H05F7 - Використання природних джерел електрики
Власники патенту RU 2414106:
Російська академія сільськогосподарських наук Державна наукова установа Всеросійський науково-дослідний інститут електрифікації сільського господарства Російської академії сільськогосподарських наук (ГНУ ВІЕСХ Россельхозакадеміі) (RU)
Винахід відноситься до галузі приладобудування і може знайти застосування в системах перетворення атмосферної електрики. Технічний результат - розширення функціональних можливостей. Для досягнення даної мети енергію електричного поля атмосфери перетворять в енергію висхідного потоку іонів повітря, з'єднують іонізований потік з накопичувачем зарядів атмосферної електрики і передають накопичену електричну енергію через ключ на резонансній частоті через резонансний понижуючий трансформатор до споживача. Пристрій для використання атмосферної електрики містить вертикально встановлений провідник, з'єднаний із засобом заземлення, елемент для знімання електричної енергії і напівпровідниковий ключ. При цьому вертикально встановлений провідник виконаний у вигляді активного блискавковідводу і містить перетворювач енергії електричного поля в іонізований висхідний потік іонів повітря. Елемент знімання містить накопичувач зарядів атмосферної електрики, з'єднаний з перетворювачем, виконаним у вигляді керованого імпульсного ключа, з'єднаного через резонансний понижуючий трансформатор з навантаженням. 2 н. і 3 з.п. ф-ли, 5 мул.
Винахід відноситься до галузі використання атмосферної електрики.
Завданням запропонованого винаходу є створення способу та пристрою для використання атмосферної електрики, вільного від вищевказаних недоліків, зниження вартості пристрою і витрат енергії на функціонування пристрою.
В результаті використання запропонованого винаходу з'являється можливість перетворити висока напруга, що отримується з атмосфери в знижений, придатне для подальшого перетворення і використання.
Технічний результат досягається тим, що в пропонованому способі використання атмосферної електрики шляхом збору, передачі та акумулювання електричної енергії з атмосфери і її перетворення і передачі до споживача, енергію електричного поля атмосфери перетворять в енергію висхідного потоку іонів повітря, з'єднують іонізований потік з накопичувачем зарядів атмосферної електрики і передають накопичену електричну енергію через ключ на резонансній частоті через резонансний понижуючий трансформатор до спожи елю.
У пропонованому способі використання атмосферної електрики іонізований потік створюють за допомогою активного блискавкоприймача шляхом її порушення від електростатичного генератора, на який подають електричну енергію від сонячного джерела енергії.
Технічний результат досягається також тим, що в пристрої для використання атмосферної електрики, що містить вертикально встановлений провідник, з'єднаний із засобом заземлення, елемент для знімання електричної енергії і напівпровідниковий ключ, вертикально встановлений провідник виконаний у вигляді активного блискавковідводу і містить перетворювач енергії електричного поля в іонізований висхідний потік іонів повітря, а елемент знімання містить накопичувач зарядів атмосферної електрики, з'єднаний з преобраз вателем, виконаним у вигляді керованого імпульсного ключа, з'єднаного через резонансний понижуючий трансформатор з навантаженням.
У варіанті пристрою для використання атмосферної електрики, активний блискавковідвід містить електростатичний генератор, з'єднаний з сонячним автономним джерелом енергії і встановлений в безпосередній близькості від перетворювача енергії електричного поля.
В іншому варіанті пристрою використання атмосферної електрики перетворювач енергії електричного поля встановлено Осесиметрична всередині циліндричного голчастого екрану, з'єднаного через електростатичний генератор з сонячним автономним джерелом енергії.
Спосіб і пристрій для використання атмосферної електрики ілюструється фіг.1, 2, 3, 4, 5, де на фіг.1 представлена блок-схема перетворення атмосферної електрики, на фіг.2 - електрична схема з ключем на вході понижуючого резонансного трансформатора, на фіг .3 - електрична схема з ключем, встановленим між первинною обмоткою понижуючого трансформатора і заземленням, на фіг.4 - електрична схема пристрою з ключем на вході індуктивного накопичувача зі сглаживающим фільтром, на фіг.5 - електрична схема пристрою использ ованія атмосферної електрики з перетворювачем енергії електричного поля в іонізований висхідний потік повітря і електростатичним генератором, сполученим з сонячним автономним джерелом енергії.
Спосіб і пристрій для використання атмосферної електрики на фіг.1 містить вертикальний провідник 1, перетворювач енергії 2 електричного поля в висхідний потік іонів повітря 3, накопичувач зарядів атмосферної електрики 4, ключ 5, резонансний контур 6, понижуючий резонансний трансформатор 7 і навантаження 8.
У безпосередній близькості від перетворювача енергії електричного поля 2 встановлений електростатичний генератор 9, з'єднаний з автономним сонячним джерелом енергії 10. Накопичувач енергії 4 і резонансний контур 6 має заземлення 11 і 12.
В електричній схемі пристрою використання атмосферної електрики на фіг.2 накопичувач 4 з'єднаний з перетворювачем енергії 2 електричного поля в висхідний потік іонів повітря 3 і за допомогою комутатора 13 - з додатковим накопичувачем 14, а через ключ 5 і резонансний контур 6 - зі знижувальним резонансним трансформатором 7 і навантаженням 8. Резонансний контур 6 складається з паралельно включених ємності 15 і індуктивності 16 високовольтної обмотки понижувального трансформатора 7.
В електричній схемі пристрою на Фіг.3 замість ключа 5 встановлений ключ 7 між високовольтної обмотки 16 і заземленням 12, що дозволяє використовувати електронні ключі і полегшує управління ними. У пристрої для використання атмосферної електрики на фіг.4 ключ 18 з'єднаний послідовно з індуктивним накопичувачем 19 і навантаженням 8. Пристрій містить ємнісний накопичувач 4, конденсатор 20 і діод 21.
Пристрій на фіг.5 містить електричний генератор 9, встановлений в безпосередній близькості від перетворювача енергії електричного поля 2. Електростатичний генератор 9 виконаний у вигляді резонансного трансформатора Тесла 22 з високовольтним діодом 23 на виході високовольтної обмотки 24. Первинна обмотка 25 трансформатора Тесла 22 з'єднана через ємність 26 з ключем 27 і з сонячним автономним джерелом енергії 10, який складається з сонячного фотоелектричного модуля 28, діода 29, акумулятора 30 і блоку контролю заряду 31. Електрично й генератор 9 з'єднаний з циліндричним екраном 32 з провідного матеріалу, всередині якого без безпосереднього контакту встановлено осесіметрічно перетворювач 2.
На внутрішній поверхні циліндричного екрану 32 по всій його поверхні встановлені голки 33, спрямовані по радіусу до осі циліндра 32. Перетворювач 2 з'єднаний з землею 11 через накопичувач 4 і з ключем 5 через обмежує дросель 34. Ключ 5 приєднаний паралельно до послідовного резонансного контуру 6, що складається з ємності 35 і високовольтної обмотки 36 понижуючого резонансного трансформатора 7. Низьковольтна обмотка 37 понижувального трансформатора 7 з ємністю 38 утворює послідовний резонансний контур 39, налаштований на рез нансную частоту коливального контуру 6 в високовольтної обмотці 36 понижувального трансформатора 7. Вихід резонансного контуру 39 через випрямляч 40 і інвертор 41 з'єднаний з електричним навантаженням 8.
Пристрій використання атмосферної електрики працює наступним чином. Атмосферний електрику знімається приймачем 1, накопичується конденсатором 4, потім, коли воно досягає певного значення, замикається ключ 5 і конденсатор 4 розряджається на вхідні обмотку резонансного трансформатора 7. Конденсатор 15 і вхідні обмотка 16 створюють паралельний коливальний контур. Понижаюча обмотка 37 резонансного трансформатора з'єднується з навантаженням 8. Навантаження знижує добротність вхідного контуру і напруга коливань зменшується. При цьому ключ 5 відкривається.
Далі конденсатор 4 знову накопичує заряд, що надходить з приймача 1, і, коли напруга на ньому досягає певного значення, ключ 5 знову замикається і процес повторюється.
Ємність конденсатора 4 вибирається такий, щоб частота спрацьовувань ключа збігалася з частотою вхідного резонансного контуру.
Якщо енергія атмосферної електрики виявляється такою, при якій частота спрацьовувань перевершує частоту вхідного контуру, замикається комутатор 13 і підключається конденсатор 14. При цьому енергія, що закачується в контур, збільшується.
В іншому варіанті, ключ встановлений між первинною обмоткою понижуючого трансформатора і землею, це дозволяє використовувати електронні ключі і спрощує управління ними.
Вихідна напруга для електричних схем на фіг.1, 2, 3 являє собою пульсуючу синусоїду з резонансною частотою LC контуру 4, 5, і вимагає на виході випрямляч з фільтром.
На фіг.4 ключовий елемент 18 і дросель фільтра 19 включені послідовно з навантаженням 8. Робочий цикл перетворювача складається з двох фаз: фази накачування енергії і фази розряду на навантаження. Розглянемо їх докладніше.
Фаза 1 - накачування енергії. Ця фаза протікає протягом часу tи. Ключовий елемент замкнутий і проводить струм iн. який тече від зарядженого конденсатора 4 до навантаження 8 через дросель 19, в якому в цей час відбувається накопичення енергії. В цей же час заряджається конденсатор 20.
Фаза 2 - розряд. Після закінчення фази 1 відбувається розмикання ключа 18, ток iп. підтримуваний індуктивним елементом, викликає ЕРС самоіндукції і струм розряду котушки 19 проходить через діод 21 в навантаження 8. Через деякий проміжок часу tп ключ знову замикається і процес повторюється. В результаті роботи такої схеми вихідна напруга являє собою постійну напругу з невеликими пульсаціями. Від такого напруження можна живити будь-які навантаження.
У варіанті способу і пристрою використання атмосферної електрики в якості додаткового джерела енергії електричного поля атмосфери використовують сонячний автономне джерело живлення 10 (фіг. 5), який передає енергію через електростатичний генератор 9 на циліндричний голчастий екран 32. Електричне поле екрану 32 впливає через голчасті електроди на перетворювач 2, який перетворює енергію електричного поля в висхідний потік іонів 3, який піднімається в атмосферу і утворює провідний канал, по якому переміщаються заряди атмосферної електрики, утворюючи струми, які заряджають ємність 4 і 35. При замиканні ключа 5 в контурі з ємності 35 і індуктивності 36 виникають електричні коливання, які передаються через трансформатор 7, на випрямляч 40, інвертор 41 в навантаження 8.
В якості перетворювача енергії електричного поля в висхідний потік іонів використовують активний блискавкоприймач «Форенд», «Превектрон», «Пульсар» і М-200.
Пропонований спосіб і пристрій для використання атмосферної електрики не вимагає використання аеростата з провідної оболонкою і парогенератора з великими витратами енергії. Іонізований проводить потік 3 створюють за допомогою енергії атмосфери і використовують для отримання електричної енергії, як в умовах грози, так і в безхмарну погоду.
1. Спосіб використання атмосферної електрики шляхом збору, передачі та акумулювання електричної енергії з атмосфери і її перетворення і передачі до споживача, що відрізняється тим, що енергію електричного поля атмосфери перетворять в енергію висхідного потоку іонів повітря, з'єднують іонізований потік з накопичувачем зарядів атмосферної електрики і передають запасені електричну енергію через ключ на резонансній частоті через резонансний понижуючий трансформатор до споживача.
2. Спосіб використання атмосферної електрики по п.1, що відрізняється тим, що іонізований потік створюють за допомогою активного блискавкоприймача шляхом її порушення від електростатичного генератора, на який подають електричну енергію від сонячного джерела енергії.
3. Пристрій для використання атмосферної електрики, що містить вертикально встановлений провідник, з'єднаний із засобом заземлення, і елемент для знімання електричної енергії і напівпровідниковий ключ, що відрізняється тим, що вертикально встановлений провідник виконаний у вигляді активного блискавковідводу і містить перетворювач енергії електричного поля в іонізований висхідний потік іонів повітря, а елемент знімання містить накопичувач зарядів атмосферної електрики, з'єднаний з перетворювачем, виконаним в ві е керованого імпульсного ключа, з'єднаного через резонансний понижуючий трансформатор з навантаженням.
4. Пристрій для використання атмосферної електрики по п.3, що відрізняється тим, що активний блискавковідвід містить електростатичний генератор, з'єднаний з сонячним джерелом енергії і встановлений в безпосередній близькості від перетворювача енергії електричного поля.
5. Пристрій для використання атмосферної електрики по п.3 або 4, що відрізняється тим, що перетворювач енергії електричного поля встановлено Осесиметрична всередині циліндричного голчастого екрану, з'єднаного через електростатичний генератор з сонячним автономним джерелом енергії.