Система снабжения электроэнергией и способ передачи электрической энергии от источника электропитания на устройство посредством однопроводного электрического провода
Изобретение относится к электротехнике и может использоваться для снабжения электроэнергией. Технический результат состоит в уменьшении опасности наличия компонентов с высоким напряжением внутри системы питания. Для этого система питается за счет источника электропитания, который соединен с преобразователем частоты. Преобразователь частоты присоединен посредством цепи с распределительным переключателем, который имеет вход и выход с элементом, который скомпонован для накопления электрической энергии. Распределительный переключатель соединен с первым электрическим проводом, конец которого соединен с первым отражательным элементом, включающим заземление. Второй электрический провод соединен с распределительным переключателем, а другой его конец соединен со вторым отражательным элементом. Преобразователь частоты скомпонован для преобразования тока, поступающего от источника электропитания, в переменный ток повышенной частоты для питания электроэнергией первого устройства, используемого в качестве нагрузки. 2 н. и 23 з.п. ф-лы, 18 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Техническое решение по настоящему изобретению относится к электротехнике, в частности, к системам снабжения электроэнергией и способам, которые могут снабжать энергией устройства, соединенные с однопроводными электрическими линиями, образующими разомкнутые цепи.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известно, что возможно передавать энергию посредством одного провода для питания различных электрических устройств, таких как источники света и двигатели. В работах физиков, таких как Стивен Грей, Никола Тесла, Станислав Авраменко, Константин Авраменко и других, описаны различные эксперименты, относящиеся к передаче энергии посредством одного провода, однако, имеет место недостаточность наращиваемых технических решений для массового рынка.
Описание передачи электрической энергии по одиночному проводящему проводу, который не образует замкнутую цепь, основывается на нескольких открытиях, включая открытие английским физиком Стивеном Греем явления электрической проводимости в 1729 г. Это явление состоит в том, что электричество, передается от одного тела к другому вдоль металлического проводника таким образом, что электрический заряд распределяется по поверхности проводника (см. Ю. А. Храмов, Физики: Биографический справочник (Москва, «Наука» 1983); и Словарь научной биографии (Нью-Йорк, Чарльз Скрибенерс Сонс 1970-1978)).
Считается, что Никола Тесла описал средства подачи электроэнергии на электрические устройства посредством однопроводной передающей линии в конце девятнадцатого столетия (см. Джон О’Нейл, Электрический Прометей, (Москва, «История технологии», 1944); Б. Н. Ржонсницкий, Никола Тесла (Москва, «Молодая гвардия», 1959); и Г. К. Цверава, Никола Тесла (Ленинград, «Наука», 1974)).
В патенте США № US6104107, авторов Станислава Авраменко, Константина Авраменко описан способ подачи электрической энергии на электрическое устройство посредством однопроводной передающей линии, которая не образует замкнутую цепь. Способ характеризуется преобразованием электрической энергии в энергию колебаний поля свободных электрических зарядов, такую как ток смещения или продольные волны электрического поля, и, при необходимости, включение преобразования в электромагнитную энергию токов проводимости.
Патент России № RU2241176 описывает электрическую осветительную систему, которая содержит солнечную батарею, аккумулятор электрической энергии, контроллер зарядки, инвертор, резонансный трансформатор, электрическую линию и набор светодиодов. Высоковольтный контакт высоковольтной обмотки резонансного трансформатора соединен с одиночным проводом. Каждый светодиод из набора светодиодов соединен параллельно с одиночным проводом таким образом, что один контакт светодиода соединен с одиночным проводом, а другой контакт светодиода соединен с изолированным проводящим телом. Недостатком этой осветительной системы является присутствие высокого электрического потенциала (1500 вольт) на светодиодах, что приводит к наличию опасности короткого замыкания на землю элементов одиночного провода. Также, эта осветительная система может оказаться затратной при установке и в работе за счет требования по безопасности для обеспечения повышенной электрической изоляции для одиночного провода.
Патент России № RU2662796 описывает осветительную систему, которая содержит источник электрической энергии, преобразователь частоты, высокочастотный резонансный трансформатор, электрический одиночный провод, электрические лампы, где контакт с низким потенциалом обмотки трансформатора Теслы соединен с началом электрического одиночного провода. Недостатки этого способа возникают вследствие использования резонансных трансформаторов Теслы и относятся к проблемам, возникающим за счет применения источника с мощностью, превышающей 2 КВт. Также, резонансный трансформатор Теслы сам по себе относительно громоздкий и имеет относительно большие размеры. Кроме того, когда трансформатор Тесла начинает работать в резонансном режиме, на выходе высоковольтного потенциала могут появиться значительные потенциалы напряжения, достигая значений 1,5 - 14 КВ. Этот высокопотенциальный выход трансформатора Теслы может потребовать применения дополнительных мер безопасности в зоне, где работает трансформатор.
Цель технического решения по настоящему изобретению состоит в том, чтобы уменьшить опасность наличия компонентов с высоким напряжением внутри системы питания, уменьшить опасность короткого замыкания системы питания, сделать систему питания более безопасной, чем традиционные системы снабжения электроэнергией, и предложить малозатратную систему снабжения электроэнергией, которая имеет наращиваемую технологию, удовлетворяющую потребностям массового рынка.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель технического решения по настоящему изобретению – устранить по меньшей мере некоторые недостатки, присутствующие на существующем уровне техники.
Варианты реализации технического решения по настоящему изобретению были разработаны на основании инженерного анализа по меньшей мере одной технической проблемы, связанной с существующими на данном уровне техники подходами к передаче электрической энергии безопасным и малозатратным способом.
Более конкретно, известные на существующем уровне техники системы, видимо, не учитывают, возможность использования нетрадиционных видов электрической энергии, генерируемой внутри систем, работающих в резонансных или в близких к резонансным режимах. В связи с этим, техническое решение по настоящему изобретению позволяет разработать устойчивые электрические системы питания, которые, при входе в режим близкий к резонансному режиму или собственно в резонансный режим, будут эффективно передавать электрические токи и электромагнитные волны по электрическому проводу в различных формах, включая, но не ограничиваясь перечисленным, продольные токи, стоячие электромагнитные волны, бегущие электромагнитные волны, токи смещения, токи перезарядки, и использовать такие электрические токи и электромагнитные волны для питания различных устройств.
Инженеры обнаружили, что будет целесообразно предложить устройство или систему, которая будет оставаться устойчивой при работе, по меньшей мере части системы, в резонансном режиме, таким образом, что система будет способна предоставлять электрическую энергию для любых типов устройств, соединенных последовательно или параллельно с электрическим проводом, то есть передавать переменный ток назад и вперед по проводу от одного конца к другому, позволяя, таким образом энергии переменного тока, присутствующего в электрическом проводе, использоваться устройствами, гальванически присоединенными к нему.
В соответствии с первым общим аспектом технического решения по настоящему изобретению предложена система снабжения электроэнергией, которая включает в себя по меньшей мере следующие составляющие: источник электропитания, который гальванически соединен с преобразователем частоты, который, в свою очередь, гальванически соединен посредством цепи с распределительным переключателем, который имеет вход и выход. Цепь так же содержит элемент, соединенный с ней, причем элемент скомпонован для накопления электроэнергии в том числе и реактивной. Этот элемент может состоять из нескольких электрических деталей или может представлять собой одиночную электрическую деталь. Распределительный переключатель соединен с первым электрическим проводом, который имеет первое устройство, гальванически соединенное с ним. Первый электрический провод имеет первый конец и второй конец. Первый конец соединен с выходом распределительного переключателя. Первое устройство гальванически соединено с первым электрическим проводом между первым и вторым концами. Первое устройство может снабжаться электроэнергией от системы. Система может снабжаться электроэнергией от любого источника электропитания, например, постоянного тока или переменного тока. Преобразователь частоты скомпонован для преобразования электрического тока, генерируемого источником электропитания, в переменный ток повышенной частоты. Цепь и элемент могут представлять собой резонансный контур или совокупность резонансных контуров. Переменный ток повышенной частоты передается через распределительный переключатель в первый электрический провод для питания электроэнергией первого устройства, которое может быть одиночным устройством или совокупностью устройств. Также может присутствовать второй электрический провод, который гальванически соединен с выходом распределительного переключателя. Второй электрический провод имеет третий конец и четвертый конец. Третий конец может быть гальванически соединен с выходом распределительного переключателя. Причем может быть один или большее число распределительных переключателей. Распределительный переключатель имеет вход, который гальванически соединен с цепью. Первый электрический провод располагается после источника электропитания, элемента, цепи и распределительного переключателя таким образом, что только первый конец первого электрического провода соединен с распределительным переключателем, и таким образом, что второй конец первого электрического провода не соединен с источником электропитания, преобразователем частоты, элементом, цепью или распределительным переключателем, т.е. не образует замкнутый контур с источником электропитания, преобразователем частоты, элементом, цепью или распределительным переключателем. Второй конец первого электрического провода имеет первый отражательный элемент, гальванически присоединенный к нему, таким образом, что переменный ток повышенной частоты, переданный по первому электрическому проводу, отражается от отражательного элемента второго конца назад в первый электрический провод к его первому концу. Четвертый конец второго электрического провода имеет второй отражательный элемент, соединенный с ним. Второй электрический провод также не образует замкнутый контур с источником электропитания, преобразователем частоты, элементом, цепью или распределительным переключателем.
В некоторых вариантах реализации изобретения системы снабжения электроэнергией может быть больше электрических проводов, которые не образуют замкнутый контур, и которые используются для передачи переменного тока повышенной частоты с целью питания других устройств, гальванически соединенных с этими проводами. Следовательно, для облегчения понимания технического решения по настоящему изобретению, электрические провода могут быть обозначены как первый, второй, третий, четвертый, пятый и так далее; устройства могут быть обозначены как первое, второе, третье, четвертое, пятое и так далее; концы провода могут быть обозначены как первый, второй, третий, четвертый, пятый и так далее; такое обозначение не предназначено для применения как ограничивающее, не изменяет функциональных возможностей каждого из таких элементов и не влияет на какой-либо порядок, тип, хронологию, иерархию или систематизацию таких наименований, и просто указывает, что эти наименования имеют различные определения, связанные с ними, как это будет более подробно описано далее. Понятно, что провод может иметь совокупность вторых концов и совокупность первых концов. Техническое решение по настоящему изобретению указывает, что для правильного функционирования системы электрический провод, который передает переменный ток повышенной частоты на устройство или устройства, гальванически соединенные с электрическим проводом, делает это за счет использования колебательных свойств электрического тока, т.е. колебаний электрического тока, присутствующих между первым концом (концами) электрического провода и соответствующим вторым концом (концами) электрического провода, скорее, чем за счет свойства протекания электрического тока по петле в замкнутом контуре.
В некоторых вариантах реализации изобретения системы снабжения электроэнергией первый отражательный элемент может представлять собой любое из следующего: не соединенный конец провода по меньшей мере первого электрического провода, конденсатор, объект, содержащий проводящий материал, заземление и изоляцию второго конца. Второй отражательный элемент может представлять собой любое из следующего: любой из не соединенных концов провода по меньшей мере первого электрического провода, конденсатор, объект, содержащий проводящий материал, заземление и изоляцию четвертого конца. Отражательный элемент не обязательно должен быть чем-либо конкретным на не соединенных концах любого из электрических проводов, поскольку не соединенные концы не препятствуют способности соответствующих электрических проводов передавать электромагнитные волны между концами электрического провода.
В некоторых вариантах реализации изобретения системы снабжения электроэнергией, например, когда размеры первого электрического провода являются достаточными, чтобы обеспечить собственную емкость первого электрического провода для работы системы снабжения электроэнергией вблизи от резонансного режима или в резонансном режиме, отражательным элементом может быть второй конец самого электрического провода, который не соединен. Например, второй конец может быть изолированным, и этого будет достаточно для работы системы. Аналогично, когда размеры второго, третьего, четвертого, и т.д. электрических проводов являются достаточными, чтобы обеспечить собственную емкость любых из этих электрических проводов для работы системы снабжения электроэнергией вблизи от резонансного режима или в резонансном режиме, отражательными элементами могут быть не соединенные концы самих электрических проводов.
В некоторых вариантах реализации изобретения системы снабжения электроэнергией, например, когда размеры первого электрического провода являются недостаточными, чтобы обеспечить собственную емкость первого электрического провода для работы системы снабжения электроэнергией вблизи от резонансного режима или в резонансном режиме, отражательным элементом может быть объект, который увеличивает емкость первого электрического провода. Например, таким объектом может быть любое токопроводящее тело. Токопроводящее тело может иметь любую конфигурацию или форму, например: шара, тора, диска, стержня или цилиндра, или вытянутой части электрического провода. В некоторых случаях заземление может использоваться как отражательный элемент (посредством заземления первого электрического провода) при условии, что замкнутая цепь не образована вторым концом первого электрического провода через заземление к источнику питания, резонансной цепи или распределительному переключателю. Аналогично, когда размеры второго, третьего, четвертого и т.д. электрических проводов являются недостаточными, чтобы обеспечить собственную емкость каждого из таких электрических проводов для работы системы снабжения электроэнергией вблизи от резонансного режима или в резонансном режиме, отражательным элементом может быть объект, который увеличивает емкость каждого из таких электрических проводов.
В некоторых вариантах реализации изобретения системы снабжения электроэнергией второе устройство гальванически соединено со вторым проводом между третьим концом и четвертым концом. Второе устройство может представлять собой совокупность вторых устройств.
В некоторых вариантах реализации изобретения системы снабжения электроэнергией первое устройство или второе устройство может быть источником света, источником звука, электромеханическим устройством, электромагнитным устройством или любым другим устройством, которое использует электроэнергию для работы.
В некоторых вариантах реализации изобретения системы снабжения электроэнергией может присутствовать совокупность первых устройств, гальванически соединенных с первым электрическим проводом, и совокупность вторых устройств, гальванически соединенных со вторым проводом. Совокупность первых устройств или совокупность вторых устройств может представлять собой сочетание источников света, источников звука, устройством с электромеханическим приводом, устройством с электромагнитным приводом или любым другим устройством, которое использует электроэнергию для работы.
В некоторых вариантах реализации изобретения системы снабжения электроэнергией каждая совокупность первых устройств или каждая совокупность вторых устройств может иметь эквивалентное потребление энергии по отношению друг к другу или может быть аналогично.
В некоторых реализациях электроэнергетической системы каждое из множества первых устройств может быть разнесено друг от друга на относительно равное расстояние от одного первого устройства до другого или на расстояние от одного первого устройства до другого в зависимости от условий создания резонанса электроэнергетической системы или потребности пользователя электроэнергетической системы.
В некоторых вариантах реализации изобретения системы снабжения электроэнергией совокупность первых устройств или совокупность вторых устройств может быть одной из совокупности светодиодов, совокупности газовых ламп или совокупности ламп накаливания, совокупности компактных люминесцентных ламп, совокупности галогенных ламп, совокупности металло-галоидных ламп, совокупности флюоресцентных трубок, совокупности неоновых ламп, совокупности ксеноновых ламп, или совокупности натриевых ламп низкого давления.
В некоторых вариантах реализации изобретения системы снабжения электроэнергией в совокупности светодиодов по меньшей мере два светодиода могут быть соединены с первым электрическим проводом в противоположных направлениях. Переменный ток повышенной частоты, переданный от первого конца первого электрического провода в направлении второго конца электрического провода, может обеспечивать питанием светодиоды, которые соединены в направлении от первого конца первого электрического провода ко второму концу первого электрического провода. Переменный ток повышенной частоты, который отражается от второго конца электрического провода и передается от второго конца первого электрического провода к первому концу электрического провода, может обеспечивать питание светодиодов, которые соединены в направлении от второго конца первого электрического провода к первому концу первого электрического провода. Аналогично, светодиоды, гальванически соединенные со вторым, третьим, четвертым, и т.д. электрическими проводами, могут снабжаться за счет переменного тока повышенной частоты, как описано выше для первого электрического провода.
В некоторых вариантах реализации изобретения системы снабжения электроэнергией первый набор совокупности первых устройств гальванически соединен последовательно по меньшей мере с одним первым электрическим проводом.
В некоторых вариантах реализации изобретения системы снабжения электроэнергией второй набор совокупности первых устройств гальванически соединен параллельно с первым электрическим проводом. Следовательно, первый электрический провод может иметь совокупность вторых концов.
Например, когда по меньшей мере некоторые из первых устройств соединены параллельно, то второй конец первого электрического провода может иметь совокупность вторых концов, так что первые устройства соединенные параллельно будут иметь один контакт, гальванически соединенный с первым электрическим проводом на стороне первого конца, а второй контакт, соединенный на стороне второго конца, обеспечивает отсутствие образования замкнутых цепей посредством первого электрического провода.
В некоторых вариантах реализации изобретения системы снабжения электроэнергией третий набор совокупности первых устройств содержит два светодиода, гальванически соединенные с первым электрическим проводом встречно-параллельно.
В некоторых вариантах реализации изобретения системы снабжения электроэнергией возможно гальванически соединить любые первые устройства последовательно или параллельно при сохранении системы, работающей в резонансном режиме или вблизи от резонансного режима.
В некоторых вариантах реализации изобретения системы снабжения электроэнергией цепь с элементом содержит конденсатор и индуктивность. Например, элемент может состоять из одиночного конденсатора или набора конденсаторов. Также, возможно, что элемент может состоять из конденсатора и индуктивности, соединенных последовательно, создавая резонансный контур. Могут иметь место многочисленные возможные сочетания с целью обеспечения того, что цепь и элемент обладают функцией накопления по меньшей мере части электрической энергии системы, соответственно, понятно, что число конденсаторов, индуктивностей, обмоток, объектов с электрическим сопротивлением, цепей, никоим образом не ограничено, и техническое решение по настоящему изобретению не ограничивает способ, которым конденсаторы, индуктивности, обмотки, объекты с электрическим сопротивлением, цепи могут быть соединены между собой, последовательно или параллельно или с сочетанием этих способов, если только цепь и элемент способны сохранить по меньшей мере часть электрической энергии системы.
В некоторых вариантах реализации изобретения системы снабжения электроэнергией первое устройство может быть обеспечено питанием, когда система работает вблизи от резонансного режима или когда система работает в резонансном режиме.
В некоторых вариантах реализации изобретения системы снабжения электроэнергией цепь и элемент генерируют по меньшей мере 70% резонансных эффектов системы, когда система работает вблизи от резонансного режима или когда система работает в резонансном режиме.
В некоторых вариантах реализации изобретения системы снабжения электроэнергией переменный ток повышенной частоты передает в электрические провода, гальванически соединенные с выходом распределительного переключателя, сочетание любого из перечисленного: продольного тока, стоячей электромагнитной волны, бегущей электромагнитный волны, тока смещения, тока перезарядки.
В некоторых вариантах реализации изобретения системы снабжения электроэнергией переменный ток повышенной частоты находится по частоте в диапазоне между 1 килогерц и 1 мегагерц.
В некоторых вариантах реализации изобретения системы снабжения электроэнергией распределительный переключатель может быть трансформатором.
В некоторых вариантах реализации изобретения системы снабжения электроэнергией трансформатор может быть согласующим трансформатором. Трансформатор может иметь n (n = 2,3,4,5) обмоток. Они могут быть идентичны или близки по параметрам. Входная обмотка трансформатора соединена с цепью. Каждая из n-1 выходных обмоток трансформатора может быть соединена с первым и со вторым электрическими проводами, которые передают переменный ток повышенной частоты на первое и второе устройства. Трансформатор может быть понижающим. Коэффициент трансформации трансформатора может находиться в диапазоне от 0,2 до 5.
В соответствии с другим общим аспектом технического решения по настоящему изобретению предлагается способ работы системы снабжения электроэнергией. Способ может иметь приведенные ниже шаги. Например, шаги могут быть следующими.
Получение тока от источника электропитания и преобразование тока в переменный ток повышенной частоты посредством преобразователя частоты, таким образом, что переменный ток повышенной частоты находится в диапазоне по частоте от 1 килогерц до 1 мегагерц.
Накопление части электрической энергии системы в цепи с элементом.
Передача переменного тока повышенной частоты от цепи на первый конец первого электрического провода и на третий конец второго электрического провода.
Отражение первой части переменного тока повышенной частоты от второго конца первого электрического провода.
Отражение второй части переменного тока повышенной частоты от четвертого конца второго электрического провода.
Работа системы вблизи от резонансного режима.
Питание переменным током повышенной частоты первого устройства, причем первое устройство гальванически соединено с первым проводом между первым концом и вторым концом.
Эти шаги могут быть установлены в порядке, удобном для правильной работы технического решения по настоящему изобретению.
В некоторых вариантах реализации cпособа шаг преобразования тока в переменный ток повышенной частоты содержит шаг определения резонансной частоты системы и шаг преобразования тока, генерируемого источником электропитания, в переменный ток резонансной частоты, переменный ток резонансной частоты находится в пределах ±40% резонансной частоты системы. Элемент цепи может состоять из индуктивности и конденсатора, гальванически соединенных последовательно или в любых других сочетаниях индуктивностей и конденсаторов, и других элементов, соединенных параллельно или последовательно в соответствии с техническим решением по настоящему изобретению. Цепь и элемент скомпонованы для накопления электрической энергии системы. В примерах, когда требуется создать систему снабжения электроэнергией с достаточно высокой мощностью, цепь и элемент могут быть способными накапливать в себе достаточную энергию. Для решения проблемы накопления значительной энергии в цепи техническое решение по настоящему изобретению предлагает использовать резонансный контур, например: индуктивность и конденсатор с размерами, приемлемыми для потребностей накопления энергии.
В некоторых вариантах способа шаг питания первого устройства переменным током повышенной частоты включает питание первого устройства комбинацией любого сочетания токов из перечисленного: продольного тока, стоячей электромагнитный волны, бегущей электромагнитный волны, тока смещения, тока перезарядки. Техническое решение по настоящему изобретению указывает, что, когда переменный ток протекает туда и обратно, т.е. колеблется, в электрическом проводе, который не образует замкнутую цепь, электрические эффекты, вызванные этим колебанием, производят существенную мощность, которую можно передать для питания устройств, гальванически соединенных с этим электрическим проводом.
В некоторых вариантах способа шаг питания первого устройства переменным током повышенной частоты и шаг питания другого устройства, по меньшей мере, отраженной частью переменного тока повышенной частоты, включает в себя питание множества источников света, источников звука, электромеханических устройств или электромагнитных устройств.
В некоторых вариантах реализации способа шаг питания электроэнергией множества источников света содержит питание множества светодиодов, соединенных с первым электрическим проводом встречно-параллельно.
В некоторых вариантах реализации cпособа также содержатся шаги по передаче переменного тока повышенной частоты от резонансного контура на третий конец второго электрического провода, шаг питания электроэнергией второго устройства переменным током повышенной частоты, передаваемым по второму электрическому проводу, шаг отражения по меньшей мере части переменного тока повышенной частоты от четвертого конца второго электрического провода, и шаг питания электроэнергией дополнительного устройства посредством по меньшей мере части переменного тока повышенной частоты. Когда переменный ток повышенной частоты протекает туда и обратно, т.е. колеблется, в электрическом проводе, который имеет устройства, гальванически соединенные с ним, так что такие устройства потребляют энергию, генерируемую переменным током повышенной частоты, в этом электрическом проводе могут присутствовать эффекты продольных токов, стоячих электромагнитных волны, бегущих электромагнитных волн, токов смещения, токов перезарядки или электромагнитных вихрей.
В некоторых вариантах реализации cпособа, способ также содержит шаги корректировки переменного тока повышенной частоты, основанные на приеме данных от любого элемента, цепи, преобразователя частоты, первого электрического провода, первого устройства и датчиков, соединенных с системой.
В некоторых вариантах реализации cпособа, способ также содержит шаг настройки системы вблизи от резонансного режима путем определения резонансных частот любого из системы или цепи.
В некоторых вариантах реализации технического решения по настоящему изобретению цепь и элемент могут быть резонансным контуром.
В контексте настоящего описания изобретения, если конкретно не оговорено иное, «электрический провод» или «однопроводный электрический провод» - это любой тип провода, который проводит электричество. Это может быть один электрический провод или несколько электрических проводов, причем оба случая включены в выражения «первый электрический провод», «электрический провод» или «второй электрический провод», при условии, что эти провода не образуют замкнутого контура.
В контексте настоящего описания изобретения, если конкретно не оговорено иное, «устройство» - это любое устройство, способное питаться за счет электричества, и может представлять собой один электрический провод или несколько электрических проводов, причем оба случая включены в выражения «первое устройство», «по меньшей мере одно устройство», или «второе устройство».
В контексте настоящего описания изобретения, если конкретно не оговорено иное, слова «первый», «второй», «третий», и т.д. использовались только как прилагательные с целью допустить отделение друг от друга существительных, которые они уточняют, но не с целью описания любой конкретной взаимосвязи между этими существительными. В связи с этим, например, должно быть понятно, что использование терминов «первый электрический провод» и «второй электрический сервер» не предназначено для указания на какой-либо конкретный порядок, тип, хронологию, иерархию или систематизацию (например) электрических проводов/между электрическими проводами, а их использование (само по себе) не предназначено для указания того, что любой «второй электрический провод» должен обязательно существовать в любой данной ситуации. Также, как это описано в настоящем документе в других контекстах, ссылка на «первый» элемент и «второй» элемент не исключает того, что два элемента являются одним и тем же действительным элементом реального мира. Поэтому, например, в некоторых примерах, «первый» сервер и «второй» электрический провод могут быть одним и тем же проводом в некоторых случаях, и «первый» сервер и «второе» устройство могут быть одним и тем же устройством в некоторых случаях, в других случаях они могут быть различными проводами и различными устройствами.
Термины «гальванически соединенный» и «соединенный» используются взаимозаменяемо и означают, что имеется такое соединение между электрическими компонентами (включая провода), что электрическая энергия может проходить между ними. Это не обязательно должно быть физическое соединение, поскольку электромагнитное соединение является достаточным для передачи электрической энергии между электрическими компонентами (включая провода). Термин «цепь» означает, что имеется контур, через который протекает электрическая энергия. Термин цепь противоположен понятию «незамкнутый контур» или «открытая цепь», или «однопроводный». Термин “однопроводный” относится к электрическому проводу, который использует передачу электрической энергии посредством электромагнитных колебаний как противоположную, по отношению к традиционной цепи, т.е. замкнутой цепи, передачу электрической энергии.
Если не указано иное, следует исходить из отсутствия электромагнитной передачи электрической энергии между определенными указанными компонентами, и, в типичном случае, это может относиться к концепции незамкнутого контура.
Каждый из вариантов реализации технического решения по настоящему изобретению имеет по меньшей мере что-либо одно из вышеупомянутых объектов и/или аспектов, но не обязательно имеет всё из перечисленного. Должно быть понятно, что некоторые аспекты технического решения по настоящему изобретению, которые являются результатом попытки достичь вышеупомянутой цели, могут не удовлетворять этой цели и/или могут соответствовать другим целям, которые конкретно не перечислены в данном документе.
Дополнительные и/или альтернативные характеристики, аспекты и преимущества вариантов реализации технического решения по настоящему изобретению станут очевидными из приведенного ниже описания, сопроводительных чертежей и прилагаемой формулы изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Для лучшего понимания технического решения по настоящему изобретению, а также и других аспектов и дополнительных признаков, сделана ссылка на приведенное ниже описание, которое следует использовать совместно с прилагаемыми графическими материалами, где:
Фигура 1 - это принципиальная схема системы, используемой в соответствии с вариантом реализации технического решения по настоящему изобретению.
Фигура 2 - это принципиальная схема системы, используемой в соответствии с вариантом реализации технического решения по настоящему изобретению.
Фигура 3 - это принципиальная схема системы, используемой в соответствии с вариантом реализации технического решения по настоящему изобретению.
Фигура 4 - это принципиальная схема системы, используемой в соответствии с вариантом реализации технического решения по настоящему изобретению.
Фигура 5 - это принципиальная схема системы, используемой в соответствии с вариантом реализации технического решения по настоящему изобретению.
Фигура 6 - это принципиальная схема системы, используемой в соответствии с вариантом реализации технического решения по настоящему изобретению.
Фигура 7 - это принципиальная схема системы, используемой в соответствии с вариантом реализации технического решения по настоящему изобретению.
Фигура 8 - это принципиальная схема системы, используемой в соответствии с вариантом реализации технического решения по настоящему изобретению.
Фигура 9 - это принципиальная схема системы, используемой в соответствии с вариантом реализации технического решения по настоящему изобретению.
Фигура 10 - это принципиальная схема системы, используемой в соответствии с вариантом реализации технического решения по настоящему изобретению.
Фигура 11 - это принципиальная схема системы, используемой в соответствии с вариантом реализации технического решения по настоящему изобретению.
Фигура 12 - это принципиальная схема системы, используемой в соответствии с вариантом реализации технического решения по настоящему изобретению.
Фигура 13 - это принципиальная схема системы, используемой в соответствии с вариантом реализации технического решения по настоящему изобретению.
Фигура 14 - это принципиальная схема системы, используемой в соответствии с вариантом реализации технического решения по настоящему изобретению.
Фигура 15 - это принципиальная схема системы, используемой в соответствии с вариантом реализации технического решения по настоящему изобретению.
Фигура 16 - это принципиальная схема системы, используемой в соответствии с вариантом реализации технического решения по настоящему изобретению.
Фигура 17 - это принципиальная схема системы, используемой в соответствии с вариантом реализации технического решения по настоящему изобретению.
Фигура 18 - это принципиальная схема системы, используемой в соответствии с вариантом реализации технического решения по настоящему изобретению.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Обратимся к фигурам с 1 до 18, на которых показана схема системы снабжения электроэнергией 100, причем система 100 приспособлена для внедрения не имеющих ограничительного характера вариантов реализации технического решения по настоящему изобретению. Следует четко понимать, что система 100 показана всего лишь как иллюстративная реализация технического решения по настоящему изобретению. Поэтому её описание, приведенное ниже, рассматривается всего лишь как описание иллюстративных примеров технического решения по настоящему изобретению. Это описание не предназначено для определения объема или установления ограничений технического решения по настоящему изобретению. В некоторых случаях, которые рассматриваются как полезные, ниже могут быть приведены примеры модификаций для системы 100. Это делается только в качестве помощи для понимания, но, повторимся, не для определения объема или установления ограничений технического решения по настоящему изобретению. Такие модификации не представляют собой исчерпывающий перечень, и для специалиста среднего уровня в рассматриваемой области техники понятно, что также возможны и другие модификации. Также, там, где подобное не было сделано (т.е. там, где не приведены примеры модификаций), это не следует интерпретировать таким образом, что модификации не возможны и/или что то, что описано, является единственным вариантом реализации элемента технического решения по настоящему изобретению. Специалист в данной области должен понимать это. В дополнение, должно быть понятно, что система 100 может предлагать в некоторых случаях простые варианты реализации технического решения по настоящему изобретению, и что, для такого случая они и были представлены в подобном виде в качестве помощи для понимания. Как понятно для специалистов среднего уровня в данной области техники, различные варианты реализации технического решения по настоящему изобретению могут быть еще более сложными.
Система 100 содержит источник электропитания 1. Как правило, источник электропитания 1 может быть связан с источником электропитания постоянного или переменного тока (не показано) и может представлять собой традиционный источник электропитания, осуществляемого от традиционных электрических линий в помещении, вне помещения, от промышленных, бытовых систем, аккумуляторов и тому подобного. Следует отметить, что факт связи системы электропитания 1 с любым типом источника электропитания не обязательно предлагает или подразумевает какой-либо режим работы, кроме предоставления электрической энергии для системы.
Система 100 также содержит преобразователь частоты 2, элемент 4, распределительный переключатель 6, причем все они гальванически соединены посредством цепи 3. Вариант реализации цепи 3 с электрическими компонентами, соединенными с ней, не является конкретно ограниченным, но, в качестве примера, преобразователь частоты 2, элемент 4 и распределительный переключатель 6 показаны с последовательным соединением, а вообще они могут быть соединены параллельно или в сочетании последовательного и параллельного соединения. Понятно, что может быть несколько преобразователей частоты 2, несколько элементов 4 и несколько распределительных переключателей 6 в зависимости от требований системы 100.
Преобразователь частоты 2 преобразует электрическую энергию, которая поступает от источника электропитания 1, в переменный ток повышенной частоты. Электрическая энергия промышленного стандарта может представлять собой, например, одно- или трехфазный переменный ток частотой 50 или 60 герц, который может генерироваться источником электропитания. Переменный ток повышенной частоты может иметь любую частоту в промежутке между 1 килогерц и 1 мегагерц. Только для иллюстративных целей, преобразователь частоты 2 может преобразовывать электрическую энергию в переменный ток с частотой от 10 до 60 килогерц. Например, преобразователь частоты 2 может состоять из активного выпрямителя с функцией коррекции коэффициента мощности (PFC) и выходного каскада, который может быть собран на нитрид-галлиевых транзисторах, способных работать в мягком и жестком режимах переключения (не показано). Выходной каскад может иметь управление от микроконтроллера. Развиваемая мощность может доходить до 2 КВт. Размах напряжения на выходе преобразователя частоты может соответствовать напряжению PFC и составлять 400 В. Как это понятно специалисту в данной области техники, возможны и другие варианты реализации преобразователя частоты 2.
Элемент 4 показан для иллюстративных целей как независимо присоединенный компонент цепи 3. Однако, в некоторых вариантах реализации технического решения по настоящему изобретению, элемент 4 может быть частью преобразователя частоты 2, как показано на фигуре 18. Элемент 4 может состоять из индуктивности 203 и конденсатора 202, как показано на фигурах 12 и 13, или индуктивности 204 и конденсатора 202, как показано на фигурах 14, 15 и 16, или индуктивности 205 и конденсатора 202, как показано на фигуре 17. Индуктивность 203 может иметь воздушный сердечник, индуктивность 204 может иметь железный или любой другой сердечник, а индуктивность 205 может быть компонентом любого другого типа, который имеет индуктивность. Например, в некоторых экспериментах использовалась индуктивность 204, причем индуктивность 204 была выбрана из набора индуктивностей, состоявших из тороидальной катушки с сердечником. Сердечники имели высоту, которая изменялась в пределах между 5 и 184 мм, и диаметр, который изменялся в пределах между 10 и 170 мм. Провода, которые были намотаны вокруг сердечников, имели диаметры, которые изменялись в пределах между 0,5 и 10 мм. Число витков изменялось в пределах между 10 и 200. Конденсатор 202 был выбран из набора конденсаторов, имеющих номиналы между 1 и 560 нФ. В нескольких экспериментах индуктивности 204 имели сердечники со следующими параметрами: высотой 15-25 мм, диаметром 20-25 мм, диаметром провода обмотки 1-2 мм и 30-50 витками обмотки, а конденсаторы 202 имели номиналы, которые изменялись в пределах между 30 и 90 нФ. В нескольких экспериментах, отсутствовали индуктивности 203, 204 или 205, используемые в цепи, и использовался только конденсатор 202 (эта компоновка может быть понятна из фигур 1-11, где элемент 4 показан как компонент цепи 3, который функционирует как компонент для накопления по меньшей мере части электрической энергии системы 100. В некоторых экспериментах элемент 4 был конденсатором, а распределительный переключатель 6 имел обмотку трансформатора на входе 5 таким образом, что, когда система 100 находилась в резонансном режиме, конденсатор в элементе 4 и обмотка входа 5 работали как резонансный контур цепи 3. В других экспериментах элемент 4 состоял из сочетания конденсаторов и сочетания индуктивностей, которые были соединены последовательно, параллельно или с использованием обоих вариантов соединения (не показано), которые работали как резонансный контур цепи 3. Для специалиста в данной области техники понятно, что возможна любая приемлемая компоновка элемента 4, преобразователя частоты 2 и распределительного переключателя 6, если только система 100 может функционировать в резонансном режиме или вблизи от резонансного режима.
В нескольких экспериментах распределительный переключатель 6 был выбран из набора различных типов трансформаторов (Фигуры 1-11, 13-15, 17 и 18) или из набора различных типов схем проводных соединений (Фигуры 12 и 16). Например, в некоторых экспериментах трансформаторы были выбраны из следующего неограничивающего перечня силовых трансформаторов: трансформатора с сердечником, тороидального трансформатора, автотрансформатора, регулируемого автотрансформатора, фазосдвигающего трансформатора, резонансного трансформатора, ферритового сердечника, плоского трансформатора тока, разделительного трансформатора, твердотельного трансформатора. Понятно, что возможно использовать любой тип трансформатора, который может действовать как распределительный переключатель 6, включая, не ограничиваясь перечисленным силовой трансформатор, выходной трансформатор, импульсный трансформатор и т.д.
В нескольких экспериментах распределительный переключатель 6 был выбран из набора разделительных трансформаторов, которые в некоторых случаях действовали как согласующие трансформаторы с тороидальным сердечником, с внешними диаметрами, которые изменялись в пределах между 20 и 56 мм, и высотой, которая изменялась в пределах между 10 и 350 мм (не показано). Некоторые из этих трансформаторов имели одну входную и одну выходную обмотку, другие имели несколько входных и несколько выходных обмоток (не показано). Понятно, что возможно выбрать любые подходящие размеры и любой тип трансформатора для распределительного переключателя 6, в зависимости от требований системы 100, основываясь на требованиях случая конкретного использования. В некоторых экспериментах трансформатор имел идентичные входную и выходную обмотки. Обмотки были выбраны из набора медных проводов, изменяющихся в диаметрах между 0,5 и 10 мм. Число витков обмоток изменялось в пределах между 10 и 100. В экспериментах, где обмотки были идентичны, коэффициент трансформации трансформатора составлял 1. В экспериментах, где обмотки не были идентичны, коэффициент трансформации трансформатора изменялся, в зависимости от требований системы 100 в каждом конкретном случае использования.
Цепь 3 с компонентами, соединенными с ней, в частности, с преобразователем частоты 2, элементом 4 и выходом 5 распределительного переключателя 6 - все они соединены в цепи и по меньшей мере один из этих компонентов действует как резонансный контур. В некоторых источниках резонансный контур описан как «резонансные LCR цепи», «резонанс в цепях переменного тока», «резонансный контур», «цепь LC», «резонансная цепь» или тому подобное. Понятно, что в этом описании изобретения значение термина «резонансный контур» не ограничено любыми конкретными компоновками электрических компонентов, а скорее связано с возможностью системы 100 входить в резонансный режим таким образом, что цепь 3 и электрические компоненты, соединенные с ней, будут сохранять достаточно значительную часть электрической энергии системы 100 для сохранения устойчивости системы 100, когда она работает.
В контексте технического решения по настоящему изобретению резонансная частота резонансного контура может быть вычислена как: fцепи = , где L – это общая индуктивность контура (Li и LT), где Li – индуктивность катушки индуктивности, а LТ - индуктивность трансформатора, C – это емкость конденсатора. Резонансный контур цепи 3 действует как промежуточный накопитель электрической энергии, и определяет резонансную частоту системы 100 при работе системы 100 в резонансном режиме. В некоторых вариантах реализации технического решения по настоящему изобретению возможна работа системы 100 вблизи от резонансной частоты резонансного контура цепи 3.
Система 100 также содержит первый электрический провод 8 и второй электрический провод 11. Электрические провода 8 и 11 – это однопроводные электрические провода, которые имеют свои соответствующие первый конец 9 и третий конец 12, соединенные с выходом 7 распределительного переключателя 6. Распределительный переключатель 6 представлен как трансформатор и показан как имеющий входную обмотку на своем входе 5 и выходную обмотку на своем выходе 7. Первый конец 9 и третий конец 12 соединены с выходными обмотками выхода 7 распределительного переключателя 6. Первый провод 8 имеет второй конец 10, который не образует цепь с замкнутым контуром, т.е. остается отсоединенным от цепи 3 и любых её компонентов. Второй конец 10 соединен с первым отражательным элементом 14. Второй провод 11 имеет четвертый конец 13, который не образует цепь с замкнутым контуром, т.е. он остается отсоединенным от цепи 3 и любых из её компонентов. Четвертый конец 13 соединен со вторым отражательным элементом 15.
Первый и второй отражательные элементы 14 и 15, соответственно, могут представлять собой любое из следующего: собственно не соединенный конец провода, конденсатор, объект, содержащий проводящий материал, заземление или изоляцию концов первого или второго проводов 8 и 11, соответственно. Как показано на фигуре 16, четвертый конец 13 второго провода 11 соединен со вторым отражательным элементом 15, который является заземлением. При этом заземление не обеспечивает количественно измеряемую передачу электрической энергии в цепь 3 или в любой из её компонентов.
В некоторых вариантах реализации изобретения первый и второй отражательные элементы 14 и 15 могут быть аналогичными, однако, это не является необходимым. Например, фигура 1 показывает, что первый провод 8 имеет первый отражательный элемент 14, который показан как сферическое тело, а второй провод 11 показан как имеющий второй отражательный элемент 15 в виде конца 13 второго провода 11. Например, фигура 2 показывает, что первый провод 8 имеет первый отражательный элемент 14, который показан как сферическое тело, а второй провод 11 показан как имеющий второй отражательный элемент 15 в виде заземления, к которому заземлен второй провод 11. Например, фигура 3 и 4 показывают, что первый провод 8 имеет первый отражательный элемент 14, который показан как сферическое тело, а второй провод 11 показан как имеющий второй отражательный элемент 15 в виде сферического тела. Например, фигура 5 показывает, что первый провод 8 имеет первый отражательный элемент 14, который показан как конец 10 первого провода 8, а второй провод 11 показан как имеющий второй отражательный элемент 15 в виде конца 13 второго провода 11. Компоновка, показанная на фигуре 5, может быть использована, например, когда первый и второй провода 8 и 11 имеют достаточные собственные емкости для того, чтобы система 100 устойчиво работала в резонансном режиме. В некоторых экспериментах использовалась компоновка фигуры 5 с первым и вторым проводами 8 и 11, имеющими длину больше 500 метров, причем первый и второй провода 8 и 11 были вытянуты в противоположных направлениях.
Фигуры 1-5 показывают, что система 100 может иметь первое устройство 16, соединенное с первым проводом 8 (фигура 1), и второе устройство 17, соединенное с вторым проводом 11 (фигура 3). Может быть так, что первое устройство 16 – это совокупность первых устройств 18, которые соединены с первым проводом 8 (фигура 4). Кроме того, может быть так, что второе устройство 17 - это совокупность вторых устройств 19, которые соединены со вторым проводом 11. Устройствам в совокупности первых устройств 18 и устройствам в совокупности вторых устройств 19 не требуется быть аналогичными или идентичными. Число устройств в совокупности первых устройств 18 и в совокупности вторых устройств 19 не обязательно должно быть одним и тем же, например, может быть одно число устройств в совокупности первых устройств 18 и может быть другое число устройств в совокупности вторых устройств 19. На фигурах 1-5 устройства соединены последовательно с первым и со вторым проводами 8 и 11, соответственно.
Фигура 6 показывает параллельное соединение совокупности первых устройств 18 с первым проводом 8 и совокупности вторых устройств 19 со вторым проводом 11. Также показана совокупность вторых концов 10 первого провода 8 и совокупность первых отражательных элементов 14, соединенных с каждым из концов совокупности вторых концов 10. Также показана совокупность четвертых концов 13 второго провода 11 и совокупность вторых отражательных элементов 15, соединенных с каждым из концов совокупности четвертых концов 13.
Фигура 7 показывает светодиоды 20, соединенные встречно-параллельно с первым проводом 8 и соединенные встречно-параллельно со вторым проводом 11. В этом варианте реализации технического решения изобретения часть светодиодов 20, соединенная с первым проводом 8, питается за счет переменного тока повышенной частоты, протекающего от первого конца 9 ко второму концу 10, а другая часть светодиодов 20, соединенная с первым проводом 8, питается за счет переменного тока повышенной частоты, который отражается от первого отражательного элемента 14 и который протекает от второго конца 10 к первому концу 9 первого провода 8. Аналогично, часть светодиодов 20, соединенных со вторым проводом 11, питается за счет переменного тока повышенной частоты, протекающего от третьего конца 12 к четвертому концу 13, и другая часть светодиодов 20, соединенных со вторым проводом 11, питается за счет переменного тока повышенной частоты, который отражается от второго отражательного элемента 15 и который протекает от четвертого конца 13 к третьему концу 12 второго провода 11.
Фигура 8 показывает вариант реализации технического решения изобретения, содержащий первый провод 8, второй провод 11, третий провод 21 и четвертый провод 22 соединенные с выходом 7 распределительного переключателя 6 посредством своих соответствующих концов: первого конца 9, третьего конца 12, пятого конца 23 и седьмого конца 25. Третий провод 21 имеет шестой конец 24, к которому присоединен третий отражательный элемент 27, а третье устройство содержит совокупность третьих устройств 29, соединенных с третьим проводом 21 между пятым концом 23 и шестым концом 27. Четвертый провод 22 имеет восьмой конец 26, к которому присоединен четвертый отражательный элемент 28, а четвертое устройство содержит совокупность четвертых устройств 30, соединенную с четвертым проводом 22 между седьмым концом 25 и восьмым концом 26. Распределительный переключатель 6, как показано, имеет два выхода 7, к которым присоединены первый, второй, третий и четвертый провода 9, 11, 21 и 22. Переменный ток повышенной частоты передается на первый, второй, третий и четвертый провода 9, 11, 21 и 22, соответственно, для питания совокупности первых, вторых, третьих и четвертых устройств 18, 19, 29 и 30, соответственно. Распределительный переключатель 6 показан как трансформатор с входной обмоткой на его входе 5 и двумя выходными обмотками на двух его выходах 7. Система 100 работает в резонансном режиме или вблизи от него, причем резонансный режим определяется всеми компонентами системы 100, включая цепь 3 и электрические компоненты, соединенные с ней, а также первый, второй, третий и четвертый провода 8, 11, 21 и 22, соответственно, и электрические компоненты, соединенные с ними. В варианте реализации изобретения, показанном на фигуре 8, совокупность первых устройств 18 соединена последовательно с первым проводом 8, совокупность вторых устройств 19 соединена последовательно со вторым проводом 11, совокупность третьих устройств 29 соединена последовательно с третьим проводом 21, и совокупность четвертых устройств 30 соединена последовательно с четвертым проводом 22. Понятно, что устройства могут быть соединены параллельно, встречно-параллельно, или в сочетании последовательной, параллельной, встречно-параллельной или любых других приемлемых конфигураций, которые зависят от требований системы 100. Например, вариант реализации изобретения на фигуре 9 показывает, что совокупность первых устройств 18 соединена в сочетании последовательного и параллельного (или встречно-параллельного) соединения с первым проводом 8, совокупность вторых устройств 19 соединена в сочетании последовательного и параллельного (или встречно-параллельного) соединения со вторым проводом 11, совокупность третьих устройств 29 соединена последовательно с третьим проводом 21, и совокупность четвертых устройств 30 соединена последовательно с четвертым проводом 22.
Фигура 10 показывает вариант реализации технического решения по настоящему изобретению, где первый провод 8 имеет конденсатор 200, соединенный с ним между первым концом 9 и вторым концом 10, второй провод 11 имеет конденсатор 200, соединенный с ним между третьим концом 12 и четвертым концом 13, третий провод 21 имеет конденсатор 200, соединенный с ним между пятым концом 23 и шестым концом 24, а четвертый провод 22 имеет конденсатор 200, соединенный с ним между седьмым концом 25 и восьмым концом 26. В некоторых вариантах реализации изобретения конденсатор 200 может добавлять емкость к проводу, с которым он соединен, так, что для работы системы 100 в резонансном режиме или вблизи от него (не показано) отражательный элемент может не потребоваться. В некоторых вариантах реализации изобретения конденсатор 200 может функционировать для создания резонансного контура, соединенного с однопроводными электрическими проводами, вместо резонансного контура, соединенного с цепью 3 (не показано) или в добавление к нему. В некоторых вариантах реализации изобретения конденсатор 200 может добавить устойчивости системе 100, когда система 100 работает в резонансном режиме или вблизи от него.
Фигура 11 показывает вариант реализации изобретения системы 100, где первый провод 8 имеет совокупность конденсаторов 201, соединенных с ним таким образом, что каждый конденсатор 201 и каждое устройство совокупности первых устройств 18 соединены параллельно с первым проводом 8, а второй провод 11 имеет совокупность конденсаторов 201, присоединенных к нему таким образом, что каждый конденсатор 201 и каждое устройство совокупности вторых устройств 19 соединены параллельно со вторым проводом 11. Понятно, что конденсаторы 201 и устройства 18 или 19 могут быть соединены с однопроводными электрическими проводами 8 или 11 параллельно, последовательно или в сочетании последовательного или параллельного соединения или иным образом. В некоторых вариантах реализации изобретения конденсатор 201 может добавлять емкость к проводу, с которым он соединен, так, что отражательный элемент для работы системы 100 в резонансном режиме или вблизи от него (не показано) может не потребоваться. В некоторых вариантах реализации изобретения конденсатор 201 может функционировать для создания резонансного контура, соединенного с однопроводными электрическими проводами вместо резонансного контура, соединенного с цепью 3 (не показано) или в добавление к нему. В некоторых вариантах реализации изобретения конденсатор 201 может добавить устойчивости системе 100, когда система 100 работает в резонансном режиме или вблизи от него.
Фигура 12 показывает вариант реализации изобретения системы 100, где распределительный переключатель 6 содержит по меньшей мере две провода, соединенных с преобразователем частоты 2 на противоположных контактах. То, что показано как цепь 3 в других вариантах реализации изобретения, где распределительный переключатель 6 - это трансформатор, уже не является цепью, т.е. не образует замкнутый контур в традиционном смысле. Фигура 12 показывает систему 100 как резонансный контур, соединенный с первым проводом 8 и со вторым проводом 11 на противоположных сторонах преобразователя частоты 2 таким образом, что первый конец 9 первого провода 8 соединен с выходом 7 провода, соединенного с преобразователем частоты 2 на одном контакте, а третий конец 12 второго провода 11 соединен с выходом 7 провода, соединенного с преобразователем частоты 2 на другом контакте. Резонансный контур, состоящий из конденсатора 202 и индуктивности 203, соединен с проводом, который также соединен с третьим концом 13 второго провода 11. Предполагается, что резонансный контур может быть соединен с проводом, который также соединен с первым концом 9 первого провода 8. Предполагается, что распределительный переключатель 6 может иметь любую приемлемую компоновку проводов или электрических компонентов до тех пор, пока первый и второй провода 8 и 11 не образуют цепь, т.е. замкнутый контур, и обеспечивать возможность работы системы 100 в резонансном режиме или вблизи от резонансного режима.
Фигура 13 показывает вариант реализации изобретения системы 100, где цепь 3 имеет конденсатор 202 и индуктивность 203, соединенную с ним, образуя резонансный контур. Понятно, что резонансный контур может быть создан внутри системы 100 любым способом, который может потребоваться для нужд системы 100.
Фигура 16 показывает вариант реализации изобретения системы 100, где распределительный переключатель 6 является проводным соединением, которое соединяет первый провод 8 с проводом, который соединен с одним контактом преобразователя частоты 2, и вторым проводом 11 к проводу, который соединен с другим контактом преобразователя частоты 2. Вторым отражательным элементом 14, который соединен с четвертым концом 13 второго провода 11, является заземление. Заземление дает достаточную емкость для второго провода 11, чтобы сохранять устойчивую работу системы 100, когда она находится в резонансном режиме или вблизи от него.
Фигура 17 показывает вариант реализации изобретения системы 100, где конденсатор 202 соединен с цепью 3 на стороне одного контакта преобразователя частоты 2, а индуктивность 205 соединена с цепью 3 на стороне другого контакта преобразователя частоты 2.
Фигура 18 показывает вариант реализации изобретения системы 100, где электрические компоненты, используемые для накопления электрической энергии системы 100, находятся внутри коробки генератора частоты 2, так что, когда система 100 находится в резонансе, по меньшей мере некоторые компоненты внутри коробки генератора частоты 2 работают как резонансный контур. Такими компонентами могут быть по меньшей мере конденсатор и индуктивность.
В варианте реализации изобретения система 100 может содержать источник электропитания 1, преобразователь частоты 2, распределительный переключатель 6, который представляет собой трансформатор, элемент 4, и m (где m=2, 4, 6, 8 и т.д.) однопроводных электрических проводов, и k (где k=2, 4, 6 и т.д.) устройств, соединенных с m однопроводных электрических проводов. Устройства представляют собой совокупность источников света. Трансформатор может иметь n (где n = 2, 3, 4, 5) обмоток. Обмотки могут быть идентичными или могут иметь сходные технические характеристики. Входная обмотка трансформатора может быть присоединена последовательно через цепь к преобразователю частоты и резонансному контуру. Каждая из n-1 выходных обмоток трансформатора соединена с парой однопроводных электрических проводов, например, с первым и вторым электрическими проводами 8 и 11, соответственно. Однопроводные электрические провода, первый и второй провода 8 и 11, размещаются на отдалении от выходной обмотки трансформатора, выхода 7 так, что электрическая энергия не поступает от первого провода 8 на второй провод 11, и наоборот.
Когда система 100 работает, источник электропитания 1 посылает ток на генератор частоты 2. Ток в типичном случае может быть переменным током от традиционной электрической розетки. Преобразователь частоты 2 преобразует этот ток в переменный ток повышенной частоты, которая находится в диапазоне между 1 килогерц и 1 мегагерц. Элемент 4 цепи 3 действует как резонансный контур, т.е. если элемент 4 состоит по меньшей мере из одного конденсатора и индуктивности, и сохраняет по меньшей мере часть электрической энергии системы 100. Затем переменный ток повышенной частоты передается на первый конец 9 первого провода 8 и на третий конец 12 второго провода 11, затем проходит по первому и второму проводам 8 и 11 в направлении второго и четвертого концов 10 и 13, соответственно. Когда переменный ток повышенной частоты достигает второго и четвертого концов 10 и 13, он отражается в первый и второй провода 8 и 11, соответственно, и проходит назад к первому концу 9 и ко второму концу 12. Когда по меньшей мере одно первое устройство 16 соединено с первым проводом 8 между первым и вторым концами 9 и 10, переменный ток повышенной частоты совершает работу, т.е. электричество передается на первое устройство 16, таким образом обеспечивая питание электроэнергией первого устройства 16. Когда по меньшей мере одно второе устройство 17 соединено со вторым проводом 1 между третьим и четвертым концами 12 и 13, переменный ток повышенной частоты совершает работу, т.е. электричество передается на второе устройство 17, таким образом обеспечивая питание электроэнергией второе устройство 17. Поскольку первый и второй провода 8 и 11, и первый и второй отражательный элементы 14 и 15 имеют емкость, система 100 входит в резонансный режим при достижении резонансной частоты системы 100, т.е. переменный ток повышенной частоты близок или совпадает по частоте с резонансной частотой системы 100. Пока система 100 ещё не находится в резонансном режиме, преобразователь частоты 2 может работать на нескольких различных частотах переменного тока, чтобы определить ближайшую к резонансной частоте системы 100 частоту. Также может присутствовать некоторое число датчиков, соединенных с различными компонентами системы 100 (не показано), которые могут посылать данные на микропроцессор (не показано), который может быть соединен с преобразователем частоты 2 или с любыми другими соответствующими компонентами системы 100. Эти данные могут быть использованы для помощи в определении резонансной частоты системы 100. В случаях, когда может быть несколько резонансных частот системы 100, микропроцессор и/или преобразователь частоты 2 будет выбирать наиболее приемлемую резонансную частоту для переменного тока повышенной частоты. В типичном случае, преобразователь частоты 2 будет преобразовывать ток от источника электропитания 1 в переменный ток повышенной частоты, которая находится в пределах 40% от резонансной частоты системы. Например, если резонансная частота системы 100 равна f, тогда переменный ток повышенной частоты может иметь любую частоту в пределах от -40% до+ 40% от f.
Предполагается, что устройства, соединенные с однопроводными электрическими проводами, например, первым и вторым устройствами 16 и 17, могут получать питание, по меньшей мере частично, за счет сочетания любых источников из перечисленных: продольного тока, стоячей электромагнитной волны, бегущей электромагнитной волны, тока смещения, тока перезарядки или электромагнитных вихрей. Техническое решение по настоящему изобретению не исключает, что первое и второе устройства 16 и 17 могут получать питание непосредственно от переменного тока повышенной частоты. Фактически, техническое решение по настоящему изобретению не ограничено каким-либо объяснением электромагнитного явления, которое может иметь место внутри однопроводных электрических проводов, например, первого и второго проводов 8 и 11, соответственно.
В некоторых случаях, может быть возможным, что система 100 может прекратить работу вблизи от резонансного режима или в нем за счет воздействия на систему 100 внешней среды. В таких случаях система 100 может содержать микропроцессор и датчики, которые будут воздействовать на преобразователь частоты 2 для коррекции переменного тока повышенной частоты, основываясь на данных от любых компонентов системы, включая элемент 4, цепь 3, преобразователь частоты 2, первый электрический провод 8, первое устройство 16 или другие электрические компоненты, соединенные с системой 100.
Система 100 может использоваться для питания различных устройств, таких как персональный компьютер (настольных компьютеров, ноутбуков, нетбуков и т.д.), беспроводное электронное устройство (сотовый телефон, смартфон, планшет и тому подобное), а также сетевое оборудование (роутер, переключатель или шлюз), осветительные системы, бытовая техника, аккумуляторы для замены, и т.д.
Система 100 может содержать аппаратные средства и/или программные средства и/или программно-аппаратные средства (или их сочетание) для выполнения операций, которые могут способствовать правильному функционированию системы 100.
Как именно реализуются в изобретении элемент 4, цепь 3, преобразователь частоты 2, распределительный переключатель 6, однопроводные электрические провода, такие как первый провод 8, второй провод 11, третий провод 21 или четвертый провод 22, конденсаторы 200, 201, или 202, индуктивности 203 или 204, или совокупности первых, вторых, третьих, четвертых устройств, 18, 19, 29 или 30, или светодиоды 20, или другие компоненты системы 100, ничем конкретно не ограничено и будет зависеть от того, как реализована система 100.
Следует четко понимать, что варианты реализации изобретения системы 100, элемента 4, цепи 3, преобразователя частоты 2, распределительного переключателя 6, однопроводных электрических проводов, таких как первый провод 8, второй провод 11, третий провод 21 или четвертый провод 22, конденсаторов 200, 201 или 202, индуктивностей 203 или 204, или совокупностей первых, вторых, третьих, четвертых устройств, 18, 19, 29 или 30, или светодиодов 20 показаны только для иллюстративных целей. Таким образом, специалист среднего уровня в данной области и легко оценит другие конкретные подробности реализации изобретения для системы 100, элемента 4, цепи 3, преобразователя частоты 2, распределительного переключателя 6, однопроводных электрических проводов, таких как первый провод 8, второй провод 11, третий провод 21 или четвертый провод 22, конденсаторов 200, 201 или 202, индуктивностей 203 или 204, или совокупностей первых, вторых, третьих, четвертых устройств, 18, 19, 29 или 30, или светодиодов 20. Таким образом, примеры, приведенные выше в настоящем документе, никоим образом не предназначены для того, чтобы ограничить объем технического решения по настоящему изобретению.
Специалист среднего уровня в данной области техники оценит, когда текущее описание относится к «получению данных» от датчиков, что, выполняя прием, можно получать электронные (или другие) сигналы от датчиков. Специалист среднего уровня в данной области техники также оценит, что может иметь место шаг вывода данных для пользователя на экран посредством графического интерфейса пользователя (такого, как экран электронного устройства и тому подобного), который может содержать передачу сигнала на графический интерфейс пользователя, причем сигнал содержит данные, эти данные можно обрабатывать, и по меньшей мере часть данных может быть выведена на экран для пользователя с применением графического интерфейса пользователя.
Некоторые из этих шагов и передача-прием сигнала хорошо известны в рассматриваемой области техники и, таким образом, были опущены в определенных частях этого описания с целью упрощения изложения. Сигналы могут быть посланы-приняты с использованием оптических средств (таких как волоконно-оптическое соединение), электронных средств (таких как использование проводного или беспроводного соединения), и механических средств (таких как основанные на давлении, основанные на температуре или основанные на любых других приемлемых физических параметрах).
Модификации и усовершенствования для описанных выше вариантов реализации технического решения по настоящему изобретению могут быть очевидными для специалиста среднего уровня в данной области техники. Приведенное выше описание рассматривается скорее как иллюстративное, чем как ограничивающее. Поэтому объем технического решения по настоящему изобретению рассматривается как ограниченный исключительно объемом прилагаемой формулы изобретения.
1. Система снабжения электроэнергией, содержащая: источник электропитания, преобразователь частоты, гальванически соединенный с источником электропитания, распределительный переключатель, имеющий вход и выход, элемент, выполненный с возможностью накопления электроэнергии, гальванически соединенные цепью преобразователь частоты, элемент, выполненный с возможностью накопления энергии и распределительный переключатель, первый выход которого посредством первого электрического провода соединен с первым отражательным элементом, включающим заземление, первое устройство потребления энергии, гальванически соединенное с первым электрическим проводом между первым и вторым его концами, второй выход распределительного переключателя посредством второго электрического провода соединен со вторым отражательным элементом, включающим заземление, при этом преобразователь частоты выполнен с возможностью преобразования тока, генерируемого источником электропитания, в переменный ток повышенной частоты для питания электроэнергией первого устройства потребления энергии.
2. Система по п. 1, в которой первый отражательный элемент соединен со вторым концом первого электрического провода и включает конденсатор и токопроводящее тело, содержащее проводящий материал для заземления и изоляцию второго конца первого электрического провода, а второй отражательный элемент соединен со вторым концом второго электрического провода и включает конденсатор и токопроводящее тело, содержащее проводящий материал для заземления, и изоляцию второго конца второго электрического провода.
3. Система по п. 1, содержащая второе устройство потребления энергии, гальванически соединенное со вторым электрическим проводом между его первым и вторым концами.
4. Система по п. 3, в которой каждое устройство потребления энергии содержит: источник света или источник звука, или электромеханическое устройство или электромагнитное устройство.
5. Система по п. 3, в которой первое устройство потребления энергии содержит первую совокупность нескольких устройств потребления энергии, а второе устройство потребления энергии содержит вторую совокупность нескольких устройств потребления энергии.
6. Система по п. 5, в которой каждая совокупность нескольких устройств потребления энергии содержит источники света или источники звука, или электромеханические устройства или электромагнитные устройства.
7. Система по п. 5, в которой каждая совокупность нескольких устройств потребления энергии содержит совокупность светодиодов, совокупности газовых ламп или совокупности ламп накаливания, совокупности компактных люминесцентных ламп, совокупности галогенных ламп, совокупности металлогалоидных ламп, совокупности флюоресцентных трубок, совокупности неоновых ламп, совокупности ксеноновых ламп и совокупности натриевых ламп низкого давления.
8. Система по п. 5, в которой несколько устройств потребления энергии из первой совокупности первого устройства потребления энергии последовательно соединены посредством первого электрического провода.
9. Система по п. 5, в которой несколько устройств потребления энергии из второй совокупности первого устройства потребления энергии соединены параллельно.
10. Система по п. 5, в которой несколько устройств потребления энергии из третьей совокупности первого устройства потребления энергии содержат два светодиода, гальванически соединенные с первым электрическим проводом встречно-параллельно.
11. Система по п. 1, в которой элемент, выполненный с возможностью накопления электроэнергии содержит конденсатор или резонансный контур.
12. Система по п. 1, в которой переменный ток повышенной частоты находится в диапазоне частоты между 1 килогерц и 1 мегагерц.
13. Система по п. 1, в которой первое устройство потребления энергии обеспечивается электропитанием, когда система работает в околорезонансном режиме.
14. Система по п. 1, также содержащая третий электрический провод, гальванически соединенный с выходом распределительного переключателя, и четвертый электрический провод, гальванически соединенный с выходом распределительного переключателя.
15. Система по п. 1, в которой распределительный переключатель представляет собой трансформатор.
16. Система по п. 15, в которой трансформатор выполнен в виде согласующего трансформатора.
17. Способ работы системы снабжения электроэнергией, содержащий следующие этапы: получение тока от источника электропитания, преобразование тока в переменный ток повышенной частоты, причем переменный ток повышенной частоты находится в диапазоне частоты между 1 килогерц и 1 мегагерц, накопление первой части электрической энергии системы в цепи, гальванически соединенной с элементом накопления энергии, передачу переменного тока повышенной частоты от цепи на первые концы первого и второго электрических проводов, отражение первой части переменного тока повышенной частоты от вторых концов первого и второго электрических проводов, соединенных с отражателями с заземлением, приведение в действие указанной системы в околорезонансный режим и питание электроэнергией переменного тока повышенной частоты первого устройства потребления энергии, причем первое устройство потребления энергии гальванически соединено с первым электрическим проводом между первым и вторым его концами.
18. Способ по п. 17, содержащий этап питания электроэнергией первого устройства потребления энергии за счет первой отраженной части переменного тока повышенной частоты.
19. Способ по п. 17, в котором этап преобразования тока в переменный ток повышенной частоты содержит определение резонансной частоты системы и преобразование тока от источника электропитания в переменный ток околорезонансной рабочей частоты, причем околорезонансная рабочая частота переменного тока находится в пределах ±40% от резонансной частоты указанной системы.
20. Способ по п. 17, в котором этап питания электроэнергией первого устройства потребления энергии содержит питание электроэнергией первого устройства потребления энергии посредством сочетаний продольного тока, стоячей электромагнитной волны, бегущей электромагнитной волны, тока смещения, тока перезарядки или электромагнитных вихрей.
21. Способ по п. 17, в котором этап питания электроэнергией первого устройства потребления энергии содержит питание электроэнергией совокупности источников света, источников звука, электромеханического устройства или электромагнитного устройства, питающие по меньшей мере одно второе устройство потребления энергии посредством по крайней мере части переменного тока повышенной частоты.
22. Способ по п. 17, включающий этап питания электроэнергией второго устройства потребления энергии посредством переменного тока повышенной частоты, передаваемого по второму электрическому проводу.
23. Способ по п. 22, включающий этап питания электроэнергией второго устройства потребления энергии посредством второй отраженной части переменного тока повышенной частоты.
24. Способ по п. 17, включающий этап установки режима системы в околорезонансный рабочий режим посредством определения резонансных частот системы.
25. Способ по п. 17, включающий шаги коррекции переменного тока повышенной частоты на основании данных, полученных посредством датчиков, соединенных с различными компонентами системы и посылающих данные от них на микропроцессор для определения резонансной частоты системы.
