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 RU2245598

СПОСІБ І ПРИСТРІЙ ДЛЯ ПЕРЕДАЧІ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ

Ім'я винахідника: Стребков Д.С. (RU)
Ім'я патентовласника: Стребков Дмитро Семенович (RU); Державна наукова установа Всеросійський науково-дослідний інститут електрифікації сільського господарства (ГНУ ВІЕСХ)
Адреса для листування: 109456, Москва, 1-й Вишняківська пр-д, 2, ВІЕСХ, ОНТИ і патентування, О.В. Голубєвої
Дата початку дії патенту: 2003.07.11

Використання: для передачі електричної енергії стаціонарним і мобільним споживачам електроенергії. Технічний результат полягає в підвищенні ефективності, зниження втрат і підвищення надійності передачі електричної енергії. У способі передачі електричної енергії з використанням генератора змінної напруги шляхом передачі напруги від генератора на низьковольтну обмотку високочастотного трансформатора Тесла, з'єднання одного з висновків високовольтної обмотки цього перетворювача з однією з вихідних клем питомого електричного пристрою і встановлення резонансних коливань в електричному ланцюзі високочастотне змінне напруга і струм високовольтної обмотки підвищувального трансформатора Тесла випрямляють шляхом приєднання внутрішнього виведення високовольтної обмотки підвищувального трансформатора Тесла до високочастотного діода і передають випрямлена напруга і струм по однопровідною лінії до харчуватися електротехнічного пристрою. В іншому варіанті способу передачі електричної енергії високочастотне змінне напруга високовольтної обмотки підвищувального трансформатора Тесла випрямляють шляхом приєднання внутрішнього виведення високовольтної обмотки трансформатора Тесла до діод-конденсаторного блоку подвоєння напруги і передають випрямлена напруга і струм по двухпроводной лінії до харчуватися електротехнічного пристрою.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до способу і пристрою для передачі електричної енергії стаціонарним і мобільним споживачам електроенергії.

Відомі спосіб і пристрій для перетворення і передачі електричної енергії за однопровідною лінії на велику відстань, розроблені Н.Тесла в 1897 році. Згідно винаходу Н.Тесла пристрій складається з двох трансформаторів, один для підвищення, а інший для зменшення потенціалу струму, зазначені трансформатори мають висновок обмотки з проводом великої довжини, з'єднаний з лінією, і інший висновок цієї обмотки, що примикає до обмотці з дроту коротшою довжини , з'єднаний електрично з нею і з землею.

Підвищуючий трансформатор має первинну обмотку, з'єднану з електричним генератором підвищеної частоти. Первинна обмотка намотана на вторинну високовольтну обмотку, довжина проводу якої значно більше довжини первинної обмотки і приблизно дорівнює чверті довжини хвилі електромагнітного поля а лінії. У цьому випадку потенціал одного внутрішнього виведення високовольтної обмотки дорівнює нулю, а потенціал іншого зовнішнього виведення буде максимальний. Внутрішній кінець високовольтної вторинної обмотки з'єднаний з лінією передачі електричної енергії, а зовнішній кінець вторинної обмотки і прилеглий висновок первинної обмотки з метою електробезпеки з'єднаний з землею. Понижуючий трансформатор виконаний аналогічно. Висновки низьковольтної обмотки з'єднані з електричним навантаженням у вигляді ламп розжарювання і електродвигунів. Однопровідна лінія електропередач має довгі ізолятори на опорах для зниження втрат на витік струму (Н.Тесла. Електричний трансформатор. Пат. США № 593138 від 02.11.1897 р).

Недоліком відомих способу і пристрою є неможливість його використання для передачі електричної енергії по підземному або підводного кабелю через втрати електричної високочастотної енергії в навколишньому середовищі.

Іншим недоліком відомих способу і пристрою є втрати потужності через витік струму на високій частоті через ізолятори і навколишній простір при наявності атмосферних опадів.

Відомі спосіб і пристрій для передачі електричної енергії по високовольтної лінії постійного струму. У відомому способі напруга і струм генератора електричної енергії випрямляють і передають по кабельній або повітряної лінії постійного струму споживачеві, у споживача виробляють перетворення постійного струму в змінний промислової частоти за допомогою інвертора.

Недоліком відомих способу і пристрою є великі втрати енергії на опорі лінії і велика витрата провідникового матеріалу. У кабельній лінії постійного струму між Грецією і Італією довжиною 163 км при потужності, що передається 500 МВт і напрузі 400 кВ перерізпровідника з міді становить 1250 м ² при щільності струму 1 А / мм ² і втрати потужності в лінії 11 МВт (Power Engineering, 2002 v.10, № 10, р.25, 27).

Найбільш близьким за технічною сутністю до пропонованого винаходу є спосіб харчування електротехнічних пристроїв з використанням генератора змінної напруги, що підключається до споживача, в якому напруга генератора подають на низьковольтну обмотку високочастотного трансформаторного перетворювача, а один з висновків високовольтної обмотки з'єднують з однією з вхідних клем електротехнічного пристрою, при цьому зміною частоти генератора домагаються встановлення резонансних коливань в утвореної електричного кола.

Пристрій, що реалізовує даний спосіб, є джерело змінної напруги з регульованою частотою, високочастотний трансформатор, один висновок високовольтної секції якого ізольований, а другий призначений для подачі енергії споживачеві (Авраменко С.В., Спосіб харчування електротехнічних пристроїв і пристрій для його здійснення. Патент РФ № 2108649 від 11.04.1995).

Замість понижувального трансформатора Тесла може бути використаний діод-конденсаторний блок, який використовується в схемах подвоєння напруги і виконаний з двох зустрічно включених діодів, з'єднаних з конденсатором, загальна точка діодів з'єднана з джерелом живлення (Електротехнічний довідник. 1971 р изд-во Енергія, т.1, стр.871). При подачі на діод-конденсаторний блок змінної напруги позитивна хвиля змінного реактивного струму йде на одну обкладку конденсатора, а негативна - на іншу обкладку. Конденсатор буде накопичувати заряди, поки напруга на його висновках не досягне позитивної та негативної амплітуди змінної напруги на спільній точці діодів, тоді діоди виявляться замкнутими і заряд конденсатора припиниться. Так працює відома схема випрямляча з подвоєнням напруги.

Недоліком всіх відомих способів і засобів передачі даних електричної енергії є те, що вони не дозволяють забезпечити високоефективну передачу електричної енергії на велику відстань по повітряній лінії в дощову погоду, а й по підземному або підводного кабелю через втрати високочастотної енергії на опорі лінії і на розсіювання в навколишньому провідному середовищі.

Завданням запропонованого винаходу є підвищення ефективності, зниження втрат і підвищення надійності передачі електричної енергії.

В результаті використання запропонованого винаходу з'являється можливість передачі електричної енергії по ізольованій однопровідною лінії в провідному середовищі з малими джоулева втратами, а й передачі електроенергії на транспортні засоби через ізольовані ділянки землі і води.

Вищевказаний технічний результат досягається тим, що в способі передачі електричної енергії з використанням генератора змінної напруги шляхом передачі напруги від генератора на низьковольтну обмотку високочастотного трансформатора Тесла, з'єднання одного з висновків високовольтної обмотки цього перетворювача з однією з вихідних клем питомого електричного пристрою і встановлення резонансних коливань в електричного кола, високочастотне змінне напруга і струм високовольтної обмотки підвищувального трансформатора Тесла випрямляють шляхом приєднання внутрішнього виведення високовольтної обмотки підвищувального трансформатора Тесла до високочастотного діода і передають випрямлена напруга і струм по однопровідною лінії до харчуватися електротехнічного пристрою.

В іншому варіанті способу передачі електричної енергії з використанням генератора змінної напруги шляхом передачі напруги від генератора на низьковольтну обмотку високочастотного трансформатора Тесла, з'єднання одного з висновків високовольтної обмотки цього перетворювача з однією з вихідних клем питомого електричного пристрою і встановлення резонансних коливань в електричному ланцюзі, високочастотне змінне напруга високовольтної обмотки підвищувального трансформатора Тесла випрямляють шляхом приєднання внутрішнього виведення високовольтної обмотки трансформатора Тесла до діод-конденсаторного блоку подвоєння напруги і передають випрямлена напруга і струм по двухпроводной лінії до харчуватися електротехнічного пристрою.

Ще в одному способі передачі електричної енергії резонансні коливання напруги і струму з частотою f ₁ створюють в резонансному контурі низьковольтної обмотки підвищувального трансформатора, а високочастотну напругу і струм високовольтної обмотки підвищувального трансформатора випрямляють шляхом приєднання одного з висновків високовольтної обмотки підвищувального трансформатора до високочастотного діода і передають пульсуючий струм і напруга з півхвилею напруги і струму однаковою полярності по однопровідною лінії до понижувального трансформатора, створюють в резонансному контурі низьковольтної обмотки понижувального трансформатора резонансні коливання з частотою f _2, яка пов'язана з частотою f ₁ співвідношенням f ₁ = f _2, випрямляють низьковольтне напруга і струм шляхом приєднання висновків резонансного контуру низьковольтної обмотки понижувального трансформатора до двох входів однофазного мостового випрямляча, а випрямлений постійний струм і напруга в однопровідною лінії передають в навантаження шляхом приєднання вільного виведення високовольтної обмотки понижувального трансформатора до одного з входів другого однофазного мостового випрямляча, до іншого входу якого підключена природна ємність у вигляді землі або ізольованого провідного тіла, і з'єднання з навантаженням і конденсатором навантаження виходів обох однофазних випрямлячів.

У всіх варіантах способу передачу електричної енергії за однопровідною лінії здійснюють при максимальній щільності пульсуючого струму 5-50 А / мм ² і максимальному пульсуючому напрузі 500 кВ-3000 кВ, а в якості матеріалу однопровідною лінії використовують сталь, мідь, алюміній і їх поєднання у вигляді біметалів і сплавів, а й неметалеві провідні середовища у вигляді ізольованих протяжних ділянок вологої землі, води, вуглецевих волокон, тонких провідних плівок металів і їх оксидів, провідні канали в атмосфері, які створюють іонізацією молекул повітря лазерним і мікрохвильовим випромінюванням, і релятивістські пучки електронів високих енергій за межами атмосфери.

У пристрої для передачі електричної енергії, що містить високочастотний генератор, що підвищує і понижувальний високочастотні трансформатори Тесла, з'єднані між собою однопровідною лінією, конденсатор і навантаження, підключену до низьковольтної обмотки через однофазний мостовий випрямляч, первинна обмотка трансформатора Тесла з контурним конденсатором C ₁ утворює резонансний контур , вторинна низьковольтна обмотка понижуючого трансформатора Тесла з контурним конденсатором _С2 утворює резонансний контур, параметри контурів пов'язані співвідношенням L _1. · C ₁ = L _2. · C _2, де L ₁ і C ₁ і L ₂ і С ₂ - індуктивність і ємність контурів, що прилягає до висновку первинної обмотки висновок високовольтної обмотки підвищувального трансформатора з'єднаний із Землею, а інший внутрішній висновок високовольтної обмотки з'єднаний з однопровідною лінією через високочастотний діод, паралельно конденсатору і навантаженні підключені виходи другого однофазного випрямляча, до двох входів якого підключені зовнішній висновок високовольтної обмотки понижувального трансформатора Тесла і природна ємність у вигляді землі або ізольованого провідного тіла.

У пристрої для передачі електричної енергії, що містить генератор змінного напруги, високочастотний резонансний трансформатор Тесла, первинна обмотка якого підключена до генератора змінної напруги через перетворювач частоти, і лінію передачі електричної енергії, внутрішній неізольований висновок високовольтної обмотки підвищувального трансформатора Тесла з'єднаний з діод-конденсаторним блоком подвоєння напруги, а лінія передачі виконана двухпроводной на постійному струмі і забезпечена на кінці у споживача конденсаторним блоком, до клем якого приєднано через інвертор живиться електротехнічний пристрій.

У пристрої для передачі електричної енергії, що містить генератор змінного напруги, високочастотний резонансний трансформатор Тесла, первинна обмотка якого підключена до генератора змінної напруги через перетворювач частоти і лінію передачі електричної енергії, генератор електричної енергії, виконаний трифазним на підвищеній частоті f ₀ = 50 Гц-500 кГц, три висновки генератора з'єднані через три резонансних контуру з частотою f ₀ по схемі "зірка" з трьома підвищують трансформаторами Тесла, у яких три низькопотенційних виведення високовольтних обмоток з'єднані з Землею, а три високопотенційне виведення високовольтних обмоток трансформаторів Тесла з'єднані з входами трифазного мостового випрямляча , висновки випрямляча з'єднані з двухпроводной лінією передачі електричної енергії, кінці лінії приєднані до двох входів трифазного мостового випрямляча, а до двох висновків випрямляча підключені конденсаторний блок, перетворювач постійної напруги в змінний, понижуючий трансформатор і навантаження, а до третього входу трифазного мостового випрямляча приєднана природна ємність у вигляді землі і ізольованого провідного тіла.

У пристрої для передачі електричної енергії, що містить генератор змінного напруги, високочастотний резонансний трансформатор Тесла, первинна обмотка якого підключена до генератора змінної напруги через перетворювач частоти і лінію передачі електричної енергії, генератор виконаний трифазним з частотою f ₀ = 50 Гц-500 кГц, висновки генератора з'єднані через три резонансних контуру з частотою f ₀ по схемі трикутника з трьома підвищують трансформаторами Тесла, у яких високовольтні обмотки з'єднані з входами трифазного мостового випрямляча, висновки випрямляча з'єднані з двома однопровідними лініями передачі електричної енергії, кожна з двох ліній з'єднана у споживача з високопотенційний висновком високовольтної обмотки понижувального трансформатора Тесла, низьковольтна обмотка кожного трансформатора Тесла з'єднана через резонансний контур з однофазним мостовим випрямлячем, виходи двох однофазних мостових випрямлячів з'єднані з конденсаторним блоком, навантаженням і з висновками трифазного мостового випрямляча, до двох входів якого приєднані низько потенційного висновки високовольтних обмоток двох понижуючих трансформаторів Тесла, а до третього входу приєднана природна ємність у вигляді землі або ізольованого провідного тіла.

У пристрої для передачі електричної енергії низько потенційного висновок високовольтної обмотки кожного понижувального трансформатора Тесла з'єднаний з прилеглим висновком низьковольтної обмотки, а виходи двох однофазних мостових випрямлячів з'єднані з конденсаторним блоком, навантаженням і висновками схеми подвоєння напруги, до входу якої приєднана природна ємність у вигляді землі або ізольованого провідного тіла.

В іншому варіанті пристрою для передачі електричної енергії навантаження підключена до висновків випрямлячів через перетворювач постійного струму в змінний і трансформатор напруги промислової частоти.

У пристрої для передачі електричної енергії кожна одно провідна лінія передачі виконана на постійному струмі з електроізольований провідного матеріалу малого перетину, а в якості провідника використані металеві і неметалеві провідні середовища, як сталь, мідь, алюміній, вуглецеве волокно, вода, вологі тонкі провідні плівки металів і їх оксидів, провідні канали в атмосфері, створені лазерним і мікрохвильовим випромінюванням, і релятивістські пучки енергії високих енергій за межами атмосфери.

Сутність пропонованих способу і пристрою для передачі електричної енергії пояснюється на кресленнях.

На фіг.1 представлена ​​загальна схема способу і пристрою для передачі електричної енергії лінії на випрямленном струмі з використанням ємнісного накопичувача в кінці лінії.

На фіг.2 - схема способу для передачі електричної енергії за однопровідною лінії з випрямленням позитивної напівхвилі струму і напруги з використанням трифазного випрямляча.

На Фіг.3 - схема способу передачі електричної енергії за однопровідною лінії з використанням двох резонансних контурів і двох трансформаторів Тесла на початку і в кінці лінії.

На фіг.4 - електрична схема пристрою для передачі позитивної і негативної напівхвилі струму і напруги за двома однопровідним лініях, в якому обидві лінії з'єднані у споживача з ємнісним накопичувачем і через електронний ключ c навантаженням.

На фіг.5 - електрична схема пристрою для передачі електричної енергії з випрямлення струму і напруги за двома однопровідним лініях, по одній з яких передають позитивну півхвилю струму і напруги, а по інший однопровідною лінії - негативну півхвилю струму і напруги, обидві лінії мають загальне пристрій узгодження з навантаженням.

На фіг.6 - електрична схема пристрою для передачі електричної енергії за однопровідною лінії з використанням позитивної напівхвилі струму і напруги і однофазного випрямляча для узгодження з навантаженням.

На фіг.7 - електрична схема пристрою для передачі електричної енергії за однопровідною лінії з використанням негативної напівхвилі струму і напруги.

На фіг.8 - електрична схема пристрою для передачі електричної енергії за однопровідною лінії з використанням позитивної напівхвилі напруги і струму і двох резонансних контурів з трансформаторами Тесла на початку і в кінці лінії і двома однофазними мостовими випрямлячами на виході понижуючого трансформатора Тесла.

На фіг.9 - електрична схема пристрою для передачі електричної енергії за однопровідною лінії з використанням позитивної хвилі струму і напруги і двох резонансних контурів і трансформаторів Тесла на початку і в кінці лінії.

На фіг.10 - електрична схема пристрою для передачі електричної енергії по двох незалежних однопровідним лініях з використанням трансформатора Тесла і резонансним контуром на початку лінії і резонансним контуром і трансформатором Тесла в кінці кожної з двох однопровідні ліній, обидві лінії мають загальне пристрій узгодження з навантаженням.

На фіг.11 - електрична схема пристрою передачі електричної енергії з використанням трифазного генератора електричної енергії, трьох високочастотних трансформаторів Тесла, з'єднаних за схемою "зірка", і трифазного мостового випрямляча.

На фіг.12 - електрична схема пристрою передачі електричної енергії від трифазного генератора електричної енергії з використанням трьох підвищувальних трансформаторів Тесла, з'єднаних за схемою трикутника.

На Фіг.13 - розподіл хвиль струму і напруги в однопровідні лініях. Згідно фіг.1 електричну енергію від генератора 1 з резонансною частотою f 0 = 50 Гц ... 500 кГц направляють в резонансний контур 2, підвищують напругу і зрушують фазовий кут між хвилею напруги і струму до 90 ° в підвищує трансформаторі Тесла 3, випрямляють ток і напруга на виході трансформатора 3 за допомогою випрямляючих діодів 4 і 5, передають випрямлений струм і напруга по двом однопровідним лініях, лініях 6 і 7 електричної енергії, на ємнісний накопичувач електричної енергії 8 і через електронний ключ 9 на навантаження 10. Для живлення навантаження 10 змінним струмом електричну енергію постійного струму після ємнісного накопичувача 8 перетворять в змінний струм промислової частоти в инверторе 11, змінюють напругу в трансформаторі 12 і передають в навантаження 10.

Згідно фіг.2 випрямлена пульсуюча напруга і струм після діодів 4 і 5 передають по двом однопровідним лініях 6 і 7 на трифазний мостовий випрямляч 13, на ємнісний накопичувач 8 і навантаження 10 і через третю гілку 14 випрямляча і вхід 15 випрямляча 13 на природну ємність 16 у вигляді землі або ізольованого провідного тіла.

На Фіг.3 в іншому варіанті способу передачі електричної енергії випрямлений струм і напруга у вигляді позитивних і / або негативних напівхвиль напруги і струму з фазовим кутом між струмом і напругою 90 ° передають по лінії 6 через понижуючий трансформатор Тесла 17 на резонансний контур 18 і потім на випрямляч 19, навантаження 10 і ємнісний накопичувач 8.

Для передачі постійної компоненти струму і напруги в навантаження 10 низько потенційного висновок 20 високовольтної обмотки 21 понижувального трансформатора Тесла 17 з'єднують через вхід випрямляча 22, ємнісний накопичувач 8 і навантаження 10, другу гілку випрямляча 23 з'єднують з природною ємністю 16 у вигляді землі або ізольованого провідного тіла.

Згідно фіг.3 генератор високочастотних коливань 1 з частотою f ₀ = 50 Гц-500 кГц передає енергію резонансній контуру 2. Резонансний контур 2 складається з ємності С ₀ і індуктивності L _0,

причому

індуктивність L ₀ повністю або частково утворена низьковольтної обмоткою 16 підвищувального трансформатора Тесла 3.

Висока напруга на високопотенційний виведення 17 високовольтної обмотки 18 трансформатора Тесла 3 випрямляють шляхом з'єднання виведення 17 високовольтної обмотки 18 трансформатора Тесла 3 з випрямляючим діодом 4.

На фіг.4 електрична енергія виробляється генератором високочастотних коливань 1 і надходить на випрямляють діоди 4 і 5 від підвищувального трансформатора Тесла 3 через резонансний контур 2. Електричну енергію передають на випрямленном струмі і напрузі з використанням діодів 4 і 5 і двох незалежних однопровідні ліній 6 і 7. по лінії 6 через діод 4 передають позитивну півхвилю струму і напруги, а по лінії 7 через діод 5 передають негативну півхвилю струму і напруги. Кінці однопровідні ліній 6 і 7 приєднані до ємкісному накопичувача 8, до якого через електронний ключ 9 підключена навантаження 10.

На фіг.5 кінці однопровідні ліній 6 і 7 приєднані до двох входів 23 і 24 трифазного мостового випрямляча 13, а до третього входу 15 випрямляча 13 приєднана природна ємність 16 у вигляді землі або ізольованого провідного тіла. Навантаження 10 і ємність приєднані до виходу 25 трифазного мостового випрямляча 13.

На фіг.6 електричну енергію у вигляді позитивної напівхвилі струму і напруги через діод 4 передають по однопровідною лінії 6 в навантаження 10 шляхом приєднання лінії 6 до входу 26 однією з гілок 27 однофазного мостового випрямляча 28, приєднання до входу 29 іншій гілці 30 однофазного мостового випрямляча 28 природною ємності 16 в вигляді землі або ізольованого провідного тіла і з'єднання висновків обох гілок 27 і 30 однофазного мостового випрямляча 28 до навантаження 10 і ємності 8.

На фіг.7 за однопровідною лінії 7 передають випрямлену діодом 5 негативну півхвилю струму і напруги.

На фіг.8 електричну енергію на випрямленном струмі у вигляді позитивної хвилі струму і напруги передають по однопровідною лінії 6 через діод 4 трансформатора Тесла 3 на початку лінії 6 до понижувального трансформатора Тесла 17 в кінці лінії 6. Резонансний контур 18 понижувального трансформатора 17 підключений до двом входів 31 і 32 однофазного мостового випрямляча 19, низько потенційного висновок 20 високовольтної обмотки 21 приєднаний до одного входу 33 другого однофазного мостового випрямляча 22, а до другого входу 34 другого випрямляча 22 підключена природна ємність 16 у вигляді землі або ізольованого провідного тіла. Виходи першого 19 і другого 22 випрямлячів приєднані до навантаження 10 і ємності 8.

У пристрої для передачі електричної енергії на фіг.9 замість двох однофазних випрямлячів 27 і 31 використовується один трифазний випрямляч 35, до входів якого 36, 37, 38 аналогічно фіг.8 підключені резонансний контур 18 понижувального трансформатора 17 і низько потенційного висновок 20 високовольтної обмотки 21. навантаження 10 і ємність 8 розділені на дві рівні частини 39 і 40, і їх середні точки 41 з'єднані між собою і з природної ємністю 16.

На фіг.10 для передачі електричної енергії використовують дві незалежні однопровідні лінії. Кінець першої однопровідною лінії 6 з'єднаний з високовольтний вивід 41 високовольтної обмотки 21 понижувального трансформатора Тесла 17. Низьковольтна обмотка 42 понижувального трансформатора Тесла 17 з ємністю <С ₀ утворює резонансний контур 18, висновки якого з'єднані з входами 31 і 32 першого однофазного мостового випрямляча 19.

Кінець другої однопровідною лінії 7 з'єднаний з високовольтний вивід 42 високовольтної обмотки 43 понижувального трансформатора Тесла 44. Низьковольтна обмотка 45 понижувального трансформатора Тесла 44 через ємність C ₁ з'єднана з входами 46 і 49 другого однофазного випрямляча 50. Висновки 51 і 52 першого і другого однофазних випрямлячів 19 і 50 з'єднані з навантаженням 10 і з висновками 53 і 54 трифазного мостового випрямляча 55. до одного входу 56 приєднана природна ємність 16 у вигляді землі або ізольованого провідного тіла, а до двох інших входів 57 і 58 випрямляча 55 приєднані низько потенційного висновки 20 і 59 високовольтних обмоток 21 і 43 понижуючих трансформаторів Тесла 17 і 44.

На фіг.11 джерелом електричної енергії є трифазний електричний генератор 59, який з'єднаний з трьома резонансними контурами 60, 61, 62 і з трьома однофазними підвищують трансформаторами Тесла 63, 64, 65. високопотенційний висновки 66, 67, 68 високовольтних обмоток 69, 70, 71 трансформаторів Тесла 63, 64, 65 приєднані до трьох входів 72, 73, 74 трифазного мостового випрямляча 75. низько потенційного висновки 76, 77, 78 високовольтних обмоток 69, 70, 71 з'єднані з землею 80. Електричну енергію передають на випрямленном струмі і напрузі по двом однопровідним лініях. В кінці ліній 6 і 7 встановлені ємнісний накопичувач 8, перетворювач постійного струму в змінний промислової частоти 11, понижуючий трансформатор 12 і навантаження 10.

У разі незалежного використання однопровідною лінії на кінці лінії встановлюють перетворюють пристрої, показані на фіг.5, 6, 7, 8.

На фіг.12 представлена електрична схема пристрою передачі електричної енергії, в якій використовується трифазний електричний генератор 59 підвищеної частоти f ₀ = 50 Гц-500 кГц. Висновки генератора 59 з'єднані за схемою трикутника з низьковольтними обмотками трьох однофазних високочастотних трансформаторів 63, 64 і 65. Високовольтні висновки 66, 67, 68 високовольтних обмоток з'єднані з входами 72, 73 і 74 трифазного високочастотного випрямляча 75. низько потенційного висновки високовольтних обмоток з'єднані з землею 80 .

Електричну енергію передають по двом однопровідним лініях в навантаження 10 через конденсаторний блок 8, перетворювач постійного струму в змінний 11 і трансформатор промислової частоти 12.

В іншому варіанті пристрою в кінці ліній 6 і 7 можуть бути встановлені два понижуючих трансформатора Тесла 17, 44 і пристрої узгодження з навантаженням відповідно до фіг.10.

На Фіг.13 показано розподіл хвиль струму і напруги в лініях 6 і 7 при наявності випрямляють високочастотних діодів 4 і 5 на початку ліній.

У лінії 6 з діодом позитивної полярності на ділянці ( ) Хвиля струму відсутня. У лінії 7 хвиля струму відсутня на ділянці ( ). На ділянках лінії, де відсутня хвиля струму, магнітне поле і вектор Пойнтінга дорівнюють нулю і передача електричної енергії в провіднику відбувається за рахунок переміщення вільних поверхневих зарядів під дією кулонова поля.

ПРИСТРІЙ ДЛЯ ПЕРЕДАЧІ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ працює наступним чином

Однопровідна лінія 6, 7 є поодиноким волноводом, уздовж якого рухається електромагнітна енергія. Електрична енергія укладена в електричному полі лінії, яке створюється зарядами. Магнітна енергія укладена в магнітному полі, яке створюється струмами. Електричне поле розподілено вздовж лінії так само, як напруга, а магнітне поле поблизу провідника збігається по фазі з струмом.

Напруга на виході підвищує четвертьволнового трансформатора Тесла 2 змінюється за синусоїдальним законом і відстає по фазі від струму на чверть періоду від струму, який змінюється по косинусоидальной закону. На високопотенційний виведення 66 (фіг.11) трансформатора Тесла 63, що має довжину високовольтної обмотки 69, що дорівнює одній четвертій довжини хвилі, напруга максимально, тобто ми маємо пучность напруги і вузол (нульове значення струму). Низько потенційного висновок 76 (фіг.11) або 20 (фіг.9) має вузол напруги і пучность струму.

У звичайних двох-або трьохпровідних лініях при передачі активної потужності розподіл в лінії електричного поля подібно розподілу щільності струму. В цьому випадку збудливу поле сторонніх ЕРС Е _ст повністю врівноважується опором середовища , J - струм, - Провідність лінії, R - опір лінії. Індукування поверхневих зарядів не відбувається, і енергія лінії укладена в магнітному полі лінії.

У двох-трехпроводной лінії змінного струму при передачі активної потужності і збігу фаз струму і напруги величина вектора Пойнтінга позитивна по всій довжині лінії, що відповідає переносу енергії з повітря в провід для збільшення енергії магнітного поля і виділення теплоти в проводі. Нормальна складова вектора Пойнтінга _S n спрямована всередину дроти і дорівнює:

I - струм, R - опір лінії, r, l - радіус і довжина провідника лінії.

У однопровідною лінії розподіл електричного поля відрізняється від розподілу щільності струму, при цьому в провіднику лінії виникає поверхневий заряд і кулоново електричне поле поверхневих зарядів Eq.

Завдяки наявності хвилі напруги і вільних зарядів, що генеруються підвищує трансформатором Тесла, ток в лінії обумовлений кулоновим збудливим полем, тобто має місце електростатичний механізм перенесення зарядів без джоулева втрат в провіднику лінії. Коливання вільних зарядів призводять до появи струму зміщення в просторі, що оточує провідник. Струми зміщення не створюють джоулева втрат в провіднику лінії. Кулоновое поле створює ту частину струму в лінії, яка забезпечує перенесення зарядів уздовж лінії і замикає струм зміщення (Сотников В.В. Джерела кулонова поля в металевих провідниках і їх вплив на електричний струм. Известия РАН. Енергетика, 2002 № 1, стор. 104-111).

У однопровідною лінії змінного струму протягом чверті періоду зміни напруги і струму на протязі довжини лінії, що дорівнює чверті довжини хвилі, величина вектора Пойнтінга позитивна, а протягом наступної чверті періоду протягом довжини лінії, що дорівнює наступної чверті довжини хвилі, величина вектора Пойнтінга негативна, що відповідає передачі електромагнітної енергії в простір, що оточує провідник лінії. Коливання електромагнітної енергії з періодом зміни, рівним однієї четвертої періоду і відповідає довжині лінії, яка дорівнює одній четвертій довжині хвилі струму і напруги, можна розглядати як результат наявності реактивного опору лінії.

Пульсуюче випрямлена напруга позитивної полярності в лінії 6 описується рівнянням

Таким чином, хвилю пульсуючого випрямленої напруги позитивної полярності можна представляти як сукупність постійної величини і основної гармоніки I / 2 sinx, з яких відраховуються косинуси вищих парних гармонік. Аналогічно можна розкласти в ряд Фур'є позитивну півхвилю струму:

Резонансний режим передачі електричної енергії з частотою основної гармоніки дозволяє виділити цю гармоніку і використовувати для передачі електричної енергії.

Змінна складова струму і напруги основної гармоніки виділяється в резонансному контурі 18 понижувального трансформатора 17, який дозволяє знизити високу напругу лінії 6 до значення, що використовується в навантаженні 10.

Аналогічно працює лінія 7, по якій передається негативна полуволна струму і напруги. На відміну від двох-трехпроводной лінії змінного струму, в лініях 6 і 7 зберігається фазовий кут 90 ° між півхвилю струму і напруги, а кут між векторами напруги на початку і в кінці лінії дорівнює нулю. Постійна складова струму надходить через низько потенційного висновок 20 (фіг.6) високовольтної обмотки 21 понижувального трансформатора Тесла 17 через вхід 33 мостового випрямляча 35 через навантаження 10 і випрямляч 22 на природну ємність 8.

ПРИКЛАД ВИКОНАННЯ СПОСОБУ І ПРИСТРОЇВ ДЛЯ ПЕРЕДАЧІ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ

Передачу здійснюють на частоті 1 кГц з довжиною хвилі 300 км. Як трансформаторів Тесла 3 використовують бессердечніковие трансформатори діаметром 3 м, висотою 0,5 м. Кількість витків високовольтної обмотки дорівнює 5000, низьковольтної обмотки - 50 витків, довжина лінії 1200 км. Електрична потужність лінії 10 МВт, напруга 35 кВ. Діаметр однопровідною кабельної лінії 6 з міді 6 мм. В якості ізоляції використовується зшитий поліетилен. Щільність пульсуючого струму становить 10 А / мм ^2. На виході трансформатора Тесла 3 встановлені високовольтний блок випрямляча на основі високочастотних діодів 4 і 5. На виході лінії 6 використовують блок високочастотних конденсаторів 8, високовольтний діодний блок 13 і транзисторний перетворювач частоти 11 на основі польових транзисторів з ізольованим затвором напругою 35 кВ і електричною потужністю 1 МВт.

Без зміни суті винаходу генератори 1 і 59 високої частоти 50 Гц-500 кГц можна замінити на електромашинні або статичні перетворювачі високої частоти, що перетворюють постійний струм або струм і напруга промислової частоти в струми і напруги частотою 50 Гц-500 кГц.

Заміна змінного струму на випрямлений струм, пульсуючий протягом половини періоду протягом половини довжини хвилі лінії, знижує ємність лінії і втрати на випромінювання і дозволяє передавати електричну енергію за довгим повітряним, підземним і підводним кабельних лініях електропередачі з максимальною щільністю струму 5-50 А / мм ² і максимальною напругою 500 кВ-3000 кВ. Наявність кулонових збуджуючих полів і струмів вільних зарядів на частини провідника лінії зменшує джоулева втрати і дозволяє зменшити перетин провідника лінії в 5-10 разів, скоротити витрату кольорових металів в 10 разів і використовувати в якості матеріалу лінії неметалеві провідні середовища, такі як вуглецеві і проводять полімерні волокна, ізольовані металеві трубопроводи для передачі газу, води, нафти, пара, а й ділянки земної суші, морів і океанів. В атмосфері землі і інших планет в якості однопровідною лінії електропередач використовують провідні канали, які створюють іонізацією іонів повітря лазерним або мікрохвильовим випромінюванням. За межами атмосфери в вакуумі як однопровідною лінії використовують релятивістські пучки електронів високих енергій. Довжина лінії електропередач може становити десять і більше тисяч кілометрів на поверхні землі і сотні тисяч кілометрів в космічному просторі при використанні електронних пучків в якості ліній електропередач.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Спосіб передачі електричної енергії з використанням генератора змінної напруги шляхом передачі напруги від генератора на низьковольтну обмотку високочастотного трансформатора Тесла, з'єднання одного з висновків високовольтної обмотки цього перетворювача з однією з вихідних клем питомого електричного пристрою і встановлення резонансних коливань в електричному ланцюзі, що відрізняється тим, що високочастотне змінне напруга і струм високовольтної обмотки підвищувального трансформатора Тесла випрямляють шляхом приєднання внутрішнього виведення високовольтної обмотки підвищувального трансформатора Тесла до високочастотного діода і передають випрямлена напруга і струм по однопровідною лінії до харчуватися електротехнічного пристрою.

2. Спосіб передачі електричної енергії по п.1, що відрізняється тим, що передачу електричної енергії за однопровідною лінії здійснюють при максимальній щільності пульсуючого струму 5 ÷ 50 А / мм ² і максимальному пульсуючому напрузі 500 кВ / 1500 кВ, а в якості матеріалу однопровідною лінії використовують сталь, мідь, алюміній, їх поєднання у вигляді біметалів і сплавів, а й неметалеві провідні середовища у вигляді ізольованих протяжних ділянок вологої землі, води, вуглецевих волокон, тонких провідних плівок металів і їх оксидів, провідні канали в атмосфері, які створюють іонізацією молекул повітря лазерним і мікрохвильовим випромінюванням, і релятівістcкіе пучки електронів високих енергій за межами атмосфери.

3. Спосіб передачі електричної енергії з використанням генератора змінної напруги шляхом передачі напруги від генератора на низьковольтну обмотку високочастотного трансформатора Тесла, з'єднання одного з висновків високовольтної обмотки цього перетворювача з однією з вихідних клем питомого електричного пристрою і встановлення резонансних коливань в електричному ланцюзі, що відрізняється тим, що високочастотне змінне напруга і струм високовольтної обмотки підвищувального трансформатора Тесла випрямляють шляхом приєднання внутрішнього виведення високовольтної обмотки трансформатора Тесла до діод-конденсаторного блоку подвоєння напруги і передають випрямлена напруга і струм по двухпроводной лінії до харчуватися електротехнічного пристрою.

4. Спосіб передачі електричної енергії по п.3, що відрізняється тим, що передачу електричної енергії за однопровідною лінії здійснюють при максимальній щільності пульсуючого струму 5 ÷ 50 А / мм ² і максимальному пульсуючому напрузі 500 кВ ÷ 1500 кв, а в якості матеріалу однопровідною лінії використовують сталь, мідь, алюміній, їх поєднання у вигляді біметалів і сплавів, а й неметалеві провідні середовища у вигляді ізольованих протяжних ділянок вологої землі, води, вуглецевих волокон, тонких провідних плівок металів і їх оксидів, провідні канали в атмосфері, які створюють іонізацією молекул повітря лазерним і мікрохвильовим випромінюванням, і релятівістcкіе пучки електронів високих енергій за межами атмосфери.

5. Спосіб передачі електричної енергії з використанням генератора змінної напруги шляхом передачі напруги від генератора на низьковольтну обмотку високочастотного трансформатора Тесла, з'єднання одного з висновків високовольтної обмотки цього перетворювача з однією з вихідних клем питомого електричного пристрою і встановлення резонансних коливань в електричному ланцюзі, що відрізняється тим, що резонансні коливання напруги і струму з частотою f ₁ створюють в резонансному контурі низьковольтної обмотки підвищувального трансформатора, а високочастотну напругу і струм високовольтної обмотки підвищувального трансформатора випрямляють шляхом приєднання одного з висновків високовольтної обмотки підвищувального трансформатора до високочастотного діода і передають пульсуючий струм і напруга з півхвилею напруги і струму однаковою полярності по однопровідною лінії до понижувального трансформатора, створюють в резонансному контурі низьковольтної обмотки понижувального трансформатора резонансні коливання з частотою f _2, яка пов'язана з частотою f ₁ = f _2, випрямляють низьковольтне напруга і струм шляхом приєднання висновків резонансного контуру низьковольтної обмотки понижувального трансформатора до двох входів однофазного мостового випрямляча, а випрямлений постійний струм і напруга в однопровідною лінії передають в навантаження шляхом приєднання вільного виведення високовольтної обмотки понижувального трансформатора до одного з входів другого однофазного мостового випрямляча, до іншого входу якого підключена природна ємність у вигляді землі або ізольованого провідного тіла , і з'єднання з навантаженням і конденсатором навантаження виходів обох однофазних випрямлячів.

6. Спосіб передачі електричної енергії по п.5, що відрізняється тим, що передачу електричної енергії за однопровідною лінії здійснюють при максимальній щільності пульсуючого струму 5-50 А / мм ² і максимальному пульсуючому напрузі 500 кВ-1500 кВ, а в якості матеріалу однопровідною лінії використовують сталь, мідь, алюміній їх поєднання у вигляді біметалів і сплавів, а й неметалеві провідні середовища у вигляді ізольованих протяжних ділянок вологої землі, води, вуглецевих волокон, тонких провідних плівок металів і їх оксидів, провідні канали в атмосфері, які створюють іонізацією молекул повітря лазерним і мікрохвильовим випромінюванням, і релятівістcкіе пучки електронів високих енергій за межами атмосфери.

7. Пристрій для передачі електричної енергії, що містить високочастотний генератор, що підвищує і понижувальний високочастотні трансформатори Тесла, з'єднані між собою однопровідною лінією, конденсатор і навантаження, підключену до низьковольтної обмотки через однофазний мостовий випрямляч, що відрізняється тим, що первинна обмотка трансформатора Тесла з контурним конденсатором з ₁ утворює резонансний контур, вторинна низьковольтна обмотка понижуючого трансформатора Тесла з контурним конденсатором _С2 утворює резонансний контур, параметри контурів пов'язані співвідношенням L ₁ · C ₁ = L ₂ · C _2, де L ₁ і С ₁ і L ₂ і С ₂ - індуктивність і ємність контурів, що прилягає до висновку первинної обмотки висновок високовольтної обмотки підвищувального трансформатора з'єднаний з землею, а інший внутрішній висновок високовольтної обмотки з'єднаний з однопровідною лінією через високочастотний діод, на наприкінці однопровідною лінії паралельно конденсатору і навантаженні підключені виходи другого однофазного випрямляча, до двох входів якого підключені зовнішній висновок високовольтної обмотки понижувального трансформатора Тесла і природна ємність у вигляді землі або ізольованого провідного тіла.

8. Пристрій для передачі електричної енергії по п.7, що відрізняється тим, що кожна одно провідна лінія передачі виконана на постійному струмі з електроізольований провідного матеріалу малого перетину, а в якості провідника використані металеві і неметалеві провідні середовища, як сталь, алюміній, мідь, вуглецеве волокно, вода, волога, тонкі провідні плівки металів і їх оксидів, провідні канали в атмосфері, створені лазерним і мікрохвильовим випромінюванням і релятивістські пучки електронів високих енергій за межами атмосфери.

9. Пристрій для передачі електричної енергії, що містить генератор змінного напруги, високочастотний резонансний трансформатор Тесла, первинна обмотка якого підключена до генератора змінної напруги через перетворювач частоти і лінію передачі електричної енергії, що відрізняється тим, що внутрішній висновок високовольтної обмотки підвищувального трансформатора Тесла з'єднаний з діодно- конденсаторним блоком подвоєння напруги, а лінія передачі виконана двухпроводной на постійному струмі і забезпечена на кінці у споживача конденсаторним блоком, до клем якого приєднано через електронний ключ або інвертор живиться електротехнічний пристрій.

10. Пристрій для передачі електричної енергії по п.9, що відрізняється тим, що кожна одно провідна лінія передачі виконана на постійному струмі з електроізольований провідного матеріалу малого перетину, а в якості провідника використані металеві і неметалеві провідні середовища, як сталь, алюміній, мідь, вуглецеве волокно, вода, важлива, тонкі провідні плівки металів і їх оксидів, провідні канали в атмосфері, створені лазерним і мікрохвильовим випромінюванням і релятивістські пучки електронів високих енергій за межами атмосфери.

11. Пристрій для передачі електричної енергії, що містить генератор змінного напруги, високочастотний резонансний трансформатор Тесла, первинна обмотка якого підключена до генератора змінної напруги через перетворювач частоти і лінію передачі електричної енергії, що відрізняється тим, що генератор електричної енергії виконаний трифазним на підвищеній частоті f ₀ = 50 Гц ÷ 500 кГц, три висновки генератора з'єднані через три резонансних контуру з частотою f ₀ з трьома підвищують трансформаторами Тесла, у яких три низькопотенційних виведення високовольтних обмоток з'єднані з Землею, а три високопотенціальні виведення високовольтних обмоток трансформаторів Тесла з'єднані з входами трифазного мостового випрямляча, висновки випрямляча з'єднані з двухпроводной лінією передачі електричної енергії, кінці лінії приєднані до двох входів трифазного мостового випрямляча, а до двох висновків випрямляча підключені конденсаторний блок, перетворювач постійної напруги а змінний понижуючий трансформатор і навантаження, а до третього входу трифазного мостового випрямляча приєднана природна ємність в вигляді землі і ізольованого провідного тіла.

12. Пристрій для передачі електричної енергії по п.11, що відрізняється тим, що підвищують високочастотні трансформатори Тесла з'єднані за схемою "трикутник", низько потенційного висновок високовольтної обмотки кожного понижувального трансформатора Тесла з'єднаний з прилеглим висновком низьковольтної обмотки, а виходи двох однофазних мостових випрямлячів з'єднані з конденсаторним блоком, навантаженням і висновками схеми подвоєння напруги, до входу якої приєднана природна ємність у вигляді землі або ізольованого провідного тіла.

13. Пристрій для передачі електричної енергії по п.11, що відрізняється тим, що навантаження підключена до висновків випрямлячів через перетворювач постійного струму в змінний і трансформатор напруги промислової частоти.

14. Пристрій для передачі електричної енергії по п.11 або 12, який відрізняється тим, що кожна одно провідна лінія передачі виконана на постійному струмі з електроізольований провідного матеріалу малого перетину, а в якості провідника використані металеві і неметалеві провідні середовища, як сталь, алюміній, мідь , вуглецеве волокно, вода, волога, тонкі провідні плівки металів і їх оксидів, провідні канали в атмосфері, створені лазерним і мікрохвильовим випромінюванням і релятивістські пучки електронів високих енергій за межами атмосфери.

15. Пристрій для передачі електричної енергії, що містить генератор змінного напруги, високочастотний резонансний трансформатор Тесла, первинна обмотка якого підключена до генератора змінної напруги через перетворювач частоти і лінію передачі електричної енергії, що відрізняється тим, що генератор виконаний трифазним з частотою f ₀ = 50 Гц ÷ 500 кГц, висновки генератора з'єднані через три резонансних контуру з частотою f ₀ по схемі "зірка" з трьома підвищують трансформаторами Тесла, у яких високовольтні обмотки з'єднані з входами трифазного мостового випрямляча, висновки випрямляча з'єднані з двома однопровідними лініями передачі електричної енергії, кожна з двох ліній з'єднана у споживача з високопотенційний висновком високовольтної обмотки понижувального трансформатора Тесла, низьковольтна обмотка кожного трансформатора Тесла з'єднана через резонансний контур з однофазним мостовим випрямлячем, виходи двох однофазних мостових випрямлячів з'єднані з конденсаторним блоком, навантаженням і з висновками трифазного мостового випрямляча, до двох входів якого приєднані низько потенційного висновки високовольтних обмоток двох понижуючих трансформаторів Тесла, а до третього входу приєднана природна ємність у вигляді землі або ізольованого провідного тіла.

16. Пристрій для передачі електричної енергії по п.15, що відрізняється тим, що навантаження підключена до висновків випрямлячів через перетворювач постійного струму в змінний і трансформатор напруги промислової частоти.

17. Пристрій для передачі електричної енергії по п.15, що відрізняється тим, що кожна одно провідна лінія передачі виконана на постійному струмі з електроізольований провідного матеріалу малого перетину, а в якості провідника використані металеві і неметалеві провідні середовища, як сталь, алюміній, мідь, вуглецеве волокно, вода, волога, тонкі провідні плівки металів і їх оксидів, провідні канали в атмосфері, створені лазерним і мікрохвильовим випромінюванням і релятивістські пучки електронів високих енергій за межами атмосфери.

Версія для друку
Дата публікації 17.02.2007гг

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