RU2341860C2 - Method and device for transmission of electric power (versions) - Google Patents

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: method of electric power transmission includes generation of high-frequency electromagnet oscillations and their transmission along conductive channel between source and receiver of electric power. High-frequency electromagnet oscillations generated in high-frequency resonant transformer are amplified by voltage up to 0.5-100 million volts in quarter-wave-length resonant line that consists of spiral resonator and natural reservoir at the end of the line. For this purpose electromagnet oscillations are supplied to the input of spiral resonator from high-frequency resonant transformer with frequency synchronized with period of time T₀ of voltage wave movement from inlet of spiral resonator to natural reservoir and return of reflected wave by input to spiral resonator. Conductive channel is formed with the help of microwave radiation from microwave generator connected to needle conductive shaper of channel installed in close proximity to natural reservoir of quarter-wave-length line. Microwave generator is excited with electric field of quarter-wave-length line.

EFFECT: higher efficiency; reduction of losses.

20 cl, 5 dwg, 2 ex

Description

Translated fromRussian

Изобретение относится к области электротехники, в частности к способу и устройству для передачи электрической энергии.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to a method and apparatus for transmitting electrical energy.

Известен способ и устройство для передачи электрической энергии, включающий передачу электрической энергии от источника к приемнику электрической энергии таким образом, что между источником и приемником электрической энергии формируют проводящий канал методом фотоионизации и ударной ионизации с помощью генератора излучения. Указанный проводящий канал электрически изолируют от генератора излучения с помощью прозрачного для излучения электроизоляционного экрана, соединяют проводящий канал с источником электрической энергии через повышающий высокочастотный трансформатор Тесла и с приемником электрической энергии через понижающий высокочастотный трансформатор Тесла или диодно-конденсаторный блок, увеличивают электрическую проводимость канала путем формирования поверхностного заряда и увеличения напряженности электрического поля и осуществляют под действием кулоновых сил перемещение электрических зарядов вдоль проводящего канала. Проводящий канал формируют как со стороны источника энергии, так и со стороны приемника энергии.A known method and device for transmitting electrical energy, comprising transmitting electrical energy from a source to an electric energy receiver in such a way that a conductive channel is formed between the source and the electric energy receiver by photoionization and impact ionization using a radiation generator. The specified conductive channel is electrically isolated from the radiation generator using an electrically insulating shield transparent to radiation, the conductive channel is connected to an electric energy source through a Tesla high-frequency transformer and to an electric energy receiver through a Tesla high-frequency transformer or a diode-capacitor unit, increase the channel’s electrical conductivity by forming surface charge and increase the electric field strength and carry out under Procedure Coulomb forces moving electrical charges along the conducting channel. The conductive channel is formed both from the side of the energy source and from the side of the energy receiver.

Электрическую энергию передают по проводящему каналу в импульсном или непрерывном режиме путем синхронной подачи на формирователь проводящего канала одновременно импульсов от генератора излучения и электрических импульсов от высоковольтного высокочастотного трансформатора Тесла.Electric energy is transmitted through the conducting channel in a pulsed or continuous mode by simultaneously supplying simultaneously pulses from the radiation generator and electric pulses from the Tesla high-voltage transformer to the shaper of the conducting channel.

Известное устройство для передачи электрической энергии содержит генератор излучения на основе оптического или рентгеновского лазера для формирования проводящего канала между источником и приемником электрической энергии, установленный соосно с генератором излучения формирователь проводящего канала и электроизолирующий экран, прозрачный для излучения генератора, размещенный между формирователем проводящего канала и генератором излучения. Источник электрической энергии соединен с формирователем проводящего канала через высоковольтный высокочастотный трансформатор Тесла, а с противоположной стороны проводящего канала установлен приемник проводящего канала, изолированный от корпуса приемника электрической энергии. Указанный приемник электрической энергии соединен с приемником канала через понижающий высокочастотный трансформатор Тесла или диодно-конденсаторный блок.The known device for transmitting electrical energy comprises a radiation generator based on an optical or X-ray laser for forming a conductive channel between the source and the receiver of electric energy, a shaper of the conductive channel and an electrically insulating screen transparent to the radiation of the generator located between the shaper of the conductive channel and the generator mounted coaxially with the radiation generator radiation. The electric energy source is connected to the shaper of the conductive channel through a Tesla high-voltage high-frequency transformer, and on the opposite side of the conductive channel, a receiver of the conductive channel is isolated from the housing of the electric energy receiver. The specified receiver of electrical energy is connected to the receiver of the channel through a step-down high-frequency transformer Tesla or a diode-capacitor block.

Устройство для передачи электрической энергии может быть выполнено в виде энергетической разветвленной системы, состоящей из множества источников и приемников электрической энергии, соединенных между собой проводящими каналами, имеющими одинаковую частоту и напряжение в точках соединения. Каждый источник электрической энергии снабжен генератором излучения, электроизолирующим экраном, формирователем и приемником проводящего канала. Каждый формирователь проводящего канала соединен с источником электрической энергии с помощью высоковольтного высокочастотного трансформатора Тесла, а каждый генератор излучения соединен или с источником электрической энергии, или с приемником через понижающий высокочастотный трансформатор Тесла или диодно-конденсаторный блок (патент РФ 2143775 от 25.03.99 г., БИ №36, 1999 г.).A device for transmitting electrical energy can be made in the form of a branched energy system, consisting of many sources and receivers of electrical energy, interconnected by conductive channels having the same frequency and voltage at the connection points. Each source of electrical energy is equipped with a radiation generator, an electrically insulating screen, a shaper and a receiver of the conductive channel. Each shaper of the conductive channel is connected to an electric energy source using a Tesla high-voltage high-frequency transformer, and each radiation generator is connected either to an electric energy source or to a receiver through a Tesla high-frequency transformer or a diode-capacitor unit (RF patent 2143775 of 03.25.99 g. , BI No. 36, 1999).

Недостатком известного способа и устройства является необходимость использования газоразрядного проводящего канала и поддержания концентрации ионизированного воздуха в канале в определенных пределах, так как при малой концентрации ионов лазерный воздушный канал обладает малой проводимостью, недостаточной для передачи электрической энергии, а при большой концентрации ионов воздушный канал становится непрозрачным для лазерного излучения.A disadvantage of the known method and device is the necessity of using a gas-discharge conducting channel and maintaining the concentration of ionized air in the channel within certain limits, since at a low concentration of ions the laser air channel has a low conductivity, insufficient for the transfer of electrical energy, and at a high concentration of ions the air channel becomes opaque for laser radiation.

Другим недостатком известного способа и устройства является то, что его невозможно использовать в вакууме за пределами земной атмосферы.Another disadvantage of the known method and device is that it cannot be used in vacuum outside the earth's atmosphere.

Известен способ передачи электрической энергии с помощью релятивистских пучков электронов высоких энергий (Б.Э.Мейерович. Канал сильного тока. М.: Фима, 1999, стр.355-357). Недостатком известного способа передачи электрической энергии являются большие потери энергии на рассеивание при столкновении электронов с молекулами в газовой среде, что ограничивает длину распространения и мощность электронного потока в атмосфере.A known method of transmitting electrical energy using relativistic beams of high-energy electrons (B.E. Meyerovich. Channel of high current. M: Fima, 1999, pp. 355-357). A disadvantage of the known method of transferring electrical energy is the large energy loss due to dissipation in the collision of electrons with molecules in a gas medium, which limits the propagation length and power of the electron flow in the atmosphere.

Другим недостатком является необходимость преобразования электронного потока у потребителя в электрическую энергию с заданными параметрами, так как поток электронов представляет собой источник тока. Отбор энергии от пучка электронов производят за счет торможения электронов в электрическом поле конденсатора и увеличения заряда-конденсатора. В магнитном поле энергия пучка электронов преобразуется в синхротронное излучение. При облучении твердой мишени энергия пучка электронов превратится в теплоту, которую можно преобразовать в электрическую энергию с помощью известных термодинамических циклов преобразования энергии.Another disadvantage is the need to convert the electronic flow from the consumer into electrical energy with specified parameters, since the electron flow is a current source. The selection of energy from the electron beam is carried out due to the deceleration of electrons in the electric field of the capacitor and the increase in charge-capacitor. In a magnetic field, the energy of an electron beam is converted to synchrotron radiation. When a solid target is irradiated, the energy of the electron beam will turn into heat, which can be converted into electrical energy using the well-known thermodynamic cycles of energy conversion.

Известен способ передачи электрической энергии, включающий генерирование высокочастотных электромагнитных колебаний и передачу их по проводящему каналу между источником и приемником электрической энергии, в котором проводящий канал формируют с помощью ускорителя в виде релятивистского пучка электронов, на который подают высокое напряжение с частотой 0,3-300,0 кГц - от спиральной антенны бегущей волны. Для увеличения радиационной безопасности проводящий канал формируют в виде двух пересекающихся пучков, один из которых формируют в атмосфере с помощью лазера, а второй формируют в разреженной среде и за пределами атмосферы в виде релятивистского пучка электронов.A known method of transmitting electrical energy, including the generation of high-frequency electromagnetic waves and transmitting them through a conductive channel between a source and a receiver of electrical energy, in which the conductive channel is formed using an accelerator in the form of a relativistic electron beam, which is supplied with a high voltage with a frequency of 0.3-300 , 0 kHz - from a spiral antenna of a traveling wave. To increase radiation safety, the conducting channel is formed in the form of two intersecting beams, one of which is formed in the atmosphere using a laser, and the second is formed in a rarefied medium and outside the atmosphere in the form of a relativistic electron beam.

Пучки в проводящем канале могут быть направлены соосно встречно друг другу, пучок релятивистских электронов направляют преимущественно из оптически менее плотной среды в сторону оптически более плотной среды, а лазерное излучение преимущественно из оптической более плотной среды в сторону оптической менее плотной среды. Формирование проводящего канала также осуществляют путем передачи вдоль оси канала соосного релятивистского пучка электронов и лазерного пучка и подачи на проводящий канал высокого напряжения от высокочастотного трансформатора Тесла или путем передачи вдоль оси канала двух параллельных пучков лазерного излучения и релятивистских электронов, расстояние между которыми не превышает поперечного размера, меньшего по диаметру пучка.The beams in the conducting channel can be directed coaxially opposite each other, the beam of relativistic electrons is directed mainly from an optically less dense medium towards an optically denser medium, and laser radiation is predominantly from an optical denser medium towards an optical less dense medium. The formation of the conductive channel is also carried out by transmitting a coaxial relativistic electron beam and a laser beam along the channel axis and supplying a high voltage to the conductive channel from a Tesla high-frequency transformer or by transmitting two parallel beams of laser radiation and relativistic electrons along the channel axis, the distance between which does not exceed the transverse dimension smaller in diameter of the beam.

Для передачи электрической энергии по линии, отличной от прямой, проводящий канал содержит проводящее тело, которое облучают с одной или нескольких сторон с помощью релятивистских пучков электронов и лазерных пучков, соединенных с высоковольтными трансформаторами Тесла. Для создания глобальной системы энергоснабжения Земли в качестве проводящего тела используют проводящие слои в ионосфере Земли, которые соединяют проводящими каналами на основе релятивистских электронных пучков с источниками и приемниками электрической энергии.To transfer electrical energy through a line other than a straight line, the conductive channel contains a conductive body that is irradiated from one or more sides using relativistic electron beams and laser beams connected to Tesla high voltage transformers. To create the Earth’s global energy supply system, conducting layers in the Earth’s ionosphere are used as a conducting body, which are connected by conducting channels based on relativistic electron beams to sources and receivers of electrical energy.

Устройство для передачи электрической энергии, содержащее высоковольтные высокочастотные трансформаторы Тесла, установленные у приемника и у источника энергии, содержит ускоритель релятивистских пучков электронов, выходное отверстие ускорителя соединено с высоковольтной обмоткой трансформатора Тесла, а ось ускорителя ориентирована на проводящий изолированный экран, который соединен с высоковольтной обмоткой другого трансформатора Тесла, а высоковольтная обмотка трансформаторов Тесла выполнена в виде многослойной спиральной антенны, ось которой совпадает с осью электронного пучка релятивистского ускорителя электронов.A device for transmitting electric energy containing high-voltage high-frequency Tesla transformers installed at the receiver and at the energy source contains an accelerator of relativistic electron beams, the outlet of the accelerator is connected to the high-voltage winding of the Tesla transformer, and the axis of the accelerator is oriented to a conductive insulated screen that is connected to the high-voltage winding another Tesla transformer, and the high-voltage winding of Tesla transformers is made in the form of a multilayer spiral ant the axis of which coincides with the axis of the electron beam of the relativistic electron accelerator.

Недостатком известного способа и устройств является необходимость использования дополнительных устройств ускорителя релятивистских пучков электронов или лазера для создания проводящего канала. Все указанные способы преобразования электрической энергии электронного пучка характеризуются низким кпд.A disadvantage of the known method and devices is the need to use additional devices of the accelerator of relativistic electron beams or a laser to create a conductive channel. All these methods of converting the electric energy of an electron beam are characterized by low efficiency.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности и снижение потерь при передаче электрической энергии, а также обеспечение возможности передачи электрической энергии в вакууме за пределами земной атмосферы между космическими аппаратами или планетами, а также с Земли на космические тела и обратно - из космического пространства на Землю, а также из одного пункта Земли на другой пункт Земли через атмосферу и космическое пространство без использования таких дополнительных устройств, как ускорители релятивистских пучков электронов и лазеров.The objective of the invention is to increase the efficiency and reduce losses in the transmission of electric energy, as well as providing the possibility of transmitting electric energy in vacuum outside the earth's atmosphere between spacecraft or planets, as well as from Earth to space bodies and vice versa - from outer space to Earth, and also from one point of the Earth to another point of the Earth through the atmosphere and outer space without the use of such additional devices as relativistic beam accelerators in electrons and lasers.

Вышеуказанный результат достигается тем, что в способе передачи электрической энергии, включающем генерирование высокочастотных электромагнитных колебаний и передачу их по проводящему каналу между источником и приемником электрической энергии, высокочастотные электромагнитные колебания, генерированные в высокочастотном резонансном трансформаторе, усиливают по напряжению до 0,5-100 миллионов вольт в четвертьволновой резонансной линии, состоящей из спирального резонатора и естественной емкости на конце линии, путем подачи на вход спирального резонатора электромагнитных колебаний от высокочастотного резонансного трансформатора с частотой f₀=1-1000 кГц, синхронизированной с периодом времени Т₀ движения волны напряжения от входа спирального резонатора до естественной емкости и возврата отраженной волны по входу в спиральный резонатор

где H - длина четвертьволновой линии, u - скорость движения электромагнитной волны вдоль оси резонатора, накапливают электрическую энергию в естественной емкости, а проводящий канал формируют с помощью микроволнового излучения на частоте f₁>>f₀ от микроволнового генератора, соединенного с игольчатым проводящим формирователем канала, установленного в непосредственной близости от естественной емкости четвертьволновой линии, микроволновый генератор возбуждают электрическим полем четвертьволновой линии.The above result is achieved in that in a method for transmitting electrical energy, including generating high-frequency electromagnetic waves and transmitting them through a conductive channel between a source and a receiver of electric energy, high-frequency electromagnetic waves generated in a high-frequency resonant transformer, amplify the voltage up to 0.5-100 million volts in a quarter-wave resonance line, consisting of a spiral resonator and a natural capacitance at the end of the line, by applying a spin to the input a resonator of electromagnetic waves from a high-frequency resonant transformer with a frequency f₀ = 1-1000 kHz, synchronized with a period of time T_{0 of the} movement of the voltage wave from the input of the spiral resonator to the natural capacitance and the return of the reflected wave at the entrance to the spiral resonator

where H is the length of the quarter-wave line, u is the speed of the electromagnetic wave along the axis of the resonator, accumulate electrical energy in a natural capacitance, and the conductive channel is formed using microwave radiation at a frequency f₁ >> f₀ from a microwave generator connected to a needle-shaped channel former installed in the immediate vicinity of the natural capacity of the quarter-wave line, the microwave generator is excited by the electric field of the quarter-wave line.

В одном из вариантов способа естественную емкость выполняют в виде сферы из проводящего материала.In one embodiment of the method, the natural capacitance is made in the form of a sphere of conductive material.

В другом варианте способа естественную емкость выполняют в виде тороида из проводящего материала.In another embodiment of the method, the natural capacitance is made in the form of a toroid from a conductive material.

Еще в одном варианте способа естественную емкость выполняют в виде сферического купола, а игольчатый проводящий канал выполняют в виде шпиля с заостренным концом, который соединяют с куполом.In another embodiment of the method, the natural capacity is made in the form of a spherical dome, and the needle-shaped conductive channel is made in the form of a spire with a pointed end, which is connected to the dome.

В варианте способа передачи электрической энергии генератор микроволнового излучения возбуждают электрическим полем естественной емкости четвертьволновой линии на расстоянии Δ=0,1-10 м от поверхности емкости при напряженности электрического поля 1-100 кВ/м, а проводящий канал формируют с двух сторон микроволнового генератора со стороны сферической емкости и со стороны приемника электрической энергии.In an embodiment of the method for transmitting electric energy, a microwave radiation generator is excited by an electric field of a natural capacity of a quarter-wave line at a distance Δ = 0.1-10 m from the surface of the vessel with an electric field of 1-100 kV / m, and a conductive channel is formed on both sides of the microwave generator with sides of the spherical tank and from the side of the receiver of electrical energy.

В варианте способа передачи электрической энергии генератор микроволнового излучения вместе с игольчатым формирователем проводящего канала перемещают относительно сферической емкости для передачи электрической энергии различным потребителям или одному потребителю, который изменяет свое положение в пространстве.In an embodiment of the method for transmitting electric energy, the microwave radiation generator, together with the needle shaper of the conductive channel, is moved relative to a spherical container for transmitting electric energy to various consumers or to one consumer that changes its position in space.

Еще в одном варианте способа передачи электрической энергии четвертьволновую линию изолируют с помощью диэлектрического корпуса, заполненного изолирующим газом или жидкостью, а игольчатый формирователь канала снабжают устройством для импульсного соединения с емкостью четвертьволновой линии с частотой импульсов 1 Гц-100 кГц.In another embodiment of the method of transmitting electrical energy, the quarter-wave line is isolated with a dielectric housing filled with insulating gas or liquid, and the needle-shaped channel former is equipped with a device for impulse connection with the capacity of the quarter-wave line with a pulse frequency of 1 Hz-100 kHz.

В варианте способа передачи электрической энергии, включающем генерирование высокочастотных электромагнитных колебаний и передачу их по проводящему каналу между источником и приемником электрической энергии, проводящий канал создают с помощью дополнительной четвертьволновой линии, состоящей из спирального резонатора и естественной емкости на частоте f₁>>f₀, соединенной с двумя игольчатыми формирователями проводящего канала, один из которых формирует проводящий канал в сторону естественной емкости основной четвертьволновой линии, а второй формирует проводящий канал в сторону приемника нагрузки, основная и дополнительная четвертьволновые линии получают электрическую энергию от одного резонансного высокочастотного трансформатора.In an embodiment of a method for transmitting electric energy, including generating high-frequency electromagnetic waves and transmitting them through a conducting channel between a source and a receiver of electric energy, the conducting channel is created using an additional quarter-wave line consisting of a spiral resonator and a natural capacitance at a frequency f₁ >> f₀ , connected to two needle formers of the conductive channel, one of which forms a conductive channel in the direction of the natural capacity of the main quarter-wave line, and the second forms a conductive channel in the direction of the load receiver, the main and additional quarter-wave lines receive electrical energy from one resonant high-frequency transformer.

В другом варианте способа передачи электрической энергии, включающем генерирование высокочастотных электромагнитных колебаний и передачу их по проводящему каналу между источником и приемником электрической энергии, создают несколько проводящих каналов на частоте f>f₀ с помощью нескольких дополнительных спиральных резонаторов, каждый из которых имеет резонансную емкость и соединенный с ней игольчатый формирователь канала, каждый дополнительный спиральный резонатор получает электромагнитную электроэнергию для формирования канала от своего высокочастотного резонансного трансформатора, а электромагнитную энергию для передачи беспроводным методом от основного спирального резонатора, когерентную накачку которого производят от резонансного высокочастотного трансформатора Тесла.In another embodiment of a method for transmitting electrical energy, including generating high-frequency electromagnetic waves and transmitting them through a conductive channel between a source and a receiver of electrical energy, create several conductive channels at a frequency f> f₀ using several additional spiral resonators, each of which has a resonant capacitance and a needle-shaped channel former connected to it, each additional spiral resonator receives electromagnetic electricity to form a channel t its high resonant transformer, and to transmit electromagnetic energy wirelessly from the main spiral resonator, which produce coherent pumping of the high-frequency transformer resonant Tesla.

Устройство для передачи электрической энергии, содержащее источник электрической энергии, преобразователь частоты и передающий и приемный резонансные высокочастотные трансформаторы с частотой f₀, установленные у источника и приемника энергии, и проводящий канал между ними, передающий трансформатор с частотой f₀=1-1000 кГц соединен с дополнительной четвертьволновой линией, выполненной из спирального резонатора с длиной

где u - скорость распространения электромагнитной волны вдоль оси резонатора, и естественной емкости на конце линии с напряжением 0,5-500 MB, в непосредственной близости от естественной емкости установлен микроволновый генератор с частотой f>>f₀ без источника питания, с возбуждением от электрического поля естественной емкости, микроволновый генератор соединен с игольчатым формирователем проводящего канала, который ориентирован на приемник энергии у потребителя.A device for transmitting electrical energy, containing a source of electrical energy, a frequency converter and a transmitter and receiver resonant high-frequency transformers with a frequency f₀ installed at the source and receiver of energy, and a conductive channel between them, a transmitting transformer with a frequency f₀ = 1-1000 kHz is connected with an additional quarter-wave line made of a spiral resonator with a length

where u is the propagation velocity of the electromagnetic wave along the axis of the resonator, and the natural capacitance at the end of the line with a voltage of 0.5-500 MB, in the immediate vicinity of the natural capacitance there is a microwave generator with a frequency f >> f₀ without a power source, with excitation from an electric fields of natural capacity, the microwave generator is connected to a needle shaper of the conductive channel, which is focused on the energy receiver at the consumer.

В варианте устройства для передачи электрической энергии два игольчатых формирователя проводящего канала электрически соединены друг с другом и установлены с двух противоположных сторон микроволнового генератора на расстоянии Δ=0,1-10 м от естественной емкости четвертьволновой линии таким образом, что один игольчатый формирователь направлен в сторону естественной емкости, а второй в сторону приемника нагрузки.In an embodiment of a device for transmitting electrical energy, two needle shapers of the conductive channel are electrically connected to each other and installed on two opposite sides of the microwave generator at a distance Δ = 0.1-10 m from the natural capacity of the quarter-wave line so that one needle shaper is directed to the side natural capacity, and the second towards the load receiver.

В варианте устройства для передачи электрической энергии вокруг естественной емкости четвертьволновой линии установлены n микроволновых генераторов с игольчатыми формирователями проводящих каналов с устройствами электрического соединения с четвертьволновой линией и формирования проводящих каналов к n-приемникам излучения. n=1, 2, 3, к.In an embodiment of a device for transmitting electrical energy around a natural quarter-wave line capacitance, n microwave generators are installed with needle shapers of conductive channels with devices for electrical connection with a quarter-wave line and the formation of conductive channels to n-radiation receivers. n = 1, 2, 3, k.

В варианте устройства для передачи электрической энергии один из двух игольчатых формирователей канала снабжен устройством для перемещения вокруг естественной емкости четвертьволновой линии для передачи электрической энергии потребителю, который изменяет свое положение в пространстве.In an embodiment of a device for transmitting electrical energy, one of the two needle channel shapers is equipped with a device for moving around the natural capacity of a quarter-wave line for transmitting electric energy to a consumer who changes their position in space.

Устройство для передачи электрической энергии, содержащее источник электрической энергии повышенной частоты, передающий и приемный резонансные высокочастотные трансформаторы с резонансной частотой f₀, установленные у источника и приемника энергии, и проводящий канал между ними, передающий трансформатор имеет резонансную частоту f₀=1-1000 кГц и соединен с двумя четвертьволновыми линиями с резонансными частотами f₁=f₀=1-1000 кГц и f₂>>f₀, каждая из четвертьволновых линий выполнена из естественной емкости и спирального резонатора с длиной

для первой линии и длиной

для второй линии, где u₁ и u₂ - фазовая скорость перемещения электромагнитной волны вдоль оси первого и второго спирального резонатора, естественная емкость второй линии снабжена двумя игольчатыми формирователями проводящего канала, один из которых направлен на естественную емкость первой линии, а второй формирователь ориентирован на приемник нагрузки, обе четвертьволновые линии получают питание от передающего резонансного трансформатора.A device for transmitting electrical energy, containing a source of electrical energy of high frequency, transmitting and receiving resonant high-frequency transformers with a resonant frequency f₀ installed at the source and receiver of energy, and a conductive channel between them, the transmitting transformer has a resonant frequency f₀ = 1-1000 kHz and connected to two quarter-wave lines with resonant frequencies f₁ = f₀ = 1-1000 kHz and f₂ >> f₀ , each of the quarter-wave lines is made of natural capacitance and a spiral resonator with a length

for the first line and the length

for the second line, where u₁ and u₂ are the phase velocity of the electromagnetic wave along the axis of the first and second spiral resonators, the natural capacity of the second line is equipped with two needle shapers of the conductive channel, one of which is directed to the natural capacity of the first line, and the second shaper is oriented to load receiver, both quarter-wave lines are powered by a transmitting resonant transformer.

Устройство для передачи электрической энергии, содержащее источник электрической энергии повышенной частоты, передающий и приемный резонансные высокочастотные трансформаторы с резонансной частотой f₀, установленные у источника и n приемников энергии, и n проводящих каналов между ними, передающий трансформатор имеет резонансную частоту 1-1000 кГц и соединен с основной четвертьволновой линией с резонансной частотой f₀=1-1000 кГц, которая состоит из естественной емкости на конце линии и спирального резонатора в начале линии длиной

где u₀ - фазовая скорость движения электромагнитной волны вдоль оси спирального резонатора, устройство содержит n дополнительных четвертьволновых линий, каждая из которых содержит спиральный резонатор с резонансной частотой f>>f₀ и естественную емкость, соединенную с двумя игольчатыми формирователями каналов, один с ориентацией на емкость основной четвертьволновой линии, а второй с ориентацией на один из n приемников нагрузки.A device for transmitting electrical energy, containing a source of electrical energy of high frequency, transmitting and receiving resonant high-frequency transformers with a resonant frequency f₀ installed at the source and n energy receivers, and n conductive channels between them, the transmitting transformer has a resonant frequency of 1-1000 kHz and connected to the main quarter-wave line with a resonant frequency f₀ = 1-1000 kHz, which consists of a natural capacitance at the end of the line and a spiral resonator at the beginning of the line with a length

where u₀ is the phase velocity of the electromagnetic wave along the axis of the spiral resonator, the device contains n additional quarter-wave lines, each of which contains a spiral resonator with a resonant frequency f >> f₀ and a natural capacitance connected to two needle-shaped channel shapers, one with orientation the capacity of the main quarter-wave line, and the second with an orientation to one of the n load receivers.

В варианте устройства все дополнительные четвертьволновые линии соединены с передающим резонансным высокочастотным трансформатором основной четвертьволновой линии.In an embodiment of the device, all additional quarter-wave lines are connected to a transmitting resonant high-frequency transformer of the main quarter-wave line.

В варианте устройства часть из n дополнительных четвертьволновых линий соединена с собственным высокочастотным резонансным трансформатором.In an embodiment of the device, a part of n additional quarter-wave lines is connected to its own high-frequency resonant transformer.

Сущность способа и устройства для передачи электрической энергии иллюстрируется на фиг.1, 2, 3, 4, 5.The essence of the method and device for transmitting electrical energy is illustrated in figures 1, 2, 3, 4, 5.

На фиг.1 представлена схема способа и устройства для передачи электрической энергии с использованием микроволнового генератора для создания проводящего канала.Figure 1 presents a diagram of a method and apparatus for transmitting electrical energy using a microwave generator to create a conductive channel.

На фиг.2 - схема способа и устройства для передачи электрической энергии с использованием микроволнового генератора и игольчатого формирователя канала для создания проводящего канала между естественной емкостью четвертьволновой линии и приемником нагрузки.Figure 2 - diagram of a method and apparatus for transmitting electrical energy using a microwave generator and a needle channel former to create a conductive channel between the natural capacity of the quarter-wave line and the load receiver.

На фиг.3 - конструкция устройства четвертьволновой линии в изолирующем корпусе и микроволнового генератора, возбуждаемого электрическим полем тороидальной емкости.Figure 3 - design of a quarter-wave line device in an insulating casing and a microwave generator excited by an electric field of a toroidal capacity.

На фиг.4 - схема устройства для передачи электрической энергии с использованием двух резонансных четвертьволновых линий для усиления потенциала и создания проводящего канала от генератора к приемнику.Figure 4 - diagram of a device for transmitting electrical energy using two resonant quarter-wave lines to enhance the potential and create a conductive channel from the generator to the receiver.

На фиг.5 - конструкция устройства для передачи электрической энергии с использованием двух резонансных четвертьволновых линий для усиления потенциала и создания проводящего канала от генератора к приемнику.Figure 5 - design of a device for transmitting electrical energy using two resonant quarter-wave lines to enhance the potential and create a conductive channel from the generator to the receiver.

На фиг.1 электрическая энергия от источника 1 с частотой 50-400 Гц поступает на преобразователь частоты 2 и затем с частотой 1-500 кГц поступает через конденсаторы 3 на высокочастотный резонансный трансформатор 4 с обмотками L₁ и L₂. Один вывод высоковольтной обмотки L₂ заземлен или присоединен к естественной емкости, а второй вывод обмотки L₂ присоединен к четвертьволновой резонансной линии, состоящей из спирального волновода 5 L₃ и сферической емкости 6, которая соединена с игольчатым формирователем 7 проводящего канала 8. У потребителя в конце проводящего канала 8 установлен приемник 9, который соединен с высоковольтной обмоткой 10 высокочастотного резонансного трансформатора 12. Низковольтная обмотка 13 трансформатора 12 через емкость 14 соединена с преобразователем частоты 15 и нагрузкой 16.In Fig. 1, electric energy from asource 1 with a frequency of 50-400 Hz is supplied to a frequency converter 2 and then with a frequency of 1-500 kHz is supplied through capacitors 3 to a high-frequency resonant transformer 4 with windings L₁ and L₂ . One terminal of the high-voltage winding L_{2 is} grounded or connected to a natural capacitance, and the second terminal of the winding L_{2 is} connected to a quarter-wave resonance line consisting of a spiral waveguide 5 L₃ and aspherical capacitor 6, which is connected to aneedle shaper 7 of the conductingchannel 8. At the consumer at the end of the conductingchannel 8, areceiver 9 is installed, which is connected to the high-voltage winding 10 of the high-frequency resonant transformer 12. The low-voltage winding 13 of thetransformer 12 is connected through acapacitor 14 to theconverter astot 15 andload 16.

На фиг.1 между сферической емкостью 6 и игольчатым формирователем канала 7 установлен генератор микроволнового излучения 17, который установлен на шарнире 18 с зазором δ=0,1-1 м относительно сферической емкости 6 с возможностью поворота относительно центра сферы 6 для ориентации относительно приемника 9 нагрузки.In Fig. 1, between thespherical container 6 and the needle former of thechannel 7, amicrowave generator 17 is mounted, which is mounted on the hinge 18 with a gap δ = 0.1-1 m relative to thespherical container 6 with the possibility of rotation relative to the center of thesphere 6 for orientation relative to thereceiver 9 load.

На фиг.2 генератор микроволнового излучения 17 имеет игольчатый формирователь канала 7 со стороны проводящего канала 8 и электрод 19 со стороны сферической емкости 6 для передачи электрической энергии от емкости 6 через формирователь канала 7 на проводящий канал 8. Зазор Δ между сферической емкостью 6 и электродом 19 составляет 1-10 м.In figure 2, themicrowave radiation generator 17 has aneedle shaper channel 7 from the side of theconductive channel 8 and theelectrode 19 from the side of thespherical capacitance 6 for transmitting electrical energy from thecapacitor 6 through the shaper of thechannel 7 to theconductive channel 8. The gap Δ between thespherical capacity 6 and theelectrode 19 is 1-10 meters.

На фиг.3 спиральный резонатор 5 и сферическая емкость 6 размещены в корпусе 20 из изолирующего материала, заполненном элегазом под давлением. Спиральный резонатор 5 выполнен в виде однослойного спирального проводника 21, намотанного на каркасе 22 из изолирующего материала. На фиг.3 показаны размеры резонатора, диаметр D и длина l, а также распределение напряжения V и тока I вдоль резонатора. Формирователь 7 и 19 проводящего канала 8 установлены в одном корпусе с генератором 17 микроволнового излучения, который начинает работать при напряженности электрического поля 10 кВ/м и получает энергию для работы от электрического поля сферической емкости 6. Между электродом 19 формирователя проводящего канала 7 и сферической емкостью 6 установлено устройство 23, которое соединяет сферическую емкость 6 и электрод 19 при наличии потенциала на сферической емкости 6 и инициировании проводящего канала 8 в результате начала работы генератора микроволнового излучения 17. Электрическая энергия по проводящему каналу поступает на приемник 9 и затем через понижающий трансформатор 12 на преобразователь 4, на нагрузку 16 (на фиг.3 не показаны), аналогично фиг.2.In Fig. 3, the spiral resonator 5 and thespherical container 6 are placed in thehousing 20 of an insulating material filled with SF6 gas under pressure. The spiral resonator 5 is made in the form of a single-layerspiral conductor 21, wound on aframe 22 of insulating material. Figure 3 shows the dimensions of the resonator, the diameter D and the length l, as well as the distribution of voltage V and current I along the resonator.Shaper 7 and 19 of theconductive channel 8 are installed in one housing with amicrowave generator 17, which starts to work at an electric field of 10 kV / m and receives energy for operation from the electric field of aspherical capacitance 6. Between theelectrode 19 of the shaper of theconductive channel 7 and thespherical capacitance 6, adevice 23 is installed that connects thespherical capacitance 6 and theelectrode 19 when there is potential on thespherical capacitance 6 and the initiation of theconductive channel 8 as a result of the start of operation of thewave radiation 17. Electrical energy is supplied to theconductive channel receiver 9 and then through the step-downtransformer 12 to the inverter 4 to the load 16 (not shown in Figure 3), similar to Figure 2.

На фиг.4 электрический генератор высокой частоты 24 присоединен к последовательному резонансному контуру, образованному емкостью 25 и низковольтной обмоткой 26 высокочастотного резонансного повышающего трансформатора 27. Одна вторичная обмотка 28 трансформатора 27 присоединена к четвертьволновой линии, состоящей из спирального резонатора 31 с резонансной частотой f₀ и сферической емкости 32. Вторая вторичная обмотка 29 трансформатора 27 подключена к другой четвертьволновой линии, состоящей из спирального резонатора 33 повышенной резонансной частоты f₁>>f₀ и сферической емкости 34. Сферические емкости 32 и 34 имеют игольчатые формирователи канала 35 и 36, ориентированные по одной оси по направлению к приемнику 9 нагрузки 16. Свободные концы вторичных обмоток 28 и 29 и первичная обмотка 26 в целях электробезопасности подключены к земле 30 и естественной емкости.In Fig. 4, an electric high-frequency generator 24 is connected to a series resonant circuit formed by acapacitance 25 and a low-voltage winding 26 of a high-frequencyresonant boost transformer 27. One secondary winding 28 of thetransformer 27 is connected to a quarter-wave line consisting of aspiral resonator 31 with a resonant frequency f₀ andspherical capacitance 32. The second secondary winding 29 of thetransformer 27 is connected to another quarter-wave line consisting of a high-resonancehelical resonator 33 pilots at f₁ >> f₀ and thespherical container 34. Thespherical container 32 andneedle 34 have achannel conditioners 35 and 36 are oriented along one axis in a direction to thereceiver 9load 16. The free ends of thesecondary windings 28 and 29 and the primary winding 26 in order to Electrical safety connected to ground 30 and natural capacity.

На фиг.5 электрический генератор высокой частоты 24 через резонансный высокочастотный трансформатор 27 присоединен к четвертьволновой линии, состоящей из спирального резонатора 37 и тороидальной емкости 40. Спиральный резонатор 37 выполнен в виде однослойной обмотки на изолирующем каркасе 38 и помещен в герметичный корпус 39, заполненный элегазом.5, an electric high-frequency generator 24 is connected through a resonant high-frequency transformer 27 to a quarter-wave line consisting of aspiral resonator 37 and atoroidal capacitance 40. Thespiral resonator 37 is made in the form of a single-layer winding on an insulatingframe 38 and is placed in a sealedhousing 39 filled with SF6 .

Электрический генератор 41 высокой частоты через емкость 42 присоединен к высоковольтной обмотке 43 высокочастотного резонансного трансформатора 44. Потенциальный вывод 45 высоковольтной обмотки 46 присоединен к другой четвертьволновой линии, состоящей из спирального резонатора 47 и тороидальной емкости 48, установленной осесимметрично к тороидальной емкости 40. Спиральный резонатор имеет каркас 49 из изолирующего материала и помещен в герметичный корпус 50, заполненный изолирующим газом под давлением, например элегазом.A high-frequencyelectric generator 41 is connected through acapacitance 42 to a high-voltage winding 43 of a high-frequencyresonant transformer 44. Apotential terminal 45 of a high-voltage winding 46 is connected to another quarter-wave line consisting of aspiral resonator 47 and atoroidal capacitance 48 mounted axisymmetrically to thetoroidal capacitance 40. The spiral resonator has theframe 49 is made of an insulating material and is placed in a sealedenclosure 50 filled with an insulating gas under pressure, such as SF6 gas.

Тороидальные емкости 40 и 48 содержат трубчатый каналообразователь 57, установленный по оси симметрии тороидальных емкостей 40 и 48 и герметично соединенный со стенками корпусов 39 и 50. На выходе из корпуса 50 трубчатый каналообразователь соединен с игольчатым каналообразователем 7 для образования проводящего канала 8. Генератор 41 имеет ключ 52 для подачи питания на высокочастотный резонансный трансформатор 44. Четвертьволновая линия с резонатором 47 имеет резонансную частоту f, значительно превышающую резонансную частоту f₀, f>>f₀, где f₀ - резонансная частота четвертьволновой линии с резонатором 37.Thetoroidal containers 40 and 48 contain a tubular channel former 57 mounted along the symmetry axis of thetoroidal tanks 40 and 48 and hermetically connected to the walls of thehousings 39 and 50. At the outlet of thehousing 50, the tubular channel former is connected to aneedle duct 7 to form aconductive channel 8. Thegenerator 41 has a key 52 for supplying power to the high-frequencyresonant transformer 44. A quarter-wave line with aresonator 47 has a resonant frequency f significantly higher than the resonant frequency f₀ , f >> f₀ , where f₀ is the resonance The apparent frequency of the quarter-wave line with the resonator is 37.

Особенностью спирального резонатора 5 является малая скорость распространения электромагнитной волны, которая в сотни раз меньше скорости распространения волны в свободном пространстве. Это облегчает конструирование четвертьволнового резонатора, так как в этом случае в сотни раз уменьшается длина обмотки и высота резонатора 5. Уменьшенные размеры резонатора 5 снижают потери на излучение даже при больших частотах.A feature of the spiral resonator 5 is the low speed of propagation of an electromagnetic wave, which is hundreds of times less than the speed of wave propagation in free space. This facilitates the construction of a quarter-wave resonator, since in this case the length of the winding and the height of the resonator 5 are reduced hundreds of times. The reduced dimensions of the resonator 5 reduce the radiation loss even at high frequencies.

Расчет параметров спирального резонатора проведем, используя современные представления о принципах функционирования и параметрах спирального проводника. Спиральная дополнительная обмотка является спиральным волноводом и электрическим резонатором и обладает двумя замечательными свойствами:We will calculate the parameters of the spiral resonator using modern ideas about the principles of operation and parameters of the spiral conductor. The spiral additional winding is a spiral waveguide and an electric resonator and has two remarkable properties:

1. Она выполняет функции замедляющей системы, в которой фазовая скорость распространения электромагнитной волны вдоль оси значительно меньше, чем скорость распространения электромагнитной волны в свободном пространстве.1. It performs the functions of a decelerating system in which the phase velocity of propagation of an electromagnetic wave along an axis is much lower than the velocity of propagation of an electromagnetic wave in free space.

2. При малом шаге спирали электромагнитное поле фокусируется по оси спирального волновода.2. At a small step of the spiral, the electromagnetic field is focused along the axis of the spiral waveguide.

Параметры спирального резонатора: диаметр дополнительной обмотки (L₃) D=1 м; высота Н=2,44 м; число витков N₃=95. Обмотка выполнена однослойной из медного провода диаметром 1,25 мм. Длина обмотки L₃=2πDN₃=597 м, расстояние между витками t=0,0125 м. Емкость сферического конденсатора С₃=250 пФ.The parameters of the spiral resonator: the diameter of the additional winding (L₃ ) D = 1 m; height H = 2.44 m; the number of turns N₃ = 95. The winding is made of a single layer of copper wire with a diameter of 1.25 mm. The length of the winding L₃ = 2πDN₃ = 597 m, the distance between the turns t = 0.0125 m. The capacitance of a spherical capacitor is C₃ = 250 pF.

Расчет спирального резонатора производится по формулам четвертьволновой разомкнутой на конце линии.The calculation of the spiral resonator is carried out according to the formulas of a quarter-wave open at the end of the line.

Напряжение в линии представляет сумму подающей и отраженной волны, интерференция которых образует стоячие волны. Коэффициент распространения волны:The voltage in the line represents the sum of the feed and reflected waves, the interference of which forms standing waves. Wave Propagation Factor:

γ=α+iβγ = α + iβ

Коэффициент затухания α определяется потерями на сопротивлении в линии и диэлектрическими потерями в шунтовом сопротивлении.The attenuation coefficient α is determined by the losses on the resistance in the line and the dielectric losses in the shunt resistance.

Фазовая постоянная

Phase constant

Напряжение на выходе обмотки длиной l:The voltage at the output of the winding length l:

Коэффициент потерь

Loss ratio

R₀ - сопротивление 1 погонного метра, Ом.R₀ - resistance of 1 running meter, Ohm.

Z₀ - эффективное сопротивление спирального резонатора.Z₀ is the effective resistance of the spiral resonator.

λ₀ - длина волны в свободном пространстве:λ₀ - wavelength in free space:

К_u - коэффициент снижения скорости распространения волны в спиральном резонаторе:To_u - coefficient of reduction of the wave propagation velocity in a spiral resonator:

D - диаметр спирального резонатора;D is the diameter of the spiral resonator;

t - расстояние между витками;t is the distance between the turns;

с - скорость света;c is the speed of light;

u - скорость распространения волны.u is the wave propagation velocity.

Подставляя в (4) D=1 м, t=0,0125 м, λ₀=3390 м, получим К_u=0.00713.Substituting in (4) D = 1 m, t = 0.0125 m, λ₀ = 3390 m, we obtain K_u = 0.00713.

Эффективное сопротивление спирального резонатораThe effective resistance of the spiral resonator

Подставляя в (5) К_u=0.00713, Н=2.44 м, D=1 м, получим Z₀=10755 Ом.Substituting in (5) K_u = 0.00713, Н = 2.44 m, D = 1 m, we obtain Z₀ = 10755 Ohm.

Коэффициент потерьLoss ratio

Н - высота спирального резонатора, м.H is the height of the spiral resonator, m

d_w - диаметр провода, м.d_w - wire diameter, m

Подставляя в (6) Н=2.44 м, D=1 м, Z₀=94156 Ом, d_w=0,0125 м, f₁=88.5·10^-3 МГц, получим αI=0,005837 Н.Substituting in (6) H = 2.44 m, D = 1 m, Z₀ = 94156 Ohm, d_w = 0.0125 m, f₁ = 88.5 · 10^-3 MHz, we obtain αI = 0.005837 N.

Подставляя в (1) αI=0,00445 Н, V_L=3·10⁵ B, найдем предельное возможное напряжение на выходе спирального резонатора

Substituting in (1) αI = 0.00445 N, V_L = 3 · 10⁵ B, we find the maximum possible voltage at the output of the spiral resonator

Практически достижимое напряжение V_H ограничено потерями в резонансном трансформаторе и четвертьволновой линии и может достигать 20-50 миллионов вольт.The achievable voltage V_{H is} limited by losses in the resonant transformer and the quarter-wave line and can reach 20-50 million volts.

Примеры выполнения способа и устройства передачи электрической энергии.Examples of the method and device for transmitting electrical energy.

Пример 1.Example 1

На фиг.2 микроволновой генератор 17 при увеличении напряженности электрического поля до 1-100 кВ/м вокруг сферической емкости 6 начинает вырабатывать высоковольтные высокочастотные импульсы с частотой f₁, превышающей резонансную частоту четвертьволновой новой линии. На игольчатом формирователе 7 проводящего канала 8 возникает коронный разряд и формируется проводящий канал 8. При наличии двух игольчатых формирователей 7 и 19 формируется два проводящих канала, один в сторону сферической емкости 6, а второй канал 8 в сторону приемника 9 нагрузки 16. Резонансная частота четвертьволновой линии составляет 100 кГц, а частота микроволнового генератора 1 МГц. Когда длина проводящего канала 8 составит 50-90% от расстояния Δ между игольчатым формирователем канала 19 и сферической емкостью 6, возникает встречный проводящий канал от сферической емкости 6 к формирователю канала 19, и полный потенциал сферической емкости 6 поступает к микроволновому генератору 17 и затем в проводящий канал 8 между микроволновым генератором 17 и приемником 9 нагрузки. Существенное различие резонансной частоты четвертьволновой линии 100 кГц и микроволнового генератора 17 МГц приводит к триггерному эффекту, при котором электрическая энергия, запасенная в сферической емкости 6, разряжается на проводящий канал 8 за очень короткое время Δt=10-100 мкс. При емкости сферического конденсатора 8 250 пФ напряжение на емкости 6 V_мах=50·10⁶ В, энергия Q₀ в импульсе составит:In figure 2, themicrowave generator 17 with an increase in the electric field strength to 1-100 kV / m around thespherical capacitor 6 starts to generate high-voltage high-frequency pulses with a frequency f₁ exceeding the resonant frequency of the quarter-wave new line. A corona discharge occurs on theneedle shaper 7 of theconductive channel 8 and aconductive channel 8 is formed. If there are twoneedle shapers 7 and 19, two conductive channels are formed, one towards thespherical capacitance 6 and thesecond channel 8 towards thereceiver 9 of theload 16. The quarter-wave resonance frequency the line is 100 kHz, and the frequency of the microwave generator is 1 MHz. When the length of theconductive channel 8 is 50-90% of the distance Δ between the needle former of thechannel 19 and thespherical tank 6, an oncoming conductive channel arises from thespherical tank 6 to the channel former 19, and the full potential of thespherical tank 6 is supplied to themicrowave generator 17 and then to aconductive channel 8 between themicrowave generator 17 and thereceiver 9 of the load. A significant difference in the resonance frequency of the quarter-wave line of 100 kHz and the microwave generator of 17 MHz leads to a trigger effect, in which the electric energy stored in thespherical capacitance 6 is discharged to the conductingchannel 8 in a very short time Δt = 10-100 μs. When the capacitance of the spherical capacitor is 8 250 pF, the voltage across the capacitance is 6 V_max = 50 · 10⁶ V, the energy Q₀ in the pulse will be:

заряд, накопленный на емкости 6:charge accumulated on capacity 6:

q=C₃V_max=250·10^-12·50·10⁶=1,25·10^-2 К.q = C₃ V_max = 250 · 10^-12 · 50 · 10⁶ = 1.25 · 10^-2 K.

Электрическая мощность при длительности импульса 10 мкс:Electrical power with a pulse duration of 10 μs:

Пример 2.Example 2

На фиг.4 вместо генератора микроволнового излучения для создания проводящего канала 8 используют вторую дополнительную четвертьволновую линию, состоящую из электрического спирального резонатора 33 с повышенной резонансной частотой f₂>>f₀ и сферической емкости 34.In Fig. 4, instead of a microwave generator, to create aconductive channel 8, a second additional quarter-wave line is used, consisting of anelectric spiral resonator 33 with an increased resonant frequency f₂ >> f₀ and aspherical capacitance 34.

В отличие от фиг.2, в которой генератор микроволнового излучения 17 получает энергию от электрического поля сферического конденсатора 6, на фиг.4 спиральный резонатор 33 получает электрическую энергию от второй вторичной обмотки 29 резонансного трансформатора 27. Напряжение на вторичной обмотке 29 равно напряжению V⁰ _min. Число витков обмотки 29 равно 100, коэффициент трансформации

, напряжение на обмотке 29

.In contrast to figure 2, in which themicrowave generator 17 receives energy from the electric field of thespherical capacitor 6, figure 4spiral resonator 33 receives electrical energy from the second secondary winding 29 of theresonant transformer 27. The voltage on the secondary winding 29 is equal to the voltage V⁰_min . The number of turns of the winding 29 is 100, the transformationratio

winding voltage 29

.

Параметры спирального резонатора 33: диаметр D₂=0,5 м; Н₂=1 м; число витков N₂=300, f₂=250 кГц, λ₀=1200 м, α_w=1,25 мм, t=1,25 мм, С₃=5 пФ. Используя формулы 1-6, получим:The parameters of the spiral resonator 33: diameter D₂ = 0.5 m; H₂ = 1 m; the number of turns N₂ = 300, f₂ = 250 kHz, λ₀ = 1200 m, α_w = 1.25 mm, t = 1.25 mm, C₃ = 5 pF. Using formulas 1-6, we obtain:

αl⁰=0,00153 непер.

αl⁰ = 0.00153 imper.

Максимальное напряжение на сферической емкости 34Maximum voltage on aspherical tank 34

Поскольку частота дополнительной четвертьволновой линии в 2,82 раза выше частоты основного резонатора 31 (фиг.4), взаимодействие этих двух резонаторов 31 и 33 через игольчатые формирователи каналов 35 и 36 приведет к быстрому разряду электрической энергии, накопленной на емкости 32, в проводящий канал 8 и передаче электрической энергии к приемнику 9 и затем нагрузке 16.Since the frequency of the additional quarter-wave line is 2.82 times higher than the frequency of the main resonator 31 (Fig. 4), the interaction of these tworesonators 31 and 33 through the needle shapers of thechannels 35 and 36 will lead to a rapid discharge of electrical energy stored on thecapacitance 32 into theconductive channel 8 and the transmission of electrical energy to thereceiver 9 and then to theload 16.

Рассмотренные способ и устройство позволяют осуществлять беспроводную передачу электрической энергии потребителям в атмосфере Земли на расстоянии до 1000 км и до 1 миллиона км в космическом пространстве.The considered method and device allows wireless transmission of electrical energy to consumers in the Earth’s atmosphere at a distance of up to 1000 km and up to 1 million km in outer space.

Claims (20)

Translated fromRussian

1. Способ передачи электрической энергии, включающий генерирование высокочастотных электромагнитных колебаний и передачу их по проводящему каналу между источником и приемником электрической энергии, отличающийся тем, что высокочастотные электромагнитные колебания, генерированные в высокочастотном резонансном трансформаторе, усиливают по напряжению до 0,5-100 млн В в четвертьволновой резонансной линии, состоящей из спирального резонатора и естественной емкости на конце линии путем подачи на вход спирального резонатора электромагнитных колебаний от высокочастотного резонансного трансформатора с частотой f₀=1-1000 кГц, синхронизированной с периодом времени Т₀ движения волны напряжения от входа спирального резонатора до естественной емкости и возврата отраженной волны по входу в спиральный резонатор

, где Н - длина четвертьволновой линии, u - скорость движения электромагнитной волны вдоль оси резонатора, накапливают электрическую энергию в естественной емкости, а проводящий канал формируют с помощью микроволнового излучения на частоте f₁>>f₀ от микроволнового генератора, соединенного с игольчатым проводящим формирователем канала, установленного в непосредственной близости от естественной емкости четвертьволновой линии, микроволновый генератор возбуждают от электрического поля четвертьволновой линии.1. A method of transmitting electrical energy, including the generation of high-frequency electromagnetic waves and transmitting them through a conducting channel between the source and the receiver of electric energy, characterized in that the high-frequency electromagnetic waves generated in the high-frequency resonant transformer, amplify the voltage up to 0.5-100 million V in a quarter-wave resonance line consisting of a spiral resonator and a natural capacitance at the end of the line by applying an electromagnetic x oscillations of the high-frequency transformer resonant frequency f₀ = 1-1000 kHz synchronized with the time period T₀ of the stress wave motion from the inlet to the natural spiral resonator capacitance and return the reflected wave at the entrance of the spiral resonator

where H is the length of the quarter-wave line, u is the speed of the electromagnetic wave along the axis of the resonator, electric energy is accumulated in the natural capacitance, and the conductive channel is formed using microwave radiation at a frequency f₁ >> f₀ from the microwave generator connected to the needle-shaped conductive shaper channel installed in the immediate vicinity of the natural capacity of the quarter-wave line, the microwave generator is excited from the electric field of the quarter-wave line.2. Способ передачи электрической энергии по п.1, отличающийся тем, что естественную емкость выполняют в виде сферы из проводящего материала.2. The method of transmitting electrical energy according to claim 1, characterized in that the natural capacity is made in the form of a sphere of conductive material.3. Способ передачи электрической энергии по п.1, отличающийся тем, что естественную емкость выполняют в виде тороида из проводящего материала.3. The method of transmitting electrical energy according to claim 1, characterized in that the natural capacitance is made in the form of a toroid from a conductive material.4. Способ передачи электрической энергии по п.1, отличающийся тем, что естественную емкость выполняют в виде сферического купола, а игольчатый проводящий канал выполняют в виде шпиля с заостренным концом, который соединяют с куполом.4. The method of transmitting electrical energy according to claim 1, characterized in that the natural capacitance is made in the form of a spherical dome, and the needle-shaped conductive channel is made in the form of a spire with a pointed end, which is connected to the dome.5. Способ передачи электрической энергии по п.1, отличающийся тем, что генератор микроволнового излучения возбуждают электрическим полем естественной емкости четвертьволновой линии на расстоянии Δ=0,1-10 м от поверхности емкости при напряженности электрического поля 1-100 кВ/м, а проводящий канал формируют с двух сторон микроволнового генератора со стороны сферической емкости и со стороны приемника электрической энергии.5. The method of transmitting electric energy according to claim 1, characterized in that the microwave radiation generator is excited by an electric field of a natural capacity of a quarter-wave line at a distance Δ = 0.1-10 m from the surface of the vessel with an electric field of 1-100 kV / m, and a conductive channel is formed on both sides of the microwave generator from the side of the spherical capacitance and from the receiver of electrical energy.6. Способ передачи электрической энергии по п.1, отличающийся тем, что генератор микроволнового излучения вместе с игольчатым формирователем проводящего канала перемещают относительно сферической емкости для передачи электрической энергии различным потребителям или одному потребителю, который изменяет свое положение в пространстве.6. The method of transmitting electric energy according to claim 1, characterized in that the microwave radiation generator, together with a needle shaper of the conductive channel, is moved relative to a spherical container for transmitting electric energy to various consumers or to one consumer that changes its position in space.7. Способ передачи электрической энергии по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что четвертьволновую линию изолируют с помощью диэлектрического корпуса, заполненного изолирующим газом или жидкостью, а игольчатый формирователь канала снабжают устройством для импульсного соединения с емкостью четвертьволновой линии с частотой импульсов 1 Гц-100 кГц.7. The method of transmitting electrical energy according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the quarter-wave line is isolated using a dielectric housing filled with an insulating gas or liquid, and the needle channel former is provided with a device for impulse connection with a quarter-wave line capacity with a pulse frequency of 1 Hz-100 kHz.8. Способ передачи электрической энергии, включающий генерирование высокочастотных электромагнитных колебаний и передачу их по проводящему каналу между источником и приемником электрической энергии, отличающийся тем, что проводящий канал создают с помощью дополнительной четвертьволновой линии, состоящей из спирального резонатора и естественной емкости на частоте f₁>>f₀, соединенной с двумя игольчатыми формирователями проводящего канала, один из которых формирует проводящий канал в сторону естественной емкости основной четвертьволновой линии, а второй формирует проводящий канал в сторону приемника нагрузки, основная и дополнительная четвертьволновые линии получают электрическую энергию от одного резонансного высокочастотного трансформатора.8. A method for transmitting electric power comprising generating high frequency electromagnetic oscillations and transmitting them in the conducting channel between source and receiver electrical energy, characterized in that a conductive channel is created by an additional quarter-wave line consisting of the helical resonator and the natural capacitance at frequency f_1> > f_0, connected to the two conductive needle channel formers, one of which forms a conductive channel in the direction of the container main natural chetvertvol oic line and a second conductive channel forms in the direction of the load receiver, the main line and an additional quarter-wave electrical energy obtained from one of the resonant RF transformer.9. Способ передачи электрической энергии, включающий генерирование высокочастотных электромагнитных колебаний и передачу их по проводящему каналу между источником и приемником электрической энергии, отличающийся тем, что создают несколько проводящих каналов на частоте f>f₀ с помощью нескольких дополнительных спиральных резонаторов, каждый из которых имеет резонансную емкость и соединенный с ней игольчатый формирователь канала каждый дополнительный спиральный резонатор получает электромагнитную электроэнергию для формирования канала от своего высокочастотного резонансного трансформатора, а электромагнитную энергию для передачи беспроводным методом от основного спирального резонатора, когерентную накачку которого производят от резонансного высокочастотного трансформатора.9. A method of transmitting electrical energy, including generating high-frequency electromagnetic waves and transmitting them through a conductive channel between a source and a receiver of electrical energy, characterized in that they create several conductive channels at a frequency f> f₀ using several additional spiral resonators, each of which has the resonant capacitance and the needle-shaped channel former connected to it, each additional spiral resonator receives electromagnetic electricity to form the channel la from its high-frequency resonance of the transformer, and to transmit electromagnetic energy wirelessly from the main spiral resonator, which produce coherent pumping from the resonant high-frequency transformer.10. Устройство для передачи электрической энергии, содержащее источник электрической энергии, преобразователь частоты и передающий и приемный резонансные высокочастотные трансформаторы с резонансной частотой f₀, установленные у источника и приемника энергии, и проводящий канал между ними, отличающееся тем, что передающий трансформатор с частотой f₀=1-1000 кГц соединен с дополнительной четверть-волновой линией, выполненной из спирального резонатора с длиной

, где u - скорость распространения электромагнитной волны вдоль оси резонатора и естественной емкости на конце линии с напряжением 0,5-500 MB, в непосредственной близости от естественной емкости установлен микроволновый генератор с частотой f>>f₀ без источника питания, с возбуждением от электрического поля естественной емкости, а микроволновый генератор соединен с игольчатым формирователем проводящего канала, который ориентирован в сторону приемника нагрузки.10. A device for transmitting electrical energy, comprising: a source of electrical energy, the frequency converter and the transmitting and receiving high-frequency transformer resonant at a resonant frequency f₀ set at the source and receiver of energy, and a conductive channel therebetween, characterized in that the transmitting transformer at a frequency f₀ = 1-1000 kHz connected to an additional quarter-wave line made of a spiral resonator with a length

where u is the propagation velocity of the electromagnetic wave along the axis of the resonator and the natural capacitance at the end of the line with a voltage of 0.5-500 MB, in the immediate vicinity of the natural capacitance a microwave generator with a frequency f >> f₀ without a power source, with excitation from an electric fields of natural capacity, and the microwave generator is connected to a needle shaper of the conductive channel, which is oriented towards the receiver of the load.11. Устройство для передачи электрической энергии по п.10, отличающееся тем, что естественная емкость выполнена в виде сферы диаметром 0,5-50 м.11. The device for transmitting electrical energy according to claim 10, characterized in that the natural capacity is made in the form of a sphere with a diameter of 0.5-50 m12. Устройство для передачи электрической энергии по п.10, отличающееся тем, что естественная емкость выполнена в виде тороида диаметром 0,5-50 м.12. The device for transmitting electrical energy according to claim 10, characterized in that the natural capacity is made in the form of a toroid with a diameter of 0.5-50 m13. Устройство для передачи электрической энергии по п.10, отличающееся тем, что естественная емкость объединена в одном корпусе с игольчатым формирователем канала и выполнена в виде купола с заостренным шпилем.13. The device for transmitting electric energy according to claim 10, characterized in that the natural capacity is combined in one housing with a needle channel former and is made in the form of a dome with a pointed spire.14. Устройство для передачи электрической энергии по любому из пп.10, 11 и 13, отличающееся тем, что дополнительная четвертьволновая линия со спиральным резонатором и естественной емкостью заключена в изолирующий герметичный корпус и заполнена изолирующим газом, например элегазом.14. Device for transmitting electrical energy according to any one of paragraphs.10, 11 and 13, characterized in that the additional quarter-wave line with a spiral resonator and a natural capacitance is enclosed in an insulated sealed enclosure and filled with an insulating gas, such as SF6 gas.15. Устройство для передачи электрической энергии по любому из пп.10, 11 и 13, отличающееся тем, что дополнительная четвертьволновая линия со спиральным резонатором и естественной емкостью заключена в изолирующий корпус и заполнена изолирующей жидкостью, например силиконовым маслом.15. A device for transmitting electrical energy according to any one of claims 10, 11 and 13, characterized in that the additional quarter-wave line with a spiral resonator and a natural capacitance is enclosed in an insulating casing and filled with an insulating liquid, for example silicone oil.16. Устройство для передачи электрической энергии по п.10, отличающееся тем, что два игольчатых формирователя проводящего канала электрически соединены друг с другом и установлены с двух противоположных сторон микроволнового генератора на расстоянии Δ=0,1-10 м от естественной емкости четвертьволновой линии таким образом, что один игольчатый формирователь направлен в сторону естественной емкости, а второй - в сторону приемника нагрузки.16. The device for transmitting electrical energy according to claim 10, characterized in that the two needle shapers of the conductive channel are electrically connected to each other and installed on two opposite sides of the microwave generator at a distance Δ = 0.1-10 m from the natural capacity of the quarter-wave line so so that one needle former is directed toward the natural capacitance, and the second toward the load receptor.17. Устройство для передачи электрической энергии по п.10, отличающееся тем, что вокруг естественной емкости четвертьволновой линии установлены n микроволновых генераторов с игольчатыми формирователями проводящих каналов с устройствами электрического соединения с четвертьволновой линией и формирования проводящих каналов к n-приемникам излучения, n=1, 2, 3, ... к.17. The device for transmitting electrical energy according to claim 10, characterized in that around the natural capacity of the quarter-wave line there are n microwave generators with needle shapers of the conductive channels with devices for electrical connection with the quarter-wave line and the formation of conductive channels to n-radiation receivers, n = 1 , 2, 3, ... to.18. Устройство для передачи электрической энергии по п.10, отличающееся тем, что один из двух игольчатых формирователей канала снабжен устройством для перемещения вокруг естественной емкости четвертьволновой линии для передачи электрической энергии потребителю, который изменяет свое положение в пространстве.18. The device for transmitting electric energy according to claim 10, characterized in that one of the two needle channel conditioners is equipped with a device for moving around the natural capacity of a quarter-wave line for transmitting electric energy to a consumer who changes their position in space.19. Устройство для передачи электрической энергии, содержащее источник электрической энергии повышенной частоты, передающий и приемный резонансные высокочастотные трансформаторы с резонансной частотой f₀, установленные у источника и приемника энергии, и проводящий канал между ними, отличающееся тем, что передающий трансформатор имеет резонансную частоту f₀=1-1000 кГц и соединен с двумя четвертьволновыми линиями с резонансными частотами f₁=f₀=1-1000 кГц и f₂>>f₀, каждая из четвертьволновых линий выполнена из естественной емкости и спирального резонатора с длиной

для первой линии и длиной

для второй линии, где u₁ и u₂ - фазовая скорость перемещения электромагнитной волны вдоль оси первого и второго спирального резонатора, естественная емкость второй линии снабжена двумя игольчатыми формирователями проводящего канала, один из которых направлен на естественную емкость первой линии, а второй формирователь ориентирован на приемник нагрузки, обе четвертьволновые линии получают питание от передающего резонансного высокочастотного трансформатора.19. Device for transmitting electrical energy, containing a source of electrical energy of high frequency, transmitting and receiving resonant high-frequency transformers with a resonant frequency f₀ installed at the source and receiver of energy, and a conductive channel between them, characterized in that the transmitting transformer has a resonant frequency f₀ = 1-1000 kHz and connected to two quarter-wave lines with resonant frequencies f₁ = f₀ = 1-1000 kHz and f₂ >> f₀ , each of the quarter-wave lines is made of natural capacitance and spiral about resonator with length

for the first line and the length

for the second line, where u₁ and u₂ are the phase velocity of the electromagnetic wave along the axis of the first and second spiral resonators, the natural capacity of the second line is equipped with two needle shapers of the conducting channel, one of which is directed to the natural capacity of the first line, and the second shaper is oriented to load receiver, both quarter-wave lines are powered by a transmitting resonant high-frequency transformer.20. Устройство для передачи электрической энергии, содержащее источник электрической энергии повышенной частоты, передающий и приемный резонансные высокочастотные трансформаторы с резонансной частотой f₀, установленные у источника и n приемников энергии, и n проводящих каналов между ними, отличающееся тем, что передающий трансформатор имеет резонансную частоту 1-1000 кГц и соединен с основной четвертьволновой линией с резонансной частотой f₀=1-1000 кГц, которая состоит из естественной емкости на конце линии и спирального резонатора в начале линии длиной

, где u₀ - фазовая скорость движения электромагнитной волны вдоль оси спирального резонатора, устройство содержит n дополнительных четвертьволновых линий, каждая из которых содержит спиральный резонатор с резонансной частотой f>>f₀и естественную емкость, соединенную с двумя игольчатыми формирователями каналов, один с ориентацией на емкость основной четвертьволновой линии, а второй с ориентацией на один из n приемников нагрузки.20. Device for transmitting electrical energy, containing a source of electrical energy of high frequency, transmitting and receiving resonant high-frequency transformers with a resonant frequency f₀ installed at the source and n power receivers, and n conductive channels between them, characterized in that the transmitting transformer has a resonant frequency of 1-1000 kHz and connected to the main quarter-wave line with a resonant frequency f₀ = 1-1000 kHz, which consists of the natural capacitance at the end of the line and the spiral resonator at the beginning line length

where u₀ is the phase velocity of the electromagnetic wave along the axis of the spiral resonator, the device contains n additional quarter-wave lines, each of which contains a spiral resonator with a resonant frequency f >> f₀ and a natural capacitance connected to two needle-shaped channel shapers, one with orientation on the capacity of the main quarter-wave line, and the second with an orientation to one of the n load receivers.

Images