Съем энергии с резонанса по однопроводной схеме. Однопроводная резонансная система передачи электрической энергии: принципы работы и преимущества

Как работает однопроводная резонансная система передачи электроэнергии. Какие преимущества она имеет перед традиционными линиями электропередач. Какие технические решения используются в такой системе. Как происходит передача энергии без заземления.

Принцип работы однопроводной резонансной системы передачи энергии

Однопроводная резонансная система передачи электрической энергии основана на использовании резонансных явлений для эффективной передачи энергии по одному проводу без необходимости второго провода или заземления. Основные компоненты системы включают:

• Источник питания
• Преобразователь постоянного тока в переменный высокой частоты
• Повышающий резонансный трансформатор
• Однопроводная линия передачи
• Понижающий резонансный трансформатор
• Преобразователь высокочастотного переменного тока в постоянный
• Аккумуляторные батареи или иная нагрузка

Принцип работы заключается в следующем:

1. Постоянный ток от источника питания преобразуется в переменный ток высокой частоты (1-100 кГц).
2. Этот ток подается на повышающий резонансный трансформатор, где напряжение повышается до 1-100 кВ.
3. Высоковольтный ток передается по однопроводной линии.
4. На приемном конце понижающий резонансный трансформатор снижает напряжение.
5. Высокочастотный ток преобразуется обратно в постоянный для питания нагрузки.

Преимущества однопроводной резонансной передачи энергии

Данная технология имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с традиционными линиями электропередач:

• Возможность передачи энергии на большие расстояния с меньшими потерями
• Значительное уменьшение сечения передающего провода
• Отсутствие коротких замыканий в линии
• Снижение расхода цветных металлов на провода
• Повышение эффективности передачи энергии
• Возможность передачи энергии без использования заземления

Как эта система обеспечивает такие преимущества? Ключевым фактором является использование резонансных явлений.

Роль резонанса в однопроводной передаче энергии

Резонанс играет ключевую роль в работе однопроводной системы передачи энергии. Но как именно он используется?

• Система настраивается таким образом, чтобы длина электрической цепи соответствовала целому числу полуволн резонансной частоты.
• Это создает стоячую волну вдоль линии передачи с узлами тока на концах и пучностью посередине.
• В результате ток в линии минимален, что снижает потери на сопротивлении провода.
• Энергия передается преимущественно за счет электрического поля вокруг провода, а не тока в нем.

Такой подход позволяет передавать значительные мощности по тонкому проводу с минимальными потерями.

Технические решения для повышения эффективности

Для дальнейшего повышения эффективности передачи энергии в однопроводных резонансных системах применяются следующие технические решения:

• Использование однослойных спиральных обмоток в резонансных трансформаторах для улучшения теплоотвода
• Размещение низковольтных обмоток трансформаторов посередине высоковольтных для оптимального согласования
• Применение проводящих сфер на концах обмоток для создания дополнительной емкости
• Передача энергии по двум противофазным изолированным линиям
• Точная настройка частоты колебаний с учетом параметров системы

Эти решения позволяют максимально использовать преимущества резонансной передачи энергии.

Передача энергии без использования заземления

Одним из важных преимуществ однопроводной резонансной системы является возможность передачи энергии без использования заземления. Но как это достигается?

• Свободные концы высоковольтных обмоток трансформаторов остаются неподключенными
• Низковольтные обмотки размещаются в середине высоковольтных, где находится пучность тока
• Система настраивается так, чтобы образовывалась стоячая волна между концами линии
• Энергия передается за счет колебаний электромагнитного поля вдоль провода

Такой подход исключает потери в заземлителях и упрощает конструкцию системы.

Применение однопроводной резонансной передачи энергии

Где может применяться технология однопроводной резонансной передачи электроэнергии?

• Передача энергии в труднодоступные районы
• Электроснабжение удаленных потребителей
• Создание мобильных систем электропитания
• Беспроводная зарядка электромобилей
• Энергоснабжение космических аппаратов
• Передача энергии от альтернативных источников

Технология особенно перспективна там, где традиционные линии электропередач неэффективны или невозможны.

Проблемы и ограничения однопроводной резонансной передачи

Несмотря на преимущества, у однопроводной резонансной передачи энергии есть и определенные проблемы:

• Необходимость точной настройки системы на резонансную частоту
• Сложность поддержания резонанса при изменении нагрузки
• Возможные электромагнитные помехи
• Потребность в преобразователях частоты
• Ограничения по передаваемой мощности

Решение этих проблем — одно из направлений дальнейшего развития технологии.

Перспективы развития однопроводных резонансных систем

Какие перспективы открываются перед однопроводной резонансной передачей энергии?

• Увеличение дальности передачи энергии
• Повышение передаваемой мощности
• Интеграция с системами возобновляемой энергетики
• Создание глобальных энергетических сетей
• Развитие технологий беспроводной передачи энергии

Дальнейшие исследования и разработки в этой области могут привести к революционным изменениям в энергетике.

Однопроводная резонансная система передачи электрической энергии

 

Полезная модель относится к системе передачи энергии. Технический результат-повышение удобства обслуживания и снижение потерь электроэнергии. Однопроводная резонансная система передачи электрической энергии содержит по меньшей мере, один источник питания, к которому подключен первый модуль аккумуляторной батареи с блоком заряда-разряда, к которому подключен вход преобразователя постоянного тока в переменный ток повышенной частоты, выход которого через конденсатор соединен с первичной обмоткой первого резонансного трансформатора, один вывод вторичной обмотки которого заземлен, а ее второй вывод через однопроводную линию соединен с одним выводом первичной обмотки второго резонансного трансформатора, второй вывод которой заземлен, а его вторичная обмотка через конденсатор соединена с блоком преобразования переменного тока повышенной частоты в постоянный ток, к выходу которого подключен второй модуль аккумуляторной батареи с блоком заряда-разряда, предназначенный для питания нагрузки.

1 п-т ф-лы, 1 илл.

Полезная модель относится к системам передачи энергии.

Известна однопроводная резонансная система передачи электрической энергии, содержащая, фотоэлектрические преобразователи и/или ветроустановку, через блок заряда-разряда соединенный с первой аккумуляторной батареей, к которой подключен вход преобразователя постоянного тока в переменный ток повышенной частоты, выход которого через конденсатор соединен с первичной обмоткой первого резонансного трансформатора, один вывод вторичной обмотки которого заземлен, а ее второй вывод через однопроводную линию соединен с одним выводом первичной обмотки второго резонансного трансформатора (RU 2411142 C1).

Недостатком известной системы является сложность обслуживания и потери энергии, вызванные необходимостью установки аккумуляторной батареи на месте размещения автономного источника электроэнергии, в частности, фотоэлектрических преобразователей, и/или ветроустановки, и/или генератора.

Задачей полезной модели является создание однопроводной резонансной системы передачи электрической энергии, пригодной для применения в районах с дефицитом и отсутствием централизованного электроснабжения, снижению эксплуатационных издержек, понижению потерь при передаче, уменьшение потребления электрической энергии и предотвращение короткого замыкания в линии, обеспечивающей удобство обслуживания.

Поставленная задача достигается за счет того, что однопроводная резонансная система передачи электрической энергии, содержит, по меньшей мере, один источник питания, к которому подключен первый модуль аккумуляторной батареи с блоком заряда-разряда, к которому подключен вход преобразователя постоянного тока в переменный ток повышенной частоты, выход которого через конденсатор соединен с первичной обмоткой первого резонансного трансформатора, один вывод вторичной обмотки которого заземлен, а ее второй вывод через однопроводную линию соединен с одним выводом первичной обмотки второго резонансного трансформатора, второй вывод которой заземлен, а его вторичная обмотка через конденсатор соединена с блоком обратного преобразования переменного тока повышенной частоты в постоянный ток, к выходу которого подключен второй модуль аккумуляторной батареи с блоком заряда-разряда, предназначенный для питания нагрузки.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена схема однопроводной резонансной системы передачи электрической энергии.

Однопроводная резонансная система передачи электрической энергии содержит источник питания 1, соединенный с первым модулем 3.1 аккумуляторной батареи 3 с блоком заряда-разряда (не показан), преобразователь постоянного тока в переменный ток повышенной частоты 4, конденсатор 5, повышающий резонансный трансформатор 6, проводник 7, понижающий резонансный трансформатор 8, преобразователь переменного тока повышенной частоты в постоянный ток 9, заземлитель 10, второй модуль аккумуляторной батареи 3 с блоком заряда-разряда (не показан).

Работа однопроводной резонансной системы передачи электрической энергии поясняется на примере работы системы с фотоэлектрическими преобразователями.

Блок заряда-разряда в дневное время суток производит съем электрической энергии от источника питания (панели фотоэлектрических преобразователей 1), и осуществляет зарядку аккумуляторных батарей в первом модуле 3.1, с выхода которых напряжение, например, 12— 48 В подается на преобразователь 4, где преобразуется в переменное напряжение частотой 1^— 100 кГц и подается на повышающий резонансный трансформатор 6 через соответствующий ему конденсатор 5 повышающего трансформатора. С выходной обмотки повышающего резонансного трансформатора 6 переменное напряжение 1

— 100 кВ подается в однопроводную линию электропередачи 7, далее напряжение понижается приемным резонансным трансформатором 8 до необходимой величины, затем в преобразователе переменного тока повышенной частоты в постоянный ток 9 происходит обратное преобразование переменного напряжения в постоянное, которое поступает на второй модуль 3.2 аккумуляторной батареи 3, к которой в нужное время подключается нагрузка.

Работа однопроводной резонансной системы передачи электрической энергии основана на использовании двух резонансных контуров с частотой 0,5-50 кГц и однопроводной линии между контурами с напряжением линии 10-100 кВ при работе в режиме резонанса напряжений.

Провод линии является направляющим каналом, по которому передается электромагнитная энергия.

Однопроводная резонансная система передачи электрической энергии позволяет обеспечить преимущества перед традиционными линиями передачи электрической энергии (переменного тока):

— передачу электрической энергии на большие расстояния;

— уменьшение сечения передающей линии;

— уменьшение потерь в линии при передаче электроэнергии;

— отсутствие короткого замыкания в проводах.

Таким образом, техническое решение обеспечивает эффективную передачу электроэнергии между частями автономного источника постоянного тока (батареи). Другими словами, создана своеобразная распределенная (в пространстве) батарея, отдельные модули которой могут быть размещены на значительном расстоянии, причем передача энергии от одного модуля к другому не требует применения проводников значительного сечения, как это имеет место при традиционными схемными решениями. Такая распределенная батарея имеет эффективное применение на участках присоединения любой альтернативной генерации электроэнергии к сети бесконечной мощности, поскольку появляется возможность пространственной развязки локализаций размещения оборудования альтернативной генерации (фотоэлектрических преобразователей и/или ветроустановок) и оборудования преобразования электроэнергии для подачи в Единую национальную (общероссийскую) электрическую сеть. Кроме того, появляется возможность передачи электроэнергии между участками распределенной батареи, причем в этом случае отпадает необходимость «промежуточной» синхронизации сетей, т.е. «избыточных» технических требований по преобразованию электроэнергии.

Однопроводная резонансная система передачи электрической энергии, содержащая, по меньшей мере, один источник питания, к которому подключен первый модуль аккумуляторной батареи с блоком заряда-разряда, к которому подключен вход преобразователя постоянного тока в переменный ток повышенной частоты, выход которого через соответствующий конденсатор соединен с первичной обмоткой первого резонансного трансформатора, один вывод вторичной обмотки которого заземлен, а ее второй вывод через однопроводную линию соединен с одним выводом первичной обмотки второго резонансного трансформатора, второй вывод которой заземлен, а его вторичная обмотка также через соответствующий конденсатор соединена с блоком преобразования переменного тока повышенной частоты в постоянный ток, к выходу которого подключен второй модуль аккумуляторной батареи с блоком заряда-разряда, предназначенный для питания нагрузки.

Как передать энергию по одному проводу / Хабр

В интернете достаточно много обсуждений на тему передачи энергии по одному проводу. Обычно для такой передачи энергии подразумевается наличие заземления, хотя на самом деле это не лучший вариант передачи энергии. Лучше всего передавать энергию по оному проводу с помощью схемы, представленной ниже.

Соединяющий провод можно использовать очень тонкий, в моих опытах провод был диаметром 0.08мм. При хорошо подобранных параметрах катушек транзистор можно использовать без дополнительных резисторов, как нарисовано на схеме. Для кт315 подобное включение работает примерно при 9 вольтах, для кт805 подобное включение может быть работоспособно при 12 вольтах. Важно соблюдать правильное подключение катушек в передающей части схемы, иначе она не заработает. Катушка L2 обычно мотается с большим количеством витков проводом диаметром 0.2 — 0.5 мм. Катушки L2 — L4 должны быть одинаковые! Проверить работоспособность схемы легко, достаточно взять в руки светодиод за одну из его ножек и поднести его к контакту катушки L2. Он должен начать светиться. Диоды выпрямителя на приемной части схемы должны быть высокочастотными. Также лучше поставить на выходе выпрямителя сглаживающий конденсатор.

Видео с работой данной схемы

Можно заметить, что схема включения на видео отличается от схемы в статье. В видео база транзистора подключена к резистивному делителю, состоящему из 27 и 240 ом. Остальное работает так же. Аккумулятор на 12 вольт не обязательно ставить мощный, потребление от схемы небольшое и для опытов хватит кроновой батарейки, если устройство будет сделано небольших габаритов по схеме из данной статьи. Конические катушки мотать не нужно, в видео они были использованы, так как других под рукой просто не было.

Отличие от других схем

Две схемы, представленные выше, без заземления будут работать тем хуже, чем длиннее соединяющий провод. Причем, это весьма заметно в пределах 3-х метров. При подключении к приемной части массивного проводящего предмета, прием энергии улучшается, однако все равно остается хуже, чем в самой первой схеме данной статьи. Для первой схемы эффективность приема энергии не так сильно зависит от длины соединяющего провода и не требует наличия массивного проводящего предмета в качестве заземления.

Некоторые опыты

Опыт с лампочкой
Если вывод катушки L2 подключить к лампочке с нитью накала, а второй провод лампочки сделать достаточно длинным, нить накала будет гореть. Однако она будет гореть не равномерно, а с постепенным затуханием.

Опыт с катушкой вокруг провода
Если сделать катушку, и продеть через нее передающий приемнику энергию провод, то на катушке появится ЭДС, как будто переменное магнитное поле направлено вдоль проводника, а не вокруг него.

Способ и устройство для передачи электрической энергии (варианты)

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам и способам передачи электрической энергии с применением резонансных технологий между стационарными объектами, а также между стационарными питающими устройствами и мобильными агрегатами, принимающими электроэнергию.

Известны способ и устройство для преобразования и передачи электрической энергии по однопроводной линии на большие расстояния, разработанные Н. Тесла в 1897 году (H. Тесла. US патент №593138). Электрический трансформатор. Заявлен 20.03.1897 г. Выпущен 02.11.1897 г. Н. Тесла. US патент №645576. Система передачи электрической энергии. Заявлен 09.1897 г. Выпущен 20.03.1900 г.).

Согласно изобретениям Н. Тесла система состоит из двух, передающего и принимающего, резонансных трансформаторов с резонансными повышающими обмотками, представляющими собой однослойные спиральные четвертьволновые отрезки длинных линий на цилиндрических каркасах, и провода, соединяющего высокопотенциальные выводы резонансных повышающих обмоток. Низкопотенциальные выводы резонансных четвертьволновых обмоток обоих трансформаторов заземлены непосредственно около конструкций трансформаторов. Низковольтная обмотка передающего трансформатора подключена к выходу генератора повышенной частоты, являющегося преобразователем энергии источника электроэнергии в электрическую энергию переменного тока с частотой, равной резонансной частоте резонансной однопроводной системы передачи электрической энергии. Низковольтная обмотка принимающего трансформатора подключена к нагрузке, потребляющей энергию.

В цепях низковольтных обмоток резонансных трансформаторов устанавливаются электрические конденсаторы, образующие совместно с низковольтными обмотками резонансные контуры. В зависимости от внутреннего сопротивления выходных цепей генератора переменного тока повышенной частоты и внутреннего сопротивления входных цепей нагрузки выбирается тип соединения конденсаторов по отношению к низковольтным обмоткам резонансных трансформаторов: последовательное или параллельное. В результате соединения одного из выводов однослойных высоковольтных спиральных обмоток с землей, а других выводов этих обмоток с проводом, соединяющим высоковольтные выводы спиральных обмоток, создаются условия для возникновения стоячих волн электромагнитных колебаний вдоль высоковольтных обмоток с размером примерно в одну четверть длины волны на каждой из обмоток, где λ — длина стоячей волны на спиральной резонансной обмотке; l — длина спиральной обмотки. Вдоль всей системы передачи устанавливается половина длины стоячей волны , где L — расстояние между резонансными трансформаторами.

Длина волны резонансных электромагнитных колебаний внутри системы передачи электрической энергии соответствует физическому требованию равенства половине периода T/2 резонансного колебания времени прохождения электромагнитного возбуждения в системе передачи энергии от заземления на низкопотенциальном выводе высоковольтной обмотки передающего трансформатора вдоль высоковольтной обмотки, вдоль провода, соединяющего высоковольтные выводы резонансных трансформаторов, и далее, вдоль высоковольтной резонансной обмотки принимающего трансформатора от высоковольтного ввода до заземления: T/2=t₁+t₂+t₃. Здесь: Т — период резонансных колебаний в системе, t₁=t₃ — время прохождения электромагнитного возбуждения вдоль высоковольтных резонансных обмоток l, t₂ — время прохождения электромагнитного возбуждения вдоль провода, соединяющего высоковольтные выводы резонансных трансформаторов. Время прохождения определяется следующими соотношениями: ; ; здесь ν — скорость распространения электромагнитного возбуждения вдоль высоковольтных резонансных обмоток l; с — скорость света, так как ν<<с, то t₁+t₂+t₃≅2t₁. В связи с этим период свободного резонансного колебания электромагнитной энергии вдоль системы передачи составит: Т=4t₁.

Подставляя в выражение для периода Т величину t₁, можно получить:

.

Скорость распространения электромагнитного возбуждения вдоль однослойной спиральной высоковольтной обмотки определяется электрофизическими и конструкционными характеристиками обмотки

.

Здесь: L₀ — погонная распределенная индуктивность спиральной обмотки; С₀ — погонная распределенная емкость спиральной обмотки.

Таким образом, период собственных резонансных колебаний в высоковольтном контуре системы передачи электрической энергии будет равен . Частота, соответственно, равна

.

При выполнении условия f₁=f₀=f₂=f_г в системе возбуждается резонансное состояние — все резонансные частоты f₁, f₂, f₀ равны между собой и равны частоте тока питающего генератора повышенной частоты f_г. Здесь: f₁ — резонансная частота контура, образованного емкостью конденсатора С₁ на выходе генератора повышенной частоты и индуктивностью L₁ низковольтной обмотки питающего резонансного трансформатора

;

f₂ — резонансная частота контура, образованного емкостью конденсатора С₂ на входе контура, питающего нагрузку, и индуктивностью L₂ низковольтной обмотки принимающего резонансного трансформатора

,

f₀ — резонансная частота свободных колебаний электромагнитной энергии в высоковольтном контуре, образованном высоковольтными обмотками резонансных трансформаторов и проводом, соединяющим высоковольтные выводы резонансных трансформаторов

.

Энергия, поступая в систему передачи из источника, проходит вдоль системы до нагрузки, и в случае неполного поглощения или отсутствия поглощения в нагрузке энергия отражается от нагрузки обратно в систему передачи. При этом вдоль части системы передачи, включающей резонансные спиральные обмотки передающего и принимающего трансформаторов, а также провод, соединяющий высокопотенциальные выводы спиральных обмоток, возникают две встречно направленные бегущие волны напряжения и тока. Отражение волны напряжения происходит без смещения по фазе, волна тока при отражении поворачивается на 180°. Интерференционное сложение двух встречно бегущих волн приводит к появлению «горбов» (пучностей) и «впадин» (узлов) у амплитуд суммарных волн.

При длине пути волны, равной целому числу полуволн, суммарная волна предстает в виде стационарной картины с изменяющимися амплитудами колебания напряжения и тока вдоль линии. Минимальное количество полуволн равно единице. При этом у низкопотенциальных заземляемых выводов спиральных обмоток резонансных трансформаторов развиваются «горбы» тока и «впадины» потенциала, а на высоковольтных выводах резонансных трансформаторов и на проводнике, соединяющем высоковольтные выводы, образуется «горб» потенциала и «впадина» тока.

Таким образом, провод, соединяющий передающий и принимающий трансформаторы и представляющий собой линию передачи электрической энергии, оказывается нагруженным током с минимальным значением амплитуды. Результатом этого эффекта является резкое снижение токовых потерь в линии при передаче энергии. Пучности тока располагаются у заземляемых выводов резонансных обмоток, в связи с чем в этих областях резонансных высоковольтных обмоток размещаются низкопотенциальные обмотки, соединяющие резонансные высоковольтные обмотки с источником электрической энергии и с нагрузкой.

Недостатком известного способа устройства передачи электрической энергии являются большие энергетические потери в заземлителях низкопотенциальных выводов резонансных спиральных обмоток резонансных трансформаторов. С целью снижения потерь в заземлителях приходится выполнять их в виде конструкций с большой поверхностью, а также предпринимать соответствующие меры для обеспечения необходимой электропроводимости грунта вокруг заземлителя. Кроме этого замыкание токов смещения с проводника линии на землю приводит к возникновению потерь в земле под проводником, соединяющим высоковольтные выводы резонансных трансформаторов. Это также снижает эффективность передачи электрической энергии.

Наиболее близким к заявленному является известный способ и устройство для передачи электрической энергии с помощью резонансной технологии передачи электрической энергии путем создания резонансных колебаний повышенной частоты в цепи, состоящей из генератора повышенной частоты и двух, повышающего и понижающего, высокочастотных многослойных трансформаторов, повышения потенциала внутреннего вывода высоковольтной обмотки повышающего трансформатора, передачи высоковольтного потенциала и электрической энергии по однопроводной линии к понижающему трансформатору, понижения потенциала высоковольтного вывода понижающего трансформатора, передачи в нагрузку активной электрической энергии. При этом между заземляемыми низковольтными выводами резонансных высоковольтных обмоток размещается целое число полуволн (минимальное число — одна полуволна). (Патент РФ №2255406 от 21.02.2003.)

Недостатком известного способа и устройства являются большие потери электрической энергии в заземлителях наружных выводов резонансных обмоток резонансных трансформаторов, а также электрические потери в земле под однопроводной линией.

В другом варианте известных способа и устройства наружные выводы резонансных, многослойных, высоковольтных обмоток резонансных трансформаторов не заземляют, а оставляют неподключенными, защищая изоляцией торцы проводов от пробоя на рядом расположенные витки резонансной обмотки и на низковольтные обмотки. (Патент РФ №2255406 от 21.02.2003 г. ).

Недостатком известного способа и устройства передачи электрической энергии резонансным методом по одному проводу с применением резонансных трансформаторов с многослойными высоковольтными резонансными обмотками, внутренний вывод которых подключается к однопроводной линии, а наружный вывод остается неподключенным, является сложность отвода тепла от внутренних витков высоковольтной резонансной обмотки. Проблема отвода тепла от внутренних витков многослойной высоковольтной резонансной обмотки возникает в связи с тем, что при возбуждении резонансного состояния в случае неприсоединения внешнего вывода к заземлителю на внешнем выводе развивается пучность потенциала, так же как и на внутреннем выводе, присоединяемом к однопроводной линии. При этом между пучностями потенциала, т.е. внутри многослойной обмотки, развивается пучность тока, что сопровождается ростом тепловых потерь внутри катушки, откуда отвод тепла затруднен. Кроме этого исключается возможность размещения низковольтной обмотки вблизи пучности тока, а также возникает необходимость тщательной изоляции внешнего ввода высоковольтной обмотки от низкопотенциальной обмотки, подключенной к выходу генератора тока повышенной частоты на входе системы передачи, или ко входу нагрузки на приемной стороне системы.

Задачей изобретения является повышение эффективности резонансной технологии передачи электрической энергии, исключение электрических потерь в заземлителях, упрощение конструкции резонансных катушек.

В результате использования предлагаемого изобретения появляется возможность увеличить передаваемую мощность, уменьшить сечение провода, ток в линии и расход цветных металлов на провода, снизить потери электроэнергии при передаче.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в способе передачи электрической энергии резонансные колебания электромагнитной энергии с длиной волны λ=L_AB/n, где n — целое число, L_AB — длина электрической цепи между свободными выводами А и В высоковольтных выполненных в виде однослойных спиралей обмоток высокочастотных резонансных трансформаторов, передают от настроенного на частоту высокочастотного генератора резонансного контура низковольтной обмотки повышающего высокочастотного резонансного трансформатора к резонансному контуру низковольтной обмотки понижающего высокочастотного резонансного трансформатора по однопроводной линии независимо от земли путем размещения низковольтных обмоток повышающего и понижающего высоковольтных резонансных трансформаторов посередине высоковольтных высокочастотных резонансных обмоток и преобразования тока в однопроводной линии в активный ток в нагрузке.

В другом способе передачи электрической энергии резонансные колебания электромагнитной энергии с длиной волны , где n — целое число, L_AB — длина электрической цепи между серединами высоковольтных выполненных в виде однослойных спиралей обмоток высокочастотных резонансных трансформаторов, передают от настроенного на частоту высокочастотного генератора резонансного контура низковольтной обмотки повышающего высокочастотного резонансного трансформатора к резонансному контуру низковольтной обмотки понижающего высокочастотного резонансного трансформатора по двум противофазным однопроводным изолированным от земли линиям, преобразуют ток в изолированных от земли противофазных однопроводных линиях в переменный ток промышленной частоты, при этом низковольтные обмотки повышающего и понижающего высокочастотных резонансных трансформаторов размещают посредине высоковольтных выполненных в виде однослойных спиралей обмоток.

В третьем способе передачи электрической энергии резонансные колебания электромагнитной энергии с частотой , где L — индуктивность однослойных обмоток резонансных трансформаторов, L=L₀l, здесь L₀ — погонная индуктивность однослойных обмоток, l — длина однослойных обмоток резонансных трансформаторов, С — емкость резонансной системы. С=C₀l+2C_c, здесь С₀ — погонная естественная емкость однослойных обмоток резонансных трансформаторов, l — длина однослойных обмоток резонансных трансформаторов, С_с — естественная емкость проводящих сфер, подключенных к крайним выводам однослойных обмоток резонансных трансформаторов, возбуждают колебания электрической энергии в передающем резонансном трансформаторе, высоковольтная резонансная обмотка которого выполнена в виде однослойной спиральной обмотки с присоединенными к ее выводам электропроводящими сферами, выполняющими роль электрических емкостей, обладающих естественной емкостью С_с=ε₀r, где ε₀ — абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума, r — радиус сфер сферических электрических конденсаторов, передают энергию от настроенного на частоту высокочастотного генератора, резонансного контура низковольтной обмотки повышающего высокочастотного резонансного трансформатора к резонансному контуру низковольтной обмотки понижающего высокочастотного резонансного трансформатора по однопроводной линии независимо от земли путем размещения низковольтных обмоток повышающего и понижающего высокочастотных резонансных трансформаторов посередине высоковольтных резонансных обмоток и преобразования тока в однопроводной линии в активный ток нагрузки.

В другом способе передачи электрической энергии резонансные колебания электромагнитной энергии с частотой

,

где L — индуктивность однослойных обмоток резонансных трансформаторов, L=L₀l, где L₀ — погонная индуктивность однослойных обмоток, l — длина однослойных обмоток резонансных трансформаторов, С — емкость резонансной системы, C=C₀l+2C_c, здесь С₀ — погонная, естественная емкость однослойных обмоток резонансных трансформаторов, l — длина однослойных обмоток резонансных трансформаторов, возбуждают колебания электрической энергии в передающем резонансном трансформаторе, высоковольтная резонансная обмотка которого выполнена в виде однослойной спиральной обмотки с присоединенными к ее выводам электропроводящими сферами, выполняющими роль электрических емкостей, обладающих естественной емкостью С_с=ε₀r, где ε₀ — абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума, r — радиус сфер сферических электрических конденсаторов, передают от настроенного на частоту высокочастотного генератора резонансного контура низковольтной обмотки повышающего высокочастотного резонансного трансформатора к резонансному контуру низковольтной обмотки понижающего высокочастотного резонансного трансформатора по двум противофазным однопроводным изолированным от земли линиям, преобразуют ток в изолированных от земли противофазных однопроводных линиях в переменный ток промышленной частоты, при этом низковольтные обмотки понижающего и повышающего высокочастотных резонансных трансформаторов размещают посередине высоковольтных резонансных обмоток, выполненных в виде однослойных спиралей.

В устройстве для передачи электрической энергии низковольтная обмотка повышающего высокочастотного резонансного трансформатора со своим питающим конденсатором образует передающий резонансный настроенный на частоту генератора высокой частоты резонансный контур, низковольтная обмотка понижающего высокочастотного резонансного трансформатора со своим контурным конденсатором образует приемный резонансный контур, параметры указанных резонансных контуров связаны соотношением L₁C₁=L₂C₂, где L₁ и C_1, L₂ и С₂ — индуктивности и емкости указанных резонансных контуров, при этом высоковольтные обмотки повышающего и понижающего высокочастотных резонансных трансформаторов выполнены в виде однослойных спиралей, низковольтные обмотки размещены посередине высоковольтных обмоток с помощью однопроводной линии, одним из высоковольтных выводов повышающий резонансный трансформатор независимо от земли соединен с одним из высоковольтных выводов понижающего резонансного трансформатора, другие высоковольтные выводы А и В высоковольтных обмоток высокочастотных резонансных повышающего и понижающего трансформаторов остаются свободными, длина электрической цепи L_AB между свободными выводами А и В высоковольтных обмоток повышающего и понижающего резонансных высокочастотных трансформаторов равна L_AB=λn, где n — целое число, λ — длина волны собственных резонансных колебаний электромагнитной энергии, при этом резонансные частоты передающего и приемного низковольтных резонансных контуров повышающего и понижающего резонансных трансформаторов, а также собственные резонансные частоты высоковольтных высокочастотных однослойных спиральных обмоток равны между собой и равны частоте переменного тока источника тока высокой частоты.

В другом устройстве для передачи электрической энергии низковольтная обмотка повышающего высокочастотного резонансного трансформатора со своим питающим конденсатором образует передающий резонансный контур, настроенный на частоту генератора высокой частоты, низковольтная обмотка понижающего высокочастотного резонансного трансформатора со своим контурным конденсатором образует приемный резонансный контур, параметры указанных резонансных контуров связаны соотношением L₁C₁=L₂C₂, где L₁ и С₁, L₂ и C₂ — индуктивности и емкости указанных резонансных контуров, при этом высоковольтные обмотки повышающего и понижающего высокочастотных резонансных трансформаторов выполнены в виде однослойных спиралей, низковольтные обмотки размещены посередине высоковольтных обмоток, с помощью двухцепной линии, содержащей две однопроводные линии, высоковольтные противофазные выводы резонансных высоковольтных спиральных обмоток повышающего и понижающего резонансных трансформаторов соединены между собой независимо от земли, длина электрической цепи L_AB между серединами высоковольтных выполненных в виде однослойных спиралей обмоток высокочастотных резонансных трансформаторов равна L_AB=λ/_n, где n — целое число, λ — длина волны собственных резонансных колебаний, при этом резонансные частоты передающего и приемного низковольтных резонансных контуров повышающего и понижающего резонансных трансформаторов, а также собственные резонансные частоты высоковольтных высокочастотных однослойных спиральных обмоток равны между собой и равны частоте переменного тока источника тока высокой частоты.

В третьем устройстве для передачи электрической энергии низковольтная обмотка повышающего высоковольтного резонансного трансформатора со своим питающим конденсатором образует передающий резонансный контур, настроенный на частоту генератора высокой частоты, низковольтная обмотка понижающего высокочастотного резонансного трансформатора со своим контурным конденсатором образует приемный резонансный, также настроенный на частоту высокочастотного генератора контур, параметры указанных резонансных контуров связаны соотношением L₁C₁=L₂C₂, где L₁ и C_1, L₂ и С₂ — индуктивности и емкости указанных резонансных контуров, при этом высоковольтные обмотки повышающего и понижающего высокочастотных резонансных трансформаторов выполнены в виде однослойных спиралей, низковольтные обмотки размещены посередине высоковольтных обмоток, с помощью однопроводной линии одним из высоковольтных выводов повышающий резонансный трансформатор независимо от земли соединен с одним из высоковольтных выводов понижающего резонансного трансформатора, другие высоковольтные выводы А и В высоковольтных обмоток высокочастотных резонансных повышающего и понижающего трансформаторов остаются свободными, со свободными выводами электрически соединены установленные в непосредственной близости металлические электропроводящие сферы с радиусами r, собственные резонансные частоты f, образованные емкостями сферы С_с, распределенными вдоль спиральной высоковольтной обмотки длиной l, собственной емкостью С₀ и индуктивностью L₀, равны

где L — индуктивность однослойных обмоток резонансных трансформаторов, L=L₀l, здесь L₀ — погонная распределенная вдоль спиральной обмотки индуктивность, l — длина однослойных обмоток резонансных трансформаторов, С — емкость резонансной системы резонансных трансформаторов, где С=C₀l+2C_c, здесь С₀ — погонная собственная естественная емкость однослойной обмотки резонансного трансформатора, l — длина однослойной обмотки резонансного трансформатора; С_с — естественная емкость проводящих сфер. При этом резонансные частоты передающего и приемного низковольтных резонансных контуров повышающего и понижающего резонансных трансформаторов, а также собственные резонансные частоты высоковольтных высокочастотных однослойных спиральных обмоток со сферическими емкостями на выводах равны между собой и равны частоте генератора переменного тока высокой частоты.

Еще в одном устройстве для передачи электрической энергии низковольтная обмотка повышающего высокочастотного резонансного трансформатора со своим питающим конденсатором образует передающий резонансный контур, настроенный на частоту генератора высокой частоты, низковольтная обмотка понижающего резонансного трансформатора со своим контурным конденсатором образует приемный резонансный контур, параметры указанных резонансных контуров связаны соотношением L₁C₁=L₂C₂, где L₁ и C₁, L₂ и С₂ — индуктивности и емкости указанных резонансных контуров, при этом высоковольтные обмотки повышающего и понижающего высокочастотных резонансных трансформаторов выполнены в виде однослойных спиралей, низковольтные обмотки размещены посередине высоковольтных обмоток, с помощью двухцепной линии, содержащей две однопроводные линии, высоковольтные противофазные выводы резонансных высоковольтных спиральных обмоток повышающего и понижающего резонансных трансформаторов соединены между собой независимо от земли, к высоковольтным выводам спиральных резонансных обмоток подключены электропроводящие сферы с радиусом г, при этом резонансная частота колебаний электромагнитной энергии спиральных высокочастотных обмоток совместно со сферами составляет

,

где: L — индуктивность однослойных обмоток резонансных трансформаторов, L=L₀l, здесь L₀ — погонная индуктивность однослойных обмоток, l — длины однослойных обмоток резонансных трансформаторов, С — емкость резонансной системы, С=C₀l+2C_c, здесь С₀ — погонная естественная емкость однослойных обмоток резонансных трансформаторов, l — длина однослойных обмоток резонансных трансформаторов, С_с — естественная емкость электропроводящих сфер, подключенных к высоковольтным вводам резонансных трансформаторов, C_c=ε₀r, где ε₀ — абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума, r — радиус сфер сферических электрических конденсаторов, при этом резонансные частоты передающего и приемного низковольтных резонансных контуров повышающего и понижающего резонансных трансформаторов, а также собственные резонансные частоты высоковольтных высокочастотных однослойных спиральных обмоток с электропроводящими сферами равны частоте переменного тока высокой частоты.

Способы и устройства для передачи электрической энергии иллюстрируются на фиг. 1, 2, 3, 4.

На фиг. 1 представлена электрическая схема способа и устройства с двумя, повышающим и понижающим, резонансными высокочастотными трансформаторами, выполненными в виде однослойных спиральных обмоток, на средних частях которых размещаются низковольтные обмотки, по одному из высоковольтных вводов у обеих высоковольтных обмоток изолированы, другие высоковольтные выводы обеих высоковольтных обмоток соединены между собой однопроводной линией передачи электрической энергии так, что при возбуждении системы передачи на одной из резонансных частот длина стоячей волны, возбуждаемой вдоль системы передачи между свободными выводами, оказывается равной λ=L_AB/2n,

где λ — длина стоячей волны; L_AB — длина электрической цепи между свободными выводами А и В высоковольтных резонансных обмоток повышающего и понижающего трансформаторов; n — число из ряда (1, 2…).

На фиг. 2 представлена электрическая схема способа и устройства с двумя, повышающим и понижающим, резонансными высокочастотными трансформаторами, выполненными в виде однослойных спиральных обмоток, на средних частях которых размещаются низковольтные обмотки, высоковольтные выводы резонансных обмоток обоих трансформаторов соединены между собой с помощью двухцепной линии, содержащей две однопроводные линии передачи электрической энергии, так, что при возбуждении системы передачи на одной из резонансных частот длина стоячей волны, возбуждаемой вдоль системы передачи, оказывается равной

,

где λ — длина стоячей волны, L_AB — длина электрической цепи между серединами высоковольтных выполненных в виде однослойных спиралей высокочастотных резонансных обмоток повышающего и понижающего трансформаторов, n — число из ряда (1, 2…)

На фиг. 3 представлена электрическая схема способа и устройства передачи электрической энергии с двумя, повышающим и понижающим, резонансными высокочастотными трансформаторами, высоковольтные обмотки которых выполнены в виде однослойных спиралей, соединены между собой с помощью проводника однопроводной линии передачи электрической энергии, другие выводы высоковольтных обмоток резонансных трансформаторов остаются свободными, низковольтные обмотки располагаются посередине высоковольтных обмоток, а к концам высоковольтных обмоток электрически подключены электропроводящие сферы, обладающие естественной емкостью С₀. Питание системы передачи электрической энергии производится на резонансной частоте

,

где: f₀ — резонансная частота высокочастотных трансформаторов со сферическими емкостями на концах высоковольтных обмоток; L — индуктивности однослойных спиральных высоковольтных обмоток резонансных трансформаторов; С — электрическая емкость резонансной системы передачи электрической энергии.

На фиг. 4 представлена электрическая схема способа и устройства передачи электрической энергии с двумя, повышающим и понижающим, резонансными высокочастотными трансформаторами, высоковольтные выводы однослойных спиральных резонансных обмоток которых соединены с помощью двух проводников двухцепной линии передачи электрической энергии, содержащей две однопроводные линии, низковольтные обмотки обоих резонансных трансформаторов размещены посередине высоковольтных обмоток и к выводам высоковольтных резонансных обмоток электрически подключен электропроводящие сферы, обладающие естественными емкостями С₀. Питание системы передачи электрической энергии производится на резонансной частоте

,

где: f₀ — резонансная частота высокочастотных резонансных трансформаторов со сферическими емкостями на концах высоковольтных обмоток; L — индуктивность однослойных спиральных высоковольтных обмоток резонансных трансформаторов; С — электрическая емкость резонансной системы передачи электрической энергии.

На фиг. 1 представлена электрическая схема способа и устройства передачи электрической энергии, где: 1 — генератор повышенной частоты; 2 — электрический конденсатор, образующий с низковольтной обмоткой 3 резонансный контур питания повышающего трансформатора, содержащего низковольтную обмотку 3 и высоковольтную резонансную обмотку 4, 5 — однопроводная линия передачи электрической энергии, 6 — высоковольтная резонансная обмотка понижающего трансформатора, содержащего высоковольтную обмотку 6 и низковольтную обмотку 7, 8 — электрический конденсатор, образующий с низковольтной обмоткой 7 резонансный контур съема электрической энергии из понижающего трансформатора в электрическую нагрузку 9.

Последовательный резонансный контур из конденсатора 2 и низковольтной обмотки 3 повышающего резонансного трансформатора имеет резонансную частоту

,

где L — индуктивность низковольтной обмотки 3; С — емкость конденсатора 2. Ток, развиваемый генератором 1 в низковольтной цепи последовательного резонансного контура при резонансе, т.е. при равенстве f₀₁ частоте f_г, (f₀₁=f_г), равен

.

Здесь: I₀₁ — ток в цепи низковольтной обмотки 3 повышающего резонансного трансформатора; U_г — напряжение на выходе генератора повышенной частоты 1; Z₀₁ — входной импеданс цепи низковольтной обмотки 3, равный

,

где r₁ — омическое сопротивление обмотки 3; r_1н — эквивалентное пересчитанное сопротивление нагрузки 9 в цепь низковольтной обмотки 3.

За счет взаимной индуктивности M₁ между низковольтной обмоткой 3 и высоковольтной резонансной обмоткой 4 в высоковольтной резонансной обмотке 4 наводится э.д.с. Е₀₁=I₀₁ω₀₁M₁,

где ω₀₁ — угловая скорость (частота) тока повышенной частоты f_г на выходе генератора 1.

.

Э.д.с. Е₀₁ вызывает в обмотке 4 волну тока I₀₂. .

Здесь: Z_c1 — характеристическое, волновое сопротивление однослойной спиральной резонансной обмотки 4.

, где: L₀ — погонная распределенная индуктивность однослойной спиральной обмотки 4; C₀ — погонная распределенная емкость однослойной стиральной резонансной обмотки 4.

Скорость распространения ϑ₀₁ волны тока I₀₂ и сопровождающей ее волны напряжения U₀₂=Z_c1·I₀₂ равна ϑ₀₁=(L₀·C₀)^-1/2.

Рассмотрим предварительно вариант холостого хода резонансной высокочастотной обмотки 4, т.е. случай, когда проводник 5 отсутствует.

Поскольку скорость ϑ₀₁ не зависит от направления вдоль обмотки 4 (вправо или влево), то фронты разбегающейся от середины обмотки 4 волн напряжения и тока достигнут концов однослойной спиральной обмотки 4 одновременно и отразятся из-за отсутствия поглощения электрической энергии на концах обмотки (холостой ход). Если длина l однослойной спиральной обмотки 4 такова, что время распространения T/2 волны тока или напряжения вдоль l составит , где T/2 — время прохождения волны всей длины l однослойной спиральной резонансной обмотки 4; l — длина обмотки 4, а также, если частота тока на выходе питающего генератора 1 такова, что , то волны тока и напряжения в обмотке 4, отражаемые от концов обмотки и порождаемые э.д.с. Е₀₁ в результате интерференции, создадут стоячие вдоль l волны тока и напряжения.

Стоячая волна характеризуется тем, что вдоль обмотки 4 образуется стационарное состояние колебаний во времени величин тока и напряжения. Причем амплитуды колебаний тока и напряжения зависят от координаты на длине обмотки 4. По концам обмотки 4 установятся нулевые амплитуды колебаний тока (узел тока), а в средней части обмотки будет находиться максимум амплитуды тока (пучность тока). Напряжение предстанет также в виде напряжения с изменяющейся вдоль длины l значения U: на концах обмотки 4 будут иметь место максимумы напряжения (пучности напряжения), в середине, т.е. на расстоянии l/2 от концов обмотки 4, будет располагаться нуль напряжения (узел напряжения). Учитывая, что длина волны λ распространяющегося колебания вдоль обмотки 4 составляет , получается, что вдоль обмотки 4 укладывается

.

Состояние, при котором вдоль обмотки образуются в результате интерференции прямых и отраженных волн стоячие волны, называют резонансным, а резонатор, вдоль которого укладывается половина стоячей волны, — полуволновым резонатором, или полуволновым вибратором.

Необходимо обратить внимание на тот факт, что вдоль длины l в стоячей волне пучности напряжения находятся в точках, где размещаются узлы тока и, наоборот, узлы напряжения находятся в точках, где находятся пучности тока. Это происходит из-за разной природы механизма отражения волн тока и напряжения от торцов обмотки 4. Таким образом, если настроить генератор 1 в резонанс с однослойной спиральной резонансной обмоткой 4, то на обоих концах обмотки 4 образуются пучности напряжения и узлы тока.

Однослойная спиральная резонансная обмотки 6 конструктивно идентична обмотке 4, следовательно, электрофизические параметры ϑ₀₂, Z₀₂, L₀₂, С₀₂ обмотки 6 равны ϑ₀₁, Z₀₁, L₀₁, С₀₁ обмотки 4. При этих условиях обеспечение электрического контакта областями, где локализируются пучности напряжения, т.е. концами обмоток, сопровождается переходом энергии из обмотки 4 в обмотку 6, где в свою очередь развиваются стоячие волны напряжения и тока, идентичные волнам напряжения и тока на обмотке 4. При этом соединительная вставка однопроводной линии L₀₂ оказывает малое влияние на процесс распространения волн и установление равновесного размещения волн вдоль резонансной системы L_AB, так как время T_L прохождения волн вдоль однопроводной линии L_AB составляет незначительную долю времени прохождения волн вдоль спиральных, однослойных обмоток 4 и 6.

,

где с — скорость света.

Полное время прохождения волн напряжения и волн тока вдоль всей однопроводной системы составит:

. Поскольку время прохождения волн вдоль одной обмотки составляет и при этом на спиральной однослойной обмотке укладывается половина λ/2 длины стоячей волны, то можно считать, что вдоль L_AB укладывается полная длина волны λ=L_AB.

В середине спиральной однослойной обмотки 6 формируется пучность тока, а соответственно, и пучность магнитного поля. Размещение в пучности магнитного поля низковольтной обмотки 7 обеспечивает генерацию в обмотке 7 э.д.с., которая через электрический конденсатор 8 вызывает ток в нагрузке 9:

.

Здесь: I_он — ток нагрузки 9;

JX_L7 — реактивное индуктивное сопротивление обмотки 7;

-JX_C8 — реактивное емкостное сопротивление электрической емкости 8;

r_н — сопротивление нагрузки;

r₇ — омическое сопротивление обмотки 7 с учетом сопротивления потерь энергии в обмотке 7, 6 и конденсаторе 8.

Мощность в нагрузке 9 составит .

Приемный низковольтный контур из обмотки 7 и конденсатора 8 настраивается в резонанс с частотой питающего генератора 1, так что

.

Таким образом, мощность, развиваемая в нагрузке, составит .

При этом вдоль системы передачи электрической энергии L_AB укладывается целая длина волны λ.

Резонансные частоты низковольтных, питающего из конденсатора 3 и обмотки 4 контура, а также энергоснимающего из обмотки 7 и конденсатора 8 контура равны частоте тока генератора 1.

При выполнении режимов резонанса все реактивные сопротивления компенсируются, а на однопроводной линии передачи электрической энергии, соединяющей передающий полуволновой вибратор, образующийся из однослойной спиральной обмотки 4 и принимающего энергию полуволнового вибратора, образующегося из однослойной спиральной обмотки 6, размещается узел тока, что и является причиной малости электрических потерь на линии передачи L и высокой эффективности передачи энергии по резонансной однопроводной системе передачи энергии, содержащей два полуволновых вибратора, не соединенных с землей.

На фиг. 2 представлена электрическая схема способа и устройства с двумя, повышающим и понижающим, резонансными высокочастотными трансформаторами, выполненными в виде однослойных спиральных обмоток, на средних частях которых размещаются низковольтные обмотки, высоковольтные выводы резонансных обмоток обоих трансформаторов соединены между собой с помощью двухцепной линии, содержащей две однопроводные линии передачи электрической энергии, так, что при возбуждении системы передачи на одной из резонансных частот длина стоячей волны, возбуждаемой вдоль системы передачи, оказывается равной

,

где λ — длина стоячей волны; L_AB — длина электрической цепи между серединами высоковольтных выполненных в виде однослойных спиралей обмоток высокочастотных резонансных, повышающего и понижающего, трансформаторов, L — расстояние между резонансными трансформаторами 4 и 6, n — целое число из ряда (1, 2…).

Питающим источником электрической энергии является генератор 1, генерирующий на выходе переменный ток повышенной и управляемой частоты f_г. Электрическая энергия подается через электрический конденсатор 2 на низковольтную обмотку 3 резонансного повышающего трансформатора. Высоковольтная обмотки 4 резонансного повышающего трансформатора выполнена в виде однослойной спиральной обмотки, имеющей длину намотки l. Низковольтная обмотка 3 повышающего резонансного трансформатора размещена поверх однослойной спиральной высоковольтной обмотки 4 в средней ее части. Высоковольтные выводы однослойной спиральной резонансной обмотки 4 электрически соединены с проводниками 5.1 и 5.2, имеющими длину L, которые своими другими концами электрически соединены с высоковольтными выводами однослойной спиральной резонансной обмотки 6 понижающего резонансного трансформатора.

Длина однослойной спиральной обмотки 6 равна l. В средней части высоковольтной резонансной обмотки 6 поверх нее размещена низковольтная обмотка 7. Последовательно к низковольтной обмотке 7 электрически подсоединен электрический конденсатор 8. Электрический конденсатор 8 и низковольтная обмотка 7 образуют последовательно резонансный контур. Последовательный контур из 7 и 8 подключен к электрической нагрузке 9. Резонансная частота последовательного контура из емкости 2 и низковольтной обмотки 3 равна , где L — индуктивность низковольтной обмотки 3; С — емкость конденсатора 2.

При равенстве времени прохождения электрической волной от одного вывода высокочастотной однослойной спиральной обмотки 4 до ее другого вывода половине длительности периода колебания питающего тока повышенной частоты

,

в высоковольтной однослойной спиральной обмотке 4 возбуждаются резонансные колебания с длиной волны λ=2l и на выводах обмотки 4 возбуждаются противофазные во времени высокие электрические потенциалы, т.е. на выводах развиваются пучности напряжения, а в середине обмотки 4 устанавливается узел напряжения, в то же время в середине обмотки 4 развивается пучность тока, а на выводах обмотки 4 оказываются узлы тока.

Колебания потенциалов на выводах обмотки 4 во времени противофазны и через проводники 5.1 и 5.2 возбуждают колебания электрического тока в высоковольтной резонансной обмотке 6, выполненной в виде однослойной спиральной обмотки длиной l. Конструкция высоковольтной резонансной спиральной обмотки 6 идентична конструкции обмотки 4, поэтому ее резонансные характеристики идентичны характеристикам обмотки 4:

, где ϑ₀₂ — скорость распространения волн тока и напряжения вдоль обмотки 6. Таким образом, в обмотке 6 устанавливаются резонансные колебания с длиной волны λ=2l

На выводах обмотки 6 развиваются пучности напряжения и узлы тока, в средней части обмотки развивается пучность тока и узел напряжения. Вдоль контура, включающего в себя обмотку 4, проводник 5.1, обмотку 6 и проводник 5.2, укладывается полная длина волны λ резонансного колебания. При этом на проводниках 5.1 и 5.2 располагаются пучности напряжения и узлы тока, напряжения на проводниках 5.1 и 5.2 противофазны во времени, что способствует концентрации электрического поля между проводниками 5.1 и 5.2 и образованию узлов тока в проводниках 5.1 и 5.2. Токи в проводниках 5.1 и 5.2 не только являются узловыми, но и синфазными между собой, что позволяет считать их самостоятельными, а не продолжением один другого, что дает основание формально считать две ветви между точками А и В контура «обмотка 4 — проводник 5.1 — обмотка 6 — проводник 5.2» самостоятельными однопроводными ветвями, включенными параллельно.

Одна однопроводная ветвь «точка А — верхняя половина обмотки 4 — проводник 5.1 — верхняя половина обмотки 6 — точка В»; другая однопроводная ветвь « точка А — нижняя половина обмотки 4 — проводник 5.2 — точка В». Обе однопроводные линии идентичны по своим электрофизическим параметрам и имеют одинаковую длину L_AB=λ/2, каждая из них передает в нагрузку 9 из источника электрической энергии (генератора 1) половину общей мощности.

Низковольтная энергоснимающая обмотка 7 расположена на середине однослойной спиральной резонансной обмотки 6 понижающего резонансного трансформатора, т.е. в месте локализации пучности тока. Низковольтная обмотка 7 подключена к нагрузке через электрический конденсатор 8. Низковольтная обмотка 7 и конденсатор 8 образуют последовательный контур 7-8. Резонансная частота низковольтного контура 7-8 понижающего резонансного высокочастотного трансформатора

,

где L — индуктивность низковольтной обмотки 7, С — емкость конденсатора 8. Частота f₀₂=f₀₁.

На фиг. 3 представлена электрическая схема способа и устройства передачи электрической энергии с двумя, повышающим и понижающим, резонансными высокочастотными трансформаторами, высоковольтные обмотки 4 и 6 которых выполнены в виде однослойных спиралей и соединены между собой с помощью одного проводника однопроводной линии 5 передачи электрической энергии, другие выводы высоковольтных обмоток резонансных трансформаторов остаются свободными, низковольтные обмотки 3 и 7 располагаются посередине высоковольтных обмоток 4 и 6, а к концам высоковольтных обмоток электрически подключены электропроводящие сферы 10.1, 10.2, 10.3, 10.4, обладающие естественными емкостями.

Питание системы передачи электрической энергии производится от генератора 1 на резонансной частоте f_г, равной

, где: f₀₁, f₀₂ — резонансные частоты высокочастотных трансформаторов со сферическими емкостями 10.1, 10.2, 10.3, 10.4 на концах высоковольтных обмоток 4 и 6; L — индуктивность однослойных спиральных высоковольтных обмоток 4 и 6 резонансных трансформаторов; С — электрическая емкость резонансной системы, содержащей однослойную спиральную обмотку и две сферические естественные емкости на торцах однослойных обмоток.

Передача энергии от генератора повышенной частоты 1 в систему передачи электроэнергии осуществляется с помощью последовательного резонансного контура, образуемого низковольтной обмоткой 3 и конденсатором 2. Низковольтная обмотка 3 располагается в середине высоковольтной резонансной однослойной спиральной обмотки 4. В средней части высоковольтной резонансной обмотки 4 при резонансе развивается пучность тока. Таким образом, низковольтная обмотка 3 оказывается в пучности тока обмотки 4, это способствует повышению эффективности передачи энергии из источника электрической энергии 1 через последовательный контур 2-3 в высоковольтную обмотку 4.

На торцах высоковольтной обмотки 4 развиваются пучности потенциалов, под этими же потенциалами находятся и сферические электрические емкости 10.1; 10.2. Полярности потенциалов сферических емкостей 10.1; 10.2 противоположны (антифазны). По однопроводной линии L потенциал сферической емкости 10.2 сообщается сферической емкости 10.3, электрически соединенной с цилиндрической спиральной резонансной обмоткой 6. К другому торцу обмотки 6 подключена сферическая электрическая емкость 10.4. Однопроводная линия передачи электрической энергии возбуждает резонансную однослойную спиральную обмотку 6 со сферическими емкостями 10.3 и 10.4 на торцах на резонансной частоте f₀₂=f₀₁=f_г.

В результате резонансного возбуждения в середине обмотки 6 развивается пучность тока. В области пучности тока (середина обмотки 6) располагается обмотка 7 для съема электрической энергии с резонансной обмотки 6. Электрическая энергия из обмотки 7 через электрическую емкость 8 поступает в нагрузку 9. Ни одна точка энергопередающей системы не соединена с землей, что исключает потери электрической энергии в заземлителях, а размещение на предающей однопроводной линии 5 узла тока обеспечивает минимум потерь на линии L.

На фиг. 4 представлена электрическая схема способа и устройства передачи электрической энергии с двумя, повышающим и понижающим, резонансными высокочастотными трансформаторами, высоковольтные обмотки 4 и 6 которых выполнены в виде однослойных спиралей и соединены между собой с помощью двухцепной линии, содержащей две однопроводные линии 5.1 и 5.2 передачи электрической энергии, так, что при резонансном возбуждении однослойной обмотки 4 повышающего резонансного трансформатора на концах обмотки 4 развиваются пучности напряжения, а на середине обмотки 4 развивается пучность тока. Возбуждение резонансной обмотки 4 производится низковольтной обмоткой 3 через электрическую емкость 2 от источника переменного тока повышенной частоты 1. На торцах резонансной однослойной спиральной обмотки 4 размещаются электропроводящие сферы 10.1 и 10.2, сферы электрически соединены с выводами обмотки 4.

При работе системы передачи электроэнергии антифазные потенциалы выводов обмотки 4 по двум однопроводным линиям 5.1 и 5.2, образующим двухцепную однопроводную систему, переносятся на выводы высоковольтной однослойной спиральной резонансной обмотки 6 понижающего резонансного трансформатора. Конструктивно спиральная обмотка 6 понижающего спирального трансформатора выполнена аналогично обмотке 4. К высоковольтным выводам обмотки 6 электрически присоединены сферические электрические емкости 10.3 и 10.4, конструктивно представляющие собой аналоги сферических электрических емкостей 10.1 и 10.2. Возбуждаемая с двух сторон антифазными потенциалами резонансная система из однослойной спиральной обмотки 6 и двух сферических электрических емкостей 10.3 и 10.4 генерирует в средней части обмотки 6 пучность тока и на торцах обмотки 6 пучности потенциала. В области пучности тока на обмотке 6 размещена низковольтная обмотка 7 для съема электрической энергии из понижающего трансформатора в нагрузку 9. Обмотка 7 подключается к нагрузке 9 через электрический конденсатор 8, служащий для снижения реактивного сопротивления в цепи нагрузки 9, в результате чего в контуре «низковольтная обмотка 6 — электрическая емкость 8» создается режим резонанса напряжений.

Пример выполнения способа и устройства для передачи электрической энергии

В качестве генератора высокой частоты использовался лабораторный генератор синусоидальных колебаний Г-33. Выходная мощность сигнала не более 3 Вт, диапазон изменяемой частоты выходного переменного тока (20-220000) Гц. Выходное напряжение не более 20 В.

Резонансные однослойные спиральные обмотки обоих, повышающего и понижающего, трансформаторов намотаны на стеклотекстолитовых каркасах диаметром D=120 мм. Длина намоток составляет l=1900 мм. Диаметр медного провода ПЭВ-0,63 составляет d=0,63 мм. Шаг намотки принимается равным τ=0,65 мм (с учетом толщины изоляции). Посередине резонансной обмотки расположена низковольтная обмотка, выполненная многожильным медным проводом, сечением 10 мм². Число витков низковольтной обмотки равно 10.

Числа витков резонансных спиральных обмоток равняются

.

Расчетная индуктивность составила

.

Здесь: µ₀ — магнитная проницаемость вакуума; D — диаметр каркаса, м; l — длина намотки, м; К — коэффициент влияния торцов обмотки (поправочный).

При коэффициент равен К = 0,975 (Калантаров П.Л., Цейтлин Л.А. Расчет индуктивностей: Справочная книга = 3-е изд., перераб. и доп. — Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское отделение, 1986. Стр. 251).

. Принимаем L = 61,3 мГн.

Реальная индуктивность составила L = 63,0 мГн, погонная индуктивность

.

При возбуждении резонансной однослойной спиральной обмотки резонансная частота в полуволновом режиме резонанса составила 195 кГц. Следовательно, скорость распространения волны вдоль спиральной полуволновой обмотки составила .

Здесь: T₀₁ — период колебания, f₀₁ — частота резонанса.

.

Учитывая, что скорость распространения волны вдоль спиральной обмотки соленоида при малых энергетических потерях в обмотке равняется , расчетное значение погонной емкости составит:

.

С₀ = 55 пФ/м. Общая емкость обмотки С=C₀l=С=55·1,9=105 пФ.

При соединении между собой повышающего и понижающего трансформаторов, резонансная частота полуволновой системы составила f₀=190 кГц. Напряжение на линии передачи L равнялось 1500 В. Низковольтная обмотка 7 намотана многожильным проводом, содержит 10 витков, сечение провода 10 мм². В качестве нагрузки использована лампа накаливания. При резонансе мощность, выделяемая на лампе, составила 2,3 Вт.

Емкости конденсаторов последовательных резонансных контуров между генератором тока повышенной частоты и однослойной спиральной резонансной обмоткой, а также между однослойной спиральной резонансной обмоткой принимающего трансформатора и электрической нагрузкой системы, определяются следующим соотношением:

,

где С — емкость конденсаторов в последовательных резонансных контурах, Ф;

L_н — индуктивность низковольтных обмоток повышающего и понижающего трансформаторов, Гн;

f₀ — резонансная частота системы, Гц.

Индуктивности низковольтных обмоток составили L_н=0,03 мГн (с небольшим, менее 5%, разбросом).

Емкости последовательных контуров равны

.

Волновое сопротивление резонансных однослойных спиральных катушек равнялось

.

Емкость проводящих сфер, устанавливаемых на торцы резонансных спиральных однослойных обмоток, составляет С=4πε₀R,

где ε₀ — диэлектрическая проницаемость вакуума, Ф/м; R — радиус проводящей сферы, м.

В варианте практической реализации радиус сфер, устанавливаемых на торцы спиральных обмоток составлял R = 0,35 м. Электрическая емкость сфер равнялась:

.

Подключение к концу резонансной обмотки емкости эквивалентно удлинению обмотки. Удлинение составляет

,

где Z_c — волновое сопротивление спиральной обмотки, Ом;

ω₀ — резонансная частота, рад/сек;

С — электрическая емкость подключаемого сферического конденсатора, Ф;

β — фазовая постоянная распространения электромагнитного колебания вдоль спиральной обмотки, рад/м.

Здесь: .

Таким образом, величина удлинения будет равна

.

Эффективная длина полуволнового вибратора со сферическими емкостями на концах составит:

.

При скорости волны вдоль вибратора частота собственных резонансных колебаний зашунтированного сферическими емкостями вибратора составит:

.

В результате использования предлагаемого изобретения при передаче электроэнергии снижается потребление цветных металлов за счет размещения узла тока стоячей волны на линии передачи, улучшается эффективность передачи за счет исключения электрических потерь в заземлителях, а также возможна передача электрической энергии по одному проводнику между объектами независимо от земли, например, находящимися в атмосфере, стратосфере или космосе.

Новая энергетика (2005 No.02) — Стр 6

вверх	сопровождается адиабатическим	и мощностью, затрачиваемой на прокачку.
расширением вещества и его разделением на		Способность теплообменника снабжать теплом
фазы жидкости и пара. Жидкость стекает вниз,		рабочее тело определяют следующие параметры:
заполняя объём под перегородкой 4. Заполнение		• разность температур ∆Т вещества среды,
заканчивается при крайнем вернем положении
поршня. Клапан 5 закрывается, отделяя фазы		измеренных на входе и выходе теплообменника,
рабочего тела друг от друга. При обратном		в проходящем через него потоке;
движении поршня происходит сжатие вещества		• площадь S поперечного сечения канала, по
фазы пара и адиабатический нагрев всего		которому проходит поток;
гетерогенного вещества. Его температура в		• скорость потока вещества среды на входе
момент возвращения поршня в крайнее нижнее		теплообменника;
положение меньше начальной. Возвращение		• физические константы вещества среды
вещества в исходное состояние достигается		(плотность ρ, молекулярный вес m, теплоемкость
открыванием клапана 5 и теплового вентиля 7.		Cv).
Тепло, проходящее по теплопроводу 6, изохорно
нагревает объединенное вещество рабочего тела		Оценка достижимой	полезной	мощности
до начальной температуры. По окончании		устройства, реализующего процесс конверсии
нагрева вентиль 7 закрывается, и в цилиндре		дарового тепла, представлена формулой [7]:
начинается новый рабочий цикл.
3. Использование цикла для совершения
полезной работы посредством преобразования
дарового тепла, отбираемого от вещества		Vнорм ‘ молярный объем газа при нормальных
окружающей среды.		условиях.
		Для примера взяты следующие значения величин
Оценка достижимой мощности тепловой		в формуле:
машины, реализующей процесс		∆Т = 10оК; Cv 5 кал/град•моль; S = 0,25 м2;
Если в описанном цикле максимальная		Vнорм = 22,4 л/моль; m 29 г/моль.
(начальная) температура рабочего тела выбрана		Конструктивными параметрами устройства
меньшей температуры внешней среды, то		являются S и ∆Т. Значения этих параметров
преобразуемое в работу тепло может быть		определяют также размеры (объём) устройства.
передано от вещества среды к рабочему телу без		В оптимальном режиме работы устройства с
затраты механической работы, т.е. вещество		такими значениями параметров
среды может в этом случае выполнять функцию
нагревателя рабочего тела тепловой машины. Из
Рис. 1 видно, что в множестве возможных
начальных температур цикла, представленных		Полезная мощность	тепловой	машины,
ординатами точек участка изохоры 3ч5, будут		реализующей процесс преобразования в работу
присутствовать температуры, достаточно низкие,		дарового тепла, отбираемого от вещества
если либо критическая температура, либо		окружающей среды, может быть сравнима (при
температура плавления вещества рабочего тела		одинаковых габаритах) с мощностью тепловых
меньше внешней температуры.		машин известных видов.
Реальными веществами, удовлетворяющими		4. Выводы
этим требованиям, являются, например, Ar, N2,
СО2	и др. Нагреватель устройства,	1. Существуют замкнутые термодинамические
предназначенного для преобразования в работу		циклы, в которых положительная работа,
тепла, отбираемого от окружающей среды,		совершенная рабочим телом тепловой машины
должен быть выполнен как теплообменник, через		(двигателя), равна количеству тепла, переданного
который течёт поток внешнего вещества. Средняя		к рабочему телу от внешнего теплового
мощность устройства равна количеству тепла,		резервуара (нагревателя рабочего тела).
переданного за единицу времени от вещества		Доказательства существования циклов являются
среды к рабочему телу. Для стабильной работы		логическими следствиями первого закона
устройства часть произведенной мощности		термодинамики.
должна затрачиваться на прокачку вещества
через теплообменник. Полезная мощность равна		2. Существование термодинамических циклов с
разности между средней мощностью устройства		такими энергетическими cвойствами выявляет

Генератор свободной энергии: схема, описание

Свободная энергия – процесс выделения большого количества этого элемента. Причем в данном случае человечество не участвует в подобной выработке. Сила ветра способствует вращению электрогенераторов. Чем больше перепад давления, тем выше атмосферное условие. Что касается человечества, то этот фактор считается дарованным свыше. Поэтому как таковой схемы генератора свободной энергии нет, подобные теории выдвигают современные экспериментаторы.

Однако в силу научных исследований ученые указывают на обратные сведения. Великие электротехники Тесла, Фарадей и Вольт заставили человечество по-другому взглянуть на физику и электрификацию, сегодня потребление энергетических ресурсов возросло. Большинство специалистов пытаются получить источники из внешней среды. Подобные действия легко осуществимы, с учетом того что Никола Тесла уже делал подобные эксперименты с помощью генераторов.

Практические схемы генераторов свободной энергии

Получение минимальных мощностей происходит несколькими способами:

• через магниты;
• с помощью тепла воды;
• из ферримагнитных сплавов;
• из атмосферного конденсата.

Однако чтобы получить электричество в огромном количестве, необходимо научиться управлять этой энергией. Благодаря практической схеме генераторов свободной энергии, свет должен доходить до каждого человека, вне зависимости от локального расположения. Это подтверждают исторические факты. Для такого эксперимента требуется огромная мощность излучения, которой в те времена быть не могло.

Да и сегодня существующие станции не способны дать такой заряд. Для создания схемы генератора свободной энергии требуется наличие определенных средств и элементов. Итак, чтобы получить необходимое количество заряженной мощности, потребуется катушка, которую в то время использовал Тесла. Электроэнергию получают в том количестве, которое понадобится.

Генератор свободной энергии: схема и описание

Сущность заключается в том, что человечество окружают воздух, вода, вибрации. Так вот, в катушке присутствуют две обмотки: первичная и вторичная, попадающая под вибрации, которую в процессе эфирные вихри пересекают в направлении поперечного сечения. Результат наводит напряжение, по сути, происходит воздушная ионизация. Она возникает на острие обмотки, выдавая разряды.

Осциллограмма колебаний тока сопоставляет кривые. Индуктивная связь сильна благодаря трансформаторному железу, ввиду этого возникает плотное сплетение и колебания между обмотками. При извлечении ситуация изменится. Импульс затухнет, зато мощность расширится, пройдя нулевую точку, и оборвется, когда дойдет до максимального напряжения, хотя связь слабая, а ток в первичной обмотке отсутствует. Тесла утверждал, что такие колебания продолжаются благодаря эфиру. Существующая среда предназначена для получения электричества. На практике рабочая схема генератора свободной энергии состоит из катушки, обмоток. Причем выглядит простейший способ получения тока следующим образом (фото внизу):

Особенности развития генератора

Практические опыты Теслы показывают, что получить электричество можно с помощью генератора, двух катушек и одной дополнительной без первичного мотка, две обмотки. Если двигать работающую и пустую катушку рядом на расстоянии полуметра, а затем просто отодвинуть, то корона затухнет. При этом ток, который запитан, не изменит значение от положения в пространстве той, что не заряжается от сети. Объяснение возникновения и поддержания подобной энергии в пустой вторичной обмотке легко объяснимо.

Когда развивалась электротехника, станции строились на переменном токе. Эти постройки были маломощными, покрывали одну сеть предприятий, которые были оснащены разным оборудованием. Несмотря на это, возникали такие ситуации, при которых генераторы работали вхолостую из-за перепадов напряжения. Пар заставлял турбины вращаться, двигатели работали быстрее, нагрузка на ток уменьшалась, в результате автоматика перекрывала подачу давления. В итоге нагрузка пропадала, предприятия переставали функционировать из-за раскачки тока, и их приходилось отключать. В процессе развития ситуацию стабилизировали подключением параллельной сети.

Дальнейшее развитие электричества

Спустя определенное время энергосистемы стали совершенствовать, и частично подобные сбои напряжения уменьшались. Однако сформировалась четкая и принципиальная теория. В результате перепады тока и подобная дополнительная энергия получили название – реактивная мощность. Подобные скачки возникали из радиотехники ЭДС самоиндукции. По сути, катушки и конденсаторы работали наравне со станцией, а также против нее. Кроме того, полагалось, что ток имеет направление к раскачиванию, и провода нагреваются самостоятельно.

Также определили, что подобные неудачи возникают из-за резонанса. Но как катушка и конденсат индукции способны увеличить мощность энергетической системы сотни предприятий — об этом задумывались многие академики. Некоторые нашли ответы в практической основе схемы генератора свободной энергии Тесла, а большинство отодвинули этот вопрос на дальний план. В результате не только инженеры не могли справиться с обязанностями и пытались бороться с реактивной мощностью, но в процессе к ним присоединились ученые, которые создавали разнообразное оборудование, чтобы ликвидировать высокое напряжение.

Характеристика генератора Тесла

Спустя десятилетие после получения патента на переменный ток, Тесла создал схему генератора свободной энергии с самозапиткой. Бестопливная модель потребляет мощность самой установки. Чтобы запустить ее, требуется единственный импульс из аккумулятора. Однако это изобретение до сих пор не используется в хозяйстве. Работа прибора напрямую зависит от конструкции, в которую вошли компоненты:

1. Две специальные железные пластины, одна поднимается вверх, а другая устанавливается в земле.
2. В конденсатор подключаются два провода, идущие от заземления и сверху.

Металлической пластине передается постоянный электрический заряд, ввиду того что источники выделяют лучистые частицы микроскопических размеров. Земля является резервуаром с отрицательными частицами, поэтому терминал прибора подводится к ней. Заряд высокий, поэтому в конденсатор постоянно поступает ток, и благодаря этому он питается.

Разработка бестопливного аппарата

Схема с самозапиткой генератора свободной энергии благодаря конструкции соответствует статусу бестопливного механизма, потому что использует космические излучения как источник энергии. Этот аппарат способен активироваться самостоятельно, при этом извлекая электричество из атмосферы земли. По мнению Тесла, связка проводов, направленных вверх, за пределы атмосферы, даст ток, который будет идти от земли, потому как в ней тепла больше, чем за ее пределами.

В процессе прохождения напряжения можно запитать электродвигатель, причем функционирующий до температурного снижения в земле. В результате Никола Тесла смог вывести схему бестопливного генератора свободной энергии. Причем эта установка производит электричество без дополнительных источников питания – задействуется только атмосфера. В процессе энергия эфира была использована в целях добычи заряда частиц. Спустя какое-то время ученый утверждал, что обычная машина не способна заниматься преобразованием.

Дальнейшие разработки механизма

В результате ученый стал разрабатывать турбину. В основу этого агрегата вошел водяной насос, который ускорялся благодаря плоским железным дискам. Подобная основа может входить в состав других не менее полезных изобретений. В итоге рабочего процесса схема бестопливного генератора свободной энергии была усовершенствована, электричество передавалось в требуемом количестве. Чтобы собрать аппарат, необходимо выполнить три этапа:

• собрать вторичную обмотку, которая наполнена высоким содержанием вольтов;
• установить первичные мотки с низким напряжением;
• соорудить механизм управления.

Чтобы создать рабочую схему генератора свободной энергии, необходимо сделать основу, где будет собираться вторичная обмотка. Для этого потребуется предмет в форме цилиндра, медный провод, который будет на него намотан. Основной материал не должен пропускать электроэнергию, поэтому лучше использовать ПВХ трубу. Обмотка составляет 800 витков. Первичный провод толщиной должен превышать вторичный. В результате бестопливное устройство имеет такой вид.

Общие описания механизмов

Бестопливная схема генератора свободной энергии работает по принципу рециркуляции электричества обратно в катушку. Обычные устройства работают с помощью карбюратора, поршней, диодов и пр. То есть в этом аппарате двигатель не потребуется. Этот элемент заменен и преобразует энергию постоянно. Конструкция аппарата построена таким образом, чтобы мощность на выходе была меньшей.

Современные ученые Барбоса, Леаль соорудили уникальный генератор энергии, который имеет коэффициент полезного действия в 5000%. Сегодня эта конструкция, описание, характеристика работы и процесса не известны, ввиду того что устройство не запатентовано. Схема генератора свободной энергии Барбосы и Леаля создана таким образом, что работа дает небольшой виток мощности. Когда запускают аппарат, выходящая энергия превышает уровень подводимой. Небольшой прототип генерирует 12 кВт, используя при этом 21 Вт.

Самые известные способы генерации свободной мощности

Самыми популярными считаются работы Николы Тесла. Это был один из первых ученых, который занимался схемами генератора свободной энергии. Он занимался развитием беспроводной связи. В основе были плоские катушки с магнитным полем внутри. В результате трансформатор имеет асимметричную взаимоиндукцию. Если в выходную цепь подключить нагрузку, то это не повлияет на мощность, которая потребляется первичной обмоткой.

В процессе работы Тесла начал уделять внимание трансформатору, работающему на резонансе. Преобразовывал мощность в коэффициент полезного действия, который должен был быть более единицы. Для создания подобной схемы применял однопроводные конструкции. Именно Тесла создал термин «свободные вибрации», в исследованиях указывал на синусоидальные колебания в цепи электрики. Работы Тесла знамениты до сих пор. Последователей у свободной энергии много.

Последователи Тесла

Спустя время после знаменитого ученого за создание и разработку свободных генераторов принялись и другие исследователи и изобретатели. В прошлом столетии, в 20-30 годы, исследователем Брауном разрабатывалась безопорная тяга за счет сил электрики. Он достаточно четко и структурированно описывал процесс получения движущей мощности с помощью источника электрической энергии.

После Брауна получили популярность изобретения Хаббарда. В его устройстве в катушке срабатывали импульсы, благодаря этому магнитное поле вращалось. Вырабатываемая мощность была настолько сильна, что вся система могла совершать полезную работу. Позже Нидершот создал генератор электричества, состоящий из радиоприемника и неиндуктивной катушки.

Немного позже с подобными элементами работал Купер. Схема генератора свободной энергии этого исследователя заключалась в использовании явления индукции без магнитного поля. Чтобы компенсировать последний элемент, использовались катушки, имеющие специфическую намотку спиралью или двумя проводами. Принцип аппарата заключался в создании мощности во вторичной цепочке, обходя при этом первичную обмотку. Кроме того, описание устройства указывало на безопорную движущую мощность в пространстве. С точки зрения Купера, гравитация – поляризация атомов. Также он утверждал, что катушки, которые будут сконструированы специфически, смогут производить поле, не станут экранировать и имеют целый ряд схожих параметров и характеристик с полем гравитации.

Современный взгляд на свободную энергию

С точки зрения физической науки, понятия свободной энергии не может быть. Этот вопрос скорее философский или религиозный. Однако, как показывает практика некоторых известных ученых, энергия системы имеет постоянство. При детальном рассмотрении видно, что мощность выделяется и возвращается обратно. Таким образом, приток энергии через гравитацию и время не видны сторонним наблюдателям. То есть, если создается процесс выше трех пространственных измерений, то возникает свободное перемещение.

Джоуль был заинтересован подобными изобретениями. Практичность этого устройства очевидна для потребителя. Для производства энергии существование работающих схем генератора свободной энергии может обернуться большими потерями, ввиду того что распределение происходит централизованно и под контролем.

Позднее концепции свободных генераторов и подобные теории выдвигали ученые Адамс, соорудивший мотор, Флойд – ученый, вычисливший состояние вещества в нестабильном виде. У этих ученых было много изобретений, конструкций и теорий. Многие успешные устройства могли бы работать на благо человечества.

Однако не все ученые и изобретатели преуспели в науке и подобных конструкциях. Многие начинающие исследователи проводят свои опыты, но немногие достигают успеха. Правда, недавно у одного пользователя сети интернет возникла мысль повторить изобретение Тесла. В результате у пользователя «Акула» схема генератора свободной энергии была воссоздана. К тому же она еще и правильно функционировала. Кроме того, многие инженеры утверждают, что можно создать с помощью кулера схему генератора свободной энергии. Это доказывает, что великие умы прошлого могли получить электричество даже без специфических приборов.

Генерирование и передача электромагнитных колебаний

Излагаются методы генерации и передачи периодических электромагнитных колебаний. Они могут быть использованы для разработки устройств электроснабжения неподвижных и подвижных потребителей электромагнитной энергии переменного синусоидального тока, включая энергоснабжение летательных аппаратов. Рассмотрены методы передачи электромагнитной энергии, в том числе с использованием лазерной и оптоволоконной технологий. Приведены технические решения для передачи энергии без проводов. Материалы могут использоваться в качестве учебного пособия для обучения бакалавров, магистров, аспирантов по специальности 13.03.02, направление подготовки «Энергетика и электротехника» при изучении дисциплин «Электрооборудование летательных аппаратов», специальности 12.03.01 при изучении дисциплин «Основы лазерной техники» и «Лазерные технологии».

Укажите параметры рабочей программы

Дисциплина

Генерирование и передача электромагнитных колебаний

УГС

12.00.00 «ФОТОНИКА, ПРИБОРОСТРОЕНИЕ, ОПТИЧЕСКИЕ И БИОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ»13.00.00 «ЭЛЕКТРО- И ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА»

Направление подготовки

Уровень подготовки

Резонансные цепи

— обзор

III.B.1 Резонансные преобразователи

При добавлении резонансного контура типа индуктор – конденсатор после коммутационных устройств прямоугольные напряжения и токи преобразуются в синусоидальные формы сигналов.

Резонансный преобразователь постоянного тока состоит из инвертора, резонансного контура, высокочастотного трансформатора и полумостового или мостового выпрямителя, поскольку эти преобразователи используются для высокого уровня мощности.

Наличие синусоидальной формы волны позволяет переключению происходить, когда либо напряжение на переключателе, либо ток через него имеет нулевое значение, что подразумевает теоретические нулевые потери переключения, таким образом, обозначение «мягкое переключение».”

Резонансный контур может быть простой последовательной или параллельной цепью LC , или цепью, образованной катушкой индуктивности и двумя конденсаторами (параллельно LCC ), или двумя катушками индуктивности и одним конденсатором (параллельно LLC ), или параллельной цепью. Схема LLCC (рис. 12а).

РИСУНОК 12. (а) параллельный резонансный преобразователь типа LLCC и (б) его характеристики управления. [Воспроизведено с разрешения из Batarseh, I., and Lee, C.Q. (1991). «Стационарный анализ параллельного резонансного преобразователя с коммутационной сетью типа LLCC», IEEE Trans.Силовая электроника 6 , 525–538. © 1991 IEEE.]

Поскольку переключатели должны включаться / выключаться в зависимости от значения соответствующего напряжения / тока, а не в соответствии с решениями цепи обратной связи ШИМ, регулирование рабочего цикла невозможно. Поэтому резонансные преобразователи регулируются с помощью регулятора частоты переключения. На рисунке 12b показаны характеристики управления с точки зрения усиления (выходное напряжение по отношению к линейному напряжению) в зависимости от отношения частот, в градусах (π f _r / f _s , где f _r является резонансным частота), для разных значений нагрузки R ₀ ( Q _P = R ₀ / Z ₀ , Z ₀ = 2π f _r L _с ).Изменяя значения f _s , можно поддерживать постоянное напряжение нагрузки.

Резонансные преобразователи могут управляться либо в режиме «выше резонанса», когда диапазон частоты переключения всегда выше резонансной частоты резонансного блока, либо в режиме «ниже резонанса», когда частота переключения всегда остается ниже резонансной частоты.

Последний режим имеет то преимущество, что выключатели выключаются, когда ток через них равен нулю, т. Е. Отсутствуют потери на выключение.Эта функция позволяет использовать тиристоры в качестве коммутационных устройств; SCR имеют медленное выключение и большую номинальную мощность. Следовательно, эти преобразователи могут использоваться в приложениях с высокой мощностью. Однако, поскольку для целей регулирования необходимо снизить частоту коммутации ниже ее номинального значения, необходимо спроектировать все магнитные элементы на наименьшую частоту в диапазоне частоты коммутации (в противном случае трансформатор может достичь насыщения), что приведет к больший размер магнитных элементов.Поскольку паразитные емкости переключателей полностью заряжаются перед включением транзисторов, возникают коммутационные потери, и для рассеивания этой энергии необходимы демпферы.

Если преобразователь работает в режиме «выше резонанса», переключатели включаются, когда напряжение на них равно нулю. Следовательно, нет никаких потерь при включении. Эти преобразователи работают с высокой частотой переключения, поэтому размер магнитных элементов и фильтрующих элементов уменьшается. Однако наличие потерь при выключении требует очень быстрого выключения.При небольшой нагрузке частота коммутации должна быть значительно увеличена в целях регулирования; такой большой частотный диапазон затрудняет проектирование схемы управления.

4 метода для однопроводной передачи энергии

Сегодняшняя трехфазная электросеть использует 3 или 4 провода для передачи электроэнергии. В этой статье описаны 4 инновационных метода, некоторым из которых более 100 лет, в которых используется только один провод для передачи такого же количества энергии или более без обратного провода!

Эти методы обещают резко снизить затраты и снизить потери в линиях, и подразумевают, что наши учебники по электротехнике, возможно, нуждаются в обновлении.

В целях увеличения экзотичности, в этой статье мы рассмотрим следующие методы:

1. Однопроводное заземление (SWER)
2. B-Line или Однопроводное электричество (SLE)
3. Однопроводная передача без возврата Tesla
4. Однопроводная система электроснабжения Авраменко / Стребкова (SWEPS)

До Мы погрузимся в подробности, давайте кратко рассмотрим, что делает нашу нынешнюю систему передачи энергии неидеальной.

3-фазный: почему мы его используем и почему он неисправен

Трехфазная система используется для передачи энергии более 120 лет и с тех пор практически не изменилась.Так зачем использовать 3 фазы? Есть несколько веских причин:

1. Для создания плавного вращающегося магнитного поля, необходимого для достижения оптимального крутящего момента в электродвигателях, требуется минимум 3 фазы. Никола Тесла, сыгравший ключевую роль в разработке нашей нынешней энергосистемы, изобрел асинхронный двигатель переменного тока и поэтому был ярым сторонником трехфазной системы.
2. Еще одно важное преимущество трех фаз состоит в том, что, поскольку каждая фаза разнесена на 120º, их сумма в каждый момент времени равна нулю.Вот почему мы можем передавать 3 фазы без использования 3 обратных проводов. Пока нагрузки сбалансированы между фазами , мы можем объединить обратные токи в одну, которые затем нейтрализуют друг друга, уменьшая потребность в обратном проводе или используя только один относительно небольшой обратный провод, если фазы не совпадают. Не идеально сбалансирован.

Если вам нужно более интересное объяснение, посмотрите видео ниже.

Довольно отличная система.Однако есть и несколько серьезных недостатков:

• Для передачи энергии необходимы 3 или 4 провода
• Большие опорные башни для проводов
• Размещение под землей очень дорого, так как провода должны располагаться достаточно далеко друг от друга
• Значительные потери энергии
• Требуется постоянная компенсация реактивной мощности
• Комплексная балансировка нагрузки
• Риск междуфазных замыканий из-за ветра

Итак, нет лучшего способа? Когда-то, не совсем.Переменный ток был выбран вместо постоянного тока в основном потому, что трансформаторы можно было использовать для легкого повышения и понижения токов.

Это было необходимо, потому что потери при передаче меньше при более высоких напряжениях, но вы не можете протолкнуть сотни киловольт в чью-то бытовую технику, поэтому потребовалось преобразование.

Благодаря полупроводниковой технологии это теперь возможно и для постоянного тока, хотя и с гораздо большими затратами и меньшей надежностью, поэтому линии высокого напряжения постоянного тока (HVDC) в настоящее время в основном используются для очень больших расстояний или для соединения двух систем переменного тока. , даже несмотря на то, что HVDC обещает снизить потери в линии и требует меньше проводов, чем трехфазная система переменного тока.

Ниже приведены 4 альтернативные системы, которым нужен только один провод для передачи энергии, и которые решают большинство, если не все, из вышеупомянутых проблем.

Поскольку многие люди прямо скажут, что однопроводная передача энергии невозможна, я постараюсь предоставить как можно больше достоверных доказательств и поясню, как эти результаты могут быть воспроизведены для упрощения проверки.

Однопроводной возврат на землю (SWER)

Первая система, которую мы опишем, SWER, также единственная в списке, которая в настоящее время находится в активной эксплуатации.

Эта система, которая обеспечивает однофазное питание по одному проводнику при использовании земли (или океана) в качестве обратного пути, была разработана примерно в 1925 году в Новой Зеландии для экономичной электрификации малонаселенных сельских районов. Сегодня SWER активно используется в Новой Зеландии, Австралии, Аляске, Канаде, Бразилии и Африке, а также в подводных силовых кабелях HVDC.

Принципиальная схема SWER

Интерактивная принципиальная схема SWER. Нажмите на открытые переключатели, чтобы замкнуть их и увидеть, как ток течет по цепи.

Основным преимуществом этой системы является ее доступность, так как SWER использует только один провод вместо двух, и поскольку ток, потребляемый этими сельскими потребителями, является относительно небольшим, более тонкие кабели и, следовательно, меньшее количество полюсов меньшего размера можно использовать для удержания кабеля. .

Однопроводной заземляющий обратный провод 19 кВ в Австралии

Обратной стороной является то, что эти линии не очень эффективны и часто испытывают значительные падения напряжения. Однако основная проблема заключается в том, что токи до 8 ампер могут протекать через землю вблизи точек заземления, поэтому существует опасность поражения электрическим током людей и животных при нарушении заземления.

И хотя системы SWER отлично подходят для экономичной передачи относительно небольших объемов электроэнергии в малонаселенные районы, они не могут использоваться для электроснабжения городов и промышленности, поэтому их вариант использования довольно ограничен.

Следующий метод однопроводной передачи энергии, который мы обсудим, решает некоторые проблемы, присущие SWER, и полностью устраняет необходимость в обратном токе через землю.

B-Line

или Однолинейное электроснабжение (SLE)

Профессор Майкл Бэнк из Иерусалимского технологического колледжа разработал очень интересный способ обеспечения однопроводной передачи энергии путем создания равных фазных токов в проводе под напряжением и обратном проводе, что затем позволяет объединить эти провода в один.

Его система, которую он называет B-Line, достигает этого за счет использования фазовращателя на 180º после источника, объединения двух проводов в одну линию передачи, а затем преобразования этого обратно в обычный двухпроводной ток перед нагрузкой с помощью другого Фазовращатель на 180º. И нагрузка, и генератор не «увидят» разницы!

Фазовый сдвиг достигается за счет использования трансформатора 1: 1 с обратным подключением, а для более высоких частот может использоваться линия задержки на половину периода. Следующая интерактивная принципиальная схема должна прояснить эту идею.

Интерактивная электрическая схема B-Line

Если вы посмотрите на график тока в интерактивной схеме выше, вы увидите, что ток в однопроводной линии передачи составляет в два раза, на больше, чем у источника, потому что два провода объединены в один.

Это означает, что для передачи того же количества мощности одиночная линия передачи должна иметь сопротивление , равное половине , следовательно, необходим более дорогой провод, но, по крайней мере, вам понадобится только один!

Основным преимуществом B-Line перед системой SWER является то, что , B-Line , не используют землю в качестве обратной цепи!

Да, на приведенной выше анимации кажется, что здесь задействована земля, но поскольку ток в одной линии передачи удваивается в этой системе, а ток между источником и нагрузкой подчиняется закону Ома, другого тока быть не может! Ток заземления здесь не существует, поскольку он находится внутри цепи.

Профессор Бэнк провел два эксперимента, чтобы еще раз доказать, что земля не участвует в этой цепи.

1. Он использовал сигнал 300 кГц, который затем позволил ему заменить заземленную катушку инвертора на 500-метровую линию задержки с полупериодом без подключения к земле . Система оставалась прежней.
2. В главе Обнуление без подачи тока в землю Банк описывает устройство, которое он называет «обнулителем», которое предлагает адекватный опорный уровень нулевого напряжения и, следовательно, может заменить соединение с землей.Его система передачи все еще работала, когда соединение с землей было заменено обнулителем, что еще раз доказало, что в этой цепи через землю не протекает ток.

Обнулитель, разработанный профессором Майклом Банком, который предлагает опорный уровень нулевого напряжения, соответствующий нулю тока. Это антенна, состоящая из большого количества монополей, длина которых намного меньше четверти длины волны. Банк

отмечает, что недостатком использования его системы является то, что его одиночный провод создает более сильное электромагнитное поле, чем трехфазная система, которая предлагает компенсирующую полярность и, таким образом, оказывает большее влияние на людей.Этому недостатку противостоит тот факт, что один проводник требует гораздо меньше места, и поэтому намного дешевле разместить под землей, где он не может нанести вред людям.

Линию задержки также необходимо отрегулировать при изменении частоты, чтобы сдвиг фазы оставался равным 180 °. Однако основным недостатком этой системы, по-видимому, является тот факт, что по одному проводнику необходимо передавать удвоенный ток, создавая большие потери передачи из-за рассеивания тепла (потери I ² R), если только не будут более дорогие кабели с меньшим сопротивлением. работают.

Следующая система, которую очень легко воспроизвести, решает сильноточные проблемы B-Line и является первой в списке, которая, кажется, не поддается объяснению с помощью современных электротехнических моделей.

Однопроводная передача без возврата Теслы

«Я уже доказал на своей лекции в Колумбийском колледже, что могу передавать энергию по одному проводу»

Еще в 1891 году, во время лекции в Колумбийском колледже перед Американским институтом инженеров-электриков, Никола Тесла был первым, кто окончательно продемонстрировал, что электрическая энергия может передаваться по одному проводу без возврата и использоваться для силовые нагрузки, например лампы накаливания.

«В нескольких показательных лекциях перед научными обществами… я показал, что нет необходимости использовать два провода для передачи электроэнергии, но только один может быть использован с таким же успехом».

В своей основной форме однопроводная система Теслы представляет собой просто заземленный генератор переменного тока с другим выводом, подключенным к емкости, как большой металлический объект. Тесла объясняет работу этой системы, используя осветительный аналог в своей статье «Настоящая беспроводная связь».

Рис. 3. — Двухпроводная электрическая передача и гидравлический аналог. 4. — Электрическая передача через однопроводной гидравлический аналог.

«Работа устройств по одному проводу без возврата поначалу вызывала недоумение из-за своей новизны, но легко объясняется подходящими аналогами. Для этого сделана ссылка на фиг. 3 и 4.

В первом случае электрические проводники с низким сопротивлением представлены трубами большого сечения, генератор переменного тока — качающимся поршнем, а нить лампы накаливания — тонким каналом, соединяющим трубы.При взгляде на диаграмму становится ясно, что очень небольшие отклонения поршня заставят жидкость устремиться с высокой скоростью через небольшой канал и что практически вся энергия движения будет преобразована в тепло за счет трения, как и у электрический ток в нити лампы.

Теперь вторая диаграмма не требует пояснений. В соответствии с конечной мощностью электрической системы используется эластичный резервуар, который устраняет необходимость в обратном трубопроводе.По мере того, как поршень колеблется, мешок расширяется и сжимается, и жидкость с большой скоростью выбегает через ограниченный проход, что приводит к выделению тепла, как в лампе накаливания. Теоретически эффективность преобразования энергии должна быть одинаковой в обоих случаях ».

Эта базовая однопроводная система была усовершенствована Tesla на протяжении многих лет, что привело к разработке увеличивающего передатчика Tesla, который будет использовать весь земной шар в качестве «провода».На изображении ниже Тесла показывает нам эволюцию своего устройства.

Эволюция однопроводной системы Николы Теслы

Сначала добавляется катушка индуктивности (2), затем эта катушка индуктивности становится переменной индуктивностью (3), а затем вводится повышающий трансформатор (4), эффективно создавая знаменитую установку катушки Тесла. Затем он совершенствуется для получения максимально возможного КПД и напряжения за счет использования настроенных цепей и резонанса.

Tesla планировала передавать большие объемы энергии через землю, по сути полностью устраняя необходимость в линиях передачи.Однако в основе это все еще однопроводная система передачи, и вместо земли вы можете использовать две настроенные катушки Тесла, соединенные одним проводом, для передачи электрической энергии так, как первоначально предполагал Тесла.

Три способа питания нагрузок от однопроводной линии передачи, выходящей из катушки Тесла

На схемах выше показано следующее:

1. Высоковольтные и высокочастотные нагрузки могут питаться напрямую от однопроводной линии передачи, если на конце линии присутствует емкость.
2. Вторая катушка Тесла действует как приемник и понижает напряжение до линия передачи для питания низковольтных и высокочастотных нагрузок
3. После понижения высокочастотное электричество выпрямляется с помощью двухполупериодного мостового выпрямителя со сглаживающим конденсатором для питания низковольтных нагрузок постоянного тока

Как вы можете Видите ли, система передачи Tesla очень универсальна и способна питать самые разные нагрузки по одному проводу.К сожалению, его так и не приняли на вооружение, потому что Тесла вложил все свои силы в свою «беспроводную» передачу энергии через землю.

Это безумие — думать, что Тесла уже в 1898 году назвал «необходимость обратной цепи для передачи электроэнергии в любом значительном количестве» «старым понятием»! Вот почему я был рад обнаружить, что группа российских ученых, наконец, продвигает эту технологию вперед и фактически интегрирует ее в энергосистему. Вдобавок они обнаружили, что эти однопроводные токи обладают некоторыми любопытными свойствами…

Авраменко / Стребков Однопроводная электрическая система (SWEPS)

В 1993 году российский дуэт Станислав и Константин Авраменко подали заявку на патент « Способ и устройство для однолинейной передачи электроэнергии », который был им выдан 15 августа 2000 года.

Позвольте авторам описать функцию устройства, описанного в патенте.

«Преобразование электрической энергии… в энергию колебаний поля свободных электрических зарядов, таких как ток смещения или продольная волна электрического поля, плотность которого изменяется во времени, и передача энергии посредством передачи. линия, не образующая замкнутой цепи, состоящая из однопроводной линии передачи и, при необходимости, ее преобразование в электромагнитную энергию токов проводимости.”

Этот фрагмент может потребовать пояснений.

По сути, Авраменко говорит, что их устройство преобразует обычный ток проводимости в колеблющееся электрическое поле. Это колеблющееся электрическое поле затем передается по однопроводной линии передачи и, наконец, в конце линии снова преобразуется обратно в обычный ток проводимости.

Они называют свой трансформатор «генератором переменной плотности», поскольку он создает волну, изменяя плотность электрического поля, или «моновибратором», поскольку к линии подключается только один вывод.

Генератор переменной плотности Авраменко представляет собой просто вторичную катушку с одной отключенной клеммой или, альтернативно, подключенной к другой клемме с последовательной емкостью или без нее.

В конце концов, можно использовать любой старый трансформатор, «с ферромагнитным сердечником или без него», если только одна клемма вторичной обмотки подключена к линии передачи, хотя авторы рекомендуют, чтобы для максимальной эффективности настроенный передатчик и приемные катушки, другими словами: катушки Тесла.

До сих пор устройства в патенте Авраменко идентичны устройствам Николы Теслы, за исключением того, что им было дано другое имя. Однако факт, что они описывают то, что, по их мнению, является природой однопроводного тока, является ценным.

Заглушка диодная Авраменко

Помимо трансформаторных катушек, вводится одно уникальное устройство для преобразования однопроволочного тока в регулярный ток проводимости: диодная вилка Авраменко.

Диодная вилка Авраменко может питать нагрузку регулярным импульсным постоянным током, непосредственно от однопроводной линии.

Это устройство на самом деле представляет собой не что иное, как установку однополупериодного выпрямителя с входными клеммами двух диодов, подключенных к однопроводной линии передачи, но это дает некоторые результаты, заставляющие задуматься.

Например, когда традиционный магнитоэлектрический или термоэлектрический миллиамперметр используется на однопроводной линии, ток не измеряется, но когда эти же измерители подключены к цепи вилки Авраменко, ток равен измеренным

Кроме того, включение резистора 10 кОм, конденсатора или катушки индуктивности последовательно с однопроводной линией не влияет на ток, измеряемый в цепи вилки Авраменко на конце линии! Однопроводной ток, кажется, полностью «игнорирует» эти компоненты, намекая на сверхпроводящие свойства ! Они делают , а не , похоже, соблюдают закон Ома или законы Кирхгофа.

Зная это, следующий пункт из патента Авраменко имеет смысл.

«Изобретение позволит резко снизить затраты, связанные с передачей электроэнергии на большие расстояния, и резко снизить потери джоулева тепла в линиях электропередачи».

Эти результаты подтверждают утверждение Авраменко о том, что однопроводные токи, которые он и его коллеги Заев и Лисин называют «токами поляризации» в своей статье 2012 года, принципиально отличаются от токов проводимости и что они имеют продольную, а не поперечную природу.

Улучшенная вилка Авраменко с двухполупериодным мостовым выпрямителем, емкостью, подключенной к ее концу, и магнитоэлектрическим миллиамперметром, подключенным поперек, как предлагает Касьянов (2015)

Другие авторы приходят к тем же выводам, но также упоминают, что Эффективность вилки Авраменко может быть увеличена за счет использования двухполупериодной мостовой схемы выпрямителя.

Внедрение в сеть РФ

Неоспоримые экспериментальные данные свидетельствуют о том, что однопроводная передача энергии возможна и намного дешевле и эффективнее, чем наша древняя трехфазная электросеть, поскольку в ней используется меньше проводов меньшего диаметра, поэтому потребуется меньше полюсов, можно использовать трансформаторы меньшего размера. благодаря более высокой частоте во время передачи теряется меньше энергии, увеличивается дальность передачи и пропускная способность, а также устраняется опасность коротких замыканий.

И хотя западные ученые все еще смеются над осуществимостью однопроводных токов, российское правительство уже много лет финансирует исследования в этой области с целью серьезно модернизировать более 1 миллионов километров устаревших воздушных линий электропередачи в ближайшие 15 лет.

лет

В докладе 2018 года Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ России предлагает использовать эту технологию, чтобы …

«Прямое преобразование солнечной энергии и трансконтинентальная передача тераваттной мощности с использованием технологии резонансных волноводов, разработанной Н.Тесла »

Помимо передачи электроэнергии по всему миру, в статье продолжается описание других применений технологии Tesla, некоторые из которых уже запатентованы авторами, в том числе:

• Электрические ракеты
• Безхлорные способы создания солнечных элементов
• 10-кратное снижение затрат на электролиз для производства водорода
• Безбатарейные электромобили
• Бесконтактное питание для поездов
• Подземные кабели для замены воздушных

Если США и Европа хочет оставаться конкурентоспособной, кажется, пора начать серьезно относиться к этой революционной технологии и начать вкладывать серьезные усилия в ее разработку.

А как насчет трехфазных двигателей ?!

После прочтения этой статьи я надеюсь, что жизнеспособность и революционный характер однопроводной передачи энергии стали очевидны. Однако по одному проводу может передаваться только 1 фаза, что нормально для большинства бытовых потребителей, но вначале мы узнали, что для работы промышленных двигателей требуется трехфазное питание…

К счастью, есть несколько решений для создания трехфазного питания от однофазной линии.

Создание трехфазного питания от однопроводной линии, как это предлагает Майкл Банк.

1. TRiiiON предлагает трехфазное питание по принципу «plug & play»
2. Изобретатель B-Line, упомянутый в этой статье, также предлагает решение: разделить одиночный провод Линия на три линии на стороне клиента, затем используйте простые фильтры L & C, чтобы сдвинуть 2 фазы на 60º и 1 фазу на 180º с помощью катушки инвертора, в результате чего получится трехфазный ток

Заключительные мысли

В этой статье описаны 4 метода передачи электроэнергии по одному проводу без возврата.

Оказывается, эффект невероятно легко воспроизвести: возьмите любой трансформатор и используйте только одну клемму вторичной обмотки. Вот и все! Затем вы можете еще больше повысить эффективность передачи, запустив трансформатор на его резонансной частоте.

Поскольку репликация настолько проста, а потенциал сверхпроводимости при комнатной температуре настолько очевиден, меня, честно говоря, сбивает с толку, что эта технология не используется в полную силу исследователями всего мира.Похоже, только Россия серьезно к этому относится.

Я призываю всех, кто читает это, начать экспериментировать и найти способы распространения этой технологии. Я предполагаю, что это не будет принято до тех пор, пока не будет доступен полностью разработанный продукт или метод, который сэкономит предприятиям или потребителям столько денег, что они будут почти вынуждены их принять.

Если вы знаете какие-либо методы для достижения однопроводной передачи энергии, которые не были упомянуты в этой статье, поделитесь, пожалуйста, в комментариях!

Поддержите это исследование на Patreon!

Физика резонанса

Электрические схемы

Трудно понять, что электрические цепи могут резонируют, потому что мы не видим, как это происходит.Тем не менее, это один из самых полезные и распространенные формы резонанса.

Резонанс может возникать в так называемом RLC схема. Буквы обозначают разные части схемы. р для резистора. Это устройства, преобразующие электрическую энергию. в тепловую энергию. Другими словами, они удаляют энергию из цепь и преобразовать ее в тепло. L обозначает индуктор. (Как они придумали L для индуктора трудно понять.) Индуктивность в электрических цепях подобна массе или инерция в механических системах. Это ничего не значит, пока вы не попытаетесь изменить. В механике изменение — это изменение скорости. В электрическая цепь это изменение тока. Когда это происходит, индуктивность сопротивляется изменение. C — для конденсаторов, которые хранят электрическую энергия почти так же, как пружины хранят механическую энергию. Индуктор концентрирует и хранит магнитную энергию, в то время как конденсатор концентрирует заряд и тем самым накапливает электрическую энергию.

Конечно, первый шаг к пониманию резонанса в любой системе — найти собственную частоту системы. Здесь индуктор (L) и конденсатор (C) являются ключевыми компонентами. В резистор имеет тенденцию гасить колебания, потому что он забирает энергию из схема. Для удобства мы временно проигнорируем его, но помните, Подобно трению в механических системах, сопротивление в цепях невозможно устранить.

Рисунок 1: Положение переключателя для зарядка конденсатора		Рисунок 2: Положение переключателя для включения цепь колеблется

Мы можем заставить цепь колебаться с естественной частоты, сначала сохраняя электрическую энергию или, другими словами, заряжает свой конденсатор, как показано на рисунке 1.Когда это будет выполнено переключатель переведен в положение, показанное на рисунке 2.

В момент времени = 0 все электрические энергия накапливается в конденсаторе, и ток равен нулю (см. Рисунок 3). Обратите внимание, что верхняя пластина конденсатора заряжена. положительно и низко отрицательно. Мы не видим электроны колебания в цепи, но мы можем измерить его с помощью амперметра и построить график зависимости тока от времени, чтобы представьте себе, что такое колебание.Обратите внимание, что T на нашем графике — это время, необходимое для завершения одного колебания.		Рисунок 3: Начало колебаний
Ток течет по часовой стрелке (см. Рис. 4).Энергия перетекает из конденсатора в катушку индуктивности. Вначале может показаться странным, что индуктор содержит энергию, но это подобна кинетической энергии, содержащейся в движущейся массе.		Рисунок 4: время = 1 / 4T
В конце концов энергия течет обратно в конденсатор, но обратите внимание, что полярность конденсатора теперь обратная.В других словами, нижняя пластина теперь имеет положительный заряд, а верхняя пластина отрицательный заряд (см. рисунок 5).		Рисунок 5: время = 1 / 2T
Теперь ток меняется на противоположный, и энергия течет из конденсатора обратно в катушку индуктивности (см. рисунок 6).Наконец-то энергия полностью возвращается в исходную точку, готовая начать Повторите цикл, как показано на Рисунке 3.		Рисунок 6: время = 3 / 4T

Частоту колебаний можно приблизительно определить как следует:

	f	=	1
			2p (LC) 0.5

Где:	f = частота
	L = индуктивность
	C = емкость

Рисунок 7: Резонирующий контур

В реальных цепях LC всегда есть некоторое сопротивление, которое вызывает рост амплитуды тока меньше с каждым циклом.Через несколько циклов ток уменьшается до нуль. Это называется «затухающей синусоидальной» формой волны. Как быстро ток демпфирования до нуля зависит от сопротивления в схема. Однако сопротивление не меняет частоту синусоидальная волна. Если сопротивление достаточно высокое, ток будет вообще не колеблются.

Очевидно, что там, где есть собственная частота, есть способ возбуждают резонанс.Делаем это, подсоединив переменный ток (AC) источник питания до схемы, показанной на рисунке 7. Термин «чередование» означает, что выходной сигнал источника питания колеблется с определенной частотой. Если частота источника питания переменного тока и цепь, к которой он подключен, являются то же самое, то возникает резонанс. В этом случае мы измеряем амплитуду или величина колебания при измерении тока.

Обратите внимание на рисунок 7, что мы снова вставили резистор в схему.Если нет резистора в цепи амплитуда тока будет увеличиваться, пока цепь не сгорит вверх. Увеличение сопротивления ведет к уменьшению максимального размера амплитуда тока, но не меняет резонансную частоту.

Как показывает практика, цепь не будет колебаться, если сопротивление (R) достаточно низкое, чтобы соответствовать следующему условию:

	R	=	2 (аккредитив) 0.5

Резонанс в цепях может быть просто любопытством, кроме за его полезность при передаче и приеме беспроводных средства связи, включая радио, телевидение и сотовые телефоны. Передатчики, используемые для отправки сигналов, обычно представляют собой схемы, разработанные резонировать на определенной частоте, называемой несущей частотой.В передатчик затем подключается к антенне, которая излучает электромагнитные волны на несущей частоте.

Антенна на другом конце принимает сигнал и подает его в еще один контур, также предназначенный для резонанса на несущая частота. Очевидно, что антенна принимает много сигналов на разные частоты, не говоря уже о фоновом шуме. Резонирующий схема по существу выбирает правильную частоту из всех нежелательные.

В радиомодулях с амплитудной модуляцией (AM) амплитуда несущая частота изменена так, чтобы она содержала звуки снял микрофон. Это простейшая форма радио передачи, но очень чувствителен к шумам и помехам.

Частотно-модулированное радио или FM-радио решают многие проблемы. проблемы AM-радио, но ценой более высокой сложности в система. В системе FM звуки преобразуются электронным способом в небольшие изменения несущей частоты.Единица оборудования, которая выполняет преобразование, называется модулятором и используется с передатчик. Кроме того, к разъему должен быть добавлен демодулятор. приемник для преобразования сигнала обратно в форму, которую можно воспроизвести на динамик.

Ссылки:

Физика для ученых и инженеров, 4-е издание Том 2 , Раймонд А.Serway, Saunders College Publishing, стр.949

.

Благодарности:

Этот проект поддержан Национальный научный фонд Грант Research
Experience for Teachers в рамках программы Clemson University Лето
, бакалавриат, исследования в области беспроводной связи.

Особая благодарность д-ру Чалмерсу Батлеру из Университета Клемсона. за его руководство и вклад в подготовку этой страницы.

Для получения дополнительной информации о беспроводной связи и электромагнитном спектре посетите «Скрытый мир электромагнитного спектра».

<предыдущая | содержание | следующая>

Подключение параллельных цепей | CE

Параллельное подключение электрических элементов означает, что у каждого из них будет свой отдельный контур. Следовательно, есть несколько путей, по которым может течь ток.

Где
R ₁ и R ₂ : Резисторы
В: Источник напряжения
I ₁ , I ₂ и I 1 3 Значения тока

Напряжение при параллельном подключении

---

На схеме ниже каждый резистор подключается напрямую и независимо к источнику напряжения.Если бы какой-либо резистор был удален, создав разомкнутую цепь в одном из контуров, ток все равно мог бы течь через другой резистор. Общее падение напряжения в каждом контуре должно быть равно напряжению, подаваемому на контур. Следовательно, в схеме, подобной показанной ниже, где один источник напряжения подает напряжение на несколько нагрузок, подключенных параллельно, падение напряжения на каждой будет одинаковым.

Где
В: Источник напряжения
R ₁ и R ₂ : Резисторы
В ₁ и В ₂ : Падение напряжения на каждом резисторе

В = В ₁ = В ₂

Когда два источника напряжения подключены параллельно, положительный вывод одного источника подключается к положительному выводу другого.Таким образом, напряжения, создаваемые каждым источником, не складываются друг с другом — напряжение, подаваемое в цепь, равно напряжению отдельных источников. Следовательно, источники напряжения, соединенные параллельно, должны иметь одинаковое напряжение.

Если два источника напряжения, подключенные параллельно выше, представляют собой фотоэлектрические модули на 3 В, общее напряжение на резисторе будет 3 В. В этой конфигурации положительный (красный) вывод первого модуля подключен к положительному выводу следующего модуля, а отрицательный (черный) вывод первого — к отрицательному выводу следующего.Обратите внимание, что на схеме есть связь между положительной стороной двух источников и между отрицательной стороной. Независимо от того, сколько 3-вольтовых фотоэлектрических модулей соединено вместе в этой конфигурации, напряжение, подаваемое на резистор, всегда будет 3-вольтовым.

В _всего = V ₁ = V ₂ = V ₃ = … = V _n

Ток в параллельной проводке

---

In В параллельной цепи есть несколько путей, по которым может течь ток, и он будет делиться в соответствии с сопротивлением в каждой ветви.Общий ток в цепи все еще должен сохраняться, и поэтому, когда он делится (или объединяется) в соединении, сумма тока, входящего в это соединение, будет равна сумме тока, выходящего из него.

I ₁ = I ₂ + I ₃
I ₃ = I ₄ + I ₅

Следовательно, когда несколько источников напряжения соединены параллельно, напряжение не будет увеличиваться, но ток, подаваемый каждым из этих источников напряжения, будет.

электромагнетизм — как ток может течь через открытый провод (например, дипольная антенна)?

Этот вопрос был задан давно. Надеюсь, тема еще активна. Проблема касается самых основ того, что означает емкость. Не будем сейчас говорить о дипольной антенне. Рассмотрим два отрезка провода любой длины, скажем, по 10 метров каждый, подключенных к простому старому гальваническому элементу на 1,5 В AA. Перед подключением два провода являются нейтральными по заряду, т.е.е. число протонов и электронов равны, и их поля компенсируют друг друга. В тот момент, когда соединение установлено, элемент AA, который представляет собой просто электронный насос, вытягивает электроны из «положительного» (например, красного провода) провода и проталкивает их в «отрицательный» (назовем его синим проводом) провод. Это происходит до тех пор, пока не будет перенесено достаточное количество электронов, чтобы дать нам разность электрических потенциалов по проводам 1,5 В. {до тех пор, пока (ЭДС ячейки) — (Разность потенциалов по проводам) не станет 0}.Теперь внезапно поменяйте местами соединения, то есть подключите красный провод к отрицательной клемме, а синий провод к положительной клемме. Это внезапное изменение направления может быть выполнено с помощью подходящего переключателя. Произойдет обратный процесс. Электроны будут вытягиваться из синего провода и проталкиваться в красный провод до тех пор, пока падение потенциала 1,5 В не изменится с синего на красный. Теперь давайте переключим переключатель в ту и другую сторону, быстро, скажем, 100 раз в секунду. Фактически мы бы создали переменное напряжение 50 Гц от элемента AA (квадратное, а не синусоидальное, но проблема не в этом).Электроны будут выплескиваться таким образом, и, по сути, будет течь переменный ток частотой 50 Гц. Заметьте, переменный ток через разомкнутую цепь. Чтобы учесть этот факт, цепь замыкается емкостью между двумя проводами. Несколько строк назад мы говорили о зарядах, перетекающих из одного провода в другой, пока разность потенциалов между ними не станет равной ЭДС ячейки АА. Сколько электронов нужно переместить от одного провода к другому, чтобы создать частичный разряды 1,5 Вольт? Это зависит от геометрии между двумя проводами, то есть от участков проводящего материала, обращенных друг к другу, деленных на расстояние между проводами.Мы только что определили конденсатор. Провода образуют конденсатор! Мы можем увеличить емкость пары проводов, превратив их в плоские «пластины», так что площадь двух «пластин» увеличится, и приблизив эти «пластины» друг к другу. Мы также можем вставить между ними тонкий пластиковый лист (например, полистирол), чтобы увеличить диэлектрическую проницаемость. В любом случае, давайте вернемся к нашей дипольной антенне. Тайна того, как может существовать ток, несмотря на разомкнутую цепь, к настоящему времени должна быть решена.{Между прочим, гидравлическая аналогия, которую опровергает bigjosh, неплохая аналогия. Рассмотрим резиновый шланг, который может набухать под давлением (даже несжимаемой) воды и оказывать противодавление на насос} Хорошо, а чем отличается наш диполь? Частота. По мере увеличения частоты мы должны учитывать скорость «электричества» в нашей антенне. Я не имею в виду скорость дрейфа электронов, которая обычно составляет микрон в секунду. Я имею в виду, что электрический ток включает в себя передачу информации о величине ЭДС, приложенной на одном конце в любой момент времени (в данном случае информация о том, когда именно мы щелкнули этим переключателем).Что касается нашего элемента AA и наших проводов длиной 10 м, мы могли бы просто предположить, что факт нашего щелчка переключателем мгновенно достигнет конца провода, мы не можем сделать то же предположение на более высоких частотах. Информация не может течь по проводам быстрее света. Фактически, это емкость и индуктивность проводов, которые немного замедляют его, так же как эластичность и масса на единицу длины резинового шланга, которые замедляют распространение новостей о моем открытии и закрытии крана}.

Есть последствия. Начинает иметь значение длина проводов дипольной антенны. Предположим, мы должны щелкнуть переключатель не на частоте 50 Гц, а на частоте 1 гигагерц, и к тому времени, когда известие о моем щелчке переключателем достигнет конца проводов, я уже переключаю его в другую сторону. Известие о переключателе на самом деле распространяется по проводам, как волна. И эта волна возвращается, когда встречается с разомкнутым концом. Теперь две волны пересекают друг друга, и мы получаем стоячую волну. Рассмотрим дипольную антенну, рассчитанную на сигналы 1 ГГц.половина длины волны составляет 1,5 см. Каждое плечо дипольной антенны имеет длину 1,5 см. На частоте 1 ГГц, даже если элемент AA находится в центре дипольной антенны, напряжение там никогда не поднимается выше нуля! (Прочтите о стоячих волнах). Напряжение на конце дипольного плеча длиной 1,5 см (полуволны) будет показывать устойчивое напряжение 1 ГГц с пиком 1,5 В. Между ними будут промежуточные значения. С другой стороны, ток имеет максимальное пиковое значение в центре антенны и нулевое значение на концах.Антенна 1,5 см является «резонансной» на частоте 1 ГГц. Любые другие частоты сильно ослабляются.

Эффективная передача энергии структурного резонанса от микроволн к ограниченным акустическим колебаниям в вирусах

По изображениям, полученным с помощью просвечивающего электронного микроскопа, люди знали, что вирионы вирусов гриппа в основном представляют собой сферические шары, упаковывающие внутри геномы. Поскольку белок и геном имеют схожие механические свойства ⁸ , для оценки частот диполярных колебаний мы рассматриваем вирион как однородную сферу.

Диполярный режим однородной сферы

Из-за пространственного ограничения не только электронное, но и акустическое квантование энергии наблюдалось в низкоразмерных системах, таких как квантовые точки и нанопроволоки. В 1882 году Лэмб изучил торсионный (TOR) и сфероидальный (SPH) режимы однородной свободной сферы, рассматривая граничное условие без напряжений на поверхности ¹² . Среди этих режимов режим SPH с допускающей диполярной связью ¹³ и соответствующее уравнение собственных значений может быть выражено как ^14,15 :

, где — сферическая функция Бесселя первого рода, ω — угловая частота колебательная мода, R — радиус наносферы, c _l и c _t — продольная и поперечная скорости звука соответственно.Сравнение обычно наблюдаемого режима дыхания и диполярного режима можно найти в дополнительном онлайн-режиме. Поскольку диполярная мода наносферы не может быть обнаружена экспериментами по светорассеянию ¹⁶ , она не наблюдалась до предыдущего исследования резонансного возбуждения дипольной моды посредством волны ТГц или микроволнового возбуждения ^17,18 , когда ядро и оболочка наносферы имеют постоянное разделение зарядов. После того, как к наносфере было приложено резонансно колеблющееся электрическое поле, возникло противоположное смещение между ядром и оболочкой, что вызвало колебания дипольной моды.По сравнению с режимами дыхания () и квадраполярности (), дипольный режим () является единственным режимом SPH, который напрямую взаимодействует с электромагнитными волнами, длина которых намного больше, чем размер частицы. В связи с тем, что вирусы обладают постоянным разделением зарядов, в 2009 году было подтверждено, что диполярное взаимодействие с КАВ является механизмом, ответственным за микроволновое резонансное поглощение в вирусах, рассматривая сферические вирусы как свободные гомогенные наночастицы ^8,9 .

На рисунке 1 показано смоделированное поле смещения дипольной моды (рассчитанное методом конечных элементов, COMSOL Multiphysics, COMSOL, Inc.) однородной сферы (массовая плотность и вязкоупругие свойства постоянны по всей сфере). Мы определяем направление относительного смещения дипольной моды как направление z, которое также будет направлением поля приложенных электромагнитных волн, обсуждаемых в следующем разделе. Построив поле смещения плоскости x-z (y = 0) сферы, противоположное смещение между областями ядра и оболочки можно ясно наблюдать на рис. 1 (b). Между тем на рис. 1 (c) показан вид сбоку искажения плоскости x-y сферы в различных положениях z, из которого делается вывод, что максимальное искажение происходит в экваториальной плоскости (z = 0) сферы.На рис. 1 (г) показан вид сверху поля смещения экваториальной плоскости (z = 0). Интересно узнать, что величина усредненного положительного смещения (внутренняя область) в 1,27 раза превышает величину усредненного отрицательного смещения (внешняя область), в то время как положительные и отрицательные смещения занимают 42% и 58% площади соответственно. Кроме того, можно обнаружить, что максимальная величина смещения, возникающего либо в самом центре, либо на внешней поверхности экваториальной плоскости, примерно вдвое превышает усредненную величину смещения.

Рисунок 1

( a ) Схема, показывающая однородную сферу и приложенное электрическое поле ( b ) Распределение поля смещения в плоскости xz (y = 0) сферы, ( c ) вид сбоку искажение плоскости xy в разных положениях z и ( d ) вид сверху распределения поля смещения плоскости экватора (z = 0) сферы при возбуждении режима дипольного резонанса.

Модель демпфированной массы-пружины

В этой работе микроволны применялись для возбуждения диполярного резонанса всей структуры вируса.Возбуждая дипольную моду наносферы, ядро ​​и оболочка с противоположным распределением заряда будут двигаться в противоположных направлениях и будут резонировать, как система демпфированной массы-пружины ¹⁷ . Наш следующий анализ похож на модель Друде-Лоренца, описывающую взаимодействие легкого атома, которое связывает систему демпфированной массы-пружины с квантово-механическими электронными резонансными переходами. В системе с амортизированной массой и пружиной, приняв при анализе приведенную массу ( м * ) сердечника и оболочки, относительное перемещение смещения может быть показано в следующем уравнении:

, где z — относительное смещение. между сердечником и оболочкой; b — коэффициент демпфирования, связанный с окружающей средой; k — эффективная жесткость пружины этой системы.Предполагая, что z (t) пропорционально exp (i ω t) , можно решить комплексную угловую частоту резонатора как:

Следовательно, скорость затухания колебаний равна мнимой части частоты ( b / 2m * ), что соответствует ω ₀ / 2Q ¹⁹ :

Угловая частота собственного резонанса (ω ₀ ) этой системы составляет ( k / ) ^0,5 . Q — добротность резонатора. Из уравнения (4) следует, что более сильное демпфирование увеличивает передачу энергии между резонатором и окружающей его средой, что уменьшает ограничение вибрации и приводит к более низкому значению Q . Теперь мы приближаемся к тому, что сферический вирус похож на однородную сферу, но с противоположными и равными зарядами в областях ядра и оболочки. Когда к системе прикладывается осциллирующее электрическое поле ( cos ) микроволн, принудительные смещения будут индуцироваться с той же частотой, что и применяемые микроволны.Уравнение движения теперь должно включать силу, индуцированную приложенным электрическим полем ( qE ), где q — это общее количество заряда, распределенного в области ядра и оболочки вируса:

Мы описываем вынужденное смещение as, где A — амплитуда вынужденного смещения, а — фазовая задержка между смещением и приложенным электрическим полем. Решая конкретное решение этого дифференциального уравнения, можно получить фазовую задержку и амплитуду вынужденного колебательного смещения как

и

. Мгновенное потребление энергии этой системой затем описывается следующим уравнением, где v равно скорость колебательного движения ¹⁷ :

Путем интегрирования за один полный цикл можно получить среднее потребление энергии системой:

Тогда сечение поглощения вируса можно получить, задав входной поток мощности как с ²⁰

, где — относительная диэлектрическая проницаемость в системе, а c — скорость света в вакууме.

Порог разрушения вируса

При осциллирующей диполярной вибрации для инактивации вируса наиболее вероятным механизмом является разрушение самой внешней поверхности экваториальной плоскости (z = 0) из-за расположения максимальных искажений, как показано на Рис. 1 (в, г). Для вирусов гриппа это соответствует липидной мембране оболочки. Чтобы оценить максимальное индуцированное напряжение в экваториальной плоскости, мы разделим максимальную индуцированную силу на площадь области оболочки (определяемую направлением движения в приближенной модели) в экваториальной плоскости.Следуя приведенному выше обсуждению, мы обнаружили, что максимальное индуцированное напряжение в два раза превышает среднее значение, а область оболочки покрывает 58% экваториальной плоскости:

Если можно получить требуемый порог напряжения для разрушения вируса, пороговая величина электрического поля падающие микроволны также можно получить с помощью:

На рисунке 2 показана пороговая величина падающего электрического поля на разных частотах с разными Q на основе уравнения (12) с фиксированным пороговым значением.Можно заметить, что минимум пороговой величины электрического поля возникает, когда приложенная частота близка к собственной резонансной частоте. Кроме того, фактор качества полости Q играет важную роль. Изменяя значение pH раствора, можно регулировать состояние заряда вирусной поверхности, что влияет на Q вибрации. Например, предыдущие исследования показали, что полость Q сферических вирусов находится в диапазоне от 2 до 10 за счет повышения значения pH раствора с 5.4 по 7,4 ⁸ . При увеличении Q больше энергии может удерживаться внутри резонатора, что приводит к гораздо более низкой пороговой величине микроволнового поля на резонансной частоте.

Рисунок 2

Пороговые величины электрического поля падающих электромагнитных волн для разрушения вируса в зависимости от угловой частоты с различными Q .

Для экспериментального исследования эффективности SRET от микроволн до CAV сферических вирусов был использован вирус гриппа A подтипа h4N2.h4N2 — это подтип вируса гриппа А, вызывающего грипп. Такие вирусы могут инфицировать птиц и млекопитающих и становятся все более распространенными при сезонном гриппе, от которого ежегодно умирает около 6309 человек в Соединенных Штатах, включая пневмонию и грипп, вызывающий ²¹ . Основываясь на предыдущих исследованиях, средняя масса и диаметр вируса h4N2 составляют 161 MDa ²² и 100 нм ²³ . Здесь мы аппроксимируем структуру вируса как наносферу со структурой ядро-оболочка с противоположным распределением заряда.Оболочка (90% от общей массы) содержит липид, нейраминидазу (NA), гемагглютинин (HA) и М-белок. Ядро (10% от общей массы) включает РНК и РНП. Приведенная масса ( м * ) вируса, таким образом, составляет 14,5 МДа. Из литературы ²⁴ видно, что сила 400 пН, приложенная к наконечнику АСМ, может разрушить липидную оболочку. Поскольку радиус острия составлял 30 нм ²⁴ , пороговое напряжение разрушения оболочки составляло 0,141 МПа (). Чтобы рассчитать пороговую величину электрического поля для разрушения вируса h4N2 по уравнению (12), некоторые важные параметры, такие как q , Q и ω ₀ исследуемого вируса h4N2, должны быть получены с помощью измерение микроволнового спектра поглощения вирусов.

Как показано на рис. 3 (a), мы покрыли структуру копланарного волновода (CPW) микрофлюидным каналом с зоной восприятия длиной 1,25 мм ( L ), чтобы измерить спектр микроволнового поглощения вирусов. Этот микроволновый микрожидкостный канал может обеспечивать ширину полосы микроволн более 40 ГГц. Результаты измерений представлены на рис. 3 (б). Как видно из рисунка, коэффициент поглощения мощности (α) вирусом на резонансной частоте (8,2 ГГц) составлял 21%, а Q был только 1.95 путем измерения полной ширины на половине максимума спектра. Поскольку плотность вирусов ( N ) в растворе составляла 7,510 ¹⁴ м ⁻³ , экспериментальное сечение поглощения вируса на резонансной частоте можно рассчитать с помощью следующего уравнения:

Рисунок 3

( a ) Спроектированная схема CPW для измерения микроволнового спектра, покрытая микрожидкостным каналом. ( b ) Измеренный микроволновый спектр поглощения вирусов h4N2.( c ) Расчетная пороговая величина электрического поля для разрушения вируса в зависимости от частоты микроволн.

Из уравнения (10) теоретическое поперечное сечение поглощения вируса на резонансной частоте составляет:

При установке PBS на 8,2 ГГц как 67,13 ²⁵ , = можно получить, сравнивая уравнение (13) и уравнение (14).

На данный момент получены все параметры для оценки порога электрического поля в уравнении (12). Подставляя порог P _{, напряжение} = 0.141 МПа , =, м * = 14,5 МДа, Q = 1,95 и ω ₀ = 2π × 8,22 ГГц в уравнение (12), пороговая величина электрического поля для разрушения вируса при различных частотах СВЧ можно рассчитать. Результат показан на рис. 3 (c). Для сравнения со следующими экспериментами по инактивации наша оценочная пороговая величина электрического поля на частотах 6, 8 и 10 ГГц составляет 103,3, 86,9 и 137,1 В / м соответственно. Минимальный порог возникает около 8 ГГц из-за резонанса, и можно ожидать, что достаточное внутреннее напряжение для разрушения вируса будет более эффективно генерироваться более слабым электрическим полем.

В соответствии со стандартом безопасности микроволн IEEE, усредненное в пространстве значение плотности мощности в воздухе в открытом общественном пространстве не должно превышать эквивалентную плотность мощности 100 ( f /3) ^1/5 Вт / м ² на частотах от 3 до 96 ГГц ( f в ГГц) ²⁶ . Это соответствует 115 Вт / м ² на 6 ГГц, 122 Вт / м ² на 8 ГГц и 127 Вт / м ² на 10 ГГц для усредненных значений плотностей мощности в воздухе. Предполагая, что вся микроволновая мощность в воздухе на 100% передается в образец, и принимая диэлектрическую проницаемость воды 71.92 (6 ГГц), 67,4 (8 ГГц) и 63,04 (10 ГГц) ²⁵ для расчета, этот стандарт безопасности соответствует средней величине электрического поля 101 В / м (6 ГГц), 106 В / м (8 ГГц), 110 В / м (10 ГГц) внутри образцов на водной основе. Интересно отметить, что требуемые пороговые величины электрического поля на резонансной частоте (86,9 В / м) для разрушения вирусов h4N2, как показано на рис. 3 (c), находятся в пределах стандарта безопасности микроволн IEEE (106 В / м), что указывает на высокая эффективность SRET, несмотря на низкую добротность вируса h4N2.

Рабочий лист по резонансу — Электрические цепи переменного тока

Позвольте электронам сами дать вам ответы на ваши собственные «практические проблемы»!

Ноты:

По моему опыту, студентам требуется много практики с анализом цепей, чтобы стать профессионалом. С этой целью инструкторы обычно предоставляют своим ученикам множество практических задач, над которыми нужно работать, и дают ученикам ответы, с которыми они могут проверить свою работу. Хотя такой подход позволяет студентам овладеть теорией схем, он не дает им полноценного образования.

Студентам нужна не только математическая практика. Им также нужны настоящие практические схемы построения схем и использование испытательного оборудования. Итак, я предлагаю следующий альтернативный подход: ученики должны построить свои собственные «практические задачи» с реальными компонентами и попытаться математически предсказать различные значения напряжения и тока. Таким образом, математическая теория «оживает», и учащиеся получают практические навыки, которых они не приобрели бы, просто решая уравнения.

Еще одна причина для использования этого метода практики — научить студентов научному методу : процессу проверки гипотезы (в данном случае математических предсказаний) путем проведения реального эксперимента.Студенты также разовьют реальные навыки поиска и устранения неисправностей, поскольку они время от времени допускают ошибки при построении схем.

Выделите несколько минут времени со своим классом, чтобы ознакомиться с некоторыми «правилами» построения схем, прежде чем они начнутся. Обсудите эти проблемы со своими учениками в той же сократической манере, в которой вы обычно обсуждаете вопросы рабочего листа, вместо того, чтобы просто говорить им, что они должны и не должны делать. Я никогда не перестаю удивляться тому, насколько плохо студенты понимают инструкции, представленные в типичном формате лекции (монолог инструктора)!

Отличный способ познакомить студентов с математическим анализом реальных цепей — попросить их сначала определить значения компонентов (L и C) на основе измерений переменного напряжения и тока.Самая простая схема, конечно же, представляет собой отдельный компонент, подключенный к источнику питания! Это не только научит студентов правильно и безопасно настраивать цепи переменного тока, но также научит их измерять емкость и индуктивность без специального испытательного оборудования.

Примечание по реактивным компонентам: используйте качественные конденсаторы и катушки индуктивности, а также постарайтесь использовать низкие частоты для источника питания. Небольшие понижающие силовые трансформаторы хорошо подходят для катушек индуктивности (как минимум два индуктора в одном корпусе!), Пока напряжение, приложенное к любой обмотке трансформатора, меньше номинального напряжения этого трансформатора для этой обмотки (во избежание насыщения сердечника ).

Примечание для тех инструкторов, которые могут жаловаться на «потраченное впустую» время, необходимое ученикам для построения реальных схем вместо того, чтобы просто математически анализировать теоретические схемы:

Какова цель студентов, посещающих ваш курс?

Если ваши ученики будут работать с реальными схемами, им следует по возможности учиться на реальных схемах. Если ваша цель — обучить физиков-теоретиков, то во что бы то ни стало придерживайтесь абстрактного анализа! Но большинство из нас планируют, чтобы наши ученики что-то делали в реальном мире с образованием, которое мы им даем.«Потраченное впустую» время, потраченное на создание реальных схем, принесет огромные дивиденды, когда им придет время применить свои знания для решения практических задач.

Кроме того, если студенты создают свои собственные практические задачи, они учатся выполнять первичное исследование , тем самым давая им возможность продолжить свое образование в области электротехники / электроники в автономном режиме.

В большинстве наук реалистичные эксперименты намного сложнее и дороже, чем электрические схемы. Профессора ядерной физики, биологии, геологии и химии хотели бы, чтобы их ученики применяли высшую математику в реальных экспериментах, не представляющих опасности для безопасности и стоивших меньше, чем учебник.Они не могут, но вы можете. Воспользуйтесь удобством, присущим вашей науке, и заставьте своих учеников практиковать математику на множестве реальных схем!

.