Устройство для получения электрической энергии переменного тока без затрат сырья на ее производство

 

Полезная модель относится к области электроэнергетики и может быть использована в электроэнергетических установках для получения электрической энергии переменного тока без затрат сырья на ее производство.

Содержит источник электрической энергии постоянного тока 5, диодный выпрямитель 1, переключатели 6 и 9, первичную 7 и вторичную 8 пары магнитно-связанных катушек с встречно соединенными витками в каждой паре, симметричную вибраторную антенну 2, генератор тактовых управляющих импульсов 11 и электрическую нагрузку 10, за счет чего обеспечивается повышение КПД преобразователей постоянного тока в переменный с возможностью использования энергии магнитного поля Земли.

Полезная модель относится к области электроэнергетики и может быть использована в электроэнергетических установках для получения электрической энергии переменного тока без затрат сырья на ее производство.

Известно устройство для образования дополнительного количества свободных электрических зарядов и их направленного перемещения в носителе, содержащее две токопроводящие пластины (направляющие), между которыми размещен диэлектрический материал, и конденсатор (накопитель электрического заряда), обкладки которого подключены к токопроводящим пластинам [1]. При расположении диэлектрического материала с токопроводящими пластинами параллельно и вблизи Земной поверхности происходит направленное облучение диэлектрического материала космическими частицами, в результате которого снимают и направляют свободные электрические заряды диэлектрического материала по токопроводящим пластинам на обкладки конденсатора. При подъеме облучаемого материала высоко над поверхностью Земли хаотичные движения космических частиц компенсируют друг друга и не вызывают упорядоченного перемещения свободных электрических зарядов в диэлектрике.

Недостаток известного устройства состоит в том, что свободных носителей электрического заряда в диэлектрическом материале оказывается недостаточно для получения постоянного и незатухающего электрического тока. По мере того, как все свободные электрические заряды диэлектрического материала перейдут в накопитель (конденсатор), электрический ток между токопроводящими пластинами прекращается и для продолжения процесса накопления электрического заряда необходимо перевернуть облучаемый материал на 180° относительно земной поверхности и продолжить накопление электрического заряда, но уже другой полярности (другого знака) и другим накопителем. Однако энергии накопленного электрического заряда будет явно недостаточно для совершения работы по периодическому вращению облучаемого диэлектрического материала.

Наиболее близким известным техническим решением к заявляемому является устройство, реализованное в способе промышленного получения электрической энергии без затраты сырья на ее производство, содержащее источник электрической энергии постоянного тока, диодный выпрямитель и переключатель, подвижный переключающий контакт которого подключен к одной клемме источника электрической энергии постоянного тока, а неподвижные размыкающие и замыкающие контакты переключателя подсоединены к входам и выходам высокодобротных колебательных резонансных фильтров, в цепь электрической нагрузки каждого из которых включен диодный выпрямитель для выделения постоянной составляющей из сформированной последовательности прямоугольных импульсов [2]. После суммирования постоянных составляющих используют полученное суммарное постоянное напряжение для электрического питания как потребителей, так и в качестве первичного источника электрической энергии постоянного тока энергетической установки. Так как электрический импульс состоит из бесконечного числа гармонических составляющих, то в [2] приводятся математические доказательства того, что электрическая энергия импульса неисчерпаема, которую можно использовать для промышленного получения электрической энергии без затрат сырья.

Недостаток прототипа заключается в том, что по мере суммирования постоянных составляющих гармоник их вклад (доля) уменьшается до бесконечно малой величины. Математически бесконечно малая величина напряжения существует, но практически она равна предельно малой величине (нулю) и энергетическая установка для промышленного производства электрической энергии имеет весьма ограниченное время работы в автономном режиме (без внешнего источника энергии). Продолжительность автономной работы такой энергетической установки определяется временем свободного затухания электромагнитных колебаний в резонансных колебательных контурах, используемых в качестве фильтров гармонических составляющих электрического импульса, и электрической нагрузкой. В режиме холостого хода, когда сопротивление нагрузки равно бесконечности, время автономной работы энергетической установки полностью зависит от добротности резонансных колебательных контуров и не превышает 23 минуты.

Целью полезной модели является повышение КПД преобразователей постоянного тока в переменный с возможностью использования энергии магнитного поля Земли.

Сущность полезной модели состоит в том, что, кроме известного источника электрической энергии постоянного тока, диодного выпрямителя и переключателя, подвижный переключающий контакт которого подключен к одной клемме источника электрической энергии постоянного тока, предлагаемое устройство содержит дополнительный переключатель, первичную и вторичную пары магнитно-связанных катушек с встречно соединенными витками в каждой паре, симметричную вибраторную антенну, генератор тактовых управляющих импульсов и электрическую нагрузку, подключенную в электрическую цепь между одним крайним выводом вторичной пары магнитно-связанных катушек и замыкающим неподвижным контактом дополнительного переключателя, с одной стороны, и другим крайним выводом вторичной пары магнитно-связанных катушек и размыкающим неподвижным контактом дополнительного переключателя, с другой стороны, подвижный переключающий контакт которого подключен к общей точке соединения вторичной пары магнитно-связанных катушек, общая точка соединения первичной пары магнитно связанных катушек подключена к другой клемме источника электрической энергии постоянного тока, один крайний вывод первичной пары магнитно-связанных катушек соединен с размыкающим неподвижным контактом переключателя, другой крайний вывод первичной пары магнитно-связанных катушек соединен с замыкающим неподвижным контактом переключателя, управляющие выводы переключателей подключены к выходам генератора тактовых управляющих импульсов, одно плечо симметричной вибраторной антенны установлено в качестве сердечника магнитно-связанных катушек в направлении, совпадающем с направлением магнитного меридиана магнитного поля Земли, токосъемные клеммы симметричной вибраторной антенны удалены от магнитно-связанных катушек на расстояние, не превышающее длины резонансной радиоволны антенны, и подключены через диодный выпрямитель к источнику электрической энергии постоянного тока, при этом =Т·с, где с - скорость света, Т - период следования управляющих тактовых импульсов со скважностью, равной двум.

Новизна полезной модели заключается в том, что предлагаемое устройство содержит дополнительный переключатель, первичную и вторичную пары магнитно-связанных катушек с встречно соединенными витками в каждой паре, симметричную вибраторную антенну, генератор тактовых управляющих импульсов и электрическую нагрузку, подключенную в электрическую цепь между одним крайним выводом вторичной пары магнитно-связанных катушек и замыкающим неподвижным контактом дополнительного переключателя, с одной стороны, и другим крайним выводом вторичной пары магнитно-связанных катушек и размыкающим неподвижным контактом дополнительного переключателя, с другой стороны, подвижный переключающий контакт которого подключен к общей точке соединения вторичной пары магнитно-связанных катушек, общая точка соединения первичной пары магнитно связанных катушек подключена к другой клемме источника электрической энергии постоянного тока, один крайний вывод первичной пары магнитно-связанных катушек соединен с размыкающим неподвижным контактом переключателя, другой крайний вывод первичной пары магнитно-связанных катушек соединен с замыкающим неподвижным контактом переключателя, управляющие выводы переключателей подключены к выходам генератора тактовых управляющих импульсов, одно плечо симметричной вибраторной антенны установлено в качестве сердечника магнитно-связанных катушек в направлении, совпадающем с направлением магнитного меридиана магнитного поля Земли, токосъемные клеммы симметричной вибраторной антенны удалены от магнитно-связанных катушек на расстояние, не превышающее длины резонансной радиоволны антенны, и подключены через диодный выпрямитель к источнику электрической энергии постоянного тока, при этом =Т·с, где с - скорость света, Т- период следования управляющих тактовых импульсов со скважностью, равной двум, что обеспечивает повышение КПД преобразователей постоянного тока в переменный с возможностью использования энергии магнитного поля Земли.

Электрическая схема предлагаемого устройства для получения электрической энергии переменного тока без затрат сырья на ее производство изображена на фиг.1, на фиг.2, а и б показаны затухающие гармонические колебания, иллюстрирующие изменения напряженностей электрического Е и магнитного Н полей соответственно при распространении электромагнитной волны в ближней зоне индукции (на удалении, значительно меньше длины волны ), на фиг.3, а, б и в показаны затухающие гармонические колебания, иллюстрирующие изменения напряженностей электрического Е и магнитного Н полей соответственно при распространении электромагнитной волны в дальней зоне индукции (на удалении, значительно большем длины волны ).

На фиг.1 обозначено: 1 - детектор (диодный выпрямитель) гармонических колебаний; 2 - клеммы симметричной вибраторной антенны; 3 - силовые линии магнитного поля Земли в плоскости магнитного меридиана; 4 - пара магнитно-связанных между собой катушек индуктивности в качестве первичной и вторичной обмоток трансформатора; 5 - источник электрической энергии постоянного тока; 6 - первый переключатель; 7 и 8 - витки первичной и вторичной пары магнитно-связанных катушек; 9 - второй переключатель; 10 - электрическая нагрузка; 11 - генератор тактовых (управляющих) импульсов с периодом следования Т и скважностью, равной двум (50%).

В исходном положении вход диодного выпрямителя 1 подключен к клеммам 2 симметричной вибраторной антенны, продольная ось которой расположена параллельно силовым магнитным линиям 3 магнитного поля Земли. Первичные обмотки трансформатора 4 подключены к клеммам источника электрической энергии постоянного тока 5 через первый переключатель 6, замыкающие и размыкающие контакты которого соединены с крайними концами первичной пары магнитно-связанных катушек 7. Крайние выводы вторичной пары магнитно-связанных катушек 8 подключены к размыкающим и замыкающим контактам переключателя 9 и к крайним выводам электрической нагрузки 10. Выходы генератора тактовых управляющих импульсов 11 связаны с управляющими входами переключателей 6 и 9.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Напряжение постоянного тока с выхода источника 5 поступает через размыкающий контакт переключателя 6 на витки катушки W11 первичной пары магнитно-связанных катушек 7. Энергию протекающего постоянного тока I11 можно представить в виде двух составляющих: электрической и магнитной, силовые линии которой по правилу буравчика охватывают проводник с протекающим по нему током. Можно утверждать, что эти энергетические составляющие равны друг другу.

Известное в прототипе преобразование постоянного напряжения в последовательность меандровых (прямоугольных) импульсов происходит за счет прерывания переключающими контактами 6 этого постоянного напряжения с частотой, обратной периоду Т следования меандровых управляющих импульсов, которые формируются на выходах генератора тактовых управляющих импульсов 11.

При протекании тока по виткам первичной пары катушек 7 в них поочередно накапливается магнитная энергия по известному экспоненциальному закону. Постоянная времени экспоненциального закона накопления магнитной энергии равна L/R, где L и R - индуктивность и внутреннее (омическое) сопротивление витков W11 и W12 первичной пары магнитно-связанных катушек 7 трансформатора 4.

В момент прерывания переключающими контактами 6 тока в витках первичной пары магнитно-связанных катушек 7 функция, отображающая изменение накопленной магнитной энергии в этот момент, является не дифференцируемой и потому закон уменьшения накопленной магнитной энергии в витках этой первичной пары магнитно-связанных катушек 7 в настоящее время теоретически до сих пор не сформулирован.

Предлагается в целях повышения КПД инверторов тока (преобразователей постоянного тока в переменный ток) с возможностью использования энергии магнитного поля Земли трансформировать накопленную электромагнитную энергию в витках первичных магнитно-связанных катушек 7 в витки вторичной пары магнитно-связанных катушек 8 в моменты прерывания переключающими контактами 6 тока в витках первичной пары магнитно-связанных катушек 7. Для чего, одновременно с прерыванием тока в витках первичных катушек 7 подключается с помощью переключающих контактов 9 электрическая нагрузка к виткам вторичных катушек 8. Синхронное переключение контактов 6 и 9 достигается с помощью генератора 11 тактовых управляющих импульсов.

Такое синхронное переключение контактов 6 и 9 обеспечивает передачу (трансформацию) электромагнитной энергии постоянного тока в переменный ток почти без потерь магнитной составляющей протекающего постоянного тока, на которую не обращали ранее должного внимания в известных инверторах постоянного тока.

Кроме того, предлагается в процессе трансформации электромагнитной энергии из витков первичных катушек 7 в витки вторичных катушек 8 трансформатора 4 использовать энергию магнитного поля Земли. Для чего, вместо известного сердечника трансформатора 4 следует установить одно плечо симметричной вибраторной антенны, клеммы 2 которой удалены от катушек 7 и 8 трансформатора 4 на расстояние, не превышающее длины резонансной радиоволны антенны, и в направлении, совпадающем с направлением магнитного меридиана магнитного поля Земли.

В зоне непосредственной близости (в зоне индукции) симметричной вибраторной антенны (вибратора Герца), когда расстояние между вибратором Герца и катушками 7 и 8 трансформатора 4 значительно меньше длины резонансной радиоволны , распределение напряженностей электрического Е и магнитного Н полей соответствует временной диаграмме, показанной на фиг.2. Из рассмотрения фиг.2 следует, что затухание гармонических колебаний напряженности электрического Е поля (фиг.2, а) происходит быстрее, чем затухают гармонические колебания напряженности Н магнитного поля (фиг.2, б). Кроме того, вектор напряженности магнитного поля Н отстает по фазе на 90° от вектора напряженности электрического поля Е.

В дальней зоне индукции вибратора Герца (фиг.3), когда точка наблюдения находится значительно дальше длины резонансной волны этого вибратора Герца, фазовое запаздывание напряженности магнитного поля Н за счет действия силовых линий 3 магнитного поля Земли убывает до нулевого значения. Векторы Е и Н, представляющие собой вектор электромагнитной волны Умова-Пойтинга (фиг.3, в), изменяются синхронно и с нулевым фазовым сдвигом.

В средней зоне индукции вибратора Герца 2 на удалении, не превышающем длины резонансной радиоволны , можно считать практически малым фазовое запаздывание напряженности магнитного поля Н по отношению к напряженности Е электрического поля и, сформированная в этой зоне электромагнитная волна, является почти гармонической. После детектирования такого электромагнитного колебания на клеммах вибраторной антенны 2 на выходе детектора (диодного выпрямителя) 1 полученное напряжение постоянного тока поступает на клеммы источника электрической энергии постоянного тока 5 для его подзарядки, а также для электрического питания генератора тактовых управляющих импульсов 11.

При малой электрической нагрузке 10 становится возможным отключить источник 5 от переключателя 6, что соответствует режиму работы энергетической установки переменного тока без затрат какого-либо сырья.

Промышленная применимость предлагаемой полезной модели обосновывается тем, что в ней реализуются известные в аналоге [1] и прототипе [2] блоки, узлы и элементы по своему прямому функциональному назначению. В организации - заявителе изготовлена в 2010 г. модель устройства для получения электрической энергии переменного тока за счет использования энергии магнитного поля Земли.

Положительный эффект от использования полезной модели состоит в том, что повышается не менее чем на 4045% КПД преобразователей электрической энергии постоянного тока в переменный ток за счет использования практически неиссякаемой энергии магнитного поля Земли.

Источники информации:

1. Патент RU 2160939, МПК H02N 11/00, G21H 7/00, Способ образования дополнительного количества свободных электрических зарядов и их направленного перемещения в носителе, Патентообладатель Толстой B.C., приоритет 25.02.99 г.(аналог).

2. Патент RU 2141718, МПК H02N 11/00, Способ промышленного производства электрической энергии, Патентообладатель: Попков М.И., с 2008 г. Попкова Н.В, приоритет: 29.12.97 г. (прототип).

Устройство для получения электрической энергии переменного тока без затрат сырья на ее производство, содержащее источник электрической энергии постоянного тока, диодный выпрямитель и переключатель, подвижный переключающий контакт которого подключен к одной клемме источника электрической энергии постоянного тока, отличающееся тем, что дополнительный переключатель, первичную и вторичную пары магнитно-связанных катушек с встречно соединенными витками в каждой паре, симметричную вибраторную антенну, генератор тактовых управляющих импульсов и электрическую нагрузку, подключенную в электрическую цепь между одним крайним выводом вторичной пары магнитно-связанных катушек и замыкающим неподвижным контактом дополнительного переключателя, с одной стороны, и другим крайним выводом вторичной пары магнитно-связанных катушек и размыкающим неподвижным контактом дополнительного переключателя, с другой стороны, подвижный переключающий контакт которого подключен к общей точке соединения вторичной пары магнитно-связанных катушек, общая точка соединения первичной пары магнитно связанных катушек подключена к другой клемме источника электрической энергии постоянного тока, один крайний вывод первичной пары магнитно-связанных катушек соединен с размыкающим неподвижным контактом переключателя, другой крайний вывод первичной пары магнитно-связанных катушек соединен с замыкающим неподвижным контактом переключателя, управляющие выводы переключателей подключены к выходам генератора тактовых управляющих импульсов, одно плечо симметричной вибраторной антенны установлено в качестве сердечника магнитно-связанных катушек в направлении, совпадающем с направлением магнитного меридиана магнитного поля Земли, токосъемные клеммы симметричной вибраторной антенны удалены от магнитно-связанных катушек на расстояние, не превышающее длины резонансной радиоволны антенны, и подключены через диодный выпрямитель к источнику электрической энергии постоянного тока, при этом =Т·с, где с - скорость света, Т - период следования управляющих тактовых импульсов со скважностью, равной двум.



 

Похожие патенты:

Полезная модель электрического генератора переменного тока относится к электротехнике, а именно к системам двигатель-генератор, и может быть использована при проектировании и производстве источников переменного электрического тока, в том числе на транспорте.

Скважинный автономный генератор электроэнергии относится к области бурения скважин, а более конкретно к электрическим машинам для питания передающих устройств скважинной аппаратуры и может быть использована для питания автономных забойных, геофизических и навигационных комплексов

Полезная модель относится к высокочастотной связи по проводам линий электропередачи, используемой в области энергетики

Изобретение относится к способам и устройствам для защиты и очистки от солевых отложений в виде «накипи» ферромагнитных поверхностей теплообмена, контактирующих с водными средами

Устройство стабилизации напряжения относится к области энергомашиностроения и может быть использовано в качестве устройства стабилизации напряжения бесконтактных синхронных трехфазных электрических автономных генераторов переменного тока, возбуждаемых от поля постоянных магнитов. Технический результат: повышение точности и скорости регулирования, а также минимизация массогабаритных показателей бесконтактных синхронных генераторов переменного тока с возбуждением от постоянных магнитов, определяемая снижением энергии источника питания.

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к асинхронным генераторам с конденсаторным самовозбуждением и может быть использовано в устройствах ручной дуговой электросварки
Наверх