Următorul fragment rezumă principiile de bază așa cum sunt dezvăluite în brevet.

Textul complet este disponibil prin registrul public și la cerere.

DEZVĂLUIREA INVENȚIEI

GENERATOR PENTRU PRODUCEREA ENERGIEI ELECTRICE

Prezenta invenție se referă la ingineria energiei electrice și poate fi utilizată în sistemele de alimentare cu energie din diferite sectoare ale economiei naționale: industriale, agricole, de apărare, transport și facilități de agrement.

Tehnica anterioară descrie un dispozitiv pentru producerea energiei electrice conform RU 2261521 (publicat la 27 septembrie 2005) format dintr-o sursă de energie electrică care alimentează un generator de impulsuri de curent a cărui ieșire este conectată la un condensator de stocare a energiei și un descărcător conectat în serie la înfășurarea primară a unui transformator, a cărui înfășurare secundară de înaltă tensiune și un condensator conectat în paralel formează un circuit rezonant, care cu ajutorul unei diode stabilește un feedback pozitiv cu condensatorul de stocare al descărcătorului, iar înfășurarea terțiară a transformatorului alimentează sarcina prin intermediul unei punți redresoare.

Un dezavantaj al generatorului de energie electrică menționat este că în decursul timpului, din cauza formării oxidului și dezintegrării mecanice parțiale a electrozilor descărcătorului, se observă o schimbare în frecvența de descărcare a descărcătorului care inițiază oscilații în circuitul înfășurării terțiare a transformatorului. Un proces de dezintegrare a electrozilor descărcătorului se datorează prezenței plasmei între electrozi, care cauzează dezintegrarea prin eroziune electrică a metalului electrodului, ceea ce rezultă inevitabil într-o creștere a distanței dintre ei față de distanța inițială și o deplasare în spectrul de frecvență al oscilațiilor descărcătorului față de frecvența de rezonanță a circuitului înfășurării primare a transformatorului. Prin urmare, densitatea spectrală a curentului de descărcare la frecvența de rezonanță a circuitului înfășurării primare a transformatorului scade, ceea ce poate duce la întreruperea serviciului dispozitivului. Deplasarea în spectrul de frecvență al descărcătorului poate fi determinată și de o schimbare în condițiile aerului din spațiul de descărcare. Este cunoscut faptul că frecvența de repetare a descărcării crește pe măsură ce umiditatea aerului crește (publicația de Pengfei Xu, Bo Zhang, Shuiming Chen, și 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).

Rezultatul tehnic al invenției revendicate constă în îmbunătățirea fiabilității și consistenței operării generatorului pentru producerea energiei electrice.

Rezultatul tehnic este obținut în generatorul pentru producerea energiei electrice, proiectat cu posibilitatea conectării la sursa de energie electrică de pornire și deconectării de la aceasta, a cărui ieșire este conectată la condensatorul de stocare a energiei și unitatea descărcătorului conectată în serie la înfășurarea primară a transformatorului, a cărui înfășurare secundară de înaltă tensiune împreună cu condensatorul conectat în paralel formează circuitul rezonant care stabilește feedback-ul pozitiv cu condensatorul de stocare al descărcătorului, iar înfășurarea terțiară a transformatorului alimentează sarcina prin intermediul unei punți redresoare, în care unitatea descărcătorului este executată ca mai multe descărcătoare conectate în paralel, caracterizate prin valori diferite ale tensiunii de străpungere și prin spectre de frecvență deplasate unul față de celălalt, dar care se suprapun.

Când se utilizează mai multe descărcătoare conectate în paralel, caracterizate prin valori diferite ale tensiunii de străpungere și prin spectre de frecvență deplasate unul față de celălalt, dar care se suprapun, densitățile spectrale ale descărcătoarelor la frecvența de rezonanță a circuitului înfășurării primare a transformatorului se adună și, la o deplasare în spectrul de frecvență al oscilațiilor descărcătorului față de frecvența de rezonanță a circuitului înfășurării primare a transformatorului (de exemplu, din cauza creșterii distanței dintre electrozi în decursul timpului sau schimbării condițiilor aerului în spațiul de descărcare) asigură o creștere în densitatea spectrală cumulativă datorită contribuției densității spectrale a altui sau altor descărcătoare ale căror spectre se suprapun cu spectrul primului descărcător. Astfel, rezultatul tehnic este obținut în termeni de fiabilitate îmbunătățită și stabilitate a operării dispozitivului pentru generarea energiei electrice în cazul unei deplasări în spectrul de frecvență al descărcătorului din cauza unei schimbări a distanței dintre electrozi sau a condițiilor aerului în spațiul de descărcare.

Într-o realizare preferată, descărcătoarele unității descărcătorului au deplasări în spectrele de frecvență care asigură o densitate spectrală cumulativă aproape uniformă în intervalul frecvențelor descărcătorului.

Într-o realizare preferată, circuitul înfășurării primare a transformatorului este sub forma unei bobine plate cu o frecvență de rezonanță de 2,45 MHz.

Într-o realizare preferată, redresorul este sub forma unei punți de diode.

Într-o realizare preferată, descărcătoarele au deplasări în spectrul de frecvență de 10-20 kHz unul față de celălalt.

Principiul de operare al generatorului pentru producerea energiei electrice este explicat în Figura 1 care arată diagrama sa bloc.

Generatorul pentru producerea energiei electrice este implementat într-un generator conectat la sursa de energie electrică de pornire 1, a cărui ieșire este conectată la condensatoarele de stocare a energiei 2 și unitatea descărcătorului 3 conectată în serie la înfășurarea primară 4 a transformatorului 5, a cărui înfășurare secundară de înaltă tensiune 6 împreună cu condensatorul conectat în paralel 7 formează circuitul rezonant, cu unitatea de feedback pozitiv 8 a acestui circuit cu condensatorul de stocare a energiei 2 al descărcătorului 3, iar înfășurarea terțiară 9 a transformatorului 5 prin intermediul redresorului 10, executat conform schemei de punte de diode, alimentează sarcina 11, în care unitatea descărcătorului 3 este implementată ca trei descărcătoare 12, 13, 14, conectate în serie, caracterizate prin valori diferite ale tensiunii de străpungere și prin deplasări unul față de celălalt cu 10 kHz, dar cu spectre de frecvență care se suprapun.

Generatorul pentru producerea energiei electrice operează după cum urmează.

Sursa de energie electrică de pornire 1 servește pentru pornirea generatorului pentru producerea energiei electrice, este utilizată doar în momentul inițial și cuprinde sursa de energie electrică, în capacitatea căreia pot fi utilizate rețeaua electrică, acumulatorul sau bateria, convertorul de tensiune joasă în tensiune înaltă și dioda, prin care tensiunea este aplicată condensatoarelor de stocare a energiei 2, și prin unitatea descărcătorului 3 la înfășurarea primară 4 a transformatorului 5. Sarcina electrică acumulată de condensatorul 2 de la sursa de energie electrică de pornire 1 este aplicată prin unitatea descărcătorului 3 la înfășurarea primară 4 a transformatorului 5, prin care se stabilește câmpul magnetic cu gradient de tensiune spațială ridicat în spațiul înconjurător. În acest moment, se formează streameri de descărcare corona în unitatea descărcătorului 3 datorită ionizării prin coliziunea moleculelor de aer și generarea fluxurilor de electroni în avalanșă lângă vârful țintei anodului din cauza câmpului foarte neuniform. Ionii moleculelor de aer, fiind mult mai masivi, nu reușesc să ajungă la catod în timpul impulsului de descărcare și formează o sarcină volumică lângă catod care întrerupe impulsul de descărcare corona și se disipează încet în spațiul înconjurător sau se recombină cu electronii care curg în spațiul de descărcare de la catod. Fotoionizarea moleculelor de aer, care apare prin acțiunea radiației ultraviolete a streamerilor asupra lor, este de asemenea de mare importanță pentru dezvoltarea avalanșei. Astfel, se generează impulsuri de curent în unitatea descărcătorului 3, care curent depășește curentul electronilor care inițiază descărcarea corona.

La finalizarea descărcării în unitatea descărcătorului 3, câmpul magnetic al înfășurării primare este transmis prin inducție la înfășurarea secundară 6 a transformatorului 5 care împreună cu condensatorul 7 formează un circuit rezonant. Tensiunea de la înfășurarea secundară 6 a transformatorului 5 este transferată prin unitatea de feedback pozitiv 8 la condensatoarele de stocare a energiei 2, implementând astfel feedback-ul pozitiv. După o perioadă de timp, necesară pentru oscilația generatorului, sursa de energie electrică de pornire 1 este oprită.

Sarcina electrică acumulată de condensatorul de stocare a energiei 2, într-o perioadă de timp care este caracteristică fiecărui descărcător al unității descărcătorului 3, este alimentată, când acestea se descarcă, la înfășurarea primară 4 a transformatorului 5, în jurul căreia se generează câmpul magnetic pulsat cu energie crescută datorită formării streamerilor de descărcare corona. În continuare, datorită inducției, este alimentat la înfășurarea secundară 6 a transformatorului 5, formând un circuit rezonant împreună cu condensatorul 7. Excesul de energie obținut este îndepărtat de înfășurarea terțiară 9 a transformatorului 5 și prin intermediul redresorului 10, executat conform schemei de punte de diode, alimentează sarcina 11.

Să presupunem că maximul densității spectrale al spectrului de frecvență al descărcătorului 12 coincide inițial cu frecvența de rezonanță a circuitului format de înfășurarea primară 4 a transformatorului 5, în care maximele densității spectrale ale descărcătoarelor 13 și 14 sunt poziționate pe ambele părți ale maximului densității spectrale al spectrului de frecvență al descărcătorului 12. Apoi, în cazul unei deplasări a maximului densității spectrale al spectrului de frecvență al descărcătorului 12, de exemplu, în direcția maximului densității spectrale al spectrului de frecvență al descărcătorului 13, care deplasare se datorează unei schimbări în distanța dintre electrozii descărcătorului 3 sau condițiilor aerului în spațiul de descărcare, densitatea spectrală a descărcătorului 12 va scădea, însă maximul densității spectrale al spectrului de frecvență al descărcătorului 13 va crește în acest moment. În cazul unei deplasări a maximului densității spectrale al spectrului de frecvență al descărcătorului 12 în direcția maximului densității spectrale al spectrului de frecvență al descărcătorului 14, densitatea spectrală a descărcătorului 12 va scădea, însă densitatea spectrală a spectrului de frecvență al descărcătorului 14 va crește în acest moment, compensând această scădere în densitatea spectrală a spectrului de frecvență al descărcătorului 12. Adică, utilizarea mai multor descărcătoare 12, 13, 14, executate cu o deplasare a maximului densității spectrale al spectrului de frecvență unul față de celălalt, când spectrele lor se suprapun, va asigura o fiabilitate și consistență mai mare a operării generatorului pentru producerea energiei electrice prin compensarea scăderii densității spectrale a rezonatorului 12 la frecvența de rezonanță a circuitului înfășurării primare prin creșterea densității spectrale a unuia dintre rezonatoarele 13, 14 ale rezonatorului 3.

Astfel, când se utilizează mai multe descărcătoare conectate în paralel, caracterizate prin valori diferite ale tensiunii de străpungere și prin spectre de frecvență deplasate unul față de celălalt, dar care se suprapun, densitățile spectrale ale descărcătoarelor la frecvența de rezonanță a circuitului înfășurării primare a transformatorului se adună și, la o deplasare în spectrul de frecvență al oscilațiilor primului descărcător față de frecvența de rezonanță a circuitului înfășurării primare a transformatorului (de exemplu, din cauza creșterii distanței dintre electrozi în decursul timpului sau schimbării condițiilor aerului în spațiul de descărcare) asigură o creștere în densitatea spectrală cumulativă datorită contribuției densității spectrale a altui sau altor descărcătoare, ale căror spectre se suprapun cu spectrul primului descărcător. Prin urmare, în generatorul descris pentru producerea energiei electrice se asigură obținerea rezultatului tehnic sub forma unei fiabilități și consistențe mai mari a operării generatorului pentru producerea energiei electrice.