Устройство для формирования равномерного электрического поля в электропроводной среде



Устройство для формирования равномерного электрического поля в электропроводной среде

 


Владельцы патента RU 2414803:

Савиных Алексей Васильевич (RU)

Изобретение относится к области электротехники, в частности к движению электрических зарядов в электропроводной среде. Задачей изобретения является обеспечение наибольшей равномерности распределения электрического поля во время прохождения одного из полупериодов переменного тока в электропроводной среде. Устройство для формирования равномерного электрического поля в электропроводной среде содержит не менее трех фазных колец разного диаметра, расположенных соосно, цилиндрические фазные электроды, размещенные равномерно на фазных кольцах и нулевой электрод, а каждое фазное кольцо соединено с соответствующим средством ограничения тока для подачи через него напряжения на фазное кольцо. При этом фазные кольца расположены в одной плоскости, а нулевой электрод выполнен в виде диска. Кроме того, каждое средство ограничения тока выполнено в виде сопротивления. Для формирования равномерного электрического поля подают напряжение на все фазные кольца с ограничением тока на каждом фазном кольце и подключением нулевой фазы к нулевому электроду с обеспечением формирования конусных поверхностей из одноименных зарядов, растекающихся с кромок торцов цилиндрических фазных электродов через электропроводную среду в направлении нулевого электрода и создания зон равномерно распределенных зарядов в заданном объеме электропроводной среды, расположенной между торцами цилиндрических фазных электродов и нулевым электродом. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к движению электрических зарядов в электропроводной среде.

Известны устройства для передачи электроэнергии через электропроводную среду прямым контактом при помощи плоских металлических электродов различной формы и расположения. Электрическое поле, создаваемое в среде между ними, принято считать равномерным, при определенных токах [Яворский Б.М., Селезнев Ю.А. Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования. - 4-е изд., исп. - М.: Наука. - Гл. ред. физ.-мат. лит., 1989. - С.187].

Недостаток - только геометрической формой и расположением плоских электродов не возможно создать равномерное распределение электрического поля между электродами в электропроводной среде, так как любую плоскую фигуру можно представить торцевым электродом, где истечение больших токов происходит по периметру площади контакта.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для формирования равномерного электрического поля в электропроводной среде, основанный на истечении зарядов с электродов-иголок, расположенных перпендикулярно поверхности истечения - «люстра Чижевского» [Чижевский А.Л. Аэроионы и жизнь. Беседы с Циолковским / Сост., вступ. ст., подбор ил. Л.В.Голованова. - М.: Мысль, 1999. - С. 410-415 (прототип)].

Недостаток данного устройства заключается в том, что по законам электричества истечение зарядов не происходит одновременно со всех точек поверхности электрода (концов иголок), а только с тех, в которых проводимость среды, например воздуха, максимальна.

Задачей изобретения является обеспечение наибольшей равномерности распределения электрического поля во время прохождения одного из полупериодов переменного тока в электропроводной среде.

Задача решается устройством для формирования равномерного электрического поля в электропроводной среде, содержащим не менее трех фазных колец разного диаметра, расположенных соосно, цилиндрические фазные электроды, размещенные равномерно на фазных кольцах, и нулевой электрод, а каждое фазное кольцо соединено с соответствующим средством ограничения тока для подачи через него напряжения на фазное кольцо.

При этом фазные кольца расположены в одной плоскости, а нулевой электрод выполнен в виде диска.

Кроме того, каждое средство ограничения тока выполнено в виде сопротивления.

Для формирования равномерного электрического поля подают напряжение на все фазные кольца с ограничением тока на каждом фазном кольце и подключением нулевой фазы к нулевому электроду с обеспечением формирования конусных поверхностей из одноименных зарядов, растекающихся с кромок торцов цилиндрических фазных электродов через электропроводную среду в направлении нулевого электрода и создания зон равномерно распределенных зарядов в заданном объеме электропроводной среды, расположенной между торцами цилиндрических фазных электродов и нулевым электродом.

Сопоставительный анализ с прототипом [Чижевский А.Л. Аэроионы и жизнь. Беседы с Циолковским / Сост., вступ.ст., подбор ил. Л.В.Голованова. - М.: Мысль, 1999. - С. 410-415] показывает, что формируемое с помощью заявленного устройства электрическое поле равномерно распределено в момент прохождения через электропроводную среду одного из полупериодов переменного электрического тока и имеет плотную структуру в виде кольцевых зон, составленных из полых конусов истечения одноименных зарядов.

Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует критерию «Новизна».

Сравнение заявленного решения с другими решениями показывает, что известно о наличии равномерного электрического поля при истечении зарядов с поверхности проводника, в электропроводную среду при малых токах, а увеличение тока приводит к истечению зарядов с максимально удаленных друг от друга точек объемной поверхности электрода и равноудаленных от второго электрода [Общая электротехника с основами электроники. Учебник для техникумов / В.А.Гаврилюк, Б.С.Гершунский, А.В.Ковальчук. - Киев: Вища школа. Головное изд-во. 1980. - С.10, 15, 44]. Однако неизвестно, что равномерное распределение электрического поля при прохождении одного из полупериодов переменного электрического тока в электропроводной среде может быть создано путем равномерного распределения одноименных зарядов, стекающих с цилиндрических фазных электродов, встроенных в фазные кольца, которые расположены соосно.

Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует критерию «Изобретательский уровень».

Покажем возможность, например, цилиндрического фазного электрода передавать электрические заряды с его поверхности для формирования равномерного электрического поля в заданном объеме электропроводной среды, основываясь на законе Ома для всей цепи, законе Кулона (силе взаимодействия двух зарядов) и первом законе Кирхгофа.

Основные положения, лежащие в основе изобретения.

1. Движение электрических зарядов в проводниках происходит по поверхности [Общая электротехника с основами электроники. Учебник для техникумов / В.А.Гаврилюк, Б.С.Гершунский, А.В.Ковальчук. - Киев: Вища школа. Головное изд-во. 1980. - С.10, 15, 44].

2. Истечение зарядов с поверхности (кромки) торца (это острые выступы - где наблюдается наибольшая плотность зарядов) электрода в начальный момент перехода в электропроводную среду имеет форму окружности (насыщенную одноименными электрическими зарядами).

Затем эти окружности, заполненные электрическими зарядами под действием Кулоновских сил, расширяются.

Согласно закону взаимодействия двух точечных одноименных зарядов [там же]

где F - сила взаимодействия двух зарядов, Q1 и Q2 - величины зарядов, εабс - абсолютная диэлектрическая проницаемость, l - расстояние между зарядами, происходит в электропроводной жидкой среде увеличение расстояния между зарядами. В каждый следующий момент времени при движении одноименных зарядов расстояние увеличивается. Таким образом получается конусная поверхность, состоящая из потока одноименных электрических зарядов.

3. Цилиндрические фазные электроды размещаются, например, на фазном кольце и подается фазное напряжение. Тогда согласно первому закону Кирхгофа [там же]:

где I1, I2, … + IN - токи, входящие в узел, I1, I2, … + IM - токи выходящие из узла.

4. Все входящие цепи входных токов (I1 + I2 + … + IN) соединяются в один узел. При этом узел можно выполнить в виде окружности, а выходящие цепи - в виде набора стержней - цилиндрических фазных электродов, например, с плоскими цилиндрическими торцами,

5. Для создания равномерного электрического поля в заданном объеме электропроводной среды предлагается сжать конусные поверхности (путем изменения расстояния между фазными электродами, причем, используя закон Кулона (1)), заполненные движущимися однополярными зарядами, набором фазных колец с увеличивающимися диаметрами (цилиндрические фазные электроды, расположены на одинаковом расстоянии друг от друга) и расположить их соосно, например, в одной плоскости.

6. Учитывая расположение набора фазовых колец с одинаковым количеством цилиндрических фазных электродов, расположенных равномерно по окружности, необходимо на каждое кольцо с набором цилиндрических фазных электродов, ограничить токи, например, резисторами. Объяснение связано с использованием законом Ома для всей цепи.

Согласно закону Ома (3)

I - ток проходящий через электрод и электропроводную среду, U - напряжение подаваемое на кольцо с электродами, R - сопротивление электрода, r - сопротивление электропроводной среды.

7. Расчетное обоснование ограничения входящего тока (согласно формуле (3) закона Ома) в фазные кольца при заданном количестве цилиндрических фазных электродов для создания равномерного электрического поля в заданном объеме электропроводной среды.

Пример расчета величин сопротивлений, включаемых в электрическую цепь, состоящую из источника напряжения, электродов и электропроводной среды (например, для трех фазных колец).

Задаемся количеством цилиндрических фазных электродов на фазных кольцах: на первом фазном кольце расположено, например, 5 цилиндрических фазных электродов, на втором фазном кольце расположено, например, 10 цилиндрических фазных электродов, на третьем фазном кольце расположено, например, 15 цилиндрических фазных электродов. Расстояние между цилиндрическими фазными электродами выбираем, например, 5 см.

Тогда входящий ток для первого фазного кольца составит (согласно формуле (2) первого закона Кирхгофа) 5 А (задавшись по одному амперу выходящего тока с каждого цилиндрического фазного электрода).

Входящий ток для второго фазного кольца составит (согласно формуле (2) первого закона Кирхгофа) 10 А (задавшись по одному амперу выходящего тока с каждого цилиндрического фазного электрода).

Входящий ток на третьем фазном кольце составит (согласно формуле (2) первого закона Кирхгофа) 15 А (задавшись по одному амперу выходящего тока с каждого цилиндрического фазного электрода).

При использовании источника питания, равном 220 В (согласно формуле (3) закона Ома), получаем для первого кольца добавочное сопротивление R1=44 Ом, R2=22 Ом, R3=15 Ом. Считаем, что сопротивление (г) электропроводящей среды - величиной постоянной.

Таким образом, создается возможность создания в заданном объеме электропроводной среды равномерного электрического поля путем сжатия конусных поверхностей, заполненных движущимися однополярными зарядами (согласно формуле (1) закона Кулона), при условии набора фазных колец с увеличивающимися диаметрами (цилиндрические фазные электроды, расположены на одинаковом расстоянии друг от друга).

На чертеже изображена схема истечения зарядов в электропроводную среду с устройства, состоящего из трех фазных колец разного диаметра со встроенными фазными электродами. Для наглядности фазные кольца расположены соосно, но смещены по оси.

Предлагаемое устройство содержит: 1 - фазные кольца разного диаметра, 2 - цилиндрические фазные электроды, 3 - поток электронов истекающих в заданный объем электропроводной среды, 4 - нулевой электрод, выполненный в виде диска, 5 - зона равномерного распределения электрических зарядов в заданном объеме электропроводной среды, 6 - сопротивления, ограничивающий ток на кольца с электродами, 7 - источник напряжения.

Цилиндрические фазные электроды 2 расположены равномерно на нескольких фазных кольцах 1, как минимум трех, расположенных соосно.

Подают напряжение от источника 7 на все фазные кольца 1 с ограничением тока сопротивлениями 6 на каждом фазовом кольце 1.

Подключают нулевую фазу к электроду 4 (фиг.1), выполненному в виде диска.

Происходит формирование конусной поверхности 3 из одноименных зарядов, растекающихся с торцов цилиндрических фазных электродов 2 через электропроводную среду в заданном объеме в направлении нулевого электрода 4, выполненного в виде диска.

При этом происходит создание зон 5 равномерного распределения зарядов в заданном объеме электропроводной среды, расположенной между торцами цилиндрических фазных электродов 2 и нулевым электродом 4.

1. Устройство для формирования равномерного электрического поля в электропроводной среде, содержащее не менее трех фазных колец разного диаметра, расположенных соосно, цилиндрические фазные электроды, размещенные равномерно на фазных кольцах, и нулевой электрод, а каждое фазное кольцо соединено с соответствующим средством ограничения тока для подачи через него напряжения на фазное кольцо.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фазные кольца расположены в одной плоскости.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нулевой электрод выполнен в виде диска.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждое средство ограничения тока выполнено в виде сопротивления.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроприводу электроподвижного состава переменного тока, и предназначено, в частности, для питания вспомогательных трехфазных нагрузок.

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике, к преобразовательной технике и может быть использовано в частности для запитки геофизических диполей, соленоидов с высоким энергозапасом, для испытания силовых трансформаторов путем их нагружения килоамперными токами большой длительности и др.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для регулирования работы вспомогательного привода (ВП) транспортных средств в аварийных режимах, получающих питание от источника постоянного или переменного тока, состоящего, преимущественно, из нескольких преобразователей собственных нужд (ПСН), в условиях изменяющейся нагрузки ВП, способной превысить предельно допустимые значения.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для преобразования частоты многофазного переменного тока. .

Изобретение относится к лазерной технике, в частности к технике формирования импульсов накачки для мощных лазерных систем. .

Изобретение относится к области силовой электроники и вычислительной техники и может использоваться в интеллектуальных системах электропитания, воспроизводящих различные виды преобразований в зависимости от задающих информационных сигналов.

Изобретение относится к вычислительной и преобразовательной технике и может быть использовано в качестве многофункционального схемного элемента интеллектуальных систем электропитания, воспроизводящих различные виды преобразований электрической энергии в зависимости от задающих информационных сигналов.

Изобретение относится к энергетике, в частности к преобразовательной технике, предназначенной для преобразования постоянного тока в переменный (инвертирования), в том числе при утяжеленных условиях эксплуатации (вакуумная среда, повышенная температура, радиация и т.п.) и повышенных требованиях к надежности эксплуатации, например, в высокотемпературных космических ядерно-энергетических установках (ЯЭУ).

Изобретение относится к электротехнике

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике, к схемам генерирования электрических импульсов и может быть использовано, например, для: запитки геофизических диполей, соленоидов с различным энергозапасом, стационарных и мобильных передающих антенн мощностью ~1 МВт, испытания измерительных элементов, силовых трансформаторов путем их нагружения килоамперными токами большой длительности и т.д

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве источника питания асимметричным током электролизеров в металлургической и машиностроительной областях промышленности при электрохимической очистке сточных вод

Изобретение относится к статическим преобразователям, обеспечивающим бесперебойное питание ответственных потребителей трехфазного переменного тока

Изобретение относится к области электротехники, электроники и автоматики и может быть использовано для электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Технический результат заключается в повышении надежности электропитания радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) за счет обеспечения его бесперебойности при потере на входе РЭА одного из базовых напряжений путем воспроизведения МСК соответствующих напряжений системы электропитания при одновременном его упрощении примерно в два раза, что также повышает его весогабаритные характеристики. Для этого по первому пункту объект - заявленное устройство содержит два устройства защиты от импульсного перенапряжения сети переменного (УЗпер) и сети постоянного (УЗпос) тока, стабилизированный конвертор напряжения (СКН), стабилизированный инвертор напряжения (СИН), устройство контроля и управления (УКУ), а также входы и выходы однофазного переменного и постоянного напряжения, также МСК дополнительно содержит коммутатор напряжения постоянного тока (КНпос), три транзисторных ключа, три диода и три формирователя включения (ФВ). По второму объекту - заявленное устройство содержит два устройства защиты от импульсного перенапряжения сети переменного (УЗпер) и сети постоянного (УЗпос) тока, стабилизированный конвертор напряжения (СКН), стабилизированный инвертор напряжения (СИП), устройство контроля и управления (УКУ), а также входы и выходы однофазного переменного и постоянного напряжения, также МСК дополнительно содержит коммутатор напряжения постоянного тока (КНпос) и коммутатор напряжения переменного тока (КНпер), при этом вместе с КНпос содержит девять транзисторных ключей, девять диодов и десять ФВ. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение касается системы для зарядки конденсатора (100), включающей модуль зарядки конденсатора (110), изолированный модуль получения данных (120) и цифровой управляющий модуль (130). Изолированный модуль получения данных (120) предназначен для взятия отсчетов уровня выходного напряжения модуля зарядки конденсатора (110). Цифровой управляющий модуль (130) соединен с изолированным модулем получения данных (120) посредством двунаправленной линии и с модулем зарядки конденсатора (110) посредством интерфейса управляющего сигнала. Цифровой управляющий модуль (130) сконфигурирован для генерирования управляющей сигнальной информации и сигнальной информации синхронизации на основании отсчетов уровня выходного напряжения, получаемых через двунаправленную линию от изолированного модуля получения данных. Цифровой управляющий модуль (130) сконфигурирован для отправки управляющей сигнальной информации модулю зарядки конденсатора (110) посредством интерфейса управляющего сигнала и отправки сигнальной информации синхронизации изолированному модулю получения данных (120) посредством двунаправленной линии. Управляющая сигнальная информация, получаемая от цифрового управляющего модуля, управляет модулем зарядки конденсатора (110), а изолированный модуль получения данных (120) сконфигурирован для формирования отсчетов на основании сигнальной информации синхронизации. Технический результат - повышение стабильности выходного напряжения. 4 н. и 15 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области преобразования электрической энергии, а именно к устройствам преобразования статического электричества в электрическую энергию небольших напряжений при малых токах. Технический результат заключается в создании устройства с высоким КПД, простого и небольших размеров. Устройство преобразования энергии статического электричества содержит последовательно соединенные источник статического электричества, искровой разрядник и понижающий трансформатор. Параллельно первичной обмотке трансформатора, подключенной к разряднику, подключена первая емкость. Выход вторичной обмотки трансформатора через вторую емкость подключен к нагрузке. Частота резонанса первого контура, образованного первичной обмоткой трансформатора и параллельно подключенной к обмотке первой емкостью, примерно равна частоте резонанса второго контура, образованного вторичной обмоткой и последовательно подключенной к вторичной обмотке второй емкостью. Предложенное устройство может быть применено в широком спектре устройств использования энергии статического электричества как бытовых, так и промышленных. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в статических преобразователях для бесперебойного питания ответственных потребителей трехфазного переменного тока. Технический результат - снижение установленной мощности и массогабаритных показателй. Статический преобразователь содержит входные клеммы для подключения к основному источнику переменного тока и клеммы для подключения к резервному источнику постоянного тока, контакторы, фазные дроссели, выпрямитель, фильтрующий конденсатор, инвертор. Статический преобразователь, являющийся источником питания с двойным преобразованием энергии обеспечивает при необходимости переход с сетевого режима на автономный без прерывания своей функции. Для этого плюсовая и минусовая клеммы для подсоединений источника постоянного тока подключены через контактор к основному выпрямителю, работающему в обычном режиме от сети переменного тока. Плюсовая клемма соединена через диоды с дросселями в цепи каждой фазы переменного тока на входе выпрямителя, а минусовая клемма - к общей минусовой точке этого выпрямителя. Выпрямитель выполнен на базе транзисторных чопперов, обеспечивающих регулирование напряжения при питании от источника постоянного тока. Напряжение с выпрямителя фильтруется конденсатором и поступает на вход инвертора, преобразующего постоянный ток в трехфазный переменный ток, поступающий к нагрузке. Группа гальванической развязки подключена непосредственно к источнику постоянного тока, а по выходу - к выходным клеммам основного выпрямителя. 1 ил.
Наверх