Результат интеллектуальной деятельности: ЭЛЕКТРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Изобретение относится к электротехнике, а именно к производству электроэнергии и может быть использовано в качестве энергетических и силовых транспортных установок.

Наиболее близким изобретением, выбранным в качестве прототипа, является электроустановка, реализующая способ производства энергии (патент РФ №2262793, МПК H02N 3/00).

Электронный генератор электроэнергии, содержит силовой трансформатор. вторичной обмоткой включенный в сеть потребителей, трансформатор собственных нужд и реактор электронной плазмы, заполненный рабочей средой. В центре реактора электронной плазмы установлены анод и катод электрической дуги. и симметрично им - рабочие аноды и поляризующиеся электроды. Поляризующиеся электроды соединены с противоположными концами первичной обмотки силового трансформатора, средняя точка которой соединена с катодом электрической дуги и заземлена. Параллельно плечам первичной обмотки трансформатора подключены конденсаторы, создающие с плечами обмотки, резонанс токов на рабочей частоте. К концам первичной обмотки подключены также рабочие аноды реактора электронной плазмы противофазно с соседними поляризующимися электродами. Анод электрической дуги подсоединен к плюсовой клемме регулируемого преобразователя напряжения, минусовая клемма которого заземлена, клеммы переменного напряжения регулируемого преобразователя напряжения подключены к трансформатору собственных нужд, включенному в сеть потребителей электроэнергии. К трансформатору собственных нужд подключен также блок запуска электрической дуги между катодом и анодом.

Для получения промышленных мощностей (десятки и сотни МВА) требуется создание больших рабочих напряжений и токов в силовом трансформаторе, получаемых из соответствующих токов и напряжений внутри реактора электронной плазмы. Большие напряжения получают путем удлинения электронного луча, проходящего через рабочую среду, что увеличивает рассеяние электронного луча в рабочей среде, вызывая соответствующие потери энергии и снижение КПД генератора. Для получения больших рабочих токов необходимо увеличивать ток электрической дуги и анодное напряжение рабочего анода, которое в десятки и сотни раз превышает рабочее напряжение электрической дуги. В результате электрическая дуга переходит на рабочий анод. под высокое напряжение попадают низковольтные цепи, в них происходит электрический пробой изоляции, электронный генератор электроэнергии становится не работоспособным.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности работы в режиме больших напряжений, токов и мощностей, а также устранение потерь энергии, связанных с удлинением электронного луча.

Поставленная задача достигается тем, что в известном электронном генераторе электроэнергии, содержащем силовой трансформатор, трансформатор собственных нужд. реактор электронной плазмы, заполненный рабочей средой, в котором расположены катод и анод электрической дуги. рабочие аноды и поляризующиеся электроды, причем рабочие аноды и соседние поляризующиеся электроды соединены с противоположными концами первичной обмотки силового трансформатора и с одной клеммой конденсаторов резонанса токов, другая клемма которых соединена со средней точкой первичной обмотки силового трансформатора, а также с катодом электрической дуги и заземлена, вторичная цепь силового трансформатора включена в сеть потребителей электроэнергии, с которой соединен трансформатор собственных нужд, к нему подключен блок запуска электрической дуги и регулируемый преобразователь напряжения, плюсовая клемма которого соединена с анодом электрической дуги, а минусовая клемма заземлена. согласно изобретению, в реакторе электронной плазмы установлены управляющие аноды. экранизирующие анод и катод электрической дуги от рабочих анодов, причем управляющие аноды соединены с рабочими анодами через регулируемые делители напряжения.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема электронного генератора электроэнергии (ЭГЭ) (условно изображена одна фаза трехфазного ЭГЭ).

Электронный генератор электроэнергии содержит реактор электронной плазмы (РЭП) 1, заполненный рабочей средой (разреженный инертный газ с примесью материалов с малой энергией ионизации) в котором установлены катод 2 и анод 3 (электроды) электрической дуги, управляющие аноды 4, рабочие аноды 5 и поляризующиеся электроды 6, соединенные с концами первичной обмотки 7 силового трансформатора 12. С концами обмотки 7 соединены так же конденсаторы 11 резонанса токов на рабочей частоте и рабочие аноды 5, которые через регулируемые делители напряжения 10 соединены с управляющими анодами 4, а средняя точка 8 первичной обмотки 7 заземлена 9 и соединена с катодом 2 электрической дуги, анод 3 электрической дуги соединен с плюсовой клеммой регулируемого преобразователя напряжения (РПН) 14, минусовая клемма которого заземлена. Входы переменного напряжения РПН 14 соединены с соответствующими выходами трансформатора собственных нужд (ТСН) 16, к ТСН подключен так же блок запуска электрической дуги (БЗЭД) 15, а вход ТСН 16 соединен с вторичной обмоткой 13 силового трансформатора (СТ)12, включенной в сеть потребителей электроэнергии.

Работает электронный генератор следующим образом. За счет электроэнергии сети потребителей, в которой могут вырабатывать (производить) электроэнергию энергоблоками тепловых электростанций, гидроэлектростанций, атомных электростанций или другими генераторами электроэнергии, получаемой через трансформатор собственных 16, с помощью БЗЭД 15 поджигают (создают) между катодом 2 и анодом 3 электрическую дугу, которая ионизирует рабочую среду, находящуюся в РЭП 1.

Регулированием напряжения РПН 14 управляют электрической дугой создавая необходимый ток дуги для получения требуемого потока электронной плазмы. Под действием электрического поля управляющего анода 4, за счет электроэнергии сети потребителей создаваемого напряжения первичной цепи СТ 12 через делитель напряжения 10, при положительной полуволне напряжения, электроны выходят из области электрической дуги, формируясь в электронный луч (пучок электронной плазмы).

Выйдя из управляющего анода, пучок электронной плазмы попадает в ускоряющее электрическое поле рабочего анода 5, за счет энергии которого также получаемой из сети СТ 12 происходит увеличение скорости направленного движения электронов, сближение друг с другом под действием силы Лоренца и возрастание энергии электронного взаимодействия в пучке электронной плазмы за счет сил Кулона до значений, необходимых для получения требуемой мощности и энергии от ЭГЭ. W_eij=q_п ²/εr_eij - энергия электронного взаимодействия в пучке заряженной плазмы. Здесь q_п - суммарный заряд электронов в пучке плазмы; 6 - диэлектрическая проницаемость в пучке плазмы; r_eij=(e_эп/εU_A)^1/2 - среднее расстояние между электронами в пучке плазмы, получившей потенциал U_A электрического поля рабочего анода 5; l_эп - длина «электронной пушки» - расстояние между катодом 2 и рабочим анодом 5 «электронной пушки». Электрическим полем анода 5 пучок электронной плазмы направляется на соответствующий поляризующийся электрод 6, создавая на нем напряжение, пропорциональное энергии электронного взаимодействия (И_э=W_eij/q_п). Под воздействием этого напряжения по соответствующему плечу первичной обмотки 7 идет электрический ток, который на катоде 2 электрической дуги рекомбинирует положительные ионы, превращая их в атомы и молекулы рабочей среды, вновь подвергаемой ионизации электрической дугой. При смене полярности полуволны напряжения на управляющем 4 и рабочем аноде 5, происходит поляризация другого электрода 6 и импульс тока идет по другому плечу первичной обмотки 7. В результате на вторичной обмотке 13 из двух полуволн в первичной обмотке создается переменный ток промышленной частоты и потребители получают электроэнергию созданную ЭГЭ. Таким образом, регулированием напряжения РПН 14 создает необходимый ток электрической дуги, анодным напряжением промышленной частоты превращают его в рабочий ток I₁ рабочее напряжение U₁ первичной цепи СТ 12 и получают соответствующую мощность. Полная мощность ЭГЭ S=I₁·U₁=I_i ²·Z_1H где U₁=I₁·Z_1н, напряжение, сила тока и полное сопротивление нагрузки первичной цепи ЭГЭ. Сила тока в первичной цепи должна быть больше Imin. I₁>I_min=ε(e/m_e)^1/2·Ui^3/2, чтобы ЭГЭ был генератором электроэнергии, а не только преобразователем одной формы электричества в другую (см. статью: [Об электронном генераторе электроэнергии, Вестник Сиб. гос. аэрокосмического ун-та, ISSN 1816-9724, вып.1(34) Красноярск, 2011., с 25-28]), т.е. энергия электронного взаимодействия будет больше затрат энергии на ее получение W_eij>(W_ид+W_me)/η. Здесь (e/me) - гиромагнитное число электрона; W_ид=U_д·q_п - затраты энергии на ионизацию рабочей среды электрической дугой; W_me=U_A·q_п - затраты энергии на массоперенос электронов в пучке электронной плазмы; η - КПД электронного генератора электроэнергии. Конденсаторы 11 совместно с соответствующими плечами первичной обмотки 7 создают резонанс токов на рабочей частоте. В результате происходит компенсация реактивной мощности и повышение коэффициента мощности (cos(p) практически до «1», а также уменьшение общего тока РЭП в 1,5-2 раза, что соответственно увеличивает срок службы реактора электронной плазмы.

Установка управляющих анодов 4, между низковольтными электродами электрической дуги и высоковольтными рабочими анодами 5, экранирует (защищает) электроды электрической дуги от попадания на них высокого напряжения рабочих анодов 5, приводящего к пробою изоляции низковольтных цепей и потере работоспособности электронного генератора. У заявляемого электронного генератора напряженность поля управляющих анодов 4 и электродов 2 и 3 электрической дуги одного порядка, что не приводит к электрическому пробою изоляции, а их близкое расположение позволяет эффективно управлять формированием электронного луча, получать требуемый электронный ток в пучках плазмы и требуемую мощность от ЭГЭ, исключая удлинение электронного луча, применяемого в прототипе, приводящего к рассеянию электронного пучка в рабочей среде, вызывающему потерю энергии.