RU2577522C2

RU2577522C2 - Method and device for transmission of electric power

Info

Publication number: RU2577522C2
Application number: RU2014119840/07A
Authority: RU
Inventors: Владимир Захарович Трубников; Дмитрий Семенович Стребков; Алексей Иосифович Некрасов; Андрей Сергеевич Руцкой; Михаил Викторович Моисеев
Priority date: 2014-05-19
Filing date: 2014-05-19
Publication date: 2016-03-20
Also published as: RU2014119840A

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: transmission of electric energy from electric energy source to electric energy receiver is made by means of frequency converter, transmitting and receiving Tesla coils and single-wire line; the single-wire line for electric energy transmission is coupled between low-potential outputs of the transmitting and receiving Tesla coils, by means of exciting coil resonant oscillations are stimulated in resonant winding of the transmitting Tesla coil with current loop near the low-potential output, the single-wire line is supplied with current loop, electromagnetic energy is transmitted along the single-wire line to the receiving Tesla coil, resonant oscillations are stimulated in the receiving Tesla coil with current loop near the low-potential output, by means of the receiving coil energy is transmitted to load, at that high-potential outputs of Tesla coils remain unconnected. According to the other version of electric energy transmission high-voltage outputs of Tesla coils are connected to insulated conductive spheres or tores by means of conductor exceeding at least 5 times by its length the diameter of spheres or tores.

EFFECT: improved efficiency in resonant transmission of electric energy, primarily to small and medium distances, reduced impact of the earth wire capacitance of the transmission line to resonant coil of energy-transmitting quarter-wave transformer, excluded electric losses in earth leads.

4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, в частности устройствам и способам передачи электрической энергии с применением резонансных технологий между стационарными объектами, а также между стационарными питающими устройствами и мобильными агрегатами, принимающими электроэнергию.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to devices and methods for transmitting electric energy using resonant technologies between stationary objects, as well as between stationary power devices and mobile units that accept electricity.

Известны способ и устройство для преобразования и передачи электрической энергии по однопроводной линии на большие расстояния, разработанные Николой Тесла в 1897 году (Н. Тесла U.S. Patent №593138. Электрический трансформатор. Заявлен 20.03.1897 г. Выпущен 02.11.1897 г. Н. Тесла. U.S. Patent №645576. Система передачи // электрической энергии. Заявлен 09.1987 г. Выпущен 20.03.1900 г.).A known method and device for converting and transmitting electric energy through a single-wire line over long distances, developed by Nikola Tesla in 1897 (N. Tesla US Patent No. 593138. Electric transformer. Declared 03.20.1897; Released 02.11.1897 N. Tesla US Patent No. 645576. Transmission system // electric energy. Declared on 09.1987, issued on 03.20.1900).

Согласно изобретениям Н. Тесла система состоит из двух, передающего и принимающего, резонансных трансформаторов с резонансными повышающими обмотками, представляющими собой однослойные спиральные четвертьволновые отрезки длинных линий на цилиндрических каркасах и провода, соединяющего высокопотенциальные выводы резонансных повышающих обмоток. Низкопотенциальные выводы резонансных, четвертьволновых обмоток обоих трансформаторов заземлены непосредственно около конструкций трансформаторов. Низковольтная обмотка передающего трансформатора подключена к выходу генератора повышенной частоты, являющегося преобразователем электроэнергии источника в электрическую энергию переменного тока с частотой, равной резонансной частоте резонансной однопроводной системы передачи электрической энергии. Низковольтная обмотка принимающего трансформатора подключена к нагрузке, поглощающей электрическую энергию.According to N. Tesla’s inventions, the system consists of two transmitting and receiving resonant transformers with resonant boost windings, which are single-layer spiral quarter-wave segments of long lines on cylindrical frames and a wire connecting the high-potential leads of the resonant boost windings. The low-potential outputs of the resonant, quarter-wave windings of both transformers are grounded directly near the structures of the transformers. The low-voltage winding of the transmitting transformer is connected to the output of a high-frequency generator, which is a converter of the source electric energy into alternating current electric energy with a frequency equal to the resonant frequency of the resonant single-wire electric energy transmission system. The low voltage winding of the receiving transformer is connected to a load absorbing electrical energy.

В результате соединения одного из выводов однослойных высоковольтных спиральных обмоток с землей, а другого вывода с проводником, соединяющим высоковольтные выводы спиральных обмоток, в системе передачи создаются условия для возбуждения стоячих волн электромагнитных колебаний вдоль обмоток с длиной волны, примерно в четыре раза превосходящей длину каждой из резонансных высоковольтных спиральных обмотокAs a result of connecting one of the terminals of the single-layer high-voltage spiral windings to the ground, and the other terminal with a conductor connecting the high-voltage terminals of the spiral windings, conditions are created in the transmission system for exciting standing waves of electromagnetic waves along the windings with a wavelength of about four times the length of each of resonant high voltage spiral windings

Здесь λ - длина стоячей волны в системе передачи электрической энергии,Here λ is the standing wavelength in the transmission system of electric energy,

ℓ - длина спиральной высоковольтной обмотки.ℓ is the length of the spiral high-voltage winding.

Вдоль всей системы передачи, т.е. от заземленного низкопотенциального вывода высоковольтной спиральной обмотки передающего резонансного трансформатора через резонансную спиральную обмотку, а также проводник, соединяющий высоковольтный вывод резонансной обмотки передающего трансформатора с высоковольтным выводом резонансной обмотки принимающего резонансного трансформатора, через высоковольтную обмотку принимающего резонансного трансформатора и до заземленного низкопотенциального вывода резонансной спиральной обмотки принимающего трансформатора, укладывается половина стоячей волны резонансного колебанияAlong the entire transmission system, i.e. from the grounded low-potential terminal of the high-voltage spiral winding of the transmitting resonant transformer through the resonant spiral winding, as well as the conductor connecting the high-voltage terminal of the resonant winding of the transmitting transformer to the high-voltage terminal of the resonant winding of the receiving resonant transformer, through the high-voltage winding of the receiving resonant transverse resonant transformer and up to transformer stacks half the standing wave of the resonant oscillation

Здесь: Ј - расстояние между резонансными трансформаторами.Here: Ј is the distance between the resonant transformers.

Режим стоячей волны характерен тем, что вдоль системы передачи амплитуды колебаний напряжения и тока меняются по величине. Вдоль системы развиваются пучности и узлы потенциалов, а также пучности и узлы токов. Пучности токов размещаются в низкопотенциальных областях резонансных спиральных обмоток и в заземлителях соответственно, узел тока размещается на проводнике, соединяющем высокопотенциальные выводы резонансных трансформаторов, т.е. на линии передачи электрической энергии из передающего трансформатора в принимающий. Узлы потенциалов размещаются на заземлителях. Пространственное размещение узла тока на передающей линии существенно снижает ток в линии, что способствует резкому снижению потерь при передаче и является достоинством метода.The standing wave mode is characterized by the fact that along the transmission system the amplitudes of voltage and current fluctuations vary in magnitude. Along the system, antinodes and nodes of potentials develop, as well as antinodes and nodes of currents. The current densities are located in the low-potential regions of the resonant spiral windings and in the ground electrodes, respectively, the current node is located on the conductor connecting the high-potential terminals of the resonant transformers, i.e. on the transmission line of electric energy from a transmitting transformer to a receiving one. Potential nodes are placed on grounding conductors. The spatial location of the current node on the transmission line significantly reduces the current in the line, which contributes to a sharp decrease in transmission losses and is an advantage of the method.

Недостатком известного способа передачи электрической энергии является высокая подверженность деградации волнового механизма передачи при увеличении дистанции. С увеличением дистанции передачи растет емкость провода линии на землю. Эта емкость оказывается электрически подключенной параллельно высокопотенциальной обмотке резонансного трансформатора. При достижении емкости передающего провода на землю величины собственной емкости на землю высокопотенциальной обмотки высокопотенциальная обмотка перестает быть катушкой с распределенными параметрами, а резонансный трансформатор теряет волновые свойства, в связи с чем пучности и узлы потенциалов и токов в системе исчезают, а система передачи энергии начинает работать как система связанных резонансных контуров с сосредоточенными параметрами. Еще интенсивнее эффекты емкостного закорочения проявляются в случае передачи энергии по линии в кабельном исполнении. Другим недостатком известного способа являются большие джоулевы потери в заземлителях, т.к. на них (заземлителях) локализуются пучности стоячих волн тока.The disadvantage of this method of transmitting electrical energy is the high susceptibility to degradation of the wave transmission mechanism with increasing distance. With increasing transmission distance, the capacity of the line wire to ground increases. This capacitance is electrically connected in parallel with the high potential winding of the resonant transformer. When the capacitance of the transfer wire to the ground reaches the value of the self-capacitance to the ground of the high potential winding, the high potential winding ceases to be a coil with distributed parameters, and the resonant transformer loses wave properties, and therefore the antinodes and nodes of potentials and currents in the system disappear, and the energy transfer system starts to work as a system of coupled resonant circuits with lumped parameters. The effects of capacitive shorting are even more intense in the case of cable transmission of energy through the line. Another disadvantage of this method is the large Joule losses in grounding, because antinodes of standing current waves are localized on them (ground electrodes).

Еще одним известным способом резонансной технологии передачи электрической энергии является устройство для передачи электрической энергии с помощью создания резонансных колебаний повышенной частоты в двух, повышающем и понижающем, высокочастотных многослойных трансформаторах, повышения потенциала внутреннего вывода высоковольтной обмотки повышающего трансформатора, передачи высоковольтного потенциала и электрической энергии по однопроводной линии к понижающему трансформатору, понижения потенциала высоковольтного вывода понижающего трансформатора, передачи в нагрузку активной электрической энергии. При этом вдоль цепи между заземляемым низковольтными выводами резонансных высоковольтных обмоток размещается целое число полуволн (минимальное число - одна полуволна). (патент РФ №2255406 от 21.02.2003 г. п. 1). Недостатком известного способа является наличие большие потерь в заземлителях наружных выводов резонансных обмоток трансформаторов. В другом варианте известного способа (патент РФ №2255406 от 21.02.2003 г. п. 2) наружные выводы резонансных многослойных высоковольтных обмоток резонансных трансформаторов не заземляют, а оставляют неподключенными, защищая изоляцией торцы проводов от пробоя на низковольтную питающую обмотку. Недостатком известного способа и устройства передачи электрической энергии резонансным способом по одному проводу с применением резонансных трансформаторов с многослойными высоковольтными резонансными обмотками, внутренний вывод которых подключается к однопроводной линии, а внешний вывод остается неподключенным, является сложность отвода тепла от внутренних витков высоковольтной резонансной обмотки. Проблема отвода тепла от внутренних витков многослойной высоковольтной резонансной обмотки возникает в связи с тем, что при возбуждении многослойной обмотки с изолированным внешним отводом пучность тока локализуется внутри обмоток, а пучности потенциала на обоих, внутреннем и внешнем, выводах. По этой причине максимум тепла выделяется внутри резонансной обмотки, что требует принятия особых мер по отводу тепла либо предпринимать ограничение тока в обмотке, а следовательно, и ограничение мощности трансформатора. Кроме этого, локализация пучности тока внутри многослойной обмотки уменьшает магнитную связь с низковольтной обмоткой и приводит к необходимости усиливать электрическую изоляцию между резонансной и низковольтной обмотками.Another known method of resonant technology for transmitting electric energy is a device for transmitting electric energy by creating high-frequency resonant oscillations in two raising and lowering high-frequency multilayer transformers, increasing the internal output potential of the high-voltage winding of the raising transformer, transmitting the high-voltage potential and electric energy through a single-wire lines to step-down transformer, lowering the potential of the high-voltage output pony ayuschego transformer, the load transfer active energy. At the same time, an integer number of half-waves (the minimum number is one half-wave) is placed along the circuit between the grounded low-voltage terminals of the resonant high-voltage windings. (RF patent No. 2255406 dated 02.21.2003 p. 1). The disadvantage of this method is the presence of large losses in the ground electrodes of the external terminals of the resonant windings of the transformers. In another embodiment of the known method (RF patent No. 225406 dated 02.21.2003 p. 2), the external terminals of the resonant multilayer high-voltage windings of the resonant transformers are not earthed, but left unconnected, protecting the ends of the wires from breakdown to the low-voltage supply winding by insulation. A disadvantage of the known method and device for transmitting electrical energy by a resonant method through a single wire using resonant transformers with multilayer high-voltage resonant windings, the internal terminal of which is connected to a single-wire line, and the external terminal remains unconnected, is the difficulty of heat removal from the internal turns of the high-voltage resonant winding. The problem of heat removal from the internal turns of a multilayer high-voltage resonant winding arises due to the fact that when a multilayer winding with an isolated external tap is excited, the current antinode is localized inside the windings, and the potential antinode on both the internal and external terminals. For this reason, the maximum heat is generated inside the resonant winding, which requires special measures to remove heat or to take a current limitation in the winding, and therefore, limit the power of the transformer. In addition, the localization of the current antinodes inside the multilayer winding reduces the magnetic coupling with the low voltage winding and leads to the need to strengthen the electrical insulation between the resonant and low voltage windings.

Наиболее близким к предлагаемому решению является известный резонансный способ передачи электрической энергии путем создания резонансных колебаний повышенной частоты в цепи, состоящей из источника электрической энергии повышенной частоты и двух, повышающего и понижающего, высокочастотных резонансных трансформаторов, резонансные высокочастотные обмотки которых выполнены в виде однослойных спиралей с заземленными низкопотенциальными выводами, высокопотенциальные выводы которых подсоединены к уединенным сферическим емкостям, поднятым над поверхностью земли и над спиральной обмоткой на высоту, позволяющую сферическим емкостям работать в качестве уединенных естественных емкостей, электрические поля которых слабо взаимодействуют с электрическими полями однослойных спиральных резонансных обмоток (Н. Тесла U.S. Patent №787412. Искусство передачи электрической энергии через естественную среду. Заявлен 16.05.1990 г. Выпущен 17.06.1902 г.), (Н. Тесла. U.S. Patent №1119732. Аппарат для передачи электрической энергии. Заявлен 18.01.1902. Выпущен 01.12.1914 г.). Согласно описанию резонирующая система из последовательно соединенных спиральной однослойной катушки и сферы образуют последовательный резонансный контур вдоль цепи: заземленный низкопотенциальный вывод четвертьволнового резонатора - четвертьволновой резонатор (спиральная однослойная обмотка) - емкость, одной обкладкой которой является сфера, другой ионосфера. Последовательный резонансный контур при возбуждении создает в толще земли и между ионосферой и землей электрические колебания. В результате чего на частотах, удовлетворяющих условиям возникновения стоячих волн, на поверхности земли возникают зоны узлов и пучностей потенциала. Приемный резонансный контур из спиральной катушки и поднятой над ней уединенной сферы - емкости, аналогичной по конструкции передающей, будучи размещенным на поверхности земли в пучности потенциала, возбуждается и может быть использован для получения электрической энергии с помощью низковольтной принимающей обмотки, размещенной у заземляемого (низкопотенциального) вывода.Closest to the proposed solution is the well-known resonant method of transmitting electric energy by creating high-frequency resonant oscillations in a circuit consisting of a high-frequency electric energy source and two high-frequency and high-frequency resonant transformers, whose high-frequency resonant windings are made in the form of single-layer spirals with grounded low-potential conclusions, high-potential conclusions of which are connected to solitary spherical capacities, under taken above the surface of the earth and above a spiral winding to a height that allows spherical capacitors to work as solitary natural containers whose electric fields interact weakly with the electric fields of single-layer spiral resonant windings (N. Tesla US Patent No. 787412. The art of transferring electrical energy through the natural environment. Declared May 16, 1990; issued June 17, 1902), (N. Tesla. US Patent No. 1119732. Apparatus for the transmission of electrical energy. Declared January 18, 1902. Released 12/01/1914). According to the description, a resonant system of sequentially connected spiral single-layer coils and spheres form a series resonant circuit along the circuit: a grounded low-potential output of a quarter-wave resonator - a quarter-wave resonator (spiral single-layer winding) - a capacitance, one of which is a sphere, the other is the ionosphere. A series resonant circuit, when excited, creates electrical vibrations in the interior of the earth and between the ionosphere and the earth. As a result, at frequencies satisfying the conditions for the appearance of standing waves, zones of nodes and antinodes of the potential appear on the earth's surface. A receiving resonant circuit from a spiral coil and a solitary sphere raised above it - a capacitor that is similar in design to the transmitter, being placed on the earth's surface at the antinode of the potential, is excited and can be used to generate electrical energy using a low-voltage receiving winding located at the grounded (low-potential) output.

Недостатком известного метода являются большие капитальные затраты при реализации способа передачи электроэнергии, которые окупаются при применении известного метода для передачи электрической энергии в глобальном масштабе и делают применение метода проблематичным при передаче на небольшие расстояния, например 5-30 км. Кроме этого остаются проблемы с заземлителями.The disadvantage of this method is the high capital costs of implementing the method of electric power transmission, which pay off when applying the known method for electric power transmission on a global scale and make the application of the method problematic when transmitting over short distances, for example 5-30 km. In addition, there are problems with grounding conductors.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности резонансной передачи электрической энергии и, в первую очередь на небольшие и средние расстояния, снижение влияния емкости провода линии передачи на землю на резонансную обмотку передающего энергию четвертьволнового трансформатора, исключение электрических потерь в заземлителях, упрощение конструкции резонансного трансформатора.The objective of the invention is to increase the efficiency of the resonant transmission of electrical energy, and primarily on small and medium distances, reduce the influence of the capacity of the wire of the transmission line to the ground on the resonant winding of the energy-transmitting quarter-wave transformer, eliminate electrical losses in grounding conductors, simplify the design of the resonant transformer.

В результате использования предлагаемого изобретения повышается эффективность резонансной передачи электрической энергии и, в первую очередь, на небольшие и средние расстояния за счет применения волнового механизма передачи энергии токами повышенных частот через низкопотенциальный вывод четвертьволновых обмоток. При этом высокопотенциальные выводы четвертьволновых обмоток остаются неподключенными. Это обеспечивает возможность передачи электроэнергии по одножильному кабелю без экранирующей оболочки с невысокими требованиями к электрической прочности изоляции кабеля, исключение коротких замыканий на землю высокопотенциальных проводов из-за их отсутствия, исключение электрических потерь в заземлителях, а также капитальных расходов на изготовление и монтаж заземлителей также ввиду их отсутствия. Исключается закорачивающее емкостное влияние на четвертьволновые обмотки трансформаторов емкости высоковольтного провода передающей линии ввиду его отсутствия. Емкость одножильного кабеля на землю оказывает слабое влияние на четвертьволновую обмотку ввиду низкого потенциала на проводящей жиле кабеля. Отсутствие в предлагаемом способе передачи высокопотенциального провода и сильноточных заземлителей существенно упрощает и удешевляет конструкцию четвертьволновых трансформаторов и всей системы передачи электрической энергии. Предлагаемый способ улучшает экологическую обстановку вдоль трассы передачи электрической энергии в связи со снижением интенсивности электрических полей.As a result of the use of the present invention, the efficiency of the resonant transmission of electric energy is increased, primarily, at small and medium distances due to the use of the wave mechanism of energy transfer by high frequency currents through the low-potential output of the quarter-wave windings. At the same time, the high-potential conclusions of the quarter-wave windings remain unconnected. This makes it possible to transfer electricity through a single-core cable without a shielding with low requirements for the electric strength of the cable insulation, eliminating short circuits of high potential wires to the ground due to their absence, eliminating electrical losses in grounding conductors, as well as capital costs for the manufacture and installation of grounding conductors also in view of their absence. Short-circuiting capacitive effect on the quarter-wave windings of the transformers of the capacitance of the high-voltage wire of the transmission line due to its absence is excluded. The capacity of a single-core cable to the ground has a weak effect on the quarter-wave winding due to the low potential on the conductive core of the cable. The absence in the proposed method of transmitting a high-potential wire and high-current grounding conductors significantly simplifies and cheapens the design of quarter-wave transformers and the entire transmission system of electrical energy. The proposed method improves the environmental situation along the transmission path of electric energy in connection with a decrease in the intensity of electric fields.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что передача электрической энергии от источника электрической энергии к приемнику электрической энергии осуществляется с помощью преобразователя частоты, передающего и принимающего трансформаторов Тесла и однопроводной линии, однопроводную линию передачи электрической энергии включают между низкопотенциальными выводами передающего и принимающего трансформаторов Тесла, с помощью возбуждающей обмотки возбуждают в резонансной обмотке передающего трансформатора Тесла резонансные колебания с пучностью тока у низкопотенциального вывода, пучностью тока питают однопроводную линию, передают вдоль однопроводной линии электромагнитную энергию в принимающий трансформатор Тесла, возбуждают в принимающем трансформаторе резонансные колебания с пучностью тока у низкопотенциального вывода, с помощью принимающей обмотки передают энергию в нагрузку, при этом высокопотенциальные выводы трансформаторов Тесла оставляют неподключенными. В другом варианте способа передачи электрической энергии высоковольтные выводы трансформаторов Тесла подключают к изолированным электропроводящим сферам или торам с помощью проводника превосходящего по длине, по крайней мере, в 5 раз диаметр сфер или торов.The above technical result is achieved in that the transmission of electrical energy from an electric energy source to an electric energy receiver is carried out using a frequency converter transmitting and receiving Tesla transformers and a single-wire line, a single-wire electric energy transmission line is connected between the low potential terminals of the Tesla transmitting and receiving transformers, using excitation winding excite resonance in the resonant winding of a Tesla transmitting transformer The oscillations with the current antinode at the low-potential output, the current antinode feed the single-wire line, transmit electromagnetic energy along the single-wire line to the Tesla receiving transformer, excite resonance oscillations with the current antinode at the low-potential output along the single-wire transformer, and transfer energy to the load using the receiving winding, Tesla's high potential transformer leads are left unconnected. In another embodiment of the method of transmitting electrical energy, the high-voltage terminals of Tesla transformers are connected to insulated conductive spheres or tori using a conductor at least 5 times the diameter of the spheres or tori.

Предлагаемый способ передачи реализуется с помощью устройства для передачи электрической энергии, содержащего источник и приемник электрической энергии, преобразователь частоты, передающий и принимающий трансформаторы Тесла и однопроводную линию, низкопотенциальный вывод передающего трансформатора Тесла соединен с началом однопроводной линии, конец однопроводной линии соединен с низкопотенциальным выводом принимающего трансформатора Тесла, при этом высоковольтные выводы обоих трансформаторов Тесла остаются неподключенными.The proposed transmission method is implemented using a device for transmitting electrical energy, containing a source and a receiver of electrical energy, a frequency converter transmitting and receiving Tesla transformers and a single-wire line, a low-potential terminal of a Tesla transmitting transformer is connected to the beginning of a single-wire line, the end of a single-wire line is connected to a low-potential terminal of a receiving Tesla transformer, while the high voltage terminals of both Tesla transformers remain unconnected.

В другом варианте устройства высоковольтные выводы обоих трансформаторов Тесла соединены соединительными проводниками со сферами или торами, поднятыми над землей, при этом длина соединительных проводников, по крайней мере, в 5 раз превосходит диаметр сфер или торов.In another embodiment of the device, the high voltage leads of both Tesla transformers are connected by connecting conductors to spheres or tori raised above the ground, while the length of the connecting conductors is at least 5 times the diameter of the spheres or tori.

Сущность предполагаемого изобретения поясняется Фиг. 1, Фиг. 2.The essence of the alleged invention is illustrated in FIG. 1, FIG. 2.

На Фиг. 1 представлена электрическая схема способа и устройства для передачи электрической энергии от источника электрической энергии к приемнику электрической энергии с помощью преобразователя частоты, передающего и принимающего трансформаторов Тесла и однопроводной линии, включенной между низкопотенциальными выводами резонансных однослойных спиральных обмоток трансформаторов Тесла.In FIG. 1 is an electrical diagram of a method and apparatus for transmitting electrical energy from an electric energy source to an electric energy receiver using a frequency converter transmitting and receiving Tesla transformers and a single-wire line connected between the low-potential terminals of the Tesla resonant single-layer spiral windings of transformers.

На Фиг. 2 представлена электрическая схема способа и устройства для передачи электрической энергии от источника электрической энергии к приемнику электрической энергии с помощью преобразователя частоты, передающего и принимающего трансформаторов Тесла и однопроводной линии, включенной между низкопотенциальными выводами резонансных однослойных спиральных трансформаторов Тесла, при этом высоковольтные выводы обоих трансформаторов Тесла соединены соединительными проводниками со сферами или торами, поднятыми над землей, а длина соединительных проводников по крайней мере в 5 раз превосходит диаметр сфер и торов.In FIG. 2 is an electrical diagram of a method and apparatus for transmitting electrical energy from an electric energy source to an electric energy receiver using a frequency converter transmitting and receiving Tesla transformers and a single-wire line connected between low-potential terminals of Tesla resonant single-layer spiral transformers, while the high-voltage terminals of both Tesla transformers connected by connecting conductors to spheres or tori raised above the ground, and the length of the connector GOVERNMENTAL conductors at least 5 times the diameter of the spheres and tori.

На Фиг. 1 представлена схема электрических соединений элементов между собой. Источник электрической энергии 1 (в приведенной схеме в качестве источника 1 используется промышленная трехфазная сеть 380 В, 50 Гц) соединен со входом преобразователя частоты 2. Преобразователь частоты 2 преобразует электрическую энергию из формата (3 фазы, 380 В, 50 Гц) в энергию переменного тока повышенной частоты (0,5-20) кГц. Выход преобразователя частоты 2 через электрический конденсатор 3 соединен с низковольтной обмоткой 4 передающего резонансного трансформатора Тесла 5. Обмотка 4 выполнена в виде сосредоточенной катушки индуктивности, размещенной поверх обмотки 6 в области низкопотенциального вывода 7. Спиральная обмотка 6 представляет собой катушку индуктивности с распределенными параметрами. Высоковольтный вывод 8 спиральной обмотки 6 остается неподключенным. Низкопотенциальный вывод 7 соединен с началом однопроводной низкопотенциальной линии передачи электрической энергии 9. Однопроводная линия передачи 9 прокладывается над или под поверхностью земли. Конец однопроводной линии 9 соединен с низкопотенциальным выводом 10 однослойной спиральной обмотки 12 резонансного принимающего трансформатора Тесла 13. Высоковольтный вывод 11 резонансной однослойной спиральной обмотки 12 остается неподключенным. Конструкция принимающего резонансного трансформатора Тесла 13 аналогична конструкции передающего резонансного трансформатора Тесла 5. Низковольтная обмотка 14 выполнена в виде катушки с сосредоточенными параметрами и располагается у заземляемого вывода 10 спиральной обмотки 12. Низковольтная обмотка 14 через электрический конденсатор 5 подключена к входным клеммам электрической нагрузки 16.In FIG. 1 shows a diagram of the electrical connections of the elements to each other. The electric power source 1 (in the above diagram, an industrial three-phase network 380 V, 50 Hz is used as a source 1) is connected to the input of the frequency converter 2. Frequency converter 2 converts electrical energy from the format (3 phases, 380 V, 50 Hz) into variable energy current increased frequency (0.5-20) kHz. The output of the frequency converter 2 through an electric capacitor 3 is connected to the low-voltage winding 4 of the Tesla transmitting resonant transformer 5. The winding 4 is made in the form of a concentrated inductor placed on top of the winding 6 in the region of the low-potential output 7. Spiral winding 6 is an inductance coil with distributed parameters. The high voltage terminal 8 of the spiral winding 6 remains unconnected. The low-potential terminal 7 is connected to the beginning of a single-wire low-potential transmission line of electric energy 9. A single-wire transmission line 9 is laid above or below the surface of the earth. The end of the single-wire line 9 is connected to the low-potential terminal 10 of the single-layer spiral winding 12 of the Tesla resonant receiving transformer 13. The high-voltage terminal 11 of the resonant single-layer spiral winding 12 remains unconnected. The design of the Tesla 13 receiving resonant transformer is similar to the Tesla 5 transmitting resonant transformer. The low-voltage winding 14 is made in the form of a coil with lumped parameters and is located at the grounded terminal 10 of the spiral winding 12. The low-voltage winding 14 is connected to the input terminals of the electric load 16 through an electric capacitor 5.

На Фиг. 2 представлена схема электрических соединений элементов резонансной системы передачи электрической энергии с применением резонансных трансформаторов Тесла, низкопотенциальные выводы которых соединены однопроводной линией передачи электрической энергии, а высокопотенциальные выводы через соединительные проводники подключены к сферическим или тороидальным емкостям. Источник электрической энергии 1 соединен с входом преобразователя частоты 2. Преобразователь частоты 2 преобразует электрическую энергию из формата источника 1 в формат переменного тока повышенной (0,5-20) кГц частоты. Выход преобразователя частоты 2 через электрический конденсатор 3 соединен с низковольтной обмоткой 4 передающего резонансного трансформатора Тесла 5. Обмотка 4 размещена у низкопотенциального вывода 7 резонансной спиральной однослойной обмотки 6, поверх нее. Низкопотенциальный вывод 7 соединен с началом однопроводной низкопотенциальной линии передачи электрической энергии 9. Однопроводная линия передачи 9 прокладывается над или под поверхностью земли. Конец однопроводной линии 9 соединен с низкопотенциальным выводом 10 однослойной спиральной обмотки 12 резонансного принимающего трансформатора Тесла 13. Высоковольтные выводы 8 и 11 однослойных спиральных обмоток 6 и 12 резонансных трансформаторов Тесла 5 и 13 через соединительные проводники 17 и 19 подключены к электропроводящим сферам или торам 18 и 20, выполняющим роль естественных электрических емкостей. Длины соединительных проводников 17 и 19 составляют не менее 5 диаметров сфер и торов 18 и 20. Поверх спиральной однослойной резонансной обмотки 12, у ее низкопотенциального вывода 10, размещена низковольтная обмотка 14 для съема переданной электрической энергии. Выводы низкопотенциальной обмотки 14 через электрический конденсатор 15 подключены к электрической нагрузке 16.In FIG. Figure 2 shows the electrical connections of the elements of a resonant system for transmitting electric energy using Tesla resonant transformers, the low-potential leads of which are connected by a single-wire electric energy transmission line, and the high-potential leads through connecting conductors are connected to spherical or toroidal capacitors. The electric power source 1 is connected to the input of the frequency converter 2. The frequency converter 2 converts electrical energy from the format of the source 1 to the alternating current format of increased (0.5-20) kHz frequency. The output of the frequency converter 2 through an electric capacitor 3 is connected to the low-voltage winding 4 of the Tesla transmitting resonant transformer 5. The winding 4 is located at the low-potential terminal 7 of the resonant spiral single-layer winding 6, on top of it. The low-potential terminal 7 is connected to the beginning of a single-wire low-potential transmission line of electric energy 9. A single-wire transmission line 9 is laid above or below the surface of the earth. The end of the single-wire line 9 is connected to the low-potential terminal 10 of the single-layer spiral winding 12 of the Tesla resonant receiving transformer 13. The high-voltage terminals 8 and 11 of the single-layer spiral winding 6 and 12 of the Tesla resonant transformers 5 and 13 are connected to the conductive spheres or tori 18 and 20, performing the role of natural electric capacitance. The lengths of the connecting conductors 17 and 19 are at least 5 diameters of the spheres and tori 18 and 20. On top of the spiral single-layer resonant winding 12, at its low-potential terminal 10, a low-voltage winding 14 is placed to remove the transmitted electric energy. The findings of the low-potential winding 14 through an electric capacitor 15 are connected to an electrical load 16.

Устройство передачи электрической энергии работает следующим образом. Электрическая энергия из источника 1 (Фиг. 1) подается в преобразователь частоты 2, выполняющий роль генератора электрического тока повышенной частоты с возможностью управления частотой тока и с формой тока на выходе преобразователя в виде «меандр». Генерация тока с формой «меандр» позволяет преобразователю 2 работать с минимальным количеством коммутаций тока. Снижение количества коммутаций обеспечивает унижение энергетических потерь при преобразовании. Принцип преобразования состоит в следующем. В входных цепях преобразователя 2 производится выпрямление тока, поступающего из источника 1. Если на выходе источника электрической энергии 1 постоянный ток, то преобразователь 2 выполняется без входных выпрямителей. Далее постоянный ток подается на инвертирующий мост. Мост с помощью управляемых силовых твердотельных ключей с частотой f_г переключает полярность напряжения на выходе преобразователя 2. Таким образом, на выходе преобразователя 2 получают знакопеременное напряжение по амплитуде равное напряжению постоянного тока после выпрямителя. Поскольку к выходным клеммам преобразователя 2 подключают резонансный контур (3, 4) цепи накачки резонансного трансформатора 5, ток на выходе преобразователя 2 имеет чисто синусоидальную форму. При этом нуль тока в цепи ключей инвертирующего моста совпадает с моментом переключения на ключах напряжения, что значительно упрощает ражим коммутации и снижает потери при преобразовании. Частота собственных резонансных колебаний контура (3, 4) составляет f₀₁ A device for transmitting electrical energy works as follows. Electric energy from the source 1 (Fig. 1) is supplied to the frequency converter 2, which acts as a generator of electric current of increased frequency with the ability to control the frequency of the current and with the shape of the current at the output of the converter in the form of a “meander”. The generation of current with the form of a "meander" allows the Converter 2 to work with a minimum number of current switching. Reducing the number of switching provides a reduction in energy losses during conversion. The principle of conversion is as follows. In the input circuits of the converter 2, the current coming from the source 1 is rectified. If there is a direct current at the output of the electric energy source 1, then the converter 2 is performed without input rectifiers. Next, direct current is supplied to the inverting bridge. The bridge with the help of controlled power solid-state keys with a frequency f _g switches the polarity of the voltage at the output of the converter 2. Thus, at the output of the converter 2, an alternating voltage is obtained in amplitude equal to the DC voltage after the rectifier. Since the resonant circuit (3, 4) of the pump circuit of the resonant transformer 5 is connected to the output terminals of the converter 2, the current at the output of the converter 2 has a purely sinusoidal shape. In this case, the zero current in the key chain of the inverting bridge coincides with the moment of switching on the voltage switches, which greatly simplifies the switching mode and reduces the loss during conversion. The frequency of natural resonant oscillations of the circuit (3, 4) is f ₀₁

Где: f₀₁ - резонансная частота, Гц;Where: f ₀₁ - resonant frequency, Hz;

L - индуктивность обмотки 4 трансформатора 5, Гн;L is the inductance of the winding 4 of the transformer 5, GN;

С - емкость 3 контура накачки, Ф.C - capacity 3 of the pump circuit, F.

Развиваемый в контуре накачки ток возбуждает вторичную резонансную обмотку 6 резонансного трансформатора 5. Обмотка 6 выполнена в виде катушки с распределенными параметрами и представляет собой однослойную обмотку, скорость распространения электромагнитных колебаний вдоль которой составляет υ, при этом:The current developed in the pump circuit excites the secondary resonant winding 6 of the resonant transformer 5. The winding 6 is made in the form of a coil with distributed parameters and is a single-layer winding, the propagation velocity of electromagnetic waves along which is υ, while:

Где: υ₀ - скорость распространения электромагнитных колебаний вдоль резонансной обмотки 6, м/с;Where: υ ₀ is the propagation velocity of electromagnetic waves along the resonant winding 6, m / s;

L₀ - погонная индуктивность обмотки 6, Гн/м;L ₀ - linear inductance of the winding 6, GN / m;

С₀ - погонная емкость обмотки 6, Ф/м;With ₀ - linear capacity of the winding 6, f / m;

Таким образом, время перемещения фронта электромагнитного возмущения вдоль обмотки длиной l составит (Δt)=l/ν, с. Thus, the travel time of the front of the electromagnetic disturbance along the winding of length l will be (Δt) = l / ν, s.

Поскольку заземленная одним концом соленоидальная обмотка работает как четвертьволновой вибратор, время одного периода собственного колебания будет равноSince the solenoidal winding grounded at one end acts as a quarter-wave vibrator, the time of one period of natural oscillation will be

Нижняя резонансная частота собственных колебаний резонансной обмотки будет равнаThe lower resonant frequency of the natural oscillations of the resonant winding will be equal to

Возможно возбуждение и более высоких резонансных частот, соответствующих размещению на длине l резонансной обмотки 6 нечетного целого числа четвертей (три четверти, пять четвертей и т.д.) волн электромагнитного колебания:Excitation of higher resonant frequencies is also possible, corresponding to the placement of an odd integer number of quarters (three quarters, five quarters, etc.) of electromagnetic waves on the length l of the resonant winding 6:

При этом наблюдается следующее явление

In this case, the following phenomenon is observed

Это происходит по причине дисперсии скоростей распространения фронта волн с частотами

. По мере роста частоты собственного колебания скорость распространения волны снижается (нормальная дисперсия).This is due to the dispersion of the propagation velocity of the wave front with frequencies

. As the frequency of natural oscillation increases, the wave propagation velocity decreases (normal dispersion).

Стоячая волна на соленоидальной резонансной обмотке 6 возникает в результате интерференции возбуждаемой в обмотке 6 обмоткой 4 прямой волны и отраженной от торца обмотки встречной волны. Поскольку вывод 8 обмотки 6 изолирован, то в этой области обмотки 6 развивается пучность потенциала и узел тока. Соответственно, на выводе 7 развивается пучность тока и узел потенциала. Пучность тока из вывода 7 по линии передачи энергии 9 возбуждает пучность тока у вывода 10 обмотки 12 резонансного трансформатора 13. Обмотка 12 конструктивно выполнена аналогично резонансной обмотке 6 резонансного трансформатора 5. Волна тока из пучности тока в области вывода 10 достигает изолированного вывода 11, от которого происходит отражение и образование встречной волны тока. В результате интерференции встречных волн тока и сопровождающих их сдвинутых по фазе на 90° волн напряжений вдоль обмотки 12 возбуждается по одной четверти стоячих волн тока и потенциала. У вывода 10 создаются пучность тока и узел потенциала, у вывода 11 пучность потенциала и узел тока. Частота собственных резонансных колебаний соленоидальной обмотки 12 равнаA standing wave on the solenoidal resonant winding 6 occurs as a result of interference of the direct wave excited by the winding 4 of the winding 6 and the counterpropagating wave reflected from the end of the winding. Since the output 8 of the winding 6 is isolated, a potential antinode and a current node develop in this area of the winding 6. Accordingly, at terminal 7, a current antinode and a potential node develop. The accuracy of the current from terminal 7 along the energy transmission line 9 excites the current antinode at terminal 10 of the winding 12 of the resonant transformer 13. The winding 12 is structurally similar to the resonant winding 6 of the resonant transformer 5. The current wave from the current antinode in the region of terminal 10 reaches the isolated terminal 11, from which reflection and formation of a counter current wave occurs. As a result of interference between counterpropagating current waves and the accompanying voltage-phase-shifted voltage waves 90 ° along the winding 12, one fourth of the standing current and potential waves are excited. At terminal 10, a current antinode and a potential node are created, at terminal 11, a potential antinode and a current node. The frequency of natural resonance oscillations of the solenoidal winding 12 is

Где: f₀₄ - частота собственных резонансных колебаний обмотки 12, Гц;Where: f ₀₄ - frequency of natural resonant oscillations of the winding 12, Hz;

L₀ - погонная индуктивность обмотки 12, выполненной в виде спирали, Гн/м;L ₀ - linear inductance of the winding 12, made in the form of a spiral, GN / m;

ℓ - длина обмотки 12, м;ℓ - winding length 12, m;

С₀ - погонная емкость обмотки 12, Ф.With ₀ - linear capacity of the winding 12, F.

В области пучности тока у вывода 10 располагается обмотка 14 для слива электрической энергии из трансформатора 13 через конденсатор 14 в нагрузку 16. Конденсатор 15 совместно с обмоткой 14 образуют последовательный резонансный контур, собственная резонансная частота которого равна f₀₂ In the region of current antinodes at terminal 10 there is a winding 14 for draining electric energy from a transformer 13 through a capacitor 14 to a load 16. The capacitor 15 together with the winding 14 form a series resonant circuit whose natural resonant frequency is f ₀₂

Где: f₀₄ - резонансная частота контура, Гц;Where: f ₀₄ - resonant frequency of the circuit, Hz;

L - индуктивность обмотки 14, Гн;L is the inductance of the winding 14, GN;

С - емкость конденсатора 15, Ф.C is the capacitance of the capacitor 15, F.

При настройке выполняется условие:When setting up, the condition is met:

При этом образуется резонансная система из связанных резонансных контуров и четвертьволновых резонаторов с идентичными собственными резонансными частотами. В амплитудно-частотной характеристике такой системы образуется «окно прозрачности» для эффективного прохождения энергии на токе с частотой f₀=f_г.In this case, a resonant system is formed of coupled resonant circuits and quarter-wave resonators with identical natural resonant frequencies. In the amplitude-frequency characteristic of such a system, a “transparency window” is formed for the efficient passage of energy on the current with a frequency f ₀ = f _g .

Таким образом, электрическая энергия из источника энергии 1 поступает в преобразователь 2, через конденсатор 3 в обмотку накачки 4 трансформатора 5, в обмотке 6 которого возбуждается четвертьволновая стоячая волна. Обмотка выполнена в виде соленоидальной катушки. На выводе 7 обмотки 6 образуется пучность тока, на выводе 8 пучность потенциала, вывод 8 изолирован. Вывод 7 пучностью тока передает электрическую энергию в однопроводную линию 9. Электрическая энергия из линии 9, поступая через вывод 10 в обмотку 12, выполненную в виде соленоидальной катушки, возбуждает ее в режиме четвертьволнового резонанса с пучностью тока у вывода 10 и пучностью потенциала у вывода 11. Вывод 11 изолирован. Из пучности тока электрическая энергия передается в обмотку 14 и через конденсатор 15 в резонансном у режиме нагрузке 16. При этом между резонансными трансформаторами 5 и 13 энергия передается по одному проводу, находящемуся под потенциалом узла четвертьволновой стоячей волны. Между выводами 8 и 11 укладывается половина стоячей волны т.е. потенциалы выводов 8 и 11 всегда в противофазе. Еще одной особенностью полуволновой системы передачи электрической энергии по Фиг. 1 является то, что четвертьволновые обмотки 6 и 12 передающего 5 и принимающего 13 трансформаторов, как и линия передачи 9, гальванически не соединены с землей.Thus, the electric energy from the energy source 1 enters the transducer 2, through the capacitor 3 into the pump winding 4 of the transformer 5, in the winding 6 of which a quarter-wave standing wave is excited. The winding is made in the form of a solenoidal coil. Current antinode is formed at terminal 7 of winding 6, potential antinode at terminal 8, terminal 8 is isolated. Terminal 7 with a current antinode transfers electric energy to a single-wire line 9. The electric energy from line 9, passing through terminal 10 to a winding 12 made in the form of a solenoidal coil, excites it in a quarter-wave resonance mode with a current antinode at terminal 10 and a potential antinode at terminal 11 Pin 11 is isolated. From the current antinode, electric energy is transmitted to the winding 14 and through the capacitor 15 in a load 16 resonant at the mode. In this case, energy is transmitted between the resonant transformers 5 and 13 through a single wire located under the potential of a quarter-wave standing wave assembly. Between pins 8 and 11, half of the standing wave, i.e. the potentials of pins 8 and 11 are always out of phase. Another feature of the half-wave electrical energy transmission system of FIG. 1 is that the quarter-wave windings 6 and 12 of the transmitting 5 and receiving 13 transformers, like the transmission line 9, are not galvanically connected to the ground.

Принцип работы системы по передаче электрической энергии, изображенной на Фиг. 2, аналогичен принципу работы системы на Фиг. 1 с той разницей, что четвертьволновые резонансные обмотки 6 и 12 резонансных трансформаторов 5 и 13 нагружены на изолированные от земли электрические емкости сфер 18 и 20, соединенные с высокопотенциальными выводами 8 и 11 с помощью проводников 17 и 19. Емкости сфер 18 и 20 определяются выражением:The principle of operation of the electric power transmission system shown in FIG. 2 is similar to the principle of operation of the system in FIG. 1 with the difference that the quarter-wave resonant windings 6 and 12 of the resonant transformers 5 and 13 are loaded on the electrical capacitances of the spheres 18 and 20 isolated from the earth, connected to the high-potential terminals 8 and 11 using conductors 17 and 19. The capacitances of the spheres 18 and 20 are determined by the expression :

С_сф=4πε₀α,C _sf = 4πε ₀ α,

Где: C_сф - естественная электрическая емкость уединенной проводящей сферы, Ф;Where: C _sf - the natural electric capacitance of a solitary conductive sphere, f;

α - радиус проводящей сферы, м;α is the radius of the conducting sphere, m;

ε₀ - диэлектрическая постоянная вакуума, ε₀=8,85·10^-12, Ф/м.ε ₀ is the dielectric constant of the vacuum, ε ₀ = 8.85 · 10 ^-12 , F / m.

Наличие вблизи сфер 18, 20 четвертьволновых обмоток 6, 12 и земли искажает результат вычисления емкости по приведенной формуле идеально уединенной сферы, однако при длинах соединяющих проводников 17, 19 более чем 5α, отклонение результата вычислений от реальной емкости не меняет принципиальной сути работы системы передачи электрической энергии и сводится к некоторому фантомному удлинению на (Δl) обмоток 6 и 12, что сопровождается снижением на Δf собственных резонансных частот колебаний соленоидальных обмоток 6 и 12:The presence near the spheres 18, 20 of the quarter-wave windings 6, 12 and the earth distorts the result of calculating the capacitance by the given formula of an ideally secluded sphere, however, with the lengths of the connecting conductors 17, 19 more than 5α, the deviation of the calculation result from the real capacitance does not change the fundamental essence of the electrical transmission system energy and is reduced to a certain phantom extension by (Δl) of the windings 6 and 12, which is accompanied by a decrease by Δf of the natural resonance frequencies of the oscillations of the solenoidal windings 6 and 12:

Пример 1 реализации способа передачи электрической энергии. В качестве передающего устройства взят резонансный четвертьволновый трансформатор. Четвертьволновая обмотка выполнена проводом ПЭВ-2 в виде однослойной спирали. Диаметр провода - 0,63 мм, диаметр каркаса для обмотки - 145 мм, длина обмотки - 1800 мм, каркас - стеклотекстолит, длина каркаса - 2000 мм, число витков - 2600. Резонансная частота при четвертьволновом режиме возбуждения составила 160 кГц. В качестве принимающего взят аналогичный трансформатор. Обмотка возбуждения представляет собой 50 витков медного провода в виниловой изоляции, сечением по меди 10 мм². Обмотка возбуждения размещена у одного из торцов четвертьволновой обмотки. Вывод четвертьволновой обмотки, ближний к обмотке возбуждения, оказывается в пучности тока и узле потенциала. Трансформаторы соединены одножильным кабелем без экрана. Длина соединяющего трансформаторы одножильного кабеля составляла 100 м. Кабель проложен в земле на глубине 10 см. В качестве нагрузки использовалась лампа накаливания мощностью 500 Вт (220 В). Выходные каскады питающего генератора выполнены на полевых транзисторах. Частота выходного тока генератора 160 кГц, форма выходного напряжения - меандр. Вывод четвертьволновой обмотки, противоположный низкопотенциальному выводу, оказывается в пучности потенциала и узле тока. Во время передачи электроэнергии высоковольтные выводы обоих трансформаторов системы передачи оставались неподключенными.Example 1 of the implementation of the method of transmission of electrical energy. A resonant quarter-wave transformer was taken as a transmitting device. The quarter-wave winding is made with a PEV-2 wire in the form of a single-layer spiral. The diameter of the wire is 0.63 mm, the diameter of the frame for the winding is 145 mm, the length of the winding is 1800 mm, the frame is fiberglass, the length of the frame is 2000 mm, the number of turns is 2600. The resonant frequency in the quarter-wave excitation mode was 160 kHz. A similar transformer is taken as the host. The field winding is 50 turns of copper wire in vinyl insulation, a cross-section of 10 mm ² on copper. The field winding is located at one of the ends of the quarter-wave winding. The output of the quarter-wave winding closest to the excitation winding is in the current antinode and the potential node. Transformers are connected by a single-core cable without a screen. The single-core cable connecting the transformers was 100 m long. The cable was laid in the ground at a depth of 10 cm. An incandescent lamp with a power of 500 W (220 V) was used as a load. The output stages of the supply generator are made on field-effect transistors. The output current frequency of the generator is 160 kHz, the shape of the output voltage is a meander. The output of the quarter-wave winding, opposite to the low-potential output, is in the antinode of the potential and the current node. During the transmission of electricity, the high-voltage outputs of both transformers of the transmission system remained unconnected.

Потенциал передающей линии составил 0,1 кВ. Ток в линии передачи равнялся 0,8 А. Потенциалы высоковольтных выводов резонансных трансформаторов составляли примерно 8 кВ.The potential of the transmission line was 0.1 kV. The current in the transmission line was 0.8 A. The potentials of the high-voltage outputs of the resonant transformers were approximately 8 kV.

Пример 2 реализации способа передачи электрической энергии. В качестве передающего взят резонансный четвертьволновый трансформатор с высоковольтным выводом соединенным со сферой. Сфера выполнена из алюминиевого листа холодным формованием. Диаметр сферы 0,4 м, расстояние от высоковольтного торца четвертьволнового резонансного трансформатора 2,0 м. Четвертьволновая обмотка выполнена проводом ПЭВ-2, диаметром 0,63 мм в виде однослойной спирали. Диаметр каркаса для обмотки 145 мм, длина обмотки 1800 мм, каркас - стеклотекстолит, длина каркаса 2000 мм, число витков 2600. Резонансная частота составила 95 кГц. В качестве принимающего взят аналогичный трансформатор. Обмотка возбуждения представляет собой 50 витков медного провода в виниловой изоляции, сечением по меди 10 мм². Обмотка возбуждения размещена у противоположного торца обмотки по отношению к высоковольтному выводу, соединенному со сферой. Трансформаторы соединены между собой однопроводной низкопотенциальной линией передачи электрической энергии, подсоединенной к низкопотенциальным выводам четвертьволновых обмоток резонансных трансформаторов. Однопроводная низкопотенциальная линия передачи выполнена одножильным кабелем без экрана. Длина передающего кабеля составляла 100 м. Кабель проложен в земле на глубине 10 см. В качестве нагрузки использована лампа накаливания мощностью 500 Вт (220 В). Выходные каскады (силовые ключи) питающего генератора выполнены на полевых транзисторах. Частота выходного тока генератора 95 кГц, форма выходного напряжения - меандр.Example 2 of the implementation of the method of transmission of electrical energy. A resonant quarter-wave transformer with a high-voltage output connected to a sphere is taken as a transmitter. The sphere is made of aluminum sheet by cold forming. The diameter of the sphere is 0.4 m, the distance from the high-voltage end of the quarter-wave resonant transformer is 2.0 m. The quarter-wave winding is made of PEV-2 wire, 0.63 mm in diameter, in the form of a single-layer spiral. The diameter of the frame for the winding is 145 mm, the length of the winding is 1800 mm, the frame is fiberglass, the length of the frame is 2000 mm, the number of turns is 2600. The resonant frequency was 95 kHz. A similar transformer is taken as the host. The field winding is 50 turns of copper wire in vinyl insulation, a cross-section of 10 mm ² on copper. The field winding is located at the opposite end of the winding with respect to the high voltage terminal connected to the sphere. The transformers are interconnected by a single-wire low-potential electric energy transmission line connected to low-potential terminals of the quarter-wave windings of resonant transformers. A single-wire low-potential transmission line is made with a single-core cable without a shield. The length of the transmission cable was 100 m. The cable was laid in the ground at a depth of 10 cm. An incandescent lamp with a power of 500 W (220 V) was used as a load. The output stages (power switches) of the supply generator are made on field-effect transistors. The output current frequency of the generator is 95 kHz, the shape of the output voltage is a meander.

Потенциал передающей линии составил 0,15 кВ. Ток в линии передачи равнялся 1,1 А. Потенциалы высоковольтных выводов резонансных трансформаторов составляли примерно 7 кВ. чThe potential of the transmission line was 0.15 kV. The current in the transmission line was 1.1 A. The potentials of the high-voltage outputs of the resonant transformers were approximately 7 kV. h

Предлагаемое изобретение повышает эффективность резонансной передачи электрической энергии и, в первую очередь, на небольшие и средние расстояния за счет применения волнового механизма передачи энергии токами повышенных частот через низкопотенциальный вывод четвертьволновых обмоток. При этом высокопотенциальные выводы четвертьволновых обмоток остаются неподключенными. Это обеспечивает возможность передачи электроэнергии по одножильному кабелю без экранирующей оболочки с невысокими требованиями к электрической прочности изоляции кабеля, исключение коротких замыканий на землю высокопотенциальных проводов из-за их отсутствия, исключение электрических потерь в заземлителях, а также капитальных расходов на изготовление и монтаж заземлителей также ввиду их отсутствия. Исключается закорачивающее емкостное влияние на четвертьволновые обмотки трансформаторов емкости высоковольтного провода передающей линии ввиду его отсутствия. Емкость одножильного кабеля на землю оказывает слабое влияние на четвертьволновую обмотку ввиду низкого потенциала на проводящей жиле кабеля. Отсутствие в предлагаемом способе передачи высокопотенциального провода и сильноточных заземлителей существенно упрощает и удешевляет конструкцию четвертьволновых трансформаторов и всей системы передачи электрической энергии. Предлагаемый способ улучшает экологическую обстановку вдоль трассы передачи электрической энергии в связи со снижением интенсивности электрических полей.The present invention improves the efficiency of resonant transmission of electrical energy and, primarily, at small and medium distances due to the use of the wave mechanism of energy transfer by high frequency currents through a low-potential output of quarter-wave windings. At the same time, the high-potential conclusions of the quarter-wave windings remain unconnected. This makes it possible to transfer electricity through a single-core cable without a shielding with low requirements for the electric strength of the cable insulation, eliminating short circuits of high potential wires to the ground due to their absence, eliminating electrical losses in grounding conductors, as well as capital costs for the manufacture and installation of grounding conductors also in view of their absence. Short-circuiting capacitive effect on the quarter-wave windings of the transformers of the capacitance of the high-voltage wire of the transmission line due to its absence is excluded. The capacity of a single-core cable to the ground has a weak effect on the quarter-wave winding due to the low potential on the conductive core of the cable. The absence in the proposed method of transmitting a high-potential wire and high-current grounding conductors significantly simplifies and cheapens the design of quarter-wave transformers and the entire transmission system of electrical energy. The proposed method improves the environmental situation along the transmission path of electric energy in connection with a decrease in the intensity of electric fields.

Claims

1. A method of transmitting electric energy, comprising transmitting electric energy from an electric energy source to an electric energy receiver using a frequency converter transmitting and receiving Tesla transformers and a single-wire line, characterized in that the single-wire electric energy transmission line is connected between low-potential terminals of the transmitting and receiving transformers Tesla, using the exciting winding, is excited in the resonant winding of the transmitting transformer Tesla resonance oscillations with a current antinode at a low potential output, a current antinode feed a single-wire line, transfer electromagnetic energy along a single-wire line to a Tesla receiving transformer, excite resonant oscillations with a current antinode at a low-potential output along a single-wire line, and transfer energy to the load using the receiving winding, Tesla's high potential transformer leads are left unconnected.

2. The method of transferring electrical energy according to claim 1, characterized in that the high-voltage terminals of Tesla transformers are connected to insulated conductive spheres or tori using a conductor that is at least 5 times longer than the diameter of the spheres or tori.

3. A device for transmitting electric energy, comprising a source and a receiver of electric energy, a frequency converter transmitting and receiving Tesla transformers and a single-wire line, characterized in that the low-potential output of the Tesla transmitting transformer is connected to the beginning of the single-wire line, the end of the single-wire line is connected to the low-potential output of the receiving Tesla transformer, while the high voltage terminals of both Tesla transformers remain unconnected.

4. A device for transmitting electrical energy according to claim 3, characterized in that the high voltage terminals of both Tesla transformers are connected by connecting conductors to spheres or tori raised above the ground, while the length of the connecting conductors is at least 5 times the diameter of the spheres or tori.