СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ НА РАССТОЯНИЕ БЕЗ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПРОВОДОВ
METHOD AND DEVICE TO SEND ELECTRIC ENERGY TO DISTANCE WITHOUT METAL WIRES

Изобретение относится к электроснабжению и может использоваться в народном хозяйстве для передачи электрической энергии на расстояние без проводов.
Аналогом изобретения является устройство по передаче электрической энергии без металлических проводов на расстояние авторов Стребкова Д.С., Авраменко С.В., Некрасова А.И., имеющее патент за номером 2172546 от 24 января 2000 года и использующее электрические колебания реактивного емкостного зарядного тока и электрического поля. Главными недостатками его являются необходимость формирования особых передающих сред и каналов и создания напряжений высокой частоты для функционирования устройства и вытекающая отсюда сложность оборудования.
Задачей изобретения является создание более простого, надежного, эффективного и не требующего дополнительных отдельно создаваемых особых передающих сред устройства для передачи электрической энергии на расстояние без металлических проводов.
Технический результат - упрощение конструкции, повышение надежности в работе, улучшение эффективности, отказ от каких-либо особых отдельно создаваемых передающих сред и каналов.
Суть изобретения заключается в индуктивной компенсации значительного емкостного сопротивления разнесенных на расстояние металлических электродов путем использования явления резонанса напряжений. Известно, что между любыми электропроводящими объектами имеется электрическая емкость. В большинстве случаев при стремлении расстояния между электродами к бесконечности емкость системы этих электродов стремится к нулю. Однако данный факт не касается сферических электродов. У них емкость при стремлении расстояния между ними к бесконечности стремится к ненулевому значению. Данный факт исходит из следующей формулы
,
где S - расстояние между сферами, R - радиус сфер.
Поэтому в качестве оптимальной формы разнесенных электродов использована сферическая форма. На передающем конце последовательно соединены сфера, дроссель с ферромагнитным сердечником, генератор, заземление. На принимающем конце последовательно соединены металлическая сфера, дроссель с ферромагнитным сердечником, нагрузка, заземление. Таким образом, в качестве обратного «провода» выступает земля. Параметры дросселей, размеры сфер выбираются так, чтобы в данной последовательной LC-цепи и при имеющейся частоте генератора переменного синусоидального тока возник резонанс напряжений, при котором равные по модулю, но различные по знаку комплексные значения реактивных сопротивлений дросселей и системы сферических электродов взаимно компенсируются и в цепи фактически существует чисто активное сопротивление, пренебрежимо малая часть которого вносится дросселями, а большая приходится на собственно полезную нагрузку. Как и в аналоге, в данном изобретении используются электрические колебания реактивного емкостного зарядного тока и электрического поля, но в отличие от аналога здесь они имеют второстепенное значение, так как первостепенное значение отдается условию резонанса напряжений, и никаких особых передающих сред и каналов не создается - электрическое поле между сферами проходит непосредственно по воздуху.
На фиг.1 представлена схема устройства по передаче электрической энергии на расстояние без металлических проводов. Устройство имеет предающую и приемную части, идентичные по структуре: металлическая сфера (1) на изолирующей опоре (2), дроссель (3) с ферромагнитным сердечником, но на передающей части имеется генератор (4) переменного однофазного синусоидального тока, одним выводом соединенный с дросселем, а другим - с заземлением (5), а на приемной части имеется нагрузка (6), включаемая аналогично генератору в передающей части.
Как не трудно убедиться, налицо упрощение конструкции устройства по сравнению с аналогом благодаря учету того факта, что между любыми электропроводящими объектами имеется электрическая емкость, и простой компенсации значительного реактивного сопротивления имеющейся емкости между разнесенными электродами реактивным сопротивлением дросселей путем использования явления резонанса напряжений. Не требуется никакого сложного и дорогостоящего оборудования. Для питания системы подойдет любой генератор переменного тока и любая частота питающего напряжения вплоть до стандартной частоты в 50 Гц. Описанное устройство предназначено для передачи однофазного переменного тока на расстояние без проводов. Для передачи трехфазного переменного тока необходимо данное устройство включить в каждую фазу (линейные провода к дросселям, нейтральный провод к заземлению), причем размеры сфер должны быть различными в каждой фазе во избежание перекрестного действия сфер приемного и передающего концов, а дроссели, соответственно, должны быть подстроены по параметрам под различные значения емкостей систем сфер в каждой фазе для сохранения частотных параметров последовательной LC-цепи. Ввиду простоты составных деталей увеличивается надежность: в данном устройстве может быть подвержен выходу из строя лишь дроссель, что маловероятно, выход же из строя генератора ни коим образом не может сказаться на возможности передачи электрической энергии на расстояние без проводов - он не определяет способность устройства к беспроводной передаче электрической энергии. Эффективность приближается к проводной передаче и даже ее в чем-то превосходит, если учесть, что проводов, подверженных различным погодным неурядицам (ветер, обледенение, гроза, дожди), нет. Изобретение может применяться в народном хозяйстве для передачи электрической энергии на расстояние в тех случаях, когда проводная передача невозможна, затруднительна или неэффективна: водные преграды, болотистые участки, сложный рельеф местности, сейсмоопасные районы. Перспективным направлением в использовании изобретения может быть его применение для энергоснабжения нефтяных платформ в море.