Пристрій “барбоза” для генерування енергії

Реферат: Пристрій для генерування енергії містить щонайменше один феромагнітний вузол (1), первинну обмотку (2) та короткозамкнуту петлю (3) зі щонайменше одним витком, причому додатково введено конденсатор (4), а первинна обмотка (2) та короткозамкнута петля (3) включені послідовно і разом утворюють автотрансформатор (5), вхідні виводи (6, 7) якого підключені до виводів конденсатора (4) і утворюють резонансний LC контур (8). UA 103746 U (54) ПРИСТРІЙ "БАРБОЗА" ДЛЯ ГЕНЕРУВАННЯ ЕНЕРГІЇ UA 103746 U UA 103746 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Пропоноване технічне рішення належить до тепло- та електроенергетики, в даному випадку до вторинних електричних джерел і може бути використане у джерелах безперебійного живлення, стабілізаторах, а також як електричні системи опалювання житлових та інших приміщень. Відоме джерело живлення системи електричного опалювання, що містить котушку індуктивності, з'єднану з контуром навантаження та підключену до первинного джерела енергії з можливістю періодичного з'єднання одного із її кінців з одним із полюсів первинного джерела електричної енергії через електронний ключ, генератор однополярних імпульсів, вихід якого з'єднаний зі входом електронного ключа, при цьому другий кінець котушки індуктивності з'єднаний з другим полюсом первинного джерела електричної енергії через другий електронний ключ, вхід якого з'єднаний з виходом зазначеного генератора однополярних імпульсів з забезпеченням синхронної роботи зазначених електронних ключів. Технічний результат: підвищення коефіцієнта перетворення енергії, [патент UA 104964, "ДЖЕРЕЛО ЖИВЛЕННЯ СИСТЕМИ ЕЛЕКТРИЧНОГО ОПАЛЮВАННЯ", дата публікації 25.03.2014, МПК Н02М1/00, Н02М 11/00, H02N 11/00, Н05 В 6/02]. Недоліком відомого аналога є складність конструкції та низький коефіцієнт корисної дії. Як прототип вибрано електромагнітний пристрій для генерації електричної енергії, що містить щонайменше один феромагнітний вузол для локалізації магнітного поля, первинну обмотку для генерування електромагнітного поля, первинна обмотка оточена коротко замкнутою петлею, що утворює щонайменше один виток і зв'язана через кондуктивний елемент з системою заземлення у вигляді набору штирів, закопаних в ґрунті на значній площі та відповідній глибині [РСТ WO 2013/104042, "ELECTROMAGNETIC DEVICE FOR CAPTURING ELECTRONS FROM THE GROUND TO GENERATE ELECTRICITY", дата публікації: 18 липня 2013 p]. Відоме технічне рішення дозволяє генерувати потужність теплової або електричної енергії в короткозамкнутій петлі, що в десятки разів перевищує потужність вторинного джерела змінного струму (акумулятора) на вході пристрою, а швидке нагрівання короткозамкнутої петлі дозволяє ефективно його застосовувати в системах опалення. Недоліком прототипу є неможливість його функціонування в рухомих та переносних системах генерування теплової та електричної енергії, наприклад, в електромобілях, електричних катерах, яхтах, літаках, гелікоптерах тощо, оскільки для функціонування пристрою необхідно короткозамкнуту петлю під'єднувати до системи заземлення через спеціальний кондуктивний елемент. При цьому характеристики та організація системи заземлення суттєво впливають на ефективність генерування надлишкової потужності змінного струму і обмежують частоту синусоїдального струму на виході відомого пристрою в межах від 50 Гц до 400 Гц, що призводить до суттєвого збільшення габаритів прототипу. Задачею пропонованого технічного рішення є спрощення конструкції, зменшення габаритів та створення мобільного джерела живлення, що забезпечує генерування значної потужності на його виході. З цією метою в пристрої, що містить щонайменше один феромагнітний вузол, первинну обмотку та короткозамкнуту петлю зі щонайменше одним витком, згідно з пропозицією, введено конденсатор, а первинна обмотка та короткозамкнута петля включені послідовно і разом утворюють автотрансформатор, вхідні виводи якого підключені паралельно до виводів конденсатора і утворюють разом резонансний LC-контур. Крім того, згідно з пропозицією, первинна обмотка розділена на секції, що розташовані по обидва боки від витків короткозамкнутої петлі, яка виконана із двох провідників різного поперечного перерізу, причому короткозамкнута петля включена зустрічно до первинної обмотки. Крім того, згідно з пропозицією, короткозамкнута петля виконана із ліцендрату, а феромагнітний вузол містить феритові осердя тороїдальної форми. Крім того, згідно з пропозицією, котокозамнута петля частково виконана із мідної труби з можливістю циркуляції в ній теплоносія. Між суттєвими відмінностями запропонованого технічного рішення та досягнутою метою існує безпосередній причинно-наслідковий зв'язок. Послідовне включення первинної обмотки та короткозамкнутої петлі по схемі автотрансформатора та підключення конденсатора паралельно до виводів автотрансформатора дозволяє створити резонанс струмів та усунути необхідність використання заземлення і кондуктивного елемента. Завдяки відсутності системи заземлення запропонований пристрій отримує мобільність і може генерувати на виході електричний струм високої частоти в межах від 20 кГц до 100 кГц, а збільшення частоти зміни струму в обмотках запропонованого пристрою дозволяє пропорціонально зменшити його габарити в десятки разів. 1 UA 103746 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Виконання короткозамкнутої петлі із мідної труби з можливістю циркуляції теплоносія дозволяє миттєво підігрівати теплоносій в системах опалення або ефективно охолоджувати короткозамкнуту петлю. На Фіг. 1 зображено схему пристрою для генерування енергії. На Фіг. 2 зображено конструкцію частини феромагнітного вузла з обмотками. На Фіг. 3 зображено виконання частини короткозамкнутої петлі із мідної труби. На Фіг. 4 зображено векторну топографічну діаграму напруг і струмів в різних точках пристрою. Пристрій на Фіг. 1 містить щонайменше один феромагнітний вузол 1 відповідної геометричної конфігурації з первинною обмоткою 2, короткозамкнуту петлю 3 зі щонайменше одним витком, конденсатор 4, Первинна обмотка 2 та короткозамкнута петля 3 включені послідовно і разом утворюють автотрансформатор 5, вхідні виводи 6 та 7 якого підключені до виводів конденсатора 4. При цьому конденсатор 4 разом з відповідними обмотками автотрасформатора 5 утворюють паралельний резонансний LC-контур 8. Обмотка 2 розділена на секції 9 та 10, що розташовані по обидва боки від витків короткозамкнутої петлі 3, як це показано на Фіг. 2. Короткозамкнута петля 3 утворена із двох провідників 11 та 12 з різним поперечним перерізом з метою зниження температури нагрівання петлі 3 в районі первинної обмотки 2. При цьому переріз провідника 11 короткозамкнутої петлі 3 в районі первинної обмотки 2 в два-три рази більший від поперечного перерізу провідника 12, а короткозамкнута петля 3 включена зустрічно до первинної обмотки 2. В найпростішому випадку при генерації електричної енергії промислової частоти 50 Гц короткозамкнута петля 3 виконана із багатожильного кабеля в ізолюючій оболонці з загальним поперечним перерізом жил не менше 2 10-и мм . У випадку генерування електричної енергії з частотою понад 20 кГц короткозамкнута 2 петля 3 виконана із ліцендрату з сумарним поперечним перерізом не менше 15-и мм . При цьому феромагнітний вузол 1 містить феритові осердя тороїдальної форми 20 для зменшення втрат на перемагнічування окремих його ділянок. У випадку застосування пристрою для генерування теплової енергії в системах опалення короткозамкнута петля 3 виконана на Фіг. 3 частково із мідної труби 13, яка разом з мідною перемичкою 14, припаяною в точках 15 та 16, утворює коротко замкнутий контур 3 у вигляді одного-двох витків з можливістю циркуляції в трубі 13 теплоносія 17 через отвори 18 та 19 для охолодження контуру 3. У випадку застосування пристрою для генерування струму промислової частоти 50 Гц феромагнітний вузол 1 містить тороїдальний магнітопровід 20 із трансформаторної сталі (див. Фіг. 3). При необхідності, до виводу 21 секції 10 первинної обмотки 2 та виводу 22 короткозамкнутої петлі 3 в автотрансформаторі 5 підключено активне навантаження Rn або інше довільне комплексне навантаження, що має активну складову (електродвигун тощо). Пристрій для генерування електричної енергії функціонує наступним чином. Потенціали діючих напруг для кожної точки електричного кола на Фіг. 1 зображені у формі векторів на комплексній площині, представленій на Фіг. 4. В переважному варіанті виконання один із виводів 21 пристрою підключений до вторинного джерела змінного струму 23 малої потужності (не більше 200 Вт), наприклад, інвертора. При подачі напруги U1 (220 B) з виходів 24, 25 малопотужного вторинного джерела змінного струму 23 (інвертора) на виводи 6, 7 автотрансформатора 5 та на виводи паралельно підключеного до нього конденсатора 4 спостерігається резонанс струмів, в результаті чого струм її в паралельному резонансному контурі 8, що утворений ємністю конденсатора 4 та індуктивністю обмоток автотрансформатора 5, в десятки разів більший за струм, що може постачати інвертор 23. При цьому індуктивність обмотки 2 автотрансформатора 5 в сотні разів більша, ніж індуктивність короткозамкнутої петлі 3 і остання практично не впливає на резонанс струмів. Струм І1 протікає через первинну обмотку 2, яка створює в магнітопроводах феромагнітного вузла 1 електромагнітний потік величиною Ф1. Потік Ф1 за фазою запізнюється на величину кута втрат на перемагнічування та втрат від струмів Фуко як це показано на Фіг. 4. Кількість витків обмотки 2 автотрансформатора 5 вибирається таким чином, що струм І1 в режимі холостого ходу (XX) автотрансформатора 5 при розімкненій петлі 3 суттєво не відрізняється від режиму короткого замикання (КЗ) петлі 3 у відповідності до так званого ефекту "Барбоза-Ліеля" ("Barbosa-Leal" - див. http://energiauniversal.eco.br/). На Фіг.4 для обмотки 2 маємо: R1 - активний опір; X1 - реактивний опір; Е1 2 е.р.с. самоіндукції; j - уявна одиниця, де j =-1. В режимі короткого замикання петлі 3 струм І 2, що протікає в її витках, вибирають в межах від 100А до 10000А. При цьому величина струму І 2 в десятки разів перевищує струм І1 резонансного контуру 8 і в сотні разів - струм, що постачає іневертор 23. Для замкнутої петлі 3 на Фіг. 4 маємо: R2 - активний опір; Х2 - реактивний опір; Е2 е.р.с. самоіндукції. Поперечний переріз провідника 11 та довжина провідника 12 петлі 3 визначають необхідну експлуатаційну температуру феромагнітного вузла 1. Струм І2 створює у 2 UA 103746 U 5 10 15 20 25 відповідному магнітопроводі 20 феромагнітного вузла 1 магнітний потік Ф 2, який вводить магнітопровід 20 в режим глибокого насичення так, що досягається співвідношення Ф 2 > Ф1. При цьому потоки Ф2 та Ф1 направлені один проти одного і взаємно не компенсуються як це показано на Фіг. 4. В робочому режимі пристрою напруга U2 на кінцях провідника 11 короткозамкнутої петлі 3 становить величину не більше 1.5-2 В. В результаті напруга U2 випереджає струм І2 як це показано на Фіг. 4. При підключенні додаткового активного навантаження Rn до виводів 21 (секція 10 первинної обмотки 2) та точки 22 короткозамкнутої петлі 3 на ньому формується напруга Uн, яка визначається векторною сумою U1+U2 у відповідності до діаграми на Фіг. 4 (вектор напруги Uн, показано пунктиром). При цьому фаза напруги Uн, не співпадає з фазою U1, а фаза вектора струму Ін, навантаження 22 дорівнює фазі напруги Uн, і випереджає вектор струму І1 резонансного контуру 8 на величину, близьку до 90°. Таким чином, активне навантаження Rn у запропонованому пристрої сприймається інвертором 1 як реактивне. При збільшенні навантаження Rn відповідно збільшується струм І н, який може досягати величини до 1000А в залежності від величини струму І 2 короткозамкнутої петлі 3 (чим більший струм в короткозамкнутій петлі 3, тим більшим може бути максимально допустимий струм навантаження Ін). При умові, що Ін