Способ и устройство для передачи электрической энергии
Владельцы патента RU 2488207:
Российская академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) (RU)
Использование: в области электротехники. Технический результат состоит в упрощении генерирующего контура, повышении эффективности и снижении энергетических затрат на генерирование электромагнитных волн, а также в повышении передаваемой мощности электроэнергии. Способ заключается в том, что источник электрической энергии в виде генератора электромагнитных колебаний образует через согласующую емкость замкнутый электрический контур с одной из изолированных уединенных емкостей, имеющей два входных электрода и емкостную электрическую связь с другой изолированной уединенной емкостью, выходной электрод которой присоединен к однопроводной резонансной линии и далее к приемнику потребителя электрической энергии, выполненному по зеркальной схеме, когда электроэнергия в виде емкостных реактивных токов и токов смещения в пространстве, переданная по однопроводной линии или однолинейным проводящим каналам в режиме резонанса напряжений или резонанса токов, поступает к уединенной изолированной емкости с одним электродом и передается емкостной связью второй изолированной уединенной емкости, имеющей два выходных электрода, образующих замкнутый контур с нагрузкой потребителя, через согласующую емкость. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Устройство относится к области электротехники, в частности к устройству для передачи электроэнергии.
Известен способ и электрическое устройство Н. Тесла для резонансной системы передачи электрической энергии (US Patent №593138. Electrical transformer/Tesla N. 02.11.1897./).
Недостатками известного способа и устройства являются необходимость высоковольтного напряжения, наличие индуктивной связи и большие габариты резонансного трансформатора.
Другим недостатком известного способа и устройства являются большие энергетические затраты на генерирование высокочастотных высоковольтных электромагнитных колебаний и передачу их по проводящему каналу между источником и приемником.
Известен способ передачи электроэнергии, включающий генерирование высокочастотных электромагнитных колебаний и передачу их по проводящему каналу между источником и приемником электрической энергии таким образом, что высокочастотные электромагнитные колебания, генерированные в высокочастотном резонансном трансформаторе, усиливают по напряжению до 0,5-100 миллионов вольт в четвертьволновой резонансной линии, состоящей из спирального волновода и естественной емкости на конце линии путем подачи на вход четвертьволновой линии электромагнитных колебаний от высокочастотного резонансного трансформатора с частотой f0=1-1000 кГц, синхронизированной с периодом времени T0 движения волны напряжения от входа спирального волновода до естественной емкости и возврата отраженной волны по входу в спиральный волновод Tk=2H/u=1/2f0, где H - длина четвертьволновой линии, u - скорость движения электромагнитной волны вдоль оси волновода, накапливают электрическую энергию в естественной емкости, а проводящий канал формируют путем эмиссии стримеров и создания потока электромагнитного излучения с конца игольчатого формирователя проводящего канала на резонансной частоте f0=1-1000 кГц при напряжении 0,5-100 миллионов вольт путем соединения естественной емкости четвертьволновой линии с игольчатым проводящим формирователем канала.
Известное устройство для передачи электрической энергии содержит источник электрической энергии, преобразователь частоты, передающий и приемный резонансные высокочастотные трансформаторы с резонансной частотой f0, установленные у источника и приемника энергии, и проводящий канал между ними. Передающий трансформатор с частотой f0=1-1000 кГц соединен с четвертьволновой резонансной линией, выполненной из спирального волновода с длиной H=u/4f0, где u - скорость распространения электромагнитной волны вдоль оси волновода, естественной емкости на конце линии с напряжением 0,5-100 MB, емкость соединена с игольчатым проводящим формирователем проводящего канала, который ориентирован на приемник нагрузки потребителя (Патент РФ 2310964. // БИ 32 2007).
Недостатком известного способа и устройства является необходимость использования преобразователя частоты, передающего и приемного резонансного высокочастотного трансформатора.
Другим недостатком известного способа и устройства являются большие энергетические затраты на генерирование высокочастотных электромагнитных колебаний и передачу их по проводящему каналу между источником и приемником.
Задачей предлагаемого изобретения является упрощение генерирующего контура, повышение эффективности и снижение энергетических затрат на генерирование электромагнитных волн, а также повышение передаваемой мощности электроэнергии.
Вышеуказанный результат достигается тем, что в способе передачи электрической энергии по проводящему каналу между источником и приемником электрической энергии путем генерирования высокочастотных электромагнитных колебаний в высокочастотном резонансном трансформаторе, усиления по напряжению до 0,5-100 миллионов вольт в четвертьволновой резонансной линии, состоящей из спирального волновода и естественной емкости на конце линии, путем подачи на вход четвертьволновой линии электромагнитных колебаний от высокочастотного высоковольтного резонансного трансформатора, электромагнитные колебания от генератора электромагнитных импульсов подают через согласующую емкость на входные электроды двухэлектродной обкладки - изолированной диэлектриком уединенной емкости передатчика электрической энергии, который выполняют в виде трехэлектродной резонансной емкости, и формируют на одноэлектродной обкладке - изолированной диэлектриком уединенной емкости с одним выходным электродом емкостные реактивные токи посредством емкостной связи между обкладками, присоединяют через выходной электрод к однопроводной резонансной линии и передают электрическую энергию в виде емкостных реактивных токов и токов смещения в пространстве, окружающем проводник, и принимают электрическую энергию приемником в виде трехэлектродной резонансной емкости путем присоединения однопроводной линии к входному электроду одноэлектродной обкладки - изолированной уединенной емкости приемника, и преобразуют емкостные реактивные токи и токи смещения в пространстве, окружающем однопроводную линию, в активные токи в замкнутом электрическом контуре с нагрузкой потребителя электрической энергии посредством емкостной связи между обкладками, путем присоединения выходных электродов двухэлектродной обкладки - изолированной диэлектриком уединенной емкости трехэлектродной резонансной емкости, к приемнику электрической энергии.
В устройстве для передачи электрической энергии, содержащем источник электрической энергии и передающий трансформатор с частотой f0=1-1000 кГц, соединенный с четвертьволновой резонансной линией, выполненной из спирального волновода и естественной емкости на конце линии с напряжением 0,5-100 MB, емкость соединена с игольчатым проводящим формирователем проводящего канала, который ориентирован на приемник нагрузки потребителя, генератор электромагнитных импульсов соединен через согласующую емкость с передатчиком электрической энергии в виде трехэлектродной резонансной емкости, у которой, двухэлектродная обкладка - изолированная диэлектриком уединенная емкость с двумя входными электродами, замкнута на генератор, а вторая обкладка с одним электродом присоединена через однопроводную линию к приемнику электрической энергии, в виде трехэлектродной резонансной емкости, у которой одноэлектродная обкладка - изолированная диэлектриком уединенная емкость с одним входным электродом, присоединена к однопроводной линии, а вторая двухэлектродная обкладка - изолированная диэлектриком уединенная емкость с двумя выходными электродами, образует через согласующую емкость замкнутый контур с нагрузкой потребителя электрической энергии.
В варианте устройства для передачи электрической энергии передатчик и приемник выполнены в виде трех электродных резонансных емкостей, последняя из которых содержит одноэлектродную обкладку, представляющую собой изолированную уединенную емкость с одним электродом, который с двух сторон через диэлектрик окружен двумя электродными обкладками, площадь которых в два раза превышает площадь одноэлектродной обкладки.
Сущность предлагаемого способа и устройства для передачи электрической энергии поясняется на фиг.1, фиг.2, где на фиг.1 представлена общая схема устройства для передачи электрической энергии с использованием резонансной однопроводной линии и трехэлектродной резонансной емкости в качестве передатчика и приемника, с одинаковой поверхностью обкладок - изолированных уединенных емкостей, на фиг.2 представлена общая схема устройства для передачи электрической энергии, где одноэлектродная изолированная уединенная емкость-обкладка имеет площадь поверхности в два раза меньше площади поверхности двухэлектродной емкости.
На фиг.1 представлен передатчик 1 в виде трехэлектродной резонансной емкости, у которой обкладки 2 и 3 разделены диэлектриком 4, причем одна из обкладок 2, имеющая два входных электрода 5 и 6, образует замкнутый электрический контур с генератором 7 электромагнитных импульсов через согласующую емкость 8 и выводы 9, а вторая обкладка 3 с одним электродом 10 присоединена к однопроводной резонансной линии 11 и далее к входному электроду 12 обкладки 13, обкладка 13 разделена диэлектриком 14 от двухэлектродной обкладки 15 приемника 16. Приемник 16 выполнен в виде трехэлектродной резонансной емкости, где выходные электроды 17 и 18 образуют замкнутый контур через согласующую емкость 19 с нагрузкой потребителя электроэнергии 20.
На фиг.2 представлены передатчик 21 и приемник 22. Приемник 22 выполнен в виде трехэлектродной резонансной емкости, у которой обкладка 23 с одним электродом 24 с двух сторон окружена через диэлектрик обкладками 26 и 27, площадь поверхности которых в два раза больше, чем одноэлектродная обкладка 23. Обкладки 26 и 27 соединены электродами 28 и 29 с выводами 30 и через емкость 31 с генератором электромагнитных импульсов 32. Приемник 22 выполнен в виде трехэлектродной резонансной емкости, у которой обкладка 33 с одним электродом 34 с двух сторон через диэлектрик 35 окружена обкладками 36 и 37. Площадь поверхности обкладок 36 и 37 в два раза превышает площадь одноэлектродной обкладки 33. Электрод 24 передатчика 21 и электрод 34 приемника 22 соединены с однопроводной резонансной линией 11. Электроды 38 и 39 обкладок 36 и 37 соединены через согласующую емкость 40 и через выходные электроды 41 с нагрузкой потребителя 42.
Способ передачи электроэнергии реализуется следующим образом.
При воздействии электромагнитного импульса на трехэлектродной резонансной емкости в передатчике 1 (фиг.1) обкладка - изолированная уединенная емкость 2 с двумя электродами 5 и 6, с замкнутым на генератор электрических импульсов 7 через согласующую емкость 8 генерирует через диэлектрик 4 на обкладке 3, с присоединенной через выходной электрод 10 однопроводной линией 11 посредством емкостной связи между обкладками 2 и 3, емкостные реактивные токи и токи смещения в пространстве, окружающем однопроводную линию 11, принимаемые приемником 16 в виде трехэлектродной резонансной емкости обкладка 13 которой с входным электродом 12, присоединенным к резонансной однопроводной линии 11, через диэлектрик 14 посредством емкостной связи с двухэлектродной обкладкой 15, формирует ток в замкнутом контуре, образуемом выходными электродами 17 и 18 через согласующую емкость 19 и нагрузкой потребителя электрической энергии.
Пример выполнения способа и устройства передачи электроэнергии.
Равнозначно выполненные передатчик 1 и приемник 16 (фиг.1) в виде трехэлектродной резонансной емкости изготовлены из железной рулонной ленты 0,5 мм толщиной, 0,5 м шириной и длиной 200 м на каждую обкладку, одна из которой имеет два прикрепленных к ленте электрода в начале и конце длины ленты, а вторая обкладка с одним электродом, присоединенным к середине ленты. Ленты через диэлектрик в виде стеклоткани толщиной 0,05 мм намотаны на бобину диаметром 2 м. Энергия передается от генератора 7 электромагнитных импульсов через согласующую емкость 8 и входные электроды 5 и 6, к обкладке - изолированной уединенной емкости 8, имеющей емкостную связь через диэлектрик 4 с обкладкой 3, с одним выходным электродом 10, присоединенным к резонансной однопроводной линии 11 в виде медного повода толщиной 0,1 мм и длиной 10 км и далее к приемнику 16, где входной электрод 12 одноэлектродной обкладки - изолированной уединенной емкости 13, имеющую емкостную связь через диэлектрик 14 с обкладкой 15, с двумя выходными электродами 17 и 18, которые через согласующую емкость 19 образуют замкнутый контур с нагрузкой 20 потребителя электрической энергии.
1. Способ передачи электрической энергии по проводящему каналу между источником и приемником электрической энергии путем генерирования высокочастотных электромагнитных колебаний в высокочастотном резонансном трансформаторе, усиления по напряжению до 0,5-100 миллионов вольт в четвертьволновой резонансной линии, состоящей из спирального волновода и естественной емкости на конце линии путем подачи на вход четвертьволновой линии электромагнитных колебаний от высокочастотного высоковольтного резонансного трансформатора, отличающийся тем, что электромагнитные колебания от генератора электромагнитных импульсов подают через согласующую емкость на входные электроды двухэлектродной обкладки - изолированной диэлектриком уединенной емкости передатчика электрической энергии, который выполняют в виде трехэлектродной резонансной емкости, и формируют на одноэлектродной обкладке - изолированной диэлектриком уединенной емкости с одним выходным электродом емкостные реактивные токи посредством емкостной связи между обкладками, присоединяют через выходной электрод к однопроводной резонансной линии и передают электрическую энергию в виде емкостных реактивных токов и токов смещения в пространстве, окружающем проводник, и принимают электрическую энергию приемником в виде трехэлектродной резонансной емкости путем присоединения однопроводной линии к входному электроду одноэлектродной обкладки - изолированной уединенной емкости приемника, и преобразуют емкостные реактивные токи и токи смещения в пространстве, окружающем однопроводную линию, в активные токи в замкнутом электрическом контуре с нагрузкой потребителя электрической энергии посредством емкостной связи между обкладками, путем присоединения выходных электродов двухэлектродной обкладки - изолированной диэлектриком уединенной емкости трехэлектродной резонансной емкости, к приемнику электрической энергии.
2. Устройство для передачи электрической энергии, содержащее источник электрической энергии и передающий трансформатор с частотой f0=1-1000 кГц, соединенный с четвертьволновой резонансной линией, выполненной из спирального волновода и естественной емкости на конце линии с напряжением 0,5-100 MB, емкость соединена с игольчатым проводящим формирователем проводящего канала, который ориентирован на приемник нагрузки потребителя, отличающееся тем, что генератор электромагнитных импульсов соединен через согласующую емкость с передатчиком электрической энергии в виде трехэлектродной резонансной емкости, у которой двухэлектродная обкладка - изолированная диэлектриком уединенная емкость с двумя входными электродами, замкнута на генератор, а вторая обкладка с одним электродом присоединена через однопроводную линию к приемнику электрической энергии, в виде трехэлектродной резонансной емкости, у которой одноэлектродная обкладка - изолированная диэлектриком уединенная емкость с одним входным электродом присоединена к однопроводной линии, а вторая двухэлектродная обкладка - изолированная диэлектриком уединенная емкость с двумя выходными электродами образует через согласующую емкость замкнутый контур с нагрузкой потребителя электрической энергии.
3. Устройство для передачи электрической энергии по п.2, отличающееся тем, что передатчик и приемник выполнены в виде трехэлектродных резонансных емкостей, последняя из которых содержит одноэлектродную обкладку, представляющую собой изолированную уединенную емкость с одним электродом, который с двух сторон через диэлектрик окружен двумя электродными обкладками, площадь которых в два раза превышает площадь одноэлектродной обкладки.
