Параметрические электрогенераторы

Новаторские теории и идеи в механике, технике, инженерии.
Правила форума
Научный форум "Механика"

Параметрические электрогенераторы

Комментарий теории:#1  Сообщение Фёдор Менде » 22 ноя 2019, 13:02

Параметрические электрогенераторы


1. Введение


Энергетические электрические системы включают генератор электрической энергии (далее генератор) и линию электропередачи (ЛЕП). Поскольку передачу электроэнергии на большие расстояния осуществляют при помощи высоковольтных ЛЭП, а генераторы имеют низкое выходное напряжение, промежуточным звеном между генератором и ЛЭП является высоковольтный повышающий трансформатор. Все указанные элементы имеют энергетические потери, и их учёт показывает, что в эти потери могут доходить до 10% процентов. Следовательно, очень важным является вопрос снижения этих потерь.
В основном, ЛЭП используются для передачи переменного тока, однако линии постоянного тока имеют меньшие потери на ёмкостную и индуктивную составляющие. Поэтому ЛЭП на постоянном токе строят в том случае, когда нужно предавать особо большие объёмы электроэнергии. В СССР было построено несколько линий электропередачи постоянного тока: Высоковольтная линия постоянного тока Москва-Кашира - Проект «Эльба»; Высоковольтная линия постоянного тока Волгоград-Донбасс; Высоковольтная линия постоянного тока Экибастуз-Центр и др.
Существенной проблемой создания энергетических систем на постоянном токе является отсутствие высоковольтных генераторов, которые непосредственно генерируют постоянное напряжение заданной величины с необходимым уровнем мощности. Поэтому приходится вначале вырабатывать электроэнергию на переменном токе при низких напряжениях, затем, используя высоковольтные трансформаторы, повышать напряжение и далее при помощи высоковольтных выпрямителей вырабатывать постоянный ток. Все эти промежуточные звенья имеют энергетические потери, что является основной проблемой таких систем.
Из сказанного следует, что важной проблемой современной электроэнергетики является создание высоковольтных генераторов постоянного тока, которые сразу могут генерировать напряжение заданной величины при необходимых уровнях мощности. До настоящего времени такие генераторы не созданы.

2. Принцип действия высоковольтного генератора постоянного тока

Если имеется конденсатор, емкость которого ] , и этот конденсатор заряжен до разности потенциалов ] , то энергия, накопленная в нём, определяется соотношением
.
А заряд ] , накопленный в емкости, равен
.
Из соотношения (2) видно, что если в уединённой ёмкости заряд оставить неизменным, то напряжение на ней можно изменять путем изменения самой ёмкости. В этом случае выполняется соотношение
,
где ] и ] - текущие значения, а ] и ] - начальные значения этих параметров.
Напряжение на емкости и энергия, накопленная в ней, будут при этом определяться соотношениями:
,
.
Коэффициент

Может быть назван коэффициентом умножения (трансформации) постоянного напряжения.
Схема трансформатора напряжения , реализующая рассмотренный принцип, представлена на рис. 1



Изображение


Рис. 1. Схема трансформатора постоянного напряжения


В данной схеме к переменному конденсатору посредством диода подключён источник постоянного напряжения ]
Приращение напряжения, которое может обеспечить такой трансформатор, определяется из соотношения

Как следует из соотношений (3) и (4) при уменьшении ёмкости конденсатора на нём увеличивается не только напряжение, но и энергия, накопленная в нём.
Следует отметить, что такой трансформатор может работать только в режиме повышения напряжения, т.к. при попытке получить уменьшение напряжения на конденсаторе это сделать не удастся по той причине, что диод обеспечивает прямое подключение источника напряжения к конденсатору и поэтому напряжение на конденсаторе уменьшиться не может.

Приращение энергии, накопленной в конденсаторе, при изменении его ёмкости определяется из соотношения

При механическом изменении ёмкости конденсатора, указанное приращение энергии обеспечивает вешний механический источник энергии,
Свойства трансформатора постоянного напряжения можно использовать для создания высоковольтного источника постоянного тока, схема которого приведена на Рис. 2.



Изображение

Рис. 2. Схема высоковольтного источника постоянного тока.


В данной схеме присутствует ещё один диод и нагрузочное сопротивление ] .
В исходном состоянии ёмкость конденсатора равна ] , а напряжение на нём равно ] . В это же время через сопротивление нагрузки течёт ток

При этом энергия, полученная конденсатором от источника напряжения, составляет
.
Как только ёмкость конденсатора начнёт уменьшаться, на нём появится дополнительное напряжение, заданное соотношением (5). Это дополнительное напряжение через правый диод поступает на нагрузочного сопротивления [/formula]] R[/formula]] . Дополнительная энергия, выделенная при этом на нагрузочном сопротивлении, определяется соотношением (7). Для расчёта КПД такого процесса, нужно сравнить энергию, израсходованную правым источником напряжения на зарядку конденсатора и энергию, выделенную на нагрузочном сопротивлении. В данном случае КПД определяется как отношение соотношений (8) и (7).
.
В следующем цикле происходит увеличение ёмкости конденсатора от значений ] до значений ] . Но напряжение на нём не может быть меньше чем ] , поэтому левый источник напряжения начинает заряжать увеличивающуюся ёмкость. И к моменту, когда величина ёмкости достигнет значения ] , напряжение на ней будет равно ] . Во время этого цикла левый источник напряжения повторно израсходует энергию, определяемую соотношением (8). При этом полный цикл завершиться и система вернётся в исходное состояние.
Принцип действия рассмотренного генератора подобен принципу действия клапанного водяного насоса, схема которого представлена на рис. 3.


Изображение

Рис. 3. Схема клапанного водяного насоса


При перемещении поршня вниз левый выпускной клапан открывается, и вода засасывается в полость насоса. При перемещении поршня вверх вода через правый выпускной клапан выбрасывается наружу.
Роль клапанов в схеме описанного генератора играют диоды, а роль цилиндра с двигающимся поршнем выполняет переменный конденсатор.
Из этого следует, что основной проблемой создания предлагаемого генератора является разработка конденсатора, ёмкость которого изменяется механическим способом. При этом конденсатор должен иметь большие значения начальной и конечной ёмкости и с большим отношением этих значений. Этот вопрос можно решить путём использования технологии создания керамических конденсаторов, когда в качестве диэлектрика между обкладками конденсатора используется титанат бария, имеющий очень большую диэлектрическую проницаемость. Конструкция генератора, в котором используется указанный принцип, показана на рис. 4


Изображение
Рис. 4. Механическая схема генератора, в которой вкладки из титаната бария расположены на статоре.

В приведенной конструкции имеется фигурный ротор, а вкладки из титаната бария расположены на внутренней поверхности цилиндрического статора.
Рассчитаем практическую конструкцию генератора со следующими параметрами: напряжение источника напряжения ] ; диаметр ротора ] ; зазор между слоем титаната бария и статором ] ; скорость вращения ротора ] (такая скорость вращения соответствует скорости 30000 об/мин, характерной для газовых турбин); длина генератора ] .
При указанных параметрах энергия, вырабатываемая генератором за один оборот, составит
.
А мощность генератора будет равна
.
При записи этой формулы учтён тот факт, что за один оборот ротора происходит два цикла изменения ёмкости между ротором и статором.
Подстановка заданных параметров в формулу (10) даёт мощность 1.48 МВт.
КПД генератор, вычисленное по формуле (9), составляет 10000%. Это означает, что практически вся механическая энергия, затраченная на вращение ротора генератора, превращается в механическую энергию.
Выходное напряжение, которое вырабатывает такой генератор, вычисленное по формуле (3) равно 100 кВ. Такое напряжение будет развиваться между статором и ротором, когда ёмкость между ними будет минимальна. Чтобы при этом избежать электрического пробоя, внутренняя полость генератора должна быть заполнена воздухом или другим газом под высоким давлением.
Ни один из существующих генераторов не может обеспечить такую мощность при заданных габаритах и такой высокий КПД.

Код ссылки на тему, для размещения на персональном сайте | Показать
Код: выделить все
<div style="text-align:center;">Обсудить теорию <a href="http://www.newtheory.ru/mechanics/parametricheskie-elektrogeneratori-t5634.html">Параметрические электрогенераторы</a> Вы можете на форуме "Новая Теория".</div>
http://fmnauka.narod.ru/
Аватар пользователя
Фёдор Менде
 
Сообщений: 181
Зарегистрирован: 14 ноя 2019, 13:08
Благодарил (а): 0 раз.
Поблагодарили: 3 раз.

Re: Параметрические электрогенераторы

Комментарий теории:#2  Сообщение alexandrovod » 25 ноя 2019, 23:19

Фёдор Менде писал(а):Следует отметить, что такой трансформатор может работать только в режиме повышения напряжения, т.к. при попытке получить уменьшение напряжения на конденсаторе это сделать не удастся по той причине, что диод обеспечивает прямое подключение источника напряжения к конденсатору и поэтому напряжение на конденсаторе уменьшиться не может.

Не совсем верно, может и уменьшать напряжение, но со сменой полярности.
Но это все таки не трансформатор, так как используется сторонняя энергия для изменения напряжения.
Фёдор Менде писал(а):качестве диэлектрика между обкладками конденсатора используется титанат бария,

Наверно лучше титанат стронция, больше механическая прочность и температурный диапазон.
Еще в конце восьмидесятых в журнале "Письма в ЖЭТВ" был описан трансформатор почти постоянного тока "с периодом несколько часов" на основе свойств сверхпроводимых магнитов.
alexandrovod
 
Сообщений: 4574
Зарегистрирован: 06 май 2014, 17:34
Благодарил (а): 701 раз.
Поблагодарили: 306 раз.

Re: Параметрические электрогенераторы

Комментарий теории:#3  Сообщение Фёдор Менде » 26 ноя 2019, 17:30

alexandrovod писал(а):
Не совсем верно, может и уменьшать напряжение, но со сменой полярности.
Но это все таки не трансформатор, так как используется сторонняя энергия для изменения напряжения.

Правильнее было бы назвать такое устройство усилителем.
http://fmnauka.narod.ru/
Аватар пользователя
Фёдор Менде
 
Сообщений: 181
Зарегистрирован: 14 ноя 2019, 13:08
Благодарил (а): 0 раз.
Поблагодарили: 3 раз.


Вернуться в Механика

Кто сейчас на форуме

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 1