DE20218243U1 - DC Hochspannungsgenerator - Google Patents
DC HochspannungsgeneratorInfo
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N1/00—Electrostatic generators or motors using a solid moving electrostatic charge carrier
- H02N1/06—Influence generators
- H02N1/08—Influence generators with conductive charge carrier, i.e. capacitor machines
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
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Description
Schutzansprüche(l Seite), Beschrejiumj(4 SeSteÄ^ttJid* S^:, : 25.3.03 Seite 2 von
Zeichnungen (1 Seite) eines DC Hochspannungsgenerators mit hohem Wirkungsgrad von Michael Barg nach Gebrauchsmusteranmeldeverordnung §5 -7
Beschreibung
Stand der Technik:
Stand der Technik:
Für Partikelfilter, Teilchenbeschleuniger und weitere Anwendungen werden Hochspannungen mit relativ hoher Leistung benötigt, welche nur mit großem Aufwand über Kaskadenschaltungen zu realisieren sind. (Generell vertragen sich Hochspannung und Halbleiter nicht sehr gut.)-:
Aus diesem Grund werden hier Bandgeneratoren eingesetzt, welche jedoch den Nachteil haben, dass diese nur in einen gasförmigen Medium arbeiten, was bei hohen Spannungen relativ große Bauformen nötig macht.
Weitere Nachteile sind der niedrige Wirkungsgrad und der hohe Verschleiß.
Weitere Nachteile sind der niedrige Wirkungsgrad und der hohe Verschleiß.
Bei der dieser Maschine ähnlichen Wimshurstmaschine (auch Kondensatormaschine oder Influenzmaschine genannt) liegt der maximale Wirkungsgrad bei nur 50% und Sprühentladungen sind im Betrieb nicht zu vermeiden, wodurch ein flüssiges Isoliermedium zerstört werden würde.
Lösung:
Der hier vorgestellte Generator jedoch hat einen Wirkungsgrad von nahezu 100%, ist wartungsarm und kann in relativ kleiner Bauformen realisiert werden.
Er besteht im wesentlichen aus einer Scheibe aus einem el. isolierenden Material (z.B. Styrol ) auf der gegeneinander isolierte Ladungsträger (z.B. in Form von 3x2 cm Metallfolien) mit Bürstenkontakten (BK) angebracht sind. Diese Scheibe wird durch einen äußeren Antrieb in Rotation versetzt.
Auf die Ladungsträger wird durch ein äußeres elektrisches Feld (z.B. Negativ), eine entgegengesetzte Ladung (Positiv) von Masse aufgebracht (siehe Punkt C). Diese wird nun, nachdem sich die Scheibe weiter gedreht hat, an den entgegengesetzten Pol (Positiv) angegeben, (siehe Punkt D). Zwischen C und E wird hierbei Energie zugeführt, da sich die Ladung gegen das sich ändernde el. Feld bewegt. Für die entgegengesetzte Polung geschieht dies genauso.
Die zum jeweiligen Pol transportierte Ladung ist also proportional zur entgegengesetzten Spannung.
Für die weitere Betrachtung wird davon ausgegangen, dass:
- die Höhe der positive Spannung gleich der Höhe der negativen Spannung ist, diese werden im weiteren mit +U und -U bezeichnet
- der el. Kapazität (Clt) der Ladungsträger an der jeweiligen Position gegen das dortige Feld gleich ist.
- der Aufbau Zeichnung 1 entspricht. Hier stellt S2 den positiven Kolektor; Sl und S3 die Masse-Kolektoren, S4 den negativen Kolektor, BK die Bürstenkontakte der Ladungsträger dar.
Schutzansprüche(l Seite), Beschriftung (4*Seitdh)jlnd· : :. : 25.3.03 Seite 3 von 6
Zeichnungen (1 Seite) eines DC Hochspannungsgenerators* mit hohem Wirkungsgrad von Michael Barg nach Gebrauchsmusteranmeldeverordnung §5-7
Die Kontaktstrecken / Felder sind hierbei so angeordnet, dass zwischen den einzelnen Kontaktstrecken keine Energiezufuhr benötigt wird. (CD; EF, GH, AB) Dies wird dadurch erreicht, dass das el. Potential eines Ladungsträgers beim Verlassen der ersten Kontaktstrecke gleich den Potential beim Schließen des Kontaktes mit der nächsten Kontaktstrecke ist. (z.B.: an Punkt C gilt: Q = - (CLt) * (-U); I = 0 da keine Feldänderung erfolgt, bei erreichen von Punkt D gilt: Q = Clt * (+U); I = 0 es fließt also erst ein Strom, wenn sich der Ladungsträger weiter nach Punkt E / in das positive Feld bewegt.)
Hierdurch werden des weiteren die Sprühentladungen unterbunden, welche z.B. bei der Wimshurstmaschine auftreten, da das Potential der Ladungsträger dort auf die doppelte Ausgangsspannung erhöht wird. (Dies wird in der Literatur auch als das Kondensatorproblem bezeichnet und beschreibt dort den 50% Energieverlust, welcher entsteht, wenn ein geladener Kondensator und ungeladenen Kondensator gleicher Kapazität verbunden werden.)
Für alle anderen Punkte in Zeichnung 1 gilt:
A: keine Ladung, da der Ladungsträger mit dem umgebenen Feld (Erde) Schluß hat B: Positive Ladung von Q = -(-U) * CLT
C: Gleiche Ladung wie B, jedoch hier mit der Kapazität von Rotor - Masse D: Keine Ladung, da der Ladungsträger mit dem umgebenen Feld Schluß hat E: dito
F: Negative Ladung von Q = -U * CLt
G: Gleiche Ladung wie F, jedoch hier mit der Kapazität Rotor - Masse H: Keine Ladung da, der Ladungsträger sich mit dem umgebenen Feld Schluß hat
Daraus folgt: Es fließt also beim Schließen / Öffnen der Bürstenkontakte kein Strom, was eine Funkenbildung verhindert und die Verwendung eines flüssigen Isolators / Dielektrikums möglich macht.
Des weiteren würde ohne Kontaktstrecken die Spannung der Ladungsträger gegen Erde an den Punkten D und B auf UA2 steigen (und ein entsprechendes Gegenmoment erzeugen), was den Wirkungsgrad auf 50% begrenzen würde.
Die Kontaktstrecken BC und FG verhindern die Sprühentladungen an den Punkten C und G, welche auftreten würden, da sonst Influenzerscheinungen (die freien Elektronen innerhalb der Ladungsträger verteilen sich gegen das äußere Feld) eine Energiezufuhr fordern würden.
Wenn keine Last an den Hochspannungspolen vorhanden ist, welche die transportierten Ladungen abführt, erhöhen sich deren Spannungen bis entweder die Isolierung nachgibt oder das Gegenmoment zu hoch wird.
SchutzansprücheCl Seite),Beschreibungsaite|i)jind· · j, %; 25.3.03 Seite4 von6
Zeichnungen ( 1 Seite) eines DC rfocnspannungsgenefators*
mit hohem Wirkungsgrad von Michael Barg nach Gebrauchsmusteranmeldeverordnung §5 -7
Dieser wurde folgendermaßen realisiert:
Isolierung: Styrolplatten (im Zeichnung hell blau, im Baumarkt für 1,78€ je 250x500 &khgr; 4): 5 St. 250 &khgr; 250 &khgr; 4 mm
1 St. 250 &khgr; 250 &khgr; 4 mm
8St. 3 &khgr; 220 &khgr; 4 mm
1 St. Scheibe fur Ladungsträger d = 16mm &khgr; 2 mm
1 St. 250 &khgr; 250 &khgr; 4 mm
8St. 3 &khgr; 220 &khgr; 4 mm
1 St. Scheibe fur Ladungsträger d = 16mm &khgr; 2 mm
Bürsten: Kohlefasern,
Ladungsträger und Kondensatoren: Aluminiumfolie, welche zwischen den Styrolplatten verklebt wurde,
Kontaktbleche: Stahl,
zum Fixieren / Isolieren wurde Polyesterharz verwendet.
Das Gehäuse ist zwischen den Platten 5 und 5 trennbar.
A stellt Bohrungen für Kontaktdrähte dar.
S stellt eine Steckverbindung zwischen Boden (5-8) und Oberteil (1-4) dar.
Die Zusatzkapazitäten zwischen 6 bis 8 dienen zur Stabilisierung der Ausgangsspannung / zur Erhöhung der Funkenenergie.
Zeichnung 3 ist nicht maßstabsgerecht.
Die verwendeten Kapazitäten betragen hier ca. 6 pF zwischen Ladungsträger und Masse / Positiv / Negativ und 120 pF für die Ausgangsspannungen gegen Masse.
Bild 1 und Bild 2 zeigen den Generator im Betrieb. Es wurde ca. 3 Funken / see. vom positiven / negativen Pol durch 8 mm Luft und Leuchtstoffröhren erzeugt.
Da bei hohen Spannungen von geringen Lastströmen auszugehen ist, sind die elektrischen Verluste nur gering. Insbesondere da die jeweiligen Ströme nur von kleinen Spannungen (entsprechend der Bewegung auf den Kontaktstreifen) verursacht werden. (Das sogenannte Kondensatorproblem, welches den Engerieverlust bei einer Parallelschaltung eines geladenen und eines ungeladene Kondensators beschreibt, wurde also umgangen.)
SchutzansprücheCl Seite), Beschreibtingt4 3«iteJi5iV?d. ; j ·* 25.3.03 Seite 5 von ' Zeichnungen ( 1 Seite) eines DC HeehspannungegeMefators· * *··* ; mit hohem Wirkungsgrad von Michael Barg nach Gebrauchsmusteranmeldeverordnung §5-7
Da häufig keine symmetrische Last vorliegt, sondern nur eine z.B. positive Last betrieben wird, ist durch entsprechende Beschallung ein weiterer Anstieg der Negativen Ladung / Spannung abzuschalten (oder auf Erhaltung zu begrenzen). Hierzu sind die entsprechenden Felder und Kontaktstrecken einer Gruppe auf Masse zu schalten oder umzupolen.
Obwohl der Prototyp selbständig eine positive und eine negative "Seite" aufbaute, kann es sinnvoll sein eine definierte Vorspannung einzusetzen.
Es können beliebig viele Gruppen / Scheiben auf einer Achse betrieben werden. Eine Gruppe besteht dabei aus 2 Kolektoren mit den entsprechenden 4 Feldern.
Die positive und negative Spannung sollte gleich groß und an das Maximum der Isolierung angepaßt sein.
Es ist zu empfehlen, daß Öffnen / Schließen der Kontakte zeitlich versetzt vorzunehmen.
Annahme: Der Negative Pol benötigt kein weiteres Nachladen, die Kapazitäten der Ladungsträger zu Positiv, Negativ, Masse sind in der jeweiligen Position gleich.
UNegativ=100kV0mA
Summe der Gruppen je Scheibe: 5 Summe der Ladungsträger je Scheibe: Summe der Scheiben: 10 Kapazität einzelner Ladungsträger zu Negativ: lOpF Drehzahl= 10 U/see.
Qeinzei = lOpF * 100 kV = 1 uAs Iout= 5 * 20 * 10 * 10 (sM) * Qeinzei = 10 mA
Die aufgenommene Leistung beträgt dann 1 kW + Innenwiderstand * 10 mA + mech. Verluste.
Isolation: 10mm Styrol sollte ausreichen Größer der Ladungsträger bei beidseitiger Wirkung und spez. Dilektrizitätskonst. von 3: A= 10 pF * 0.01 m / 8e-12 / 3 * 2 = ca. 0,01 mA2
- > Die 20 Ladungsträger sind auf einer Scheibe mit 0,5 m unterzubringen
- > Die Baugröße mit Motor und Anschlüssen liegt unter Kühlschrankgröße
Claims (9)
1. Generator, welcher mechanische Energie in elektrische Energie bei hohen Spannungen mittels bewegter Ladungsträger umwandelt und einen positiven als auch einen negativen Pol gegen Masse besitzt, dadurch gekennzeichnet dass mehrere elektrisch gegeneinander isolierte Ladungsträger auf einer rotierenden Scheibe mit Schleifkontakten (Bürsten) verbunden sind.
2. Generator nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet dass, zwei elektrische Kapazitäten gegen Masse eine positive und eine negative Ladung speichern, welche über die Kolektoren der Schleifkontakte erhöht werden.
3. Generator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet dass, die Ladungsträger sich durch unterschiedliche elektrische Felder bewegen, wodurch eine Ladungsänderung auf den Ladungsträgern erzeugt wird.
4. Generator nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet dass, die el. Felder erzeugenden Bauteile jeweils mit Masse oder dem positiven/negativen Pol elektrisch verbunden sind.
5. Generator nach Anspruch 1, 2, 3 und 4 dadurch gekennzeichnet dass mehrere Scheiben und felderzeugende Bauteile auf einer Achse angeordnet werden können um den elektrischen Ausgangsstrom zu erhöhen.
6. Generator nach Anspruch 1, 2, 3, 4 und 5 dadurch gekennzeichnet dass, der maximal erreichbare elektrische Wirkungsgrad bei nahezu 100% liegt.
7. Generator nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 und 6 dadurch gekennzeichnet dass, keine Sprühentladungen zur Funktion benötigt werden, was die Verwendung eines flüssigen Isolators möglich macht.
8. Generator nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 und 7 dadurch gekennzeichnet dass, das Gegenmoment proportional zu den Quadrat der Ausgangsspannungen ist, was eine einfache Regelung der Ausgangsspannungen ermöglicht.
9. Generator nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 und 8 dadurch gekennzeichnet dass, die jeweils geringere Hochspannung stärker erhöht wird.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE20218243U DE20218243U1 (de) | 2002-11-25 | 2002-11-25 | DC Hochspannungsgenerator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE20218243U DE20218243U1 (de) | 2002-11-25 | 2002-11-25 | DC Hochspannungsgenerator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE20218243U1 true DE20218243U1 (de) | 2003-04-10 |
Family
ID=7977318
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE20218243U Expired - Lifetime DE20218243U1 (de) | 2002-11-25 | 2002-11-25 | DC Hochspannungsgenerator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE20218243U1 (de) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103401469A (zh) * | 2013-06-27 | 2013-11-20 | 程龙 | 电容式起电机 |
| CN112636627A (zh) * | 2020-12-07 | 2021-04-09 | 杭州电子科技大学 | 一种基于驻极体薄膜的静电电动机 |
-
2002
- 2002-11-25 DE DE20218243U patent/DE20218243U1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103401469A (zh) * | 2013-06-27 | 2013-11-20 | 程龙 | 电容式起电机 |
| CN112636627A (zh) * | 2020-12-07 | 2021-04-09 | 杭州电子科技大学 | 一种基于驻极体薄膜的静电电动机 |
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