Изобретения Николы Теслы: самые важные, секретные и необычные

Другое освещение

Наследие Николы Теслы

Сначала мы рассмотрим изобретения, которые важны с научной точки зрения, но редко встречаются в повседневной жизни современного человека.

Катушка Теслы

Мы поговорим об одном из самых известных и ярких изобретений Николы. Катушка Тесла — это своего рода резонансный трансформаторный контур. Это устройство использовалось для генерации высокого напряжения высокой частоты.

Катушка Тесла

Катушка Тесла была одним из инструментов для изучения природы электрического тока и возможностей его использования

Tesla использовала катушки во время своих инновационных экспериментов в области:

  • электрическое освещение;
  • фосфоресценция;
  • рентгеновское излучение;
  • переменный ток высокой частоты;
  • электротерапия;
  • радиотехника;
  • беспроводная передача электроэнергии.

Устройство катушки Тесла

Устройство катушки Тесла

Кстати, Никола Тесла был одним из тех, кто предвидел появление Интернета и современных гаджетов.

Катушка Тесла является предшественником (вместе с индукционной катушкой) более современного устройства, называемого трансформатором обратного хода. Обеспечивает напряжение, необходимое для питания электронно-лучевой трубки телевизоров и компьютерных мониторов. Варианты этой катушки сегодня широко используются в радио, телевидении и другом электронном оборудовании.

Во всей красе водоворот можно увидеть в научных музеях или на специальных выставках.

Катушка Тесла в действии всегда привлекает внимание:

Башня Ворденклиф

Этот объект, также известный как Башня Теслы, был построен с целью обеспечения беспроводной связи и демонстрации возможности беспроводной передачи электроэнергии.

Башня Уорденклифф

По замыслу Теслы, Башня Уорденклифф должна была стать шагом к созданию всемирной беспроводной системы. В его планах было установить несколько десятков передающих и приемных станций по всему миру. Следовательно, нет необходимости использовать высоковольтные линии электропередачи. То есть, по сути, мы получим мировую электростанцию. Кстати, Тесла умудрялся передавать электричество «по воздуху» от одной катушки к другой, так что его амбиции не были беспочвенными.

Уорденклифф сегодня

Сегодня Варденклифф — это закрытая структура

Проект Wardencliff потребовал больших капиталовложений и на начальных этапах получил поддержку влиятельных инвесторов. Однако когда работы по возведению башни были практически завершены, Tesla лишилась средств и оказалась на грани банкротства. Это связано с тем, что Wardenclyffe мог быть предпосылкой для бесплатного снабжения электроэнергией по всему миру, что могло разорить некоторых инвесторов, чей бизнес был связан с продажей электроэнергии.

Поклонники различных теорий заговора связывают падение Тунгусского метеорита в Сибири и эксперименты Теслы с Башней.

Говоря о спекуляциях, стоит упомянуть, что эксперименты с телепортацией были классифицированы как «секретные работы Николы Теслы». Никаких реальных доказательств этому нет (и если что-нибудь известно, напишите в комментариях), но у нас есть отдельная статья Что было бы, если бы в мире существовала телепортация.

Рентгеновские лучи

Вильгельм Рентген официально открыл излучение, носящее его имя, 8 ноября 1895 года. Но на самом деле это явление впервые наблюдал Никола Тесла. В 1887 году он начал проводить исследования с использованием электронных ламп. Во время своих экспериментов Тесла зарегистрировал «особые лучи», способные «просвечивать» объекты. Поначалу ученый не придавал этому явлению особого значения, поскольку длительное воздействие рентгеновских лучей опасно для человека.

Как образуются рентгеновские лучи

Никола Тесла первым обратил внимание на опасность рентгеновских лучей

Однако Тесла продолжил свои исследования в этом направлении и даже провел несколько экспериментов до открытия Вильгельма Рентгена, в том числе сфотографировал кости его руки.

К сожалению, в марте 1895 года в лаборатории Теслы вспыхнул пожар, и записи этих исследований были утеряны. После открытия Рентгена Никола с помощью устройства на электронных лампах сфотографировал свою ногу и отправил коллеге поздравления. Рентген похвалил Tesla за качественную фотографию.

Рентген ноги Теслы

Тот же снимок ноги в сапоге

Вопреки распространенному мнению, Вильгем Рентген не был знаком с работами Теслы и пришел к своему открытию в одиночку, чего нельзя сказать о Гульельмо Маркони…

Радио и дистанционное управление

Инженеры из разных стран работали над технологиями радиосвязи, при этом исследования проводились независимо друг от друга. Самый яркий пример: советский физик Александр Попов и итальянский инженер Гульельмо Маркони, которые в своих странах считаются изобретателями радио. Однако Маркони добился большой всемирной известности, впервые установив радиосвязь между двумя континентами (1901 г.) и получив патент на изобретение (1905 г.). Поэтому считается, что он внес наибольший вклад в развитие радиосвязи. Но при чем тут Тесла?

Радиопередача

Радиоволны сегодня повсюду

По-видимому, он первым раскрыл природу радиосигналов, а в 1897 году запатентовал передатчик и приемник. Маркони взял технологию Теслы за основу и провел свою знаменитую демонстрацию в 1901 году. Уже в 1904 году Патентное ведомство отозвало патент на радиостанцию ​​Никола, а через год предоставило его Маркони. Видимо, не обошлось без финансового влияния Томаса Эдисона и Эндрю Карнеги, столкнувшихся с Tesla.

Читайте также: Коэффициент усиления по напряжению: основные параметры выходного сопротивления

В 1943 году, после смерти Николы Теслы, Верховный суд США разрешил ситуацию и признал самый значительный вклад этого ученого как изобретателя радиотехники.

Давайте немного перемотаем назад. В 1898 году на выставке электротехники в Мэдисон-Сквер-Гарден Тесла продемонстрировал то, что он назвал «телеавтоматикой». По сути, это была модель лодки, движением которой можно было управлять дистанционно с помощью пульта ДУ.

Радиоуправляемая лодка Tesla

Так выглядела радиоуправляемая лодка Tesla

Никола Тесла на практике продемонстрировал возможности использования технологии передачи радиоволн. Дистанционное управление сегодня повсюду, от дистанционного управления телевизором до полетов дронов.

Асинхронный двигатель и электромобиль Теслы

В 1888 году Тесла получил патент на электрическую машину, в которой вращение создается под действием переменного тока.

Мы не будем вдаваться в технические особенности работы асинхронного двигателя — желающие могут ознакомиться с соответствующим материалом в Википедии. Что нужно знать, так это то, что двигатель имеет простую конструкцию, не требует высоких производственных затрат и надежен в эксплуатации.

Асинхронный двигатель

Тесла намеревался использовать свое изобретение как альтернативу двигателям внутреннего сгорания. Но бывало, что в этот период такие нововведения никого не интересовали, а финансовое положение самого ученого не позволяло ему слишком много скитаться.

Интересный факт! В Кремниевой долине установлен памятник великому изобретателю. Символично, что раздают бесплатный Wi-Fi.

Нельзя не упомянуть об окутанном тайной электромобиле Tesla. Именно из-за неопределенности этой истории мы не будем рассматривать ее как отдельный элемент. Не обошлось и без электродвигателя.

1931 год, Нью-Йорк. Никола Тесла продемонстрировал работу автомобиля, в котором якобы вместо двигателя внутреннего сгорания был установлен двигатель переменного тока мощностью 80 л.с. Ученый ехал на нем около недели, разогнавшись до 150 км / ч. И проблема в том, что двигатель работал без видимого источника энергии, и автомобиль никогда не перезаряжался. Единственное, к чему был подключен двигатель, — это коробка из лампочек и транзисторов, которую Tesla купила в ближайшем магазине электроники.

Стрела пробивающая автомобиль

Автомобиль Pierce Arrow 1931 года выпуска использовался для демонстрации

На все вопросы Никола ответил, что энергия взята из эфира. Газетные скептики начали обвинять его в почти черной магии, а раздраженный гений, взяв его коробку, отказался что-либо комментировать или объяснять.

Аналогичное событие происходит в биографии Теслы, но специалисты до сих пор сомневаются, что он нашел способ получить питание для автомобиля «с воздуха». Во-первых, в записках ученого нет даже намека на эфирный двигатель, а во-вторых, есть намеки на то, что Никола таким образом обманул общественность, чтобы привлечь внимание к самой идее электромобилей. А непосредственно для передвижения этого прототипа мог использоваться скрытый аккумулятор или двигатель внутреннего сгорания с модернизированной выхлопной системой.

Как бы то ни было, сегодня есть компания, которая в известном смысле реализует эту идею Tesla. Он назван в честь изобретателя.

Переменный ток

Так или иначе, вышеупомянутые изобретения Николы Теслы связаны с переменным током, типом эклектического тока, способного менять направление и величину через определенные промежутки времени. Подробнее о различиях между постоянным и переменным током вы можете прочитать в учебнике физики.

Постоянный и переменный ток

В нашем случае нужно знать, что при передаче переменного тока от станции к потребителю потери энергии намного ниже и преобразовать ее намного проще. Поэтому переменный ток можно назвать более практичным с точки зрения распределения. На этом настаивала Тесла.

Томас Эдисон, как сторонник постоянного тока и как человек, который зарабатывает деньги, всячески очернил идею использования переменного тока. Он рассказал об опасности такого решения и даже убил животных переменным током. Но справедливость восторжествовала, и сегодня переменный ток течет между проводами вашего города.

Стандартизованные умы

Великие люди мира понимают важность технологий и не хотят допускать смешения стандартов от разных производителей (как это было на заре компьютерной индустрии). Одним из первых решение о внедрении стандартов беспроводной передачи энергии приняло Министерство внутренних дел и коммуникаций Японии. Его варианты были предложены Toshiba, которая уже работает над разработкой, исследованием и стандартизацией стандартов беспроводного питания для бытовой техники. Инициативные группы надеются вывести готовую технологию на рынок в период с 2015 по 2020 год.

Стандартизация будет разделена на три этапа: первый включает разработку стандартов индуктивной связи: технология сможет загружать объекты на расстояние до несколько миллиметров на частоте в несколько сотен кГц, вторая стандартизирует метод индуктивной резонансной связи, разработанный в Массачусетском технологическом институте для зарядки объектов на расстоянии нескольких метров от источника… Третья фаза стандартизирует приемники для обеспечения высокой энергоэффективности — и на основе этого стандарта, производители самого разнообразного оборудования смогут разрабатывать новые устройства.

Никакого провода. Электромагия Николы Теслы Никакого провода. Электромагия Николы Теслы
Кто бы мог подумать, что беспроводное питание одним из первых будет получено такими обыденными вещами, как электрические зубные щетки? На рисунке показана реализация WiTricity: все приборы, включая настольную лампу, не имеют проводов. Разве это не сказка?

Двигатель Тесла, принцип работы

Самым важным элементом в автомобиле является асинхронный двигатель, разработанный великим ученым Николой Тесла. Разберем принцип работы асинхронного двигателя

асинхронный двигатель тесла

Асинхронный двигатель состоит из двух частей: статора и ротора

асинхронный ротор и статорный двигатель

статор и ротор асинхронного двигателя

Как работает асинхронный двигатель? Асинхронный двигатель — это трехфазный двигатель переменного тока с вращающимся магнитным полем.
В обмотках статора создается вращающееся магнитное поле. Это, в свою очередь, приводит в движение ротор.

вращающееся магнитное поле

подключение асинхронного двигателя к трехфазному источнику питания

Также мы не должны забывать тот факт, что в асинхронном двигателе скорость вращения самого ротора будет ниже, чем скорость вращающегося магнитного поля, которое формируется в статоре двигателя.

Но это еще не все. Скорость вращения такого двигателя зависит от частоты переменного тока, подаваемого на его обмотки. Чем выше частота, тем быстрее будет вращаться двигатель. Следовательно, контролируя частоту, мы можем управлять вращением двигателя и, следовательно, скоростью самого автомобиля. То есть все управление сводится к преобразованию постоянного тока в трехфазный переменный и возможности изменять частоты трехфазного переменного тока. Это простое преобразование постоянного тока в переменный с желаемой частотой делает автомобили Tesla простыми и надежными.

Коробка передач

Как вращение передается от двигателя к колесам?

Автомобиль Тесла, принцип работы

Для этого используется редуктор

обменять тесла

изменение в автомобилях Tesla

В автомобилях Tesla используется простая односкоростная коробка передач, поскольку крутящий момент двигателя практически одинаков на всех оборотах.

Если разобрать коробку, то можно увидеть ее простую конструкцию

вращение колес автомобиля Tesla

Вращение коленчатого вала вызывает вращение шестерни, которая передает крутящий момент на колеса автомобиля

Автомобиль Тесла, принцип работы

Обратный ход также достигается за счет того, что инвертор меняет две фазы асинхронного двигателя в некоторых местах, и двигатель будет вращаться в другом направлении.

Особенности механизма электрокара

Через некоторое время был раскрыт принцип механизма Тесла. Как оказалось, в качестве источника энергии достаточно использовать простой ламповый триод при условии эмиссии электронов с катода. Для этого необходимо передать высокое напряжение между катодом и ускоряющей сеткой. Чем сильнее нарастает электрическое поле, тем сильнее электрический ток. Также важно создать вакуум для усиления эффекта.

как работала первая машина Николы Теслы

Сто лет спустя

На заре эры электричества мир не был готов к передовым идеям Николы Теслы. Конечно, людей интересовали гораздо более приземленные вещи, такие как радиосвязь и современное уличное освещение — все это нужно было как можно быстрее развивать и популяризировать. И никто не видел ничего плохого в том, чтобы подвести к приборам лишний шнур: на один больше, на один меньше…

Со временем ошибочность подобных мнений стала более очевидной: общество развивалось, электричество стало основой фундамента. Что ж, сегодня мы настолько запутались в проводах, что пора отказаться от пары старых идеалов: беспроводная передача энергии значительно упростила бы нашу жизнь, полностью исключив провода. Представьте, что все интерфейсные кабели в мгновение ока исчезают, а ноутбуки вновь обретают настоящую мобильность, обучаясь подзаряжаться в определенных точках в общественных местах. И это не фантастика!

Никакого провода. Электромагия Николы Теслы
Очень мало чего не хватает во внешнем виде периферийных устройств с поддержкой Wireless USB. Еще немного — и даже флешку можно будет оставить в покое.

Современным ученым известно до трех методов беспроводной передачи энергии на разные расстояния. В первом из них используются прямые радиоволны: прием передаваемых волн и преобразование в электричество в этом случае осуществляется с помощью так называемой ректенны (от английского «выпрямляющая антенна»), специальной решетки, чувствительной к микроволновому излучению.

Ректенна способна передавать энергию на очень большие расстояния, например, с орбиты на поверхность земли, но для правильной работы этой технологии требуется очень большой приемник. В 1987 году ученые НАСА провели большой эксперимент: их орбитальный спутник диаметром 1 км передавал микроволны на ректенну на земле, и, таким образом, диаметр этой ректенны превышал 10 км. Теоретически энергия также может передаваться с помощью ректенн, но ее создатель, Хидэцугу Яги, по-прежнему предпочитает работать с телекоммуникациями.

Второй способ использования «имени Теслы» — это использование лазерного луча: энергия преобразуется в концентрированный луч света и передается на приемник (солнечный элемент) для преобразования обратно в электричество. Метод подходит для питания удаленных объектов: на его базе в Китае даже разработан проект по питанию космической станции на Луне. А три года назад НАСА продемонстрировало беспилотный летательный аппарат с неограниченным временем полета: аккумуляторы устройства заряжались от расположенного на земле лазера.

К сожалению, известные недостатки сводят на нет полезность лазера: несовершенство существующих технологий приводит к потере большей части энергии, и, прежде чем сделать метод эффективным, ученым сначала придется найти высокоэффективный солнечный элемент. Еще один заметный недостаток лазера — опасность попадания предмета в луч (в этом случае объекту будет очень трудно). Поэтому, к сожалению, лазерная передача не подходит даже для зарядки бытовой техники, конечно, если только вы не хотите нанести татуировку ежика на талии.

Наиболее подходящий метод передачи энергии в доме и на рабочем месте называется ужасной резонансной индуктивной связью — по сути, это просто более продвинутая форма простой индуктивной связи. Чтобы ток протекал по беспроводной сети, необходимы две катушки: одна для приема, другая для передачи энергии. Катушки создают магнитное поле, и энергия передается от одной к другой посредством электромагнитной индукции. Дешево и сердито. Кроме того, заставляя катушки резонировать на одной и той же частоте, расстояние беспроводной передачи может быть увеличено до нескольких метров. И в то же время прямое магнитное поле совершенно безвредно для человека и животных — ведь оно даже уступает магнитному полю Земли.

Никакого провода. Электромагия Николы Теслы Никакого провода. Электромагия Николы Теслы
вполне возможно, что в ближайшем будущем такие космические электростанции смогут передавать совершенно безвредную энергию в энергетические мегаполисы. Ректенна диаметром 10 км должна была принимать микроволновое излучение из космоса. Эксперимент НАСА сложно назвать успешным.
Беспроводной город
Никакого провода. Электромагия Николы Теслы

Индукционные источники и беспроводные приемники энергии поднимут большие города с бесконечных линий электропередач на общественный транспорт. В этом направлении уже достигнут определенный прогресс: в прошлом году известный производитель личных самолетов, поездов и другой техники Bombardier продемонстрировал трамвайную систему Bombardier PRIMOVE. Разработчики предлагают установить индукционную линию прямо в асфальте возле путей: в этом случае вагоны трамвая будут оснащены бесконтактными приемниками. Таким образом, поезд сможет двигаться без классического пантографа и линий электропередач.

Bombardier PRIMOVE освободит небеса в исторических центрах различных городов, где навязчивые нити часто портят красоту старинных зданий и памятников. Кроме того, новая трамвайная система намного надежнее (поскольку приемник и передатчик не трутся друг о друга и не изнашивается) и обеспечивает большую экономию энергии: технология MITRAC позволяет собирать энергию во время торможения и движения в дешевой Toyota Prius).

По ту сторону физики

Никакого провода. Электромагия Николы Теслы
В фильме «Престиж» роль Николы Теслы исполнил Дэвид Боуи — изобретатель создал необычный телепорт для одного из волшебников.

Дальнейшая самостоятельная работа над арочными фонарными столбами для уличного освещения не принесла Tesla ни денег, ни славы. Вместо того, чтобы получать финансирование на новые изобретения, Никола пришлось вести нищий образ жизни и прекратить подсобную работу, например, рыть канавы. Изобретение дуговой лампы пригодилось вскоре после этого, когда по счастливой случайности Тесла смог открыть свой собственный офис Tesla Ark Light Company и начать заниматься уличным освещением. Дело пошло в гору, арендовали офис на Пятой авеню в Нью-Йорке. Соседняя компания Эдисона и Tesla Ark Light Company вели ожесточенную борьбу, названную «войной токов».

Очень плодотворным периодом в жизни Теслы считается период с 1888 по 1895 год, когда ученый в своей лаборатории занимался изучением магнитных полей и высоких частот. В 1885 году офис на Пятой авеню сровняли с землей, принеся с собой последние инновации изобретателя: механический осциллятор, новый метод электрического освещения, новый метод беспроводной передачи сообщений на большие расстояния и метод изучения природы электричества. Однако Тесла бодро заявил, что смог восстановить свои изобретения по памяти.

Никакого провода. Электромагия Николы Теслы
Жизнь и исследования Николы Теслы вдохновляли поколения разработчиков игр. В третьем Red Alert, основанном на его исследованиях, была построена почти вся техника советских войск.

Наиболее значимое событие произошло после переезда Теслы в город Колорадо-Спрингс: изобретателя пригласила местная электроэнергетическая компания, а владелец отеля Waldorf-Astoria профинансировал строительство лаборатории. Результатом работы стал трансформатор, подключенный к металлической сфере на выдвижном стержне через обмотку. Разработка дала возможность изучить влияние стоячих электромагнитных волн, которые обычно вызывают грозовые разряды в атмосфере, и именно на их основе была изобретена технология беспроводной передачи энергии. Конечно, изобретатель сразу же начал экспериментировать с созданием искусственной молнии: электричество в несколько тысяч вольт, прошедшее через созданную им конструкцию, преобразовывалось в несколько миллионов вольт, источник энергии оказался самым мощным.

К сожалению, имеющихся ресурсов не хватило для дальнейшей работы. Исследования должны были продолжаться уже в Нью-Йорке, куда изобретатель был приглашен промышленником Джоном Морганом для дальнейшей работы, а Тесла даже спроектировал 47-метровую деревянную башню с медным шаром наверху, конструкция позволила бы продолжить работу. Но строительство было отложено из-за проблем с финансированием: когда Морган узнал, что Tesla намеревается заниматься беспроводной передачей энергии вместо разработки электрического освещения, он расторг договор. В результате проект пришлось закрыть, а землю продать для выплаты кредиторам.

Никакого провода. Электромагия Николы Теслы
Задумчивый гений Никола Тесла увековечен как памятник на месте крупнейшей гидроэлектростанции в Ниагарском водопаде — этому человеку пришла в голову идея использовать переменный ток.

В первой половине 20 века Тесла предложил метод радиообнаружения подводных лодок, он задумал создать супероружие для уничтожения целых армий — причиной таких странных мыслей стал конфликт 1914 года, когда в центре находилась его родная Сербия о военных событиях, которые привели к началу Первой мировой войны. В 1934 году Тесла опубликовал статью, в которой рассмотрел возможность получения сверхвысоких напряжений путем зарядки сферических контейнеров статическим электричеством. Статья вызвала большой резонанс в научных кругах.

За время своей работы Тесла получил огромное количество патентов на всевозможные технологии, широко используемые в наше время, но дело его жизни — эффективная передача энергии по воздуху — не получило дальнейшего развития. Ученый успешно провел эксперименты с переменным током, создал высокочастотный электромеханический генератор и высокочастотный трансформатор, разработал правила безопасности при работе с током.

Кроме того, Тесла проводил эксперименты на собственном теле: он обнаружил, что болезненное воздействие тока не ощущается на частоте выше 700 Гц, и на основе этого открытия он разработал электрические устройства для медицинских исследований. В работах Теслы также есть эксперименты с высокочастотными токами высокого напряжения, которые позволяют очистить поверхность кожи: убирают мелкие высыпания, очищают поры, уничтожают микробы (сегодня этот метод используется в электротерапии).

В 1888 году Никола Тесла дал строгое определение так называемым вращающимся магнитным полям: семь лет спустя этот принцип лег в основу проекта крупнейшей в то время гидроэлектростанции в Ниагаре. Изобретателю удалось получить патент на способ беспроводной передачи токов, который можно использовать в радиосвязи. Наконец, контуры Теслы используются для создания искусственной молнии… Но, по слухам, гений мира электротехники унес с собой в могилу все самые интересные изобретения (подробнее об этом читайте в нашей боковой панели).

Никакого провода. Электромагия Николы Теслы Никакого провода. Электромагия Николы Теслы
Лаборатория Николы Тесла, должно быть, видела много чудес за время своего существования. Летящая молния, горит беспроводной свет… Удастся ли спасти современные города от тесноты километров соединительных кабелей? Производители уверены, что да.
Хронология событий
* 1820: Андре Мари Ампер описывает закон Ампера, который показывает, что электрический ток создает магнитное поле

* 1831 Майкл Фарадей описывает закон Фарадея, основной закон электромагнетизма

* 1864 г. Джеймс Максвелл математически моделирует поведение электромагнитного излучения

* 1888: Генрих Герц подтверждает существование электромагнитного излучения, создает первый радиопередатчик

* 1893: Никола Тесла демонстрирует беспроводное питание для лампочек на Всемирной Колумбийской выставке в Чикаго

* 1894: Хатин и ЛеБлан продвигают теорию возможности индуктивной передачи энергии, регистрируют патент на передачу энергии на частоте 3 кГц

* 1895: Джагдиш Чандра передает радиосигналы на расстояние 6 км

* 1897: Гильермо Маркони передает сигнал Морзе на расстояние 6 км

* 1901 Гильермо Маркони передает сигнал Морзе через Атлантический океан

* 1926: Синтаро Уда и Хидэцугу Яги публикуют первый материал об антенне Яги

* 1961: Уильям Браун публикует статью о возможности передачи микроволновой энергии

* 1964: Уильям Браун показывает вертолет с микроволновым двигателем, получающий всю необходимую энергию через микроволновый луч. С 1969 по 1975 год Браун работал техническим директором в JPL Raython, где ему удалось выдать 30 кВт на 1 милю с эффективностью передачи 84

1968: Питер Глейзер обещает беспроводную передачу энергии из космоса с помощью лазера

1971: Профессор Дон Отто показывает небольшую тележку, работающую от беспроводного индукционного источника питания, в Оклендском университете, Новая Зеландия

* 1988: Оклендский университет патентует индуктивную технологию передачи энергии и производит первый беспроводной источник питания

* 1990: Профессор Джон Бойс разрабатывает технологию, которая позволяет нескольким транспортным средствам двигаться от одного индукционного источника питания

* 1996: Оклендский университет создает систему электропитания электрических автобусов с использованием индуктивной передачи энергии, внедряет ее в Новой Зеландии

* 2004: Индукционная передача энергии, разработанная в Оклендском университете и запатентованная Auckland UniServices Ltd., используется в 90% чистых помещений (например, в полупроводниках)

* 2005: Команда профессора Бойса создает трехфазную магистраль IPT, система позволяет передавать энергию движущимся транспортным средствам в лаборатории

* 2007: Группа профессора Марины Солячич в Массачусетском технологическом институте (MIT) по беспроводной связи обеспечивает питание 60-ваттной лампы с КПД 40

* 2008: Bombardier представляет трамвайную систему PRIMOVE с индукционным приводом

* 2008: Промышленный дизайнер Тан Тран из Университета Брунеля создает беспроводную лампу, питающуюся от высокоэффективного трехваттного диода

* 2008: Intel воссоздает эксперименты профессора Джона Бойса и передает беспроводную энергию на лампу с эффективностью 75

Мифы об электромобиле Николы Тесла

Говоря о том, кто изобрел и использовал схемы для машины Тесла, это были Ларри Пейдж, Сергей Брин, Джеффри Сколл и Илон Маск. Решив принцип действия, великие умы современности решили практически испытать «волшебный ящик» Теслы в наших условиях.

Несмотря на неиссякаемый источник энергии и простоту механизма, есть мифы, которые мы развеиваем:

  • Высокая стоимость аккумуляторов и комплектующих к двигателю.
  • Высокая взрывоопасность.
  • Дорого в плане обслуживания.
  • Проблемы при работе в сложных погодных условиях (мороз, снег, жара).
  • Низкая скорость, до 120 лошадиных сил.

Рекуперативное торможение

У автомобиля Tesla всего две педали и подножка для левой ноги, так что во время вождения с этим есть что делать)

автомобильные педали Tesla

педаль в автомобиле Tesla

Фактически, вы можете управлять автомобилем только с одной педалью — педалью акселератора. По-английски такой способ вождения электромобилей называется одним педальным вождением. Почему это возможно на электромобилях?

Давайте сначала попробуем понять, как обычно происходит торможение в простом автомобиле с двигателем внутреннего сгорания?

Когда мы нажимаем на педаль тормоза, наши тормозные колодки прижимаются к тормозным дискам, и автомобиль начинает тормозить. Куда девается вся кинетическая энергия движущегося автомобиля? Он превращается в тепло и разносится в окружающее пространство. После длительного торможения можно задеть тормозные диски. Они будут очень горячими.

Но в автомобилях Tesla торможение происходит по совершенно другому принципу. Да, тоже есть тормозные колодки и диски, но используются они гораздо реже, чем автомобили с ДВС. Как работает торможение Tesla? Как только вы отпускаете педаль акселератора, автомобиль начинает останавливаться, а это означает, что срабатывает система рекуперативного торможения.

В этом случае двигатель превращается в электрогенератор. Куда уходит энергия от торможения? Если в простых машинах он перегрелся, то здесь двигатель в роли генератора начинает подзаряжать аккумуляторы. То есть можно сказать, что вся кинетическая энергия автомобиля преобразуется в электричество и сохраняется в аккумуляторах. Но почему происходит процесс торможения? Дело в том, что магнит, генерируемый в обмотках статора, замедляет ротор и, таким образом, тормозится вал двигателя.

Чтобы полностью остановить машину, нужна педаль тормоза, которую нажимают в конце остановки. Отсюда следует, что тормозные колодки на Tesla приходится менять во много раз реже, чем на автомобиле с двигателем внутреннего сгорания.

Катушка или трансформатор Теслы

Тесла изобрел свою катушку примерно в 1891 году. В то время он повторял эксперименты Герниха Герца, открывшего электромагнитное излучение тремя годами ранее. Тесла решил использовать свое устройство в сочетании с высокоскоростным генератором переменного тока, который он разрабатывал как часть улучшенной системы зажигания дуги, но обнаружил, что высокочастотный ток перегрел стальной сердечник и разрушил изоляцию между первичной и вторичной обмотками в катушке Румкорфа, которая по умолчанию использовалась в экспериментах Герца.

Чтобы устранить эту проблему, Tesla решила изменить конструкцию, чтобы создать воздушный зазор между первичной и вторичной обмотками вместо изоляционного материала. Тесла позаботился о том, чтобы сердечник можно было перемещать в разные положения в катушке. Тесла также установил конденсатор, который обычно используется в таких установках, между генератором и его первичной обмоткой, чтобы избежать перегорания катушки. Экспериментируя с настройкой катушки и конденсатора, Тесла обнаружил, что он может воспользоваться резонансом между ними для достижения более высоких частот.

В катушке трансформатора Тесла конденсатор после прохождения через короткую искру был подключен к катушке из нескольких витков (первичной катушке), таким образом образуя резонансный контур с частотой колебаний, обычно 20-100 кГц, определяемой емкостью конденсатор и индуктивность катушки.

Конденсатор заряжался до напряжения, необходимого для пробоя воздушного зазора, с линейным входным циклом, которое достигает примерно 10 киловольт при использовании линейного трансформатора, который подключается через воздушный зазор. Сетевой трансформатор был спроектирован так, чтобы индуктивность рассеяния была выше нормальной (параметр, который отражает несовершенство трансформатора), чтобы выдерживать короткое замыкание, которое происходит, пока зазор остается ионизированным, или в течение нескольких миллисекунд, пока ток высокой частоты остается не исчез.

Искровой разрядник настроен на пробой до напряжения, немного меньшего, чем пиковое выходное напряжение трансформатора, чтобы максимально увеличить напряжение на конденсаторе. Внезапный ток, проходящий через искровой промежуток, заставляет первичный резонансный контур резонировать на его резонансной частоте. Кольцевая первичная обмотка магнитно передает энергию вторичной обмотке в течение нескольких ВЧ-циклов, пока вся энергия, которая изначально была в первичной обмотке, не будет передана вторичной.

В идеале зазор перестает проводить ток (демпфирование), улавливая всю энергию колебательного вторичного контура. Обычно зазор снова начинает расти, и энергия от вторичных передач возвращается в первичный контур еще на несколько циклов РЧ. Энергетический цикл можно повторять несколько раз до полного ослабления разрядника. Как только пространство перестанет проводить ток, трансформатор начнет заряжать конденсатор. В зависимости от напряжения пробоя искрового промежутка он может срабатывать несколько раз в течение всего цикла переменного тока.

Более заметная вторичная обмотка со значительно большим количеством витков более тонкого провода, чем вторичная, была расположена так, чтобы перекрывать часть магнитного поля первичной обмотки. Вторичная система была спроектирована так, чтобы иметь ту же резонансную частоту, что и первичная, с использованием только паразитной емкости (нежелательной емкостной связи) самой обмотки с землей и любого вывода, размещенного в верхней части вторичной обмотки. Нижний конец длинной вторичной обмотки необходимо заземлить.

Генератор переменного тока

Генератор — это электрическая машина, которая является частью многофазной системы питания Tesla, о которой будет сказано ниже. Генератор генерирует переменный ток с помощью механической работы (например, установленные на плотине генераторы, использующие воду, падающую на их лопасти).

Мы не будем объяснять, как работает генератор. Посмотрите видео ниже, если хотите разобраться более подробно.

Генератор Теслы (другое название генератора переменного тока) превосходил все другие по той простой причине, что он был действительно эффективным на практике. Тесла изобрел свой генератор, когда он был еще второкурсником, и даже тогда он обратился к своим учителям с идеей использования переменного тока, но все они отвергли его идеи, как если бы они были бредовыми. Некоторые профессора даже смеялись над его изобретениями.

В 1882 году Тесла работает в Париже и создает первый рабочий прототип своего генератора.

Прибыв в Соединенные Штаты в 1884 году, Тесла пошел к известному в то время изобретателю и торговцу электричеством Томасу Эдисону и получил у него работу. Попутно Тесла предложил Эдисону свои идеи по использованию переменного тока, но Эдисон считал его сумасшедшим, если он думал, что переменный ток можно каким-то образом использовать. Дело даже дошло до того, что Тесла, не понимая сарказма Эдисона, подумал, что получит от Эдисона крупную сумму, если сделает несколько десятков конкретных изобретений на заказ. Их создал Тесла, и Эдисон сказал, что шутил, а Тесла рекомендовал научиться понимать американский юмор.

В 1891 году Тесла получил в США патент на первый в мире генератор переменного тока.

Генератор 1891

Генератор 1891

Патент Tesla на генератор переменного тока

Патент Tesla на генератор переменного тока

Многофазный генератор Tesla мощностью 500 л.с. (около 370 кВт) на выставке Westinghouse

Оцените статью
Блог про электронику