OFFENLEGUNG DER ERFINDUNG

GENERATOR ZUR ERZEUGUNG ELEKTRISCHER ENERGIE

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die elektrische Energietechnik und kann in Stromversorgungssystemen verschiedener Bereiche der Volkswirtschaft verwendet werden: industrielle, landwirtschaftliche, Verteidigungs-, Transport- und Versorgungseinrichtungen.

Der Stand der Technik beschreibt eine Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie nach RU 2261521 (veröffentlicht am 27. September 2005), bestehend aus einer elektrischen Energiequelle, die einen Stromimpulsgenerator speist, dessen Ausgang mit einem Energiespeicherkondensator und einem Entlader verbunden ist, der in Reihe zur Primärwicklung eines Transformators geschaltet ist, dessen sekundäre Hochspannungswicklung und ein parallel geschalteter Kondensator einen Resonanzkreis bilden, der unter Verwendung einer Diode eine positive Rückkopplung mit dem Speicherkondensator des Entladers herstellt, und die tertiäre Wicklung des Transformators speist die Last über eine Gleichrichterbrücke.

Ein Nachteil des genannten elektrischen Energiegenerators besteht darin, dass im Laufe der Zeit, aufgrund von Oxidbildung und teilweiser mechanischer Desintegration der Entladerelektroden, eine Änderung der Entladungsfrequenz des Entladers beobachtet wird, die Schwingungen im Stromkreis der tertiären Wicklung des Transformators auslöst. Ein Prozess der Desintegration der Entladerelektroden ist auf das Vorhandensein von Plasma zwischen den Elektroden zurückzuführen, das elektrische Erosionsdesintegration des Elektrodenmetalls verursacht, was unvermeidlich zu einer Vergrößerung des Abstands zwischen ihnen relativ zum ursprünglichen Abstand und einer Verschiebung im Frequenzspektrum der Entladerschwingungen relativ zur Resonanzfrequenz des Primärwicklungskreises des Transformators führt. Daher nimmt die spektrale Dichte des Entladestroms bei der Resonanzfrequenz des Primärwicklungskreises des Transformators ab, was zu einem Dienstausfall des Geräts führen kann. Die Verschiebung im Frequenzspektrum des Entladers kann auch durch eine Änderung der Luftbedingungen im Entladungsspalt bestimmt werden. Es ist allgemein bekannt, dass die Entladungswiederholungsfrequenz mit zunehmender Luftfeuchtigkeit steigt (Veröffentlichung von Pengfei Xu, Bo Zhang, Shuiming Chen, und Jinliang He, „Influence of humidity on the characteristics of positive corona discharge in air“, Physics of Plasmas 23, 063511 (2016); https://doi.org/10.1063/1.4953890).

Das technische Ergebnis der beanspruchten Erfindung liegt in der Verbesserung der Betriebszuverlässigkeit und Konsistenz des Generators zur Erzeugung elektrischer Energie.

Das technische Ergebnis wird im Generator zur Erzeugung elektrischer Energie erreicht, der mit der Möglichkeit des Anschlusses an die startende elektrische Energiequelle und der Trennung von ihr konzipiert ist, dessen Ausgang mit dem Energiespeicherkondensator und der Entladereinheit verbunden ist, die in Reihe zur Primärwicklung des Transformators geschaltet ist, dessen sekundäre Hochspannungswicklung zusammen mit dem parallel geschalteten Kondensator den Resonanzkreis bildet, der die positive Rückkopplung mit dem Speicherkondensator des Entladers herstellt, und die tertiäre Wicklung des Transformators speist die Last über eine Gleichrichterbrücke, wobei die Entladereinheit als mehrere parallel geschaltete Entlader ausgeführt ist, die sich durch unterschiedliche Werte der Durchbruchspannung und durch zueinander verschobene, aber sich überlappende Frequenzspektren charakterisieren.

Bei Verwendung mehrerer parallel geschalteter Entlader, die sich durch unterschiedliche Werte der Durchbruchspannung und durch zueinander verschobene, aber sich überlappende Frequenzspektren charakterisieren, werden spektrale Dichten der Entlader bei der Resonanzfrequenz des Primärwicklungskreises des Transformators addiert und bei einer Verschiebung im Frequenzspektrum der Entladerschwingungen relativ zur Resonanzfrequenz des Primärwicklungskreises des Transformators (zum Beispiel aufgrund einer Vergrößerung des Abstands zwischen den Elektroden im Laufe der Zeit oder einer Änderung der Luftbedingungen im Entladungsspalt) wird eine Erhöhung der kumulativen spektralen Dichte durch den Beitrag der spektralen Dichte eines anderen oder anderer Entlader sichergestellt, deren Spektren sich mit dem ersten Entladerspektrum überlappen. Somit wird das technische Ergebnis in Bezug auf verbesserte Zuverlässigkeit und Betriebsstabilität der Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie bei einer Verschiebung im Frequenzspektrum des Entladers aufgrund einer Änderung des Abstands zwischen den Elektroden oder der Luftbedingungen im Entladungsspalt erreicht.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind Entlader der Entladereinheit mit Verschiebungen in den Frequenzspektren versehen, die eine nahezu gleichmäßige kumulative spektrale Dichte im Bereich der Entladerfrequenzen gewährleisten.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Primärwicklungskreis des Transformators in Form einer Flachspule mit einer Resonanzfrequenz von 2,45 MHz ausgeführt.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Gleichrichter in Form einer Diodenbrücke ausgeführt.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Entlader mit Verschiebungen im Frequenzspektrum von 10-20 kHz relativ zueinander versehen.

Das Funktionsprinzip des Generators zur Erzeugung elektrischer Energie wird in Abbildung 1 erklärt, die sein Blockschaltbild zeigt.

Der Generator zur Erzeugung elektrischer Energie ist in einem Generator implementiert, der an die startende elektrische Energiequelle 1 angeschlossen ist, deren Ausgang mit Energiespeicherkondensatoren 2 und Entladereinheit 3 verbunden ist, die in Reihe zur Primärwicklung 4 des Transformators 5 geschaltet ist, dessen sekundäre Hochspannungswicklung 6 zusammen mit dem parallel geschalteten Kondensator 7 einen Resonanzkreis bildet, mit positiver Rückkopplungseinheit 8 dieses Kreises mit Energiespeicherkondensator 2 des Entladers 3, und die tertiäre Wicklung 9 des Transformators 5 über Gleichrichter 10, ausgeführt nach dem Diodenbrückenschema, speist Last 11, wobei Entladereinheit 3 als drei in Reihe geschaltete Entlader 12, 13, 14 implementiert ist, die sich durch unterschiedliche Werte der Durchbruchspannung und durch zueinander um 10 kHz verschobene, aber sich überlappende Frequenzspektren charakterisieren.

Der Generator zur Erzeugung elektrischer Energie funktioniert wie folgt.

Die startende elektrische Energiequelle 1 dient zum Starten des Generators zur Erzeugung elektrischer Energie, wird nur im anfänglichen Moment verwendet und umfasst eine elektrische Energiequelle, als die das Stromnetz, ein Akkumulator oder eine Batterie verwendet werden kann, einen Wandler von Niederspannung in Hochspannung und eine Diode, durch die Spannung an die Energiespeicherkondensatoren 2 und durch die Entladereinheit 3 an die Primärwicklung 4 des Transformators 5 angelegt wird. Die von Kondensator 2 aus der startenden elektrischen Energiequelle 1 akkumulierte elektrische Ladung wird über die Entladereinheit 3 an die Primärwicklung 4 des Transformators 5 angelegt, wodurch ein Magnetfeld mit hohem räumlichen Spannungsgradienten im umgebenden Raum erzeugt wird. Dabei bilden sich in der Entladereinheit 3 Streamer von Koronaentladung aufgrund der Ionisation durch Luftmolekülkollision und Erzeugung von Lawinenelektronenströmen nahe der Anodenzielfläche aufgrund des stark ungleichmäßigen Feldes. Luftmoleküle-Ionen, die viel massereicher sind, schaffen es nicht, in der Zeit des Entladungsimpulses die Kathode zu erreichen und bilden eine Volumenladung nahe der Kathode, die den Koronaentladungsimpuls unterbricht und sich langsam im umgebenden Raum zerstreut oder mit Elektronen rekombiniert, die aus der Kathode in den Entladungsspalt fließen. Die Photoionisation von Luftmolekülen, die durch die Wirkung der ultravioletten Strahlung der Streamer auf sie entsteht, ist ebenfalls von großer Bedeutung für die Lawinenentwicklung. So werden in der Entladereinheit 3 Stromimpulse erzeugt, deren Strom den Strom der Elektronen übersteigt, die die Koronaentladung initiieren.

Nach Abschluss der Entladung in der Entladereinheit 3 wird das Magnetfeld der Primärwicklung durch Induktion auf die Sekundärwicklung 6 des Transformators 5 übertragen, die zusammen mit Kondensator 7 einen Resonanzkreis bildet. Die Spannung von der Sekundärwicklung 6 des Transformators 5 wird über die positive Rückkopplungseinheit 8 an die Energiespeicherkondensatoren 2 übertragen, wodurch die positive Rückkopplung implementiert wird. Nach Ablauf der Zeit, die für die Generatorschwingung erforderlich ist, wird die startende elektrische Energiequelle 1 abgeschaltet.

Die vom Energiespeicherkondensator 2 akkumulierte elektrische Ladung wird nach Ablauf einer Zeit, die für jeden Entlader der Entladereinheit 3 charakteristisch ist, bei deren Entladung an die Primärwicklung 4 des Transformators 5 geleitet, um die herum ein gepulstes Magnetfeld mit erhöhter Energie aufgrund der Bildung von Streamern der Koronaentladung erzeugt wird. Weiter wird es aufgrund der Induktion an die Sekundärwicklung 6 des Transformators 5 geleitet, die zusammen mit Kondensator 7 einen Resonanzkreis bildet. Der erhaltene Energieüberschuss wird von der tertiären Wicklung 9 des Transformators 5 abgeführt und über Gleichrichter 10, ausgeführt nach dem Diodenbrückenschema, speist Last 11.

Lassen Sie das spektrale Dichtemaximum des Frequenzspektrums von Entlader 12 ursprünglich mit der Resonanzfrequenz des von der Primärwicklung 4 des Transformators 5 gebildeten Kreises übereinstimmen, wobei die Maxima der spektralen Dichte der Entlader 13 und 14 auf beiden Seiten des spektralen Dichtemaximums des Frequenzspektrums von Entlader 12 positioniert sind. Dann, im Falle einer Verschiebung des spektralen Dichtemaximums des Frequenzspektrums von Entlader 12, zum Beispiel in Richtung des spektralen Dichtemaximums des Frequenzspektrums von Entlader 13, welche Verschiebung auf eine Änderung des Abstands zwischen den Elektroden von Entlader 3 oder der Luftbedingung im Entladungsspalt zurückzuführen ist, wird die spektrale Dichte von Entlader 12 abnehmen, jedoch wird das spektrale Dichtemaximum des Frequenzspektrums von Entlader 13 dabei zunehmen. Im Falle einer Verschiebung des spektralen Dichtemaximums des Frequenzspektrums von Entlader 12 in Richtung des spektralen Dichtemaximums des Frequenzspektrums von Entlader 14, wird die spektrale Dichte von Entlader 12 abnehmen, jedoch wird die spektrale Dichte des Frequenzspektrums von Entlader 14 dabei zunehmen und diese Abnahme in der spektralen Dichte des Frequenzspektrums von Entlader 12 kompensieren. Das heißt, die Verwendung mehrerer Entlader 12, 13, 14, ausgeführt mit einer Verschiebung des spektralen Dichtemaximums des Frequenzspektrums relativ zueinander, wenn sich ihre Spektren überlappen, wird höhere Zuverlässigkeit und Konsistenz des Betriebs des Generators zur Erzeugung elektrischer Energie durch Kompensation der spektralen Dichteabnahme von Resonator 12 bei der Resonanzfrequenz des Primärwicklungskreises über eine Erhöhung der spektralen Dichte eines der Resonatoren 13, 14 von Resonator 3 gewährleisten.

Somit werden bei Verwendung mehrerer parallel geschalteter Entlader, die sich durch unterschiedliche Werte der Durchbruchspannung und durch zueinander verschobene, aber sich überlappende Frequenzspektren charakterisieren, spektrale Dichten der Entlader bei der Resonanzfrequenz des Primärwicklungskreises des Transformators addiert und bei einer Verschiebung im Frequenzspektrum der ersten Entladerschwingungen relativ zur Resonanzfrequenz des Primärwicklungskreises des Transformators (zum Beispiel aufgrund einer Vergrößerung des Abstands zwischen den Elektroden im Laufe der Zeit oder einer Änderung der Luftbedingungen im Entladungsspalt) wird eine Erhöhung der kumulativen spektralen Dichte durch den Beitrag der spektralen Dichte eines anderen oder anderer Entlader sichergestellt, deren Spektren sich mit dem ersten Entladerspektrum überlappen. Daher wird im beschriebenen Generator zur Erzeugung elektrischer Energie die Erreichung des technischen Ergebnisses in Form höherer Zuverlässigkeit und Konsistenz des Betriebs des Generators zur Erzeugung elektrischer Energie gewährleistet.