початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2216095

СПОСІБ ГЕНЕРУВАННЯ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ ВИСОКОЇ НАПРУГИ

Ім'я винахідника: Журбин Валерій Володимирович
Ім'я патентовласника: Журбин Валерій Володимирович
Адреса для листування: 127560, Москва, вул. Лєскова, 30, кв.45, О.Н.Майорову
Дата початку дії патенту: 2002.09.30

Винахід відноситься до електротехніки і може бути використано в системах генерування електричної енергії високої напруги, переважно в імпульсному режимі. Спосіб включає обертання ротора електричного генератора, накопичення на периферії ротора електричного заряду, з'їм накопиченого електричного заряду на статор генератора і передачу його для зовнішнього споживання. Як ротора генератора використовують металевий диск з опуклою робочою поверхнею. Електричний заряд накопичують порціями в дискретних зонах на периферії ротора зі збільшеним градієнтом електричного поля в зоні накопиченого електричного заряду, періодично знімають накопичені порції електричного заряду на статор, акумулюють їх в конденсаторі і періодично імпульсно розряджають акумульований в конденсаторі електричний заряд через індуктивний перетворювач з отриманням на виході перетворювача високовольтних імпульсів постійного або змінного струму для зовнішнього споживання. Технічний результат - забезпечення більш стабільної характеристики виробленої електричної енергії з меншою залежністю її від зовнішнього споживання.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до області електротехніки і може бути використано в системах генерування електричної енергії високої напруги, переважно в імпульсному режимі.

Відомий спосіб генерування електричної енергії з високою потужністю в імпульсі, що реалізовується в уніполярних електричних генераторах і включає обертання ротора генератора в магнітному полі з порушенням в провідниках ротора електрорушійної сили і передачу генерується електричного струму споживачеві (див. Політехнічний словник. / Гол. Ред. Акад. А.Ю. Ишлинский. - П 50 2-е изд. - М .: Радянська Енциклопедія, 1980, с. 550). Даний спосіб дозволяє генерувати потужний імпульс електричної енергії з великою силою струму (до 10 кА), але відносно малим напругою (до 10 В), що звужує область його застосування.

Відомий і спосіб генерування електричної енергії високої напруги з використанням електростатичного генератора, що включає обертання ротора електростатичного генератора, виконаного з діелектричного матеріалу, накопичення на периферії ротора електричного заряду від зовнішнього джерела, наприклад з котушок або інших розрядників, з'їм накопиченого електричного заряду на статор генератора і передачу його для зовнішнього споживання (див. авторське свідоцтво СРСР 1785068 A1, H 02 N 1/08, 30.12.1992). Даний спосіб є найбільш близьким до винаходу по схемі перетворення механічної енергії в електричну і обраний в якості прототипу.

Недоліком відомого способу є складність перетворення механічної енергії в електричний імпульс, оскільки потрібна велика кількість допоміжних агрегатів в системі збудження електричного заряду і струмознімання. Іншим недоліком способів генерування електричної енергії високої напруги за допомогою електростатичних генераторів є нерегульоване накопичення електричного заряду на периферії ротора, що може привести до появи на роторі надвисокої напруги з подальшим неконтрольованим електричним розрядом, яке може привести до пошкодження генератора або приєднаного до нього споживача. Нерегульоване накопичення електричного заряду може привести до нестабільності характеристик харчування споживача.

Завданням, на вирішення якої спрямовано даний винахід, є розробка способу генерування електричної енергії високої напруги, що забезпечує більш стабільні характеристики виробленої електричної енергії з меншою залежністю їх від зовнішнього споживання. Іншим завданням винаходу є розробка способу генерування електричної енергії високої напруги, що забезпечує підвищену безпеку системи генерування електроенергії за рахунок виключення надвисокої напруги на виході при будь-яких умовах експлуатації. Додатковою задачею винаходу є розробка способу генерування електричної енергії високої напруги, що забезпечує сумісність з промисловими споживачами електричної енергії. Ще одним завданням винаходу є розробка способу генерування електричної енергії високої напруги з більш ефективним перетворенням механічної енергії в електричну.

Поставлені технічні завдання вирішуються тим, що в способі генерування електричної енергії високої напруги, що включає обертання ротора електричного генератора, накопичення на периферії ротора електричного заряду, з'їм накопиченого електричного заряду на статор генератора і передачу його для зовнішнього споживання, відповідно до винаходу в якості ротора генератора використовують металевий диск з опуклою робочою поверхнею, електричний заряд накопичують порціями в дискретних зонах на периферії ротора зі збільшеним градієнтом електричного поля в зоні накопиченого електричного заряду, періодично знімають накопичені порції електричного заряду на статор, акумулюють їх в конденсаторі і періодично імпульсно розряджають акумульований в конденсаторі електричний заряд через індуктивний перетворювач з отриманням на виході перетворювача високовольтних імпульсів постійного або змінного струму для зовнішнього споживання.

При цьому імпульсну розрядку акумульованого електричного заряду ведуть з частотою 50-60 Гц.

Крім того, надлишок генерується в високовольтному імпульсі потужності передають в систему живлення приводу металевого ротора.

В основу винаходу покладено підтверджене російськими і американськими фізиками (Л. І. Мандельштам, Н.Д. Папалексі, Т. Стюарт і Р. Толмен) наявність в металах вільних електронів, поведінка яких подібно до молекул газу (Кабардино О. Ф. Фізика: Навчальний посібник для загальноосвітніх установ. / Про. Ф. Кабардин. -М.: ТОВ "Видавництво Астрель": ТОВ "Видавництво ACT", 2001.-381 c., [3]: ил. - (Довідкові матеріали), с. 155 ).

З огляду на описане вище властивість електронів, використання в генераторі обертового металевого диска дає можливість отримати на периферії обертового металевого диска підвищену концентрацію електронів, що виникають як результат впливу на електрони "відцентрових" сил, подібно збільшення щільності газу в відцентрових компресорах, з накопиченням на периферії обертового металевого диска електричного заряду. (Даний факт підтверджений автором в експериментах з плоским мідним диском, при розкручуванні якого до швидкості на периферії диска 50 м / сек спостерігалося іскріння між поверхнею диска і наближеним до нього на відстань 1 мм голчастим електродом). Накопичення світовим співтовариством електричного заряду на периферії металевого ротора за рахунок зміщення вільних електронів до периферії металевого диска в поле дії "відцентрових" сил призводить до появи різниці потенціалів між периферією диска і його центром, при цьому максимальна різниця потенціалів (напруга) визначається роботою, що витрачається на переміщення вільних електронів в поле "відцентрових" сил, і при фіксованій швидкості обертання металевого диска після досягнення певної різниці потенціалів радіальне переміщення вільних електронів до периферійної кромці диска припиняється, фіксуючи граничний рівень накопиченого електричного заряду на периферії металевого диска, який не може бути перевищений, що виключає появу надвисокої напруги на диску і підвищує безпеку способу генерування електроенергії. Накопичення електричного заряду порціями в дискретних зонах на периферії ротора зі збільшеним градієнтом електричного поля в зоні накопиченого електричного заряду спрощує з'їм електричного заряду на статор, так як в зонах зі збільшеним градієнтом електричного поля (наприклад, на голчастих електродах) легше здійснити передачу електричного заряду на статор . Періодичний з'їм накопичених порцій електричного заряду на статор зменшує максимальне напруження на роторі, що підвищує безпеку способу генерування електроенергії і забезпечує незалежність генерування електричного заряду на роторі від споживача. Акумулювання порцій електричного заряду в конденсаторі дозволяє генерувати імпульси електричної енергії будь-якої потужності, межі якої залежать тільки від ємності конденсатора. Імпульсна періодична розрядка акумульованого в конденсаторі електричного заряду через індуктивний перетворювач з отриманням на виході перетворювача високовольтних імпульсів постійного або змінного струму для зовнішнього споживання дає можливість підбором характеристик індуктивного перетворювача генерувати на виході електричні імпульси з будь-якими необхідними для споживача характеристиками по напрузі і силі струму.

Імпульсна розрядка акумульованого електричного заряду з частотою 50-60 Гц спрощує сумісність запропонованого способу генерування електричної енергії з промисловими споживачами.

Передачанадлишку генерується в високовольтному імпульсі потужності в систему живлення приводу металевого ротора забезпечує утилізацію надлишку потужності, що підвищує ефективність запропонованого способу.

	На фіг. 1 показана блок-схема пристрою, що реалізує запропонований спосіб генерування електричної енергії високої напруги; на фіг.2 представлений в збільшеному масштабі периферійний ділянку електричного генератора з діаграмою розподілу напруги на периферії ротора. Пристрій для генерування електричної енергії високої напруги має електричний генератор 1, ротор якого являє собою металевий диск 2 з опуклою робочою поверхнею. Ротор з'єднаний з приводом 3, в якості якого можуть використовуватися електродвигуни, двигуни внутрішнього згоряння, турбіни та ін. Корпус приводу 3 заземлений. Статор електрогенератора являє собою ізольоване від землі нерухоме металеве кільце 4. Периферійна кромка металевого диска 2 оснащена концентраторами 5, виконаними, наприклад, у вигляді трикутних призм, як це показано на фіг.2. На металевому кільці 4 дискретно розміщені знімачі 6 електричного заряду, розміщені з зазором 1-2 мм щодо металевого диска 2. Відстань між знімачами 6 не менше ніж в 2 рази перевищує відстань між концентраторами 5 на периферійній кромці металевого диска 2. Кільце 4 статора підключено до накопичувальним обкладкам заземленого блоку 7 конденсаторів. Накопичувальні обкладання блоку 7 конденсаторів підключені через керований вентиль 8 до індуктивному перетворювача 9. Електричні імпульси з виходу індуктивного перетворювача 9 використовуються для зовнішнього споживання. Керований вхід вентиля 8 підключений до виходу генератора імпульсів 10. При використанні в якості приводу 3 ротора електродвигуна пристрій має власне джерело 11 харчування. Генератор 10 імпульсів може мати власне джерело живлення або підключається до джерела 11 харчування, як це показано на фіг. 1. Джерело 11 харчування може бути підключений до виходу індуктивного перетворювача 9 через відповідний перетворювач 12, наприклад випрямляч.
Імпульси електричної енергії для зовнішнього споживання формуються наступним чином. За допомогою приводу 3 металевий диск 2 розкручують до номінальних оборотів з отриманням на периферійній кромці ротора окружної швидкості не менше 100 м / с. Під обертається металевому диску 2 вільні електрони зміщуються до периферійної кромці. При цьому виникає різниця потенціалів U p між периферійної кромкою і центром диска. U p фактично є робочою напругою на роторі електричного генератора. При наявності на периферійній кромці металевого диска 2 концентраторів 5 вільні електрони розподіляються на периферії диска нерівномірно і електричний заряд накопичується в основному в зоні загостреною вершини концентратора 5 і формує навколо вершини концентратора високоградієнтним електричне поле. Концентратор 5 з накопиченої порцією електричного заряду переміщається по окружності і проходить повз знімача 6 статора, потенціал якого U c дорівнює поточному напрузі на накопичувальних обкладинках блоку 7 конденсаторів.

При наближенні концентратора 5 до Знімачі 6 на відстань, меншу величини пробою (точка "а"), між концентратором 5 і знімачем 6 формується електричний розряд, за яким електричний заряд з концентратора 5 перетікає на знімач 6 і напруга на вершині концентратора 5 різко падає. Не враховуючи опір розряду, можна вважати, що напруга на загостреною вершині концентратора 5 падає до _U c - напруги на Знімачі 6. При подальшому переміщенні концентратора 5 відстань між ним і знімачем 6 збільшується, електричний розряд гасне (точка "b"), на концентраторі 5 відновлюється напруга _U p (точка "з") і накопичується нова порція електричного заряду, яка передається на наступний знімач 6, забезпечуючи порційне надходження заряду на статор і блок 7 конденсаторів. Переданий на статор електричний заряд компенсується надходженням електронів в центр металевого диска 2 через заземлений привід і вал. Можливі й будь-які інші схеми електричного зв'язку центральній частині металевого диска з землею. Накопичений електричний заряд і напруга _U c блоку 7 конденсаторів зростають. Накопичений в блоці 7 конденсаторів електричний заряд через керований вентиль 8 періодично передають на індуктивний перетворювач 9. Імпульси електричної енергії з виходу індуктивного перетворювача 9 передають для зовнішнього споживання. Для використання в мережі промислового струму керований вентиль 8 відкривають з частотою 50-60 Гц, перетворюючи струм розряду в змінний струм промислової частоти. При наявності надлишку потужності надлишкову потужність повертають в джерело живлення електродвигуна, що дозволяє працювати електричного генератора в найбільш економічному режимі.

При відключенні зовнішнього споживача замикають керуючий вентиль 8 і продовжують підтримувати робочі обороти ротора. Порційний з'їм електричного заряду з металевого диска 2 на статор продовжують до тих пір, поки напруга _U c НЕ зросте до величини, при якій різниця між _U p і _U c стає менше величини пробою, що призводить до автоматичного припинення передачі електричного заряду з ротора на статор і виключає появу на блоці 7 конденсаторів надвисокої напруги, підтримуючи його в постійній готовності до видачі імпульсу електричної енергії для зовнішнього споживання.

Пропонований спосіб може бути реалізований в будь-яких системах генерування електричної енергії. Всі агрегати і електронні компоненти, необхідні для реалізації запропонованого способу, можуть бути виготовлені як вітчизняної, так і зарубіжної промисловістю. Ефективність запропонованого способу генерування електричної енергії високої напруги можна підвищити, використовуючи при імпульсному перетворенні електричної енергії, накопиченої в блоці конденсаторів, способу промислового виробництва електричної енергії, захищеного Попковим М.І. патентом Російської Федерації 2141718, Н 02 N 11/00, 20.11.1999.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Спосіб генерування електричної енергії високої напруги, що включає обертання ротора електричного генератора, накопичення на периферії ротора електричного заряду, з'їм накопиченого електричного заряду на статор генератора і передачу його для зовнішнього споживання, що відрізняється тим, що в якості ротора генератора використовують металевий диск з опуклою робочою поверхнею, електричний заряд накопичують порціями в дискретних зонах на периферії ротора зі збільшеним градієнтом електричного поля в зоні накопиченого електричного заряду, періодично знімають накопичені порції електричного заряду на статор, акумулюють їх в конденсаторі і періодично імпульсно розряджають акумульований в конденсаторі електричний заряд через індуктивний перетворювач з отриманням на виході перетворювача високовольтних імпульсів постійного або змінного струму для зовнішнього споживання.
2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що імпульсну розрядку акумульованого електричного заряду ведуть з частотою 50-60 Гц.
3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що надлишок генерується в високовольтному імпульсі потужності передають в систему живлення приводу металевого ротора.

Версія для друку
Дата публікації 31.10.2006гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів