СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ Российский патент 2013 года по МПК H02J17/00 

Устройство относится к области электротехники, в частности к способу и устройству для передачи электрической энергии.

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 Т₀ движения волны напряжения от входа спирального волновода до естественной емкости и возврата отраженной волны по входу в спиральный волновод T₀=2H/u=1/2f₀, где Н - 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. Способ и устройство для передачи электрической энергии БИ 2007. 32).

Недостатком известного способа и устройства является необходимость использования преобразователя частоты, передающего и приемного резонансного высокочастотного высоковольтного 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.

Известен способ передачи электроэнергии, включающий генерирование и передачу высокочастотных электромагнитных колебаний, высокочастотные электромагнитные колебания создают путем воздействия магнитного поля постоянных магнитов на уединенную емкость в виде изолированного проводящего тела путем вращения этой емкости в магнитном поле постоянных магнитов и присоединяют уединенную емкость к токосъемному передающему электроду в плоскости, перпендикулярной вектору магнитной индукции, усиливают по напряжению и току высокочастотные электромагнитные колебания в спиральном волноводе путем подачи на вход спирального волновода электромагнитных колебаний от токосъемного передающего электрода через воздушный промежуток к приемному электроду внешней ветви спирального волновода и воздействию на спиральный волновод магнитным полем постоянных магнитов, присоединяют внутреннюю ветвь спирального волновода к передающему электроду и передают электроэнергию от передающего электрода через воздушный промежуток к сферическому приемному электроду коммутатора и от коммутатора передают через однопроводную линию к приемнику нагрузки потребителя электроэнергии.

Известное устройство для передачи электрической энергии содержит источник электрической энергии, который выполнен в виде механизма вращения вала, на котором закреплено изолирующее приспособление крепления уединенной емкости, соединенной через воздушный зазор с источником магнитного поля постоянных магнитов, в плоскости, перпендикулярной вектору магнитной индукции, к центру вращения уединенной емкости присоединен токосъемный передающий электрод, направленный через воздушный зазор на приемный электрод внешней ветви спирального волновода, спиральный волновод закреплен в межполюсном пространстве источников магнитного поля постоянных магнитов, к внутренней ветви спирального волновода присоединен передающий электрод, направленный через воздушный промежуток к сферическому приемному электроду коммутатора, соединенного через однопроводную линию с приемником нагрузки потребителя электроэнергии (Патент РФ №2366057. Способ и устройство передачи электрической энергии. БИ 27.08.2009.

Недостатком известного способа и устройства является необходимость формировать высоковольтные высокочастотные электромагнитные колебания в высокочастотном резонансном трансформаторе.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение генерирующего контура, повышение эффективности и снижение энергетических затрат на генерирование электромагнитных волн, а также повышение передаваемой мощности и электроэнергии.

Вышеуказанный результат достигается тем, что в способе передачи электрической энергии по проводящему каналу между источником и приемником электрической энергии путем генерирования резонансных электромагнитных колебаний и передачи электрической энергии по однопроводной резонансной линии, усиления по напряжению в передатчике, электромагнитные колебания с заданной частотой от генератора электрической энергии в электронном коммутаторе преобразуют в электромагнитные колебания с частотой резонанса напряжений или резонанса токов путем согласования частоты коммутатора с резонансными частотами передатчика, однопроводной линии и приемника нагрузки потребителя электрической энергии, повышают по напряжению в резонансной повышающей емкости путем подачи электромагнитных колебаний от электронного коммутатора на входной электрод приемной обкладки резонансной повышающей емкости и через емкостную связь между обкладками принимают повышенные по напряжению электромагнитные колебания на выходном электроде передающей обкладки резонансной повышающей емкости и направляют в виде емкостных реактивных токов и токов смещения в однопроводной линии на вход понижающей резонансной емкости и далее на вход приемника нагрузки потребителя электрической энергии.

В варианте способа передачи электрической энергии повышенные по напряжению на выходном электроде резонансной повышающей емкости электромагнитные колебания направляют в виде емкостных реактивных токов и токов смещения в однопроводной линии на вход приемника нагрузки потребителя электрической энергии.

В устройстве для передачи электрической энергии, содержащем источник электрической энергии и передающее резонансное устройство, соединенное резонансной однопроводной линией с принимающим резонансным устройством, передатчик емкостных реактивных токов и токов смещения в однопроводной линии выполнен в виде резонансной повышающей емкости, у которой приемная обкладка с входным электродом имеет площадь поверхности в n раз, n=1-20, меньше площади передающей обкладки с выходным электродом, который через однопроводную резонансную линию присоединен к понижающей резонансной емкости, у которой обкладка со входным электродом имеет площадь в n раз, n=1…20, больше площади обкладки с выходным электродом, и затем к приемнику нагрузки потребителя электрической энергии.

В варианте устройства для передачи электрической энергии однопроводная линия присоединена к приемнику нагрузки потребителя электрической энергии.

В другом варианте устройства для передачи электрической энергии источник электрической энергии выполнен в виде генератора постоянного тока.

Еще в одном варианте устройства для передачи электрической энергии источник электрической энергии выполнен в виде генератора переменного тока.

Сущность предлагаемого способа и устройства для передачи электрической энергии поясняется на фиг.1, фиг.2, фиг.3, где на фиг.1 представлена общая схема способа и устройства для передачи электрической энергии с использованием генератора переменного тока, электронного коммутатора и резонансной повышающей емкости; на фиг.2 представлена общая схема способа и устройства, для передачи электрической энергии с использованием генератора переменного тока и повышающей и понижающей резонансной емкости; на фиг.3 - общая схема способа и устройства с использованием генератора постоянного тока и повышающей и понижающей емкости.

На фиг.1 генератор переменного тока 1, у которого одна из клемм 2 заземлена, а другая клемма через электронный коммутатор 3 присоединена к входному электроду 4 приемной обкладки 5 из проводящего материала резонансной повышающей емкости 6 и имеет емкостную связь через диэлектрик 7 с передающей повышающей обкладкой 8, также выполненной из проводящего материала, выходной электрод 9 которой через однопроводную линию 10 присоединен к приемнику 11 потребителя электрической энергии.

На фиг.2 к однопроводной линии 10 присоединена понижающая резонансная емкость 12, у которой входной электрод 13 приемной обкладки 14 присоединен к концу однопроводной линии 10, приемная обкладка 14 через диэлектрик 15 имеет емкостную связь с понижающей передающей обкладкой 16, выходной электрод 17 которой присоединен к приемнику 11 потребителя электрической энергии.

На фиг.3 представлен генератор постоянного тока 18, положительная клемма которого через электронный коммутатор 3 присоединена к входному электроду 4 повышающей резонансной емкости 6, а отрицательная клемма заземлена 2.

Способ передачи электрической энергии реализуется следующим образом. Электрическая энергия от генератора электромагнитных импульсов 1 (фиг.2), одна из клемм которого заземлена 2, с частотой f₁ и напряжением U₁, преобразуется по частоте до частоты резонанса напряжений или резонанса токов f₀ в однопроводной линии 10, электронным коммутатором 3, и повышается по напряжению в n раз, n=1…20, сравнению с U₁ в резонансной повышающей емкости 6 и передается с помощью емкостных реактивных токов и токов смещения в однопроводной линии 10 в режиме резонанса напряжений или резонанса токов, при согласовании частот коммутатора 3 с резонансными частотами резонансной повышающей емкости 6, которая выполняет функции передатчика. Напряжение понижается в n раз, n=1…20, в резонансной понижающей емкости 12, которая выполняет функции приемного резонансного устройства приемника нагрузки 11 потребителя электрической энергии.

Пример выполнения способа и устройства передачи электрической энергии.

Источник электрической энергии 1 на фиг 2, выполненный в виде генератора переменного тока, имеет номинальное напряжение 220 В, рабочая частота - 50 Гц. Одна из клемм 2 заземлена, другая присоединена к входу электронного коммутатора 3. При согласовании резонансных частот f₀ передатчика 6, однопроводной линии 10 и понижающей резонансной емкости 12 приемника 11, энергию электромагнитных колебаний передают от выходного электрода электронного коммутатора 3 на входной электрод 4 приемной обкладки 5, имеющей емкостную связь через диэлектрик 7 с передающей обкладкой 8, у которой площадь поверхности обкладки в три раза больше, чем у приемной обкладки 5, энергию от резонансной повышающей емкости 6, которая выполняет функции передатчика, передают емкостными реактивными токами и токами смещения в пространстве, окружающем однопроводную линию, к резонансной понижающей емкости 12, которая выполняет функции приемного резонансного устройства к приемнику потребителя электрической энергии, при этом напряжение на передающей обкладке 7 возрастает в три раза.

Площадь обкладки 14 с входным электродом 13 резонансной понижающей емкости 12 в три раза больше, чем площадь обкладки 16 с выходным электродом 17. Напряжение на выходном электроде 17 резонансной понижающей емкости 12 в три раза меньше, чем напряжение на входном электроде 13. Особенностью резонансной емкости, работающей в режиме резонанса напряжений или резонанса токов, является ее способность повышать (понижать) напряжение емкостных реактивных токов и токов смещения в однопроводной линии 10. По существу резонансная система из повышающей 6 и понижающей 12 емкости представляет аналог резонансного повышающего и понижающего трансформаторов Н. Тесла.

Использование: в области электротехники. Технический результат - упрощение генерирующего контура, повышение эффективности и повышение передаваемой мощности и электроэнергии. Согласно способу электромагнитные колебания с заданной частотой от генератора электрической энергии в электронном коммутаторе преобразуют в электромагнитные колебания с частотой резонанса напряжений или резонанса токов путем согласования частоты коммутатора с резонансными частотами передатчика, однопроводной линии и приемника нагрузки потребителя электрической энергии, повышают по напряжению в резонансной повышающей емкости путем подачи электромагнитных колебаний от электронного коммутатора на входной электрод приемной обкладки резонансной повышающей емкости и через емкостную связь между обкладками принимают повышенные по напряжению на выходном электроде передающей обкладки резонансной повышающей емкости электромагнитные колебания и направляют в виде емкостных реактивных токов и токов смещения в однопроводной линии на вход понижающей резонансной емкости и далее на вход приемника нагрузки потребителя электрической энергии. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ передачи электрической энергии по проводящему каналу между источником и приемником электрической энергии путем генерирования резонансных электромагнитных колебаний, усиления по напряжению в передатчике и передачи приемнику по резонансной однопроводной линии, отличающийся тем, что электромагнитные колебания с заданной частотой от генератора электрической энергии в электронном коммутаторе преобразуют в электромагнитные колебания с частотой резонанса напряжений или резонанса токов путем согласования частоты коммутатора с резонансными частотами передатчика, однопроводной линии и приемника нагрузки потребителя электрической энергии, повышают по напряжению в резонансной повышающей емкости путем подачи электромагнитных колебаний от электронного коммутатора на входной электрод приемной обкладки резонансной повышающей емкости и через емкостную связь между обкладками принимают повышенные по напряжению на выходном электроде передающей обкладки резонансной повышающей емкости электромагнитные колебания и направляют в виде емкостных реактивных токов и токов смещения в однопроводной линии на вход понижающей резонансной емкости и далее на вход приемника нагрузки потребителя электрической энергии.

2. Способ передачи электрической энергии по п.1, отличающийся тем, что повышенные по напряжению на выходном электроде резонансной повышающей емкости электромагнитные колебания направляют в виде емкостных реактивных токов и токов смещения в однопроводной линии на вход приемника нагрузки потребителя электрической энергии.

3. Устройство для передачи электрической энергии, содержащее источник электрической энергии и передающее резонансное устройство, соединенное резонансной однопроводной линией с принимающим резонансным устройством, отличающееся тем, что передатчик емкостных реактивных токов и токов смещения в однопроводной линии выполнен в виде резонансной повышающей емкости, у которой приемная обкладка с входным электродом имеет площадь поверхности в n раз, n=1…20, меньше площади передающей обкладки с выходным электродом, который через однопроводную резонансную линию присоединен к понижающей резонансной емкости, у которой обкладка с входным электродом имеет площадь в n раз больше, n=1-20, площади обкладки с выходным электродом, и затем к приемнику нагрузки потребителя электрической энергии.

4. Устройство для передачи электрической энергии по п.3, отличающееся тем, что однопроводная линия присоединена к приемнику нагрузки потребителя электрической энергии.

5. Устройство для передачи электрической энергии по п.3, отличающееся тем, что источник электрической энергии выполнен в виде генератора постоянного тока.

6. Устройство для передачи электрической энергии по п.3, отличающееся тем, что источник электрической энергии выполнен в виде генератора переменного тока.