве полезного применения обнаруженного свойства Качера передавать электричество, решено было испытать беспроводную зарядку для мобильного телефона. Тут возникло два варианта приемников с приемной катушкой и без. С катушкой не очень удобно прикреплять приемник к мобильнику так как конструкция получается весьма громоздкой. В качестве передатчика так же решено было сделать более портабельный и аккуратный Качер.
Рисунок 8 – Микро Качер и такой же приемник
Катушки намотаны проводом Ø 0,09мм на каркасах Ø2 см, 900 витков. Наматывать провод Ø0,09 занятие не очень приятное. Еще более неприятное занятие припаивать провод, который один раз порвался после уже намотанных 300 витках. Частота работы катушек 2МГц. Питание передатчика сперва производилось от БП 12В, затем этот адаптер был заменен на БП от мобильного телефона с выходными параметрами 5В, 700мА. От 12 вольтного БП на вершине катушки L2 Качера возникал небольшой коронный разряд, но при этом сам корпус микро Качера сильно грелся. После нескольких минут работы сложилось впечатление что Качер сейчас расплавится. От источника 5В Качер способен засвечивать лампы ЛДС на расстоянии до 30 см и работать при этом готов бесконечно долго.
Приемник – резонансный контур и выпрямительный блок. Расстояние между приемником и передатчиком были испытаны различные, но в пределах до 20 см. Схемы передатчика и приемника идентичны схемам из экспериментов №1 и №2. Измерить напряжение в приемнике толком не удалось так как мультиметр показывал какую-то ерунду в ВЧ поле Качера. Вероятно, оно было достаточно высокое, подключенный к приемнику телефон попытался начать заряжаться. После телефона была подключена лампа накаливания 15 Вт. Её нить накала становилась оранжевой, передавалось примерно 1-2 Вт. Был сделан вывод что необходим хороший стабилизатор напряжения.
Второй вариант приемника – это так называемая вилка Авраменко точнее некая её модификация с какого-то западного сайта.
Рисунок 9 – Принципиальная схема приемника.
Номиналы деталей использовались разные. В качестве антенны применена пластинка, вырезанная из алюминиевой трубы воздуховода. Для более эффективной работы к минусовому контакту приемника можно припаять кусочек провода 5 см. Сохранилось видео работы этого приемника. К сожалению плохо видно, так как уровень фототехники тогда у меня был на уровне заряжаемого телефона. Телефон начинает заряжаться через некоторое время, после того как зарядятся электролиты от ВЧ поля Качера. Мини версия такого приемника была прилеплена к телефону изолентой и заряжала его в течение нескольких дней (или точнее сказать не давала ему разряжаться).
В результате экспериментов установлено что заряжать телефон беспроводным способом на небольшом расстоянии от Качера можно, но неудобно. В первом случае неудобна громоздкая катушка приемника и нужен стабилизатор напряжения, во втором случае должны быть электролитические конденсаторы большой емкости, чтобы обеспечить приемлемый ток заряда телефона что так же создает громоздкость. При маленьких электролитах приемник способен засвечивать несколько светодиодов на расстоянии до 30см от передатчика.
Так же следует учитывать влияние высоковольтного поля на цифровую технику и окружающих людей. Скорее всего подобные методы мало пригодны для беспроводных зарядок аппаратуры.
На основании полученного опыта по беспроводной передаче электроэнергии с маломощными Качерами в дальнейшем были испытаны беспроводные системы большей мощности и эффективности. Об конструкции одного из генераторов для подобных целей называемого SSTC речь пойдет в следующей статье.