Резонансный параметрический генератор и способ возбуждения электрических колебаний в резонансном параметрическом генераторе
Изобретение относится к электротехнике, в частности к резонансным преобразователям электрической энергии на основе параметрических резонансных генераторов.
Известен резонансный усилитель мощности, содержащий входной и силовой трансформаторы с нагрузкой во вторичной обмотке силового трансформатора и последовательный резонансный контур между трансформаторами, состоящий из емкости С и индуктивности входной обмотки силового трансформатора, а также из устройства обратной связи между обмотками входного и силового трансформатора, резонансный усилитель мощности содержит n каскадов усиления из n понижающих силовых трансформаторов, соединенных между собой с помощью n последовательных резонансных контуров, где n=2, 3, …m, а обратная связь выполнена в виде устройства, обеспечивающего однонаправленное движение электрической энергии от вторичной обмотки последнего силового трансформатора к первичной обмотке входного трансформатора, мощность каждого последующего n-го силового трансформатора связана с мощностью предыдущего n-1-го силового трансформатора соотношением: P
В варианте исполнения резонансного усилителя мощности устройство обратной связи выполнено в виде блока бесперебойного питания, вход которого соединен с вторичной обмоткой последнего силового трансформатора, а выход с первичной обмоткой входного трансформатора. В другом варианте исполнения резонансного усилителя мощности устройство обратной связи выполнено в виде однонаправленной индуктивности, вход которой соединен со вторичной обмоткой последнего силового трансформатора, а выход — с первичной обмоткой входного трансформатора.
Недостатком известного устройства является большая масса сердечников и катушек и невысокий коэффициент усиления.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является параметрический резонансный генератор, состоящий из двух групп плоских катушек самоиндукции с железным сердечником, соединенных с емкостью и образующих резонансный контур, катушки самоиндукции установлены на двух параллельных плоскостях по периферии двух параллельных окружностей, между обращенными друг к другу сторонами катушек выполнено узкое пространство в виде щели, в которой помещен плоский металлический диск с возможностью вращения, имеющий на периферии вырезы в виде зубцов, количество зубцов равно количеству пар катушек, середины зубцов расположены на окружности, совпадающей с окружностью, проходящей через центр катушек самоиндукции. (И. Греков. Резонанс. — Госэнергоиздат, 1952, с. 60-84).Известный параметрический резонансный генератор использует явление параметрического возбуждения колебаний за счет периодического изменения индуктивности резонансного контура.
Недостатком известного параметрического резонансного генератора являются ограниченная мощность из-за нелинейной зависимости индуктивности катушки с железным сердечником от тока в катушке индуктивности. Другим недостатком является снижение добротности резонансного контура из-за включения сопротивления нагрузки в цепь резонансного контура.
Задачей предлагаемого изобретения является увеличение мощности и снижение зависимости вырабатываемой электроэнергии параметрического резонансного генератора от величины нагрузки.
Технический результат заключается в увеличении мощности и стабилизации величины вырабатываемой энергии при изменении нагрузки.
Технический результат заключается в увеличении коэффициента усиления резонансного преобразователя и стабилизации величины коэффициента усиления при изменении нагрузки и частоты.
Технический результат достигается тем, что в резонансном параметрическом генераторе, содержащем две группы катушек самоиндукции, соединенных с емкостью для образования резонансного контура с частотой f 0, установленных с зазором соосно напротив друг друга, и устройство для изменения параметров резонансного контура, установленное в зазоре соосно между двумя группами катушек, устройство для изменения параметров резонансного контура выполнено в виде двусторонних солнечных элементов, площадь каждого солнечного элемента равна или больше площади торцевой плоскости каждой катушки индуктивности, солнечные элементы соединены оптически рабочими поверхностями с источниками оптического излучения со спектром излучения в области собственного поглощения полупроводникового материала солнечных элементов, источники оптического излучения соединены электрически с импульсным источником питания с частотой 100 Гц-100 кГц, а солнечные элементы соединены с резонансным контуром через преобразователь частоты, резонансный контур соединен однопроводниковой линией со вторым резонансным контуром с резонансной частотой f0, второй резонансный контур через выпрямитель и сопротивление нагрузки, блок питания и коммутатор соединен линией обратной связи с входом преобразователя частоты.
В варианте исполнения резонансного параметрического генератора источники света выполнены в виде светодиодов.
В другом варианте резонансного параметрического генератора источники света выполнены в виде люминесцентных автокатодных ламп с холодной эмиссией электронов.
Еще в одном варианте исполнения резонансного параметрического генератора солнечные элементы имеют плоскости р-n переходов, перпендикулярные осям катушек самоиндукции.
В варианте исполнения резонансного параметрического генератора солнечные элементы имеют плоскости р-n переходов, параллельные осям катушек индуктивности.
В варианте исполнения резонансного параметрического генератора каждая катушка индуктивности имеет встроенный по оси катушки сердечник на основе постоянного магнита.
В другом варианте резонансного параметрического генератора каждые две установленные соосно катушки индуктивности имеют встроенные по оси ферритовые сердечники.
В варианте резонансного параметрического генератора каждые две установленные соосно катушки индуктивности с зазором имеют общий незамкнутый сердечник.
Технический результат достигается также тем, что в способе возбуждения электрических колебаний в резонансном параметрическом генераторе путем изменения параметров резонансного контура за счет изменения энергии электромагнитного поля катушек индуктивности резонансного контура между катушками индуктивности устанавливают солнечные элементы, которые соединяют с резонансным контуром через преобразователь частоты, солнечные элементы освещают импульсным излучением с частотой fc=100 Гц-100 кГц, возбуждают в солнечных элементах колебания электромагнитного поля, изменяют индуктивность резонансного контура с частотой fc, в два раза большей резонансной частоты f
Предлагаемое изобретение иллюстрируется на фиг. 1, 2, 3, где на фиг. 1 представлена электрическая схема резонансного параметрического генератора с катушками индуктивности и солнечными элементами с р-n переходами, плоскости которых перпендикулярны оси катушек индуктивности, на фиг. 2 — электрическая схема резонансного параметрического генератора, у которого плоскости р-n переходов солнечных элементов параллельны оси катушек индуктивности, на фиг. 3 — электрическая схема резонансного параметрического генератора, у которого установленные соосно катушки индуктивности имеют общий незамкнутый сердечник.
Резонансный параметрический генератор на фиг. 1 содержит две пары катушек 1 и 2, установленных попарно с зазором 3 между параллельными торцевыми поверхностями 4 соосно напротив друг друга, соединенных последовательно с емкостью 5 и образующих резонансный контур 6. Прибор 7 для периодического изменения параметров резонансного контура 6, установленный в зазоре 3 между каждыми двумя катушками индуктивности 1, 2 выполнен в виде двусторонних солнечных элементов 8, соединенных оптически с источниками оптического излучения 9. Площадь S1 каждого солнечного элемента 8 равна или больше площади S2 торцевой поверхности 4 катушки индуктивности 1, 2. Источники оптического излучения 9 установлены с внешней стороны 10 катушек индуктивности 1, 2 и соединены электрически с импульсным источником питания 11 с регулируемой частотой 100 Гц-100 кГц. Катушки индуктивности 1 и 2 установлены соосно. Это означает, что ось 12 катушки индуктивности 1 и ось 13 катушки индуктивности 2 находятся на одной прямой. Плоскости р-n переходов 14 солнечных элементов 8 параллельны рабочей поверхности солнечных элементов 8 и перпендикулярны оси 12 катушки 1 и оси 13 катушки 2. Солнечные элементы 8 имеют две рабочие поверхности 15 и 16 и металлические контакты 17 на рабочей поверхности 15 и 18 на рабочей поверхности 16. Металлические контакты 17 и 18 выполнены в виде узких полос шириной 100-200 мкм, совмещенных в плане и расположенных друг от друга на расстоянии 3 мм, таким образом, общая площадь металлических контактов 17 и 18 на двух рабочих поверхностях 15 и 16 солнечных элементов 8 не превышает 3-5%. При использовании солнечных элементов 8 из полупроводникового кремния солнечные элементы с двухсторонней поверхностью прозрачны для инфракрасного излучения за краем полосы собственного поглощения в кремнии с длиной волны более λ
На фиг. 2 солнечный элемент 30 состоит из скоммутированных последовательно микроэлементов 31 с р-n переходами 32 и металлическими контактами 33, плоскости которых параллельны осям 12 и 13 катушек индуктивности 1 и 2 и перпендикулярны двум рабочим поверхностям 34 и 35 солнечных элементов 30. Общая площадь металлических контактов 33 на рабочих поверхностях 34 и 35 составляет 3-5%, поэтому солнечные элементы 30 так же, как и солнечные элементы 8 на фиг. 1, прозрачны для излучения за краем инфракрасной полосы поглощения λ0 полупроводника λ0. Для полупроводникового кремния λ0=1,15 мкм.
Солнечные элементы 30 соединены с резонансным контуром 6 через преобразователь частоты 19, который преобразует импульсную электромагнитную энергию с частотой f в электромагнитную энергию с частотой , равной резонансной частоте контура 6.
На фиг. 1 и 2 катушки индуктивности 1 и 2 имеют кольцевые ферритовые сердечники 36 и солнечные элементы 8 и 30, соединены оптически с источниками оптического излучения 9 через внутреннюю полость 37 внутри катушек индуктивности 1 и 2, при этом направление оптического излучения параллельно осям 12 и 13 катушек 1 и 2.
На фиг. 3 каждая пара катушек индуктивности 1 и 2 с зазором 3 имеет общий незамкнутый сердечник 38. Солнечные элементы 39 установлены в зазоре 3 сердечника 38, а источники оптического излучения 40 установлены вокруг солнечных элементов 39 и соединены оптически с рабочими поверхностями солнечных элементов с помощью световодов 41.
Резонансный параметрический генератор работает следующим образом. Солнечные элементы 8 на фиг. 1, 30 на фиг. 2 и 39 на фиг. 3 при отсутствии освещения прозрачны для электромагнитного поля катушек индуктивности 1 и 2. При включении коммутатора 29 и присоединении блока питания 28 к преобразователю частоты 19 и к импульсному источнику питания 11 в контуре 6 возникают электрические колебания с частотой f0, а источники оптического излучения освещают солнечные элементы импульсным излучением с частотой 2f0. При освещении солнечных элементов источниками оптического излучения через р-n переход 14 (фиг. 1) и через микроэлементы 31 с р-n переходами 32 и металлическими контактами 33 солнечных элементов 30 на фиг. 2 и на рабочей поверхности 15 и 16 солнечных элементов 8 протекают токи, которые своим магнитным и электрическим полем экранируют электромагнитное поле катушек индуктивности 1 и 2, что приводит к изменению индуктивности резонансного контура 6. При питании источника оптического излучения 9 от импульсного источника питания 11 с частотой f1 происходит периодическое изменение индуктивности резонансного контура 6, которое приводит к параметрическому возбуждению колебаний при условии f0=2f0, где f0 — резонансная частота контура 6.
, где L1 — полная общая индуктивность последовательно соединенных катушек индуктивности 1 и 2 в резонансном контуре 6, C1 — емкость 5 резонансного контура 6.
Периодическое изменение электромагнитного поля солнечных элементов при импульсном освещении приводит к появлению напряжения на катушках индуктивности 1 и 2 с частотой f1 импульсного источника питания 11. Солнечные элементы 8 соединены через преобразователь частоты 19 с резонансным контуром 6 с резонансной частотой f0, что приводит к дополнительному увеличению электромагнитной энергии колебаний в резонансном контуре 6. Электромагнитную энергию колебаний в резонансном контуре 6 передают по однопроводниковой линии 20 во второй резонансный контур 21 с резонансной частотой, равной резонансной частоте f0 контура 6, выпрямляют в выпрямителе 24, преобразуют по напряжению и частоте в инверторе 25 и передают в нагрузку 26. Часть электрической энергии передают с нагрузки 26 по линии обратной связи 27 и блок питания 28, коммутатор 29 на вход преобразователя частоты 19.
Пример выполнения резонансного параметрического генератора.
Резонансный параметрический генератор на фиг. 1 содержит две пары катушек индуктивности 1 и 2 диаметром 80 мм, длиной 180 мм. Каждая катушка индуктивности 1 и 2 имеет 50 витков провода марки ПВВ-1. В зазоре 3 между катушками индуктивности 1 и 2 размером 5 мм установлен осесимметрично солнечный кремниевый элемент 8 диаметром 100 мм с двумя рабочими поверхностями 15 и 16. Плоскость р-n переходов 14 и металлических контактов 17 и 18 в солнечном элементе 8 параллельна рабочей поверхности 15 и 16 и перпендикулярна оси катушек 12 и 13. Рабочие поверхности 15 и 16 солнечного элемента 8 соединены оптически через внутреннюю полость 37 (фиг. 2) катушек индуктивности 1 и 2 с двумя источниками оптического излучения 9 на основе светодиодов мощностью каждый 50 Вт, которые электрически соединены с импульсным источником питания 11 мощностью 100 Вт с частотой импульсов 2 кГц. Электрический ток солнечного элемента 8 при импульсном освещении составляет 10 A при напряжении 0,5 В. Резонансный контур 6 состоит из индуктивности четырех катушек индуктивности 1 и 2, соединенных последовательно, и емкости 5. Рабочая частота резонансного контура 6 составляет 1 кГц. Резонансный контур 6 соединен однопроводниковой линией 20 со вторым резонансным контуром 21 с рабочей частотой 1 кГц. Солнечный элемент 8 соединен с преобразователем частоты 19. Преобразователь частоты 19 преобразует импульсное напряжение и ток от солнечного элемента 8 с частотой f1=2 кГц в напряжение и ток с резонансной частотой f0=1 кГц контура 6. При подаче импульсного питания на матрицы светодиодов с частотой f1=2 кГц напряжение на индуктивности и емкости контура 6 составило 6 кВ, электрическая мощность на нагрузке 800 Вт.
Достоинством резонансного параметрического генератора является увеличение вырабатываемой мощности за счет трех факторов: параметрического возбуждения колебаний за счет периодического изменения индуктивности резонансного контура, передачи электрической энергии от солнечных элементов в резонансный контур через преобразователь частоты и электромагнитного высокочастотной связи импульсного тока солнечных элементов и катушек индуктивности.
Стабилизация величины вырабатываемой энергии при изменении нагрузки достигается за счет увеличения добротности резонансного контура и удаления сопротивления нагрузки из резонансного контура параметрического генератора во второй резонансный контур, связанный с резонансным контуром параметрического генератора однопроводниковой линией.
«Резонансный трансформатор» — Анапский Индустриальный Техникум
В рамках работы кружка «Электротехника и электроника» силами участников кружка был изготовлен маломощный резонансный трансформатор (трансформатор Теслы) для демонстрации электрических разрядов в атмосфере (корона).
Работу резонансного трансформатора можно объяснить на примере обыкновенных качелей. Если их раскачивать в режиме принудительных колебаний, то максимально достигаемая амплитуда будет пропорциональна прилагаемому усилию. Если раскачивать в режиме свободных колебаний, то при тех же усилиях максимальная амплитуда вырастает многократно. Так и с трансформатором Теслы — в роли качелей выступает вторичный колебательный контур, а в роли прилагаемого усилия — генератор. Их согласованность («подталкивание» строго в нужные моменты времени) обеспечивает первичный контур или задающий генератор (в зависимости от устройства).
К изготовлению в рамке работы кружка принята следующая можификация трансформатора Теслы
SSTC (Solid State Tesla Coil) — генератор выполнен на полупроводниках. Она включает в себя задающий генератор (с регулируемой частотой, формой, длительностью импульсов) и силовые ключи (мощные полевые MOSFETтранзисторы). Данный вид катушек Тесла является самым интересным по нескольким причинам: изменяя тип сигнала на ключах, можно кардинально изменять внешний вид разряда. Также ВЧ сигнал генератора можно промодулировать звуковым сигналом, например музыкой — звук будет исходить из самого разряда. Впрочем, аудиомодуляция возможна (с небольшими доработками) и в VTTC. К прочим достоинствам можно отнести низкое питающее напряжение и отсутствие шумного искрового разрядника, как в SGTC.
Принципиальная схема устройства приведена на рисунке ниже:
Рис. 1. Принципиальная схема резонансного трансформатора.
Первичная обмотка трансформатора изготовлена из медной трубки диаметром 9 мм и насчитывает 2,5 витка. Для изготовления вторичной обмотки применен провод диаметром 0,14 мм витков во вторичной обмотке 1250.
В качестве корпуса прибора был использован корпус от устаревшего ПК, то же касается и источника питания 12В.
Рис. 2. Внешний вид резонансного трансформатора.
В ходе экспериментов с трансформатором Теслы по демонстрации коронного разряда в атмосфере к антенне была прикреплена игла для обеспечения наилучших условий возникновения разряда.
Рис. 3. Внешний вид антенны трансформатора с закрепленной иглой
Рис. 4. Коронный разряд в атмосфере.
Как известно, под воздействие электрического поля высокой напряженности газ может ионизироваться и превращаться в плазму, которая, в свою очередь, проводит электрический ток. В следующем эксперименте наблюдалось свечение ионизированного газа в колбе обычной лампы накаливания:
Рис. 5. Свечение газа в колбе лампы накаливания, помещенной в электрическое поле резонансного трансформатора
Показать еще
СИУК резонансные установки | Мегавольт
Высоковольтные испытания генераторов при помощи специализированной испытательной установки с компенсацией (СИУК)
“Правила устройства электроустановок” (ПУЭ) указывают, что электрооборудование до 500 кВ, вновь вводимое в эксплуатацию, должно быть подвергнуто приёмо-сдаточным испытаниям. Испытание повышенным напряжением промышленной частоты обязательно для электрооборудования на напряжения до 35 кВ. Установки СИУК позволяют в полном объёме выполнить требования ПУЭ главы 1.8.13 в части Синхронных генераторов, а так же РД.34.45-51.300-97 “Объём и нормы испытаний электрооборудования” Гл. 3.5.
Установки типа СИУК относятся к оборудованию для высоковольтных испытаний и предназначены для проведения испытаний изоляции обмоток статоров турбо и гидрогенераторов, а так же крупных электрических машин переменным напряжением с компенсацией реактивной мощности в режиме резонанса токов и выпрямленным напряжением. Изготовление установок ведётся в соответствии с “Технические условия ТУ 3414-001-74930430-2008 для серии СИУК” зарегистрированные в Федеральном агенстве по техническому регулированию и метрологии ФГУП “СТАНДАРТИНФОРМ” за №200/104976 от 26.03.2008 г.
В конце 80-х годов Производственным объединением по наладке, совершенствованию технологии и эксплуатации электростанций и сетей ПО “Союзтехэнерго” были разработаны “Рекомендации по проектированию организации эксплуатации ГЭС и ГАЭС” (УДК 621.311.21.004.1), которые были утверждены Главным научно-техническим управлением энергетики и электрификации 27.06.89 г. Установка СИУК была включена в этих рекомендациях в “Примерный перечень оборудования, аппаратуры, приборов и инструмента электротехнической лаборатории”. Что свидетельствует о признании функциональных возможностях установки и её востребованности при эксплуатации электростанций.
Все установки могут использоваться для высоковольтных испытаний двигателей и генераторов различных мощностей при мощности на выходе от нуля до номинального значения. Если емкость испытуемого объекта мала, то настройка в резонанс не требуется. Резонансный трансформатор работает при этом с сомкнутым магнитопроводом, т.е. как обычный трансформатор. Максимальная мощности ВН, при которой возможна работа без резонанса, составляет:
- для СИУК-246 – 30 кВА;
- для СИУК-370 и СИУК-500 – 60 кВА.
В состав испытательной установки входит: испытательный резонансный трансформатор типа ОМИК (Фото 3 и 4), регулятор напряжения (Фото 1), выпрямитель, контрольно-измерительная, защитная и сигнальная аппаратура (Фото 2). Всё оборудование смонтировано в закрытом шкафу. Шкаф имеет цапфы для переноса краном.
Испытательный трансформатор ОМИК имеет плавно регулируемый зазор в магнитопроводе, который состоит из двух частей. Верхняя часть магнитопровода перемещается с помощью винтовой и червячной передачи от электродвигателя. При изменении зазора изменяется индуктивность трансформатора, что позволяет при испытании напряжением настраиваться в режим резонанса токов и полностью компенсировать в силовой цепи схемы реактивную испытательную мощность. Резонанс контролируется по току, потребляемому испытательным трансформатором. При этом мощность потребляемая установкой из сети в 10-12 раз меньше испытательной. Испытания выпрямленным напряжением и настройка шарового разрядника, проводятся при сомкнутом магнитопроводе и трансформатор работает как обычный повышающий трансформатор.
Сущность работы установки на переменном напряжении состоит в том, что, благодаря резонансу, прекращается перемещение реактивной энергии из сети в ёмкость и из ёмкости обратно в сеть. Происходит её переход из ёмкости нагрузки в индуктивность трансформатора и обратно, а из сети при этом потребляется только активная энергия, которая расходуется на компенсацию потерь.
Питание на трансформатор подаётся от регулятора напряжения, который имеет блок-контакты, разрешающие поднимать напряжение на испытательном трансформаторе только с нуля. Напряжение на выходе регулятора контролируется вольтметром. Скорость изменения напряжения 1 кВ/сек. Номинальная мощность кратковременная (1 мин.) 30 кВА, максимальный ток нагрузи 75 А.
Фото 1. Регулятор напряжения для СИУК-246/43-60.
Фото 2. Панель управления СИУК-246/43-60 до 2015 г.
В стендовые приборы входят приборы аналоговые щитовые:
– вольтметр ЭВ 2259М, 0-500 В, 1,5 ТУ 4223-038-71064713-2007;
– амперметр ЭА 2258М, 100/5 А, 1,5 ТУ 4223-038-71064713-2007;
– микроамперметр М1692А, 0-50 мкА, 0,5 ТУ 25-04-132-78;
– микроамперметр М1692А, 0-100 мкА, 0,5 ТУ 25-04-132-78;
– микроамперметр М1692А, 0-200 мкА, 0,5 ТУ 25-04-132-78.
Изготовитель приборов – ЗАО ПО “Электроточприбор”, г. Омск. Все приборы внесены в гостреестр за номерами 40375-09 (вольтметр и амперметр) и 44401-10 (микроамперметры).
В настоящее время установка выпускается с измерительной системой ИС-50э, в состав которой входит делитель напряжения ДН-50э и измеритель постоянных и переменных напряжений ИПН-2э. Основная относительная погрешность системы не более 1,0%. Ознакомьтесь с паспортом системы ИС-50э – Измерительная система . До 2015 г. измерительную систему мы предлагали как некую опцию, но убедившись, что все Заказчики включают её в комплект поставки, было принято решение убрать два микроамперметра и вместо них на панели установить ИПН-2э. Для измерения токов утечки используется микроамперметр с диапазоном 0-100 мкА, 0,5. Он устанавливается в изолированном боксе. Теперь панель оператора выглядит так:
Фото 2.1 Панель управления с 2015 г.
Фото 3 и 4. На виде слева и виде с тыла, хорошо виден основной узел установки – резонансный трансформатор.
Фото 5. Вид установки с правой стороны через окно верхней дверцы
Фото 6. Панель управления с цифровыми приборами 2010 г.
Применение испытательных установок типа СИУК позволяет:
– отказаться от применения целого комплекса мощного оборудования для высоковольтных испытаний, приборов, аппаратуры и от сборки электрической схемы у объекта испытаний;
– существенно сократить время на подготовку и проведение испытаний с высокой технологичностью, универсальностью и качеством их проведения;
– облегчить условия труда, мобильность и культуру испытаний;
– обеспечить при испытаниях полное выполнение требований техники безопасности.
Комплектация
• Испытательная установка
• Руководство по эксплуатации
• Протокол приемосдаточных испытаний
• Комплект ЗИП
что это такое и как оно работает / Хабр
Вступление
Сегодня мы попытаемся понять, что же такое генератор Ройера на примере CCFL конвертера, соберем его прототип, а так же изучим принцип работы.
Предыстория
Попал ко мне в руки давеча нерабочий сканер, чинить его не было никакого смысла, поэтому он пошел на запчасти. Снял я с него CCFL (cold cathode fluorescent lamp) лампу, конвертер и решил с ними поиграться.
Но конвертер оказался нерабочим, а так как поиграться очень хотелось, я решил его восстановить. Так как при замене сгоревшего транзистора у китайской платы начали отслаиваться дорожки, я решил сделать свою, заодно поподробнее изучить принцип работы и написать статью на Хабр, может быть кому-то будет интересно.
Схема и принцип работы
Итак, вернемся к Ройеру. Схема, запатентованная в 1954 году Джорджем Х. Ройером, представляет из себя резонансный автогенератор, собранный по топологии пуш-пулл. Вообще, модификаций этой схемы много, но все они отличаются вариациями обмотки связи, и по принципу работы одинаковы. Есть так же генератор Ройера на полевых транзисторах, но это совсем другая схема. В данной статье мы рассматриваем только модифицированный генератор Ройера на биполярных транзисторах, с обмоткой связи без отвода, наиболее часто использующейся в балластах CCFL. Рассмотрим схему:
При подаче питания ток течет к базе транзистора Q2 через резистор R1. Этот резистор служит только для запуска, и с ним связан один момент, но о нем чуть позже. Транзистор Q2 начинает отпираться и через его переход коллектор-эмиттер и часть первичной обмотки начинает течь ток, а также начинает заряжаться конденсатор C1. В этот момент наводится напряжение в обмотке связи, и ток начинает вытекать из базы Q1, втекая в базу Q2. Транзистор Q1 удерживается запертым, а Q2 открывается еще больше, но, поскольку первичная обмотка с контурным конденсатором C1 составляет колебательный контур, через некоторое время заряженный конденсатор C1 начинает отдавать ток в первичную обмотку в обратном направлении, и в обмотке связи ток начинает течь наоборот. Транзисторы Q1 и Q2 меняют свои состояния на противоположные и процесс генерации стабилизируется на резонансной частоте контура, в результате чего в нем образуются синусоидальные колебания, а во вторичной обмотке наводится напряжение. Дроссель L1 накапливает энергию и отдает ее в момент переключения транзисторов, как бы повышая напряжение питания, а так же с конденсатором C2 составляет LC-фильтр.
Плата и компоненты
Через полчаса работы я развел плату и отправил ее травиться (архив с полезностями, в том числе плата в PDF, доступен по ссылке в конце статьи), а сам успел попить чай.
Я немного изменил схему, в частности, поставил PNP транзисторы, поскольку подходящих NPN под рукой не оказалось, а так же добавил второй резистор.
И добавил я его не просто так, помните, я обещал рассказать о резисторе для запуска? В идеале он должен быть несколько десятков килоом, чтобы не влиять на работу, но суметь запустить процесс, а управление транзисторами должно осуществляться исключительно обмоткой связи. Но хитрым китайцам жалко меди, и поэтому в обмотке связи только два витка, и с резистором положенного сопротивления лампа даже не зажигается. Но они ставят резистор более низкого сопротивления, в результате транзистор с эти резистором в базе работает в более нагруженном режиме, он то и сгорел. Я не стал перематывать трансформатор, а поставил более мощные транзисторы и два резистора. Теперь помимо обмотки связи транзисторы отпираются при помощи этих резисторов, в результате мощность балласта повысилась с 4 до 20 ватт, но это предел как для трансформатора, так и для транзисторов.
Испытания
Теперь мы можем снимать дуги и питать CCFL трубки с этого драйвера. Питание схемы 12 вольт.
Архив с полезностями доступен по ссылке.
Буду рад, если статья была полезной или интересной!
Двухрежимный генератор-усилитель О-типа с наклонным фокуструющим полем
Open Electronic Archive of Kharkov National University of Radio Electronics
ISSN 2310-8061
Please use this identifier to cite or link to this item:
https://openarchive.nure.ua/handle/document/1502
| Title: | Двухрежимный генератор-усилитель О-типа с наклонным фокуструющим полем |
| Authors: | Одаренко, Е. Н. Шматько, А. А. |
| Keywords: | резонансный генератор-усилитель О-типа теория электронно-волнового взаимодействия наклонное фокуструющее поле |
| Issue Date: | 2014 |
| Publisher: | Вебер |
| Citation: | Одаренко, Е. Н. Двухрежимный генератор-усилитель О-типа с наклонным фокуструющим полем / Е. Н. Одаренко, А. А. Шматько // СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии : материалы 24-й Междунар. Крымской конф. (КрыМиКо’2014), 7-13 сент. 2014 г. — Севастополь : Вебер, 2014. — Т. 1. — С. 183-184. |
| Abstract: | Рассмотрен резонансный генератор-усилитель О-типа, в котором реализуются условия для одновременного возбуждения колебаний на частотах существования поверхностных и объемных волн. Теоретический анализ проведен на основе нелинейной многомерной теории электронно-волнового взаимодействия. Установлено, что наклон фокусирующего поля к поверхности замедляющей системы приводит к повышению эффективности взаимодействия генератора в режиме поверхностных волн и усилителя на высших временных гармониках частоты модуляции электронного потока в режиме объемных волн. Resonant O-type oscillator-amplifier with prolonged interaction is considered. Conditions of the simultaneous excitation of the oscillations on the surface and bulk waves are implemented in this device. Theoretical analysis is performed on the basis of nonlinear multidimensional theory of the beam-wave interaction. It is shown that focusing field incline results in efficiency enhancement in the surface wave mode and bulk waves mode on the harmonics of electron beam bunching frequency. |
| URI: | http://openarchive.nure.ua/handle/document/1502 |
| Appears in Collections: | Кафедра фізичних основ електронної техніки (ФОЕТ) Международная Крымская конференция » СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» ( КрыМиКо) |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
|
РЕЗОНАНСНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР — это обычный трансформатор, но в котором как минимум две отдельные обмотки, и как, правило, одна из обмоток включена в колебательный контур, запитанный током на этой резонансной частоте. Классическим резонансным трансформатором является высокочастотный трансформатор Николы Тесла. Сто лет назад не было электронных устройств, которые создают высокую частоту электромагнитных колебаний. Но ее получали с помощью очень простой схемы. От сети переменного тока заряжали конденсатор, который затем разряжался на пробойник. Когда между электродами проскакивали искры, в контуре возникали колебания очень широкого спектра частот. В электрической искре есть практически все частоты, какая-нибудь из них обязательно совпадала с собственной частотой контура, и возникал резонанс. Эта частота менялась в зависимости от нагрузки, но «искровик» автоматически подстраивал контур в резонанс. Но «искровик» — штука опасная, ведь некоторая часть его спектра находится в области жесткого ультрафиолета и мягкого рентгена, которыми можно обучиться и довольно-таки сильно. Некоторые экспериментаторы, работавшие с «искровиками», получали раковые заболевания и преждевременную смерть. Поэтому следует отказаться от «искровиков» и создавать схемы резонансных трансформаторов из конденсаторов и современных полупроводниковых элементов, которые не грозят облучением. Если же в трансформаторе не менее двух обмоток включены в разные колебательные контуры с близкими или равными резонансными частотами, то он превращается в РЕЗОНАНСНЫЙ ГЕНЕРАТОР, способный к самостоятельной регенерации электромагнитного поля (без «эфира») на основе постоянно действующего ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ. При этом для запуска системы резонансное состояние нужен маломощный источник энергии, который в последствии можно отключить. И перефразируя высказывания одного из изобретателей такого рода генераторов: «Мы должны быть благодарны природе за то, что она существует по четко установленным законам, которые многие не только не признают, но и осмысленно пытаются им противостоять…». Интернет-ссылки: 1. Стивен Марк «Электричество из воздуха» 2. Kapanadze Free Energy Generator 3. БЕСТОПЛИВНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ. Фирмы-производители и условия поставки. ЭЛЕКТРОМОБИЛЬ НИКОЛЫ ТЕСЛАВ 1931 году Тесла приезжает в Буфало. Проект финансировали Pierce-Arrow и George Westinghouse. Для опытов был отобран автомобиль Pierce-Arrow. Место испытаний — фабричные территории в Buffalo, N.Y. Стандартный двигатель внутреннего сгорания был удален. На его место установили электродвигатель в 80 л.с. на 1800 об/мин (на муфту к передаче). Двигатель переменного тока имел длину 100 см. и был 75 см. в диаметре. Известно, что в местном радиомагазине Тесла купил 12 электронных ламп, немного проводов, горстку разномастных резисторов и других совершенно обычных радиодеталей. На следующий день он пришел с металлической коробкой длиной 60 см, шириной 30 см и высотой 15 см, с парой торчащих снаружи стержней, длиной 7,5 см. Он установил эту коробку за сиденье водителя, сел за руль и поехал! Скорость, которую развил автомобиль с электродвигателем и таинственной коробкой, была просто фантастической для того времени – 150 км/ч! С помощью этой коробочки Тесла и разъезжал на своем электромобиле неделю. На все вопросы «откуда вы берете энергию» и «что в коробке» Тесла отвечал, что энергия берется из воздуха, из эфира. Это звучало странно, начали поговаривать, что Тесла сумасшедший. Как и все гении, Тесла оказался очень обидчивым. Он снял свою коробку и уехал обратно в Нью-Йорк, забрав свой секрет вместе с собой… Так писали газеты. А вот со слов Саво, племянника Тесла, известно, что вместо бензинового двигателя на машине уже был установлен AC двигатель. По размерам он был немного более, чем 3 фута в длину и чуть больше чем 2 фута в диаметре. От двигателя тащились два очень толстых кабеля, которые соединялись с приборной панелью. Кроме того, имелась аккумуляторная батарея — обычная на 12 вольт. Двигатель был номиналом в 80 лошадиных сил. Максимальная частота вращения ротора была заявлена в 30 оборотов в секунду: «…»Приемник энергии» был встроен прямо в приборную панель. Приемник, не крупнее настольного коротковолнового радио, содержал 12 специальных ламп. Тесла построил приемник в своем гостиничном номере; прибор был 2 фута в длину, почти фут в ширину и 1/2 фута в высоту. Тесла нажал 2 контактных стержня и сообщил, что теперь есть энергия. Дядя вручил мне ключ зажигания и сказал, чтобы я запускал мотор, что я и сделал. Я нажал на акселератор, и автомобиль немедленно двинулся. Мы могли бы проехать на этом транспортном средстве без всякого топлива неопределенно большое расстояние. Мы проехали 50 миль по городу и потом выехали в сельскую местность. Автомобиль был проверен на скоростях 90 миль в час (спидиметр был рассчитан на 120 миль в час). Через некоторое время, когда мы удалились от города, Тесла заговорил. Теперь, когда дядя убедился в работоспособности его прибора и автомобиля, он рассказал мне, что прибор мог бы не только снабжать энергией автомобиль, но и снабжать энергией частный дом. Об устройстве прибора дядя отказывался говорить, пока мы не выехали на проселочную дорогу. Тогда он прочел мне целую лекцию относительно предмета. По-поводу источника энергии он упоминал «таинственное излучение, которое исходит из эфира». Маленький прибор очевидно был приспособлен для собирания этой энергии. Тесла также сказал, что «энергия доступна в безграничных количествах». Он утверждал, что, хотя «он еще не знает, откуда в точности она исходит, человечество должно быть очень благодарно за её наличие». Вдвоём мы оставались в Буффало в течение 8 дней, проверяя автомобиль в городе и сельской местности. Дядя рассказывал мне, что прибор будет скоро использоваться для привода лодок, аэропланов, поездов и автомобилей. Позже я спрашивал своего дядю, действительно ли энергетический приемник удалось использовать и в других целях, и тот отвечал, что вел переговоры с главой судостроительной компании, чтобы построить лодку с подобным двигателем и оборудованием. Однако в ответ на мои дальнейшие настойчивые расспросы, Тесла сделался раздраженным. Что не случайно — озабоченный безопасностью своей разработки, Тесла проводил все испытания в тайне…». Видеофрагменты: 1. Властелин мира. Никола Тесла 2. Самый великий ученый мира, Славянин, Никола Тесла |
Лаборатория магнитно-резонансной микротомографии
1) Магнитно-резонансная спектроскопия и микротомография
Исследования с помощью метода ЯМР микротомографии позволяют получить информацию о пространственном распределении жидкостей и газов в любом сечении исследуемого образца неразрушающим образом, с пространственным разрешением порядка сотен или даже десятков микрон. Таким образом, этот метод может быть использован для изучения различных динамических процессов in situ в режиме реального времени без прерывания изучаемого процесса. Одно из преимуществ МРТ по сравнению с другими томографическими методами состоит в том, что МРТ может предоставлять пространственные карты не только количества вещества, но и широкого спектра других свойств изучаемых объектов и протекающих в них процессах. Кроме того, ЯМР является спектроскопическим методом, поэтому объединение ЯМР и МРТ/МРМ обеспечивает доступ к пространственно-разрешенной информации о химическом составе (например, раздельные карты пространственного распределения реагента и продукта в функционирующем реакторе).
Эксперименты проводятся с использованием двух ЯМР систем фирмы Bruker: спектрометра ЯМР Avance III 400 МГц с приставкой для микротомографии (градиент магнитного поля до 150 Гс/см или 1,5 Тл/м)
и ЯМР-спектрометра AV 300 SB.
2) Усиление сигнала в ЯМР/МРТ и индуцированная параводорода поляризации ядер
Многие приложения ЯМР/МРТ страдают от (или даже невозможны из-за) относительно низкой чувствительности метода, вызванной слабым взаимодействием ядерных спинов с внешними магнитными полями и, следовательно, их слабой ориентацией по отношению к постоянному магнитному полю. Семейство так называемых методов гиперполяризации ядерных спинов позволяет заставить ядерные спины преимущественно ориентироваться в одном направлении в гораздо большей степени по сравнению с тепловым равновесием даже в сверхсильных магнитных полях современных приборов для ЯМР/МРТ. Гиперполяризация спинов ядер в диамагнитных молекулах и материалах является одной из горячих областей современного магнитного резонанса, поскольку может обеспечить усиление сигнала ЯМР примерно на 4 порядка величины в сильных магнитных полях современных магнитов, применяемых в ЯМР/МРТ. В слабых магнитных полях, где вопрос чувствительности стоит особенно остро, усиление сигналов ЯМР за счет гиперполяризации может быть значительно больше.
Индуцированная параводородом поляризация ядер (ИППЯ) входит в семейство методов гиперполяризации спинов. Метод ИППЯ основан на использовании ядерных спиновых изомеров молекулярного водорода H2 (параводорода с полным ядерным спином двух атомов водорода I=0, или в некоторых случаях ортоводорода с I = 1) в каталитической реакции гидрирования соответствующего субстрата. В результате реакции симметрия молекулы H2, как правило, нарушается, и исходная корреляция ядерных спинов молекулы пара-H2 превращается в значительное усиление сигналов ЯМР продукта реакции. Поляризация двух атомов водорода, которые первоначально пришли в продукт из молекулы H2, может быть перенесена на другие атомы (водорода или других ядер с ненулевым ядерным спином, такие как 13C, 19F и т.д.) в молекуле продукта, что значительно расширяет сферу многих возможных приложений ИППЯ в спектроскопии и томографии на основе ЯМР. Некоторые примеры таких приложений включают гиперчувствительные исследования механизмов гомогенных и гетерогенных каталитических реакций изучение in vivo метаболизма лабораторных животных.
В лаборатории имеется простой конвертер параводорода для получения смесей Н2, обогащенных параводородом (соотношение пара-h3 : орто-h3 = 1:1). Генератор параводорода фирмы Bruker (BPHG 90, пара-h3 : орто-h3 > 9:1) запущен в 2013 году.
Была также создана установка для проведения гетерогенных каталитических процессов гидрогенизация ненасыщенных субстратов либо в магнитном поле Земли (эксперимент ALTADENA), либо в сильном магнитном поле спектрометра ЯМР (эксперимент PASADENA).
3) ЯМР томография и спектроскопия in vivo
Исследования лабораторных животных методом МРТ in vivo выполняются в рамках Межинститутского научно-исследовательского сектора томографии лабораторных животных МТЦ СО РАН и ИЦиГ СО РАН (руководитель — д.х.н., проф. И.В. Коптюг). Исследования выполняются на сверхвысокопольном томографе «BioSpec 117/16» (Bruker) с магнитным полем 11,7 Тл (частота ЯМР 1Н 500 МГц). Прибор установлен в здании SPF-вивария ИЦиГ СО РАН в ноябре 2009 г.
4) Аналитические методы
ИК-Фурье спектроскопия
Поскольку метод ИППЯ основан на каталитическом присоединении параводорода, большое внимание уделяется поиску эффективных катализаторов парного присоединения водорода. Первоначально эффекты ИППЯ были показаны для комплексов переходных металлов, используемых в качестве гомогенных катализаторов гидрирования, например, для катализатора Уилкинсона. Для таких катализаторов реакция протекает на выделенном каталитически активном центре и характерно парное присоединение водорода, необходимое для наблюдения эффектов ИППЯ. Однако использование лишь гомогенных катализаторов гидрирования значительно ограничивает биомедицинские приложения метода ИППЯ. В частности, для магнитно-резонансной томографии живых систем необходимо отделить гиперполяризованный контрастный агент от катализатора. Возможный подход в данном случае – использование иммобилизованных на твердой подложке комплексов переходных металлов, сочетающих в себе преимущества гомогенных и гетерогенных катализаторов. Характеризация иммобилизованных комплексов переходных металлов выполняется на ИК-Фурье спектрометре VERTEX 70 (Bruker). Этот прибор, обладая высокоточной оптической системой и современным программным обеспечением, позволяет регистрировать ИК-спектры в диапазоне 8000 – 50 см-1.
Хромато-масс-спектрометрия
При анализе смесей продуктов различных каталитических реакций, помимо ЯМР-спектроскопии зачастую необходимо вспомогательное подтверждение состава реакционной смеси. В таких случаях, в нашей лаборатории анализ продуктов проводится с использованием газового хроматографа Agilent 7820A с масс-селективным детектором Agilent 5975.
Перчаточный бокс
Для работы с чувствительными к воздуху и/или влаге соединениями наша лаборатория оснащена двухперчаточным боксом (LabConco) в сочетании с системой очистки и регенерации AtmosPureTM Re-Gen.
(PDF) Генератор электромагнитного резонанса
Годовое собрание IEEE IAS, Гонконг, CDROM proc., 2-6 окт. 2005
VI. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В этой статье мы представили инновационную электромеханическую систему
для восстановления энергии от движений человека
с потенциальными приложениями для подзарядки аккумуляторов портативных электронных устройств
. Предлагаемая система
основана на линейном трубчатом генераторе с постоянными магнитами, который
обеспечивает хорошую надежность и увеличенный срок службы.
Предварительное проектирование было выполнено с использованием многопараметрического и многокритериального подхода
к оптимизации с учетом механической, электромагнитной и электрической связи
. Сначала мы приступили к детальному аналитическому моделированию
четырех различных линейных постоянных магнитов
и движущихся катушек. Глобальная оптимизация
, выполненная с помощью генетического алгоритма, показала производственный потенциал мощности
для данной общей массы. Между этими двумя критериями существует относительная пропорциональность
.
Также очевидно, что гипотеза об источнике энергии
не будет удовлетворена, если механическое воздействие будет слишком сильным, т.е.
сверх общей массы в сотню граммов, что соответствует
примерно 10 мВт при обычной ходьбе. условия.
Извлекаемая мощность пропорциональна кубу частоты возбуждения
, гораздо большие мощности могут быть получены, когда
использует другие источники вибрации с более высокой частотой.
Следует изучить дополнительные электрические нагрузки, особенно диодные выпрямители
с питанием от аккумуляторов и преобразователи с активным управлением ШИМ
. Эта работа в настоящее время изучается, оптимизация
значительно усложнена из-за дополнительной связи на электрическом уровне
.
К сожалению, экспериментальных результатов мало из-за сложности изготовления пружин адаптированной жесткости
.
Однако электромагнитные характеристики прототипа
согласуются с результатами оптимизации, и восстановленная мощность
не должна вызывать удивления.
ПРИЛОЖЕНИЕ A: ОБОЗНАЧЕНИЯ
обозначение Обозначение
Глубина магнита (мм) W
M
Глубина катушки (мм) W
C
α = высота магнита / шаг полюсов
α
Высота катушки (мм) ) h
C
Шаг полюсов (мм)
τ
Глубина ярма 1 (мм) Y
1
Глубина ярма 2 (мм)
Y
2
Сопротивление нагрузке
r
9000 L*
Общая высота (мм)
H
Средняя мощность (Вт)
P
0
Масса (кг)
M
Жесткость пружины (Н / м)
k
Мобильная масса (кг)
м
ПРИЛОЖЕНИЕ B: ПЕРЕМЕННЫЕ ГРАНИЦЫ
Конфигурации 1-2 Конфигурация 3
Обозначение Минимум Максимум Минимум Максимум
W
M
2 40 2 20
W
C 9 0003
2
40 2 15
α
0 1 0 1
h
C
5100 5100
τ
5 50 6 20
Y
1
2 40 3
Y
2
2 40 2 20
r
L
*
0 10 0 10
H
2 200 2 200
ПРИЛОЖЕНИЕ C.
Плотность магнита W
M
8 мм
Внутренний диаметр магнита D
м
18 мм
Внешний диаметр магнита d
м
36 мм
Высота намотки h
312 мм
внутри диаметр dw
7 мм
Внешний диаметр обмотки D
w
18 мм
Жесткость пружины
k 106 Н / м
Диаметр пружины
d
s
10 мм
Свободная длина пружины
L
0
38.3 мм
VII. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
[1] Старнер Т., «Носимые компьютеры, управляемые человеком», IBM Systems
Journal, Vol. 35, стр. 618-629, 1996.
[2] Янсен А.Дж., Стивелс АЛН, «Человеческая сила: устойчивый вариант для электроники
», Электроника и окружающая среда, IEEE International
Symposium Proceedings, 1999, стр. 215-218.
[3] Парадиско Дж., «Возобновляемые источники энергии для будущего мобильных устройств и
встраиваемых вычислений.», Computing Continuum Conference, San
Francisco, CA, март 2000 г.
[4] Турри С., Миллер Д., Бен Ахмед Х., Мултон Б.,« Проектирование портативной механической системы
с использованием естественные движения человеческого тела для выработки электроэнергии
», EPE 2003, CDROM proc., Toulouse, sept. 2003.
[5] Ван Дж., Хоу Д., Герайнт В., «Анализ и оптимизация конструкции
усовершенствованной машины с осевым намагничиванием трубчатых постоянных магнитов»,
Транзакции IEEE по преобразованию энергии, вып.19, нет. 2, июнь 2004 г.
[6] Деб К., Пратаб А., Агравал С. Хейяривау Т. «Быстрый и элитарный генетический алгоритм
: NSGA-II». IEEE Transactions по эволюционным вычислениям,
, том 6, вып. 2, pp. 182-197, April 2002.
[7] J. Wang et al. : «Общие принципы анализа и проектирования трубчатых линейных машин с постоянными магнитами
». IEEE по магнетизму, т.
35, NO. 3, May 1999. pp.: 1986-2000.
[8] Н. Бианки: «Расчет аналитического поля трубчатого линейного двигателя с постоянным магнитом
».IEEE по магнетизму, т. 36, № 5, May 2000.
pp .: 3798-3801.
[9] N. Bianchi et al. : «Трубчатые линейные двигатели с постоянными магнитами: общее сравнение
». IEEE по отраслевым приложениям, т. 39, НЕТ. 2,
March / April 2003. pp.: 466-475.
Нелинейный резонансный генератор для сбора энергии от вертикального сотрясения запястья человека
[1] Алиреза Халиг, Пэн Цзэн и Конг Чжэн, Сбор кинетической энергии с использованием пьезоэлектрических и электромагнитных технологий — этап современного искусства, IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol.57, нет. 3 марта (2010).
DOI: 10.1109 / tie.2009.2024652
[2] Эдвар Ромеро, Роберт О.Уоррингтон и Майкл Р. Нойман, Движение тела для питания биомедицинских устройств, EMBS. 31-е ежегодное. IEEE, стр. 2752-2755, сентябрь (2010 г.).
[3] Девэй Цзя, Цзин Лю и Исинь Чжоу, Сбор кинематической энергии человека на основе магнитогидродинамики жидких металлов, Physics Letters A, vol.373, стр 1305-1309, (2009).
DOI: 10.1016 / j.physleta.2009.02.028
[4] С.Р. Саха, Т. О’Доннелл, Н. Ван и П. Макклоски, Электромагнитный генератор для сбора энергии от движения человека, Сенсорные приводы A, Phys., Vol. 147, стр 248-253, (2008).
DOI: 10.1016 / j.sna.2008.03.008
[5] Томас фон Бюрен, Носимые на теле инерционные электромагнитные микрогенераторы, Ph.Докторская диссертация (2006 г.).
[6] Кай Сунь, Гоцян Лю и Сяоюй Сюй, Анализ холостого хода нелинейного резонансного генератора с постоянной магнитной пружиной для сбора энергии движения человека, 3-я Международная конференция по машиностроению и электронике, 2011 г., в печати.
DOI: 10.4028 / www.scientific.net / amm.130-134.2778
[7] Л.Ван, Т. Казмиерски, Б. Аль-Хашими, С. Биби и Р. Тора ， Интегрированный подход к моделированию смешанных технологий и оптимизации производительности комбайнов, в «Проектировании, тестировании и автоматизации в Европе», 10–14 марта 2008 г., стр. .704-709.
DOI: 10.1109 / дата.2008.4484761
Резонансная система из двух тел для точечного поглощающего преобразователя энергии волны с линейным генератором с прямым приводом: Journal of Applied Physics: Vol 110, No. 12
I.ВВЕДЕНИЕ
Раздел:
ВыбратьВверх страницыАБСТРАКТИ.ВВЕДЕНИЕ << II.ЛИЗЕКИЛЬСКАЯ ВОЛНА ЭНЕРГ ... III.ТЕОРИЯIV.МОДЕЛВ.РЕЗУЛЬТАТЫVI.ОБСУЖДЕНИЕVII.Заключение шаг навстречу полномасштабным ходовым испытаниям. 1 1. A. F. de, O. Falcão, Renewable Sustainable Energy Rev. 14 (3), 899 (2010). https://doi.org/10.1016/j.rser.2009.11.003 Некоторые показывают, что это может быть реальный способ удовлетворить растущие потребности в энергии, хотя многие проблемы еще предстоит решить или улучшить: подключение к сети, надежность и увеличение поглощение энергии, чтобы упомянуть несколько.Последний вопрос требует полноценного системного подхода со связанными гидродинамическими, механическими и электромагнитными уравнениями, которые включают всю цепочку от преобразования первичной энергии от океанских волн до подключения к сети. Многие концепции преобразования волновой энергии были протестированы, и система точечного поглотителя была одной из основных концепций, которые исследовались с момента начала исследования, 2–4 2. М. Ванторре, Р. Банасиак и Р. Верховен, Прил. Океан. Res. 26 , 61 (2004). https: // doi.org / 10.1016 / j.apor.2004.08.002 3. М. Эрикссон, Р. Уотерс, О. Свенссон, Дж. Исберг и М. Лейон, J. Appl. Phys. 102 , 084910 (2007). https://doi.org/10.1063/1.2801002 4. К. Будал, Дж. Фалнес, Nature 256 , 478 (1975). https://doi.org/10.1038/256478a0, которому также посвящена данная статья. Увеличение поглощения энергии с самого начала исследований волновой энергии было сосредоточено на настройке системы на колебания в резонансе с приходящей волной. Хорошо известно, что система точечного поглотителя, находящаяся в резонансе с падающей волной, будет достигать большей амплитуды и скорости и тем самым передавать больше энергии, чем система, работающая с резонансом. 4,5 4. К. Будал и Дж. Фалнес, Nature 256 , 478 (1975). https://doi.org/10.1038/256478a0 5. Дж. Фалнес, Океанские волны и колебательные системы (Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Англия, 2002), стр. 1-275. Один из способов заставить систему войти в резонанс с помощью активного управления был предложен Бадалом и Солтером независимо в середине 70-х годов. Позже Будал предложил метод фиксации точечного поглотителя в фиксированных положениях и, таким образом, достижения приблизительного контроля фазы. 6,7 6.К. Будал и Дж. Фалнес, Сила морских волн, под редакцией Б. М. Каунта, Academic Press, Лондон / Нью-Йорк, (1980) 7. J. Falnes, Int. J. Offshore Polar Eng. 12 (2), 147 (2002). Помимо необходимости в очень мощном механическом или электромагнитном тормозном механизме, этот подход требует не причинной информации о силе возбуждения. 8 8. А. Бабарит, Г. Дюкло, А. Х. Клемент, Appl. Океан. Res. 26 , 227 (2004). https://doi.org/10.1016/j.apor.2005.05.003 Некоторые алгоритмы в настоящее время реализуются на теоретическом уровне. 9 9. M. P. Schoen, J. Hals, T. Moan, IEEE Trans. Energy Convers. 99 , 13 (2011). https://doi.org/10.1109/TEC.2010.2101075 Чтобы избежать дорогостоящей и уязвимой системы управления и механизмов отключения, другой стратегией было бы использование пассивной системы для проектирования частотной характеристики точечного поглотителя, чтобы он находился в резонансе. с доминирующими морскими состояниями в выбранном месте. Кроме того, также важно поддерживать коэффициент захвата мощности на низком уровне в экстремальных морских условиях, чтобы снизить максимальную нагрузку на систему.Это также будет иметь вторичный эффект сглаживания мощности. Одним из способов изменения частотной характеристики системы является увеличение инерции движущихся частей. Это привело к идее системы точечного поглотителя с двумя телами, одно из которых действует как надводный буй, отбирая энергию, а нижнее является пассивным и добавляет желаемую инерцию. 10–13 10. В. Фердинанд и М. Ванторре, «Гидродинамика использования энергии океанских волн», в симпозиуме IUTAM в Лиссабоне (Springer, Берлин, 1986), с.217. 11. М. Алвес, Х. Трейлор и А. Сарменто, «Гидродинамическая оптимизация преобразователя волновой энергии с использованием буя вертикальной качки», Труды 7-й Европейской конференции по волновой и приливной энергии, Порту, Португалия, 2007. 12. Дж. Энгстрём, М. Эрикссон, Дж. Исберг и М. Лейон, J. Appl. Phys. 106 , 064512 (2009). https://doi.org/10.1063/1.3233656 13. Дж. Дж. Кандидо и П. А. П. С. Хустино, Возобновляемые источники энергии 36 , 1545 (2010). https://doi.org/10.1016/j.renene.2010.11.013 Важно, чтобы два тела находились на достаточном расстоянии друг от друга, чтобы не создавать деструктивных помех. Все тесты системы двух корпусов (TBS) до сих пор показали многообещающие результаты на теоретическом уровне с 60% -ным поглощением нерегулярных волн и значительным снижением оптимального демпфирования нагрузки. 12 12. J. Engström, M. Eriksson, J. Isberg, M. Leijon, J. Appl. Phys. 106 , 064512 (2009). https://doi.org/10.1063/1.3233656 Лабораторные эксперименты с регулируемой инерцией показали, что коэффициент захвата мощности в нерегулярных волнах составляет 60%. 2 2. M. Vantorre, R. Banasiak, R. Verhoeven, Appl. Океан. Res. 26 , 61 (2004). https://doi.org/10.1016/j.apor.2004.08.002 Концепция волнового преобразователя энергии (WEC) под названием Lysekil Project, которая разрабатывается в Уппсальском университете, представляет собой систему точечного поглотителя с линейным генератором с прямым приводом, подключенным к полупогружной буй. 14 14. О. Даниэльссон, М. Эрикссон, М. Лейон, Int. J. Energy Res. 30 , 1130 (2006). https://doi.org/10.1002/er.v30: 14 Первый полномасштабный экспериментальный прототип был установлен на западном побережье Швеции в марте 2006 года. С тех пор на полигоне были развернуты еще семь WEC, а весной 2009 года три WEC были подключены к подводной подстанции. 3,15,16 3. М. Эрикссон, Р. Уотерс, О. Свенссон, Дж. Исберг и М. Лейон, J. Appl. Phys. 102 , 084910 (2007). https://doi.org/10.1063/1.2801002 15. Р. Уотерс, М. Столберг, О. Даниэльссон, О. Свенссон, С. Густавссон, Э. Стремстедт, М.Эрикссон, Дж. Сундберг и М. Лейон, Appl. Phys. Lett. 90 , 034105 (2007). https://doi.org/10.1063/1.2432168 16. М. Рам, К. Бострем, О. Свенссон, М. Граббе, Ф. Бюлов и М. Лейон, IET Renewable Power Generation 4 (6), 602 (2010). https://doi.org/10.1049/iet-rpg.2009.0180 Теперь, когда моделирование подтверждено полномасштабными экспериментами, можно предпринять шаги для улучшения отдельных частей системы. Одним из первых шагов была разработка теоретической модели системы двух тел, настроенной на резонанс для морских государств западного побережья Швеции. 12 12. J. Engström, M. Eriksson, J. Isberg, M. Leijon, J. Appl. Phys. 106 , 064512 (2009). https://doi.org/10.1063/1.3233656 После этого следующим шагом будет расширение модели до полностью связанной гидродинамической, механической и электромагнитной модели, которая имитирует два тела, подключенных к линейному генератору с прямым приводом с неуправляемым генератором. линейная нагрузка.TBS WEC, подключенный к нелинейному постоянному напряжению, подводному кабелю и резистивной нагрузке, описывается в этой статье. Гидродинамические характеристики двух тел получены из функций импульсного отклика, вычисленных с использованием кода BEM (метод граничных элементов) wamit ® и реализованного в Simulink ® , которые моделируют связанные гидродинамические, механические и электромагнитные системы.Модель основана на временных рядах высоты волны, собранных буем для измерения волн на исследовательском полигоне.
II. ИСПЫТАТЕЛЬНЫЙ УЧАСТОК ИССЛЕДОВАНИЙ LYSEKIL WAVEENERGY
Раздел:
ВыбратьВверху страницыABSTRACTI.INTRODUCTIONII.ЭНЕРГИЯ LYSEKIL WAVE … << III.THEORYIV.MODELV.RESULTSVI.DISCUSSIONVII. город Лисекил, расположенный между северным маркером (58 ° 11'850''N 11 ° 22'460''E) и южным маркером (58 ° 11'630''N 11 ° 22'460''E).На севере он защищен небольшими островками, а на юге - маленьким островком Кламмерскерет, на котором развернута смотровая вышка. Морское дно достаточно ровное, средняя глубина - 25 м. Морской кабель длиной 2,9 км соединяет центры WEC с измерительной станцией на соседнем острове. Измерительная станция оснащена резистивными сбросными нагрузками с разными значениями нагрузки и диодным выпрямителем, которые позволяют нагружать WEC на разных уровнях постоянного тока. 18 18. К. Бострем, «Электрические системы для преобразования энергии волн», Ph.Докторская диссертация (Университет Упсалы, Упсала, Швеция, 2011 г.). Данные о высоте волн собираются примерно в 50 м от ВЭС. Изменения уровня воды из-за приливов и колебаний давления воздуха на этом участке очень малы и не учитывались в данном исследовании. Для измерений использовалась коммерческая система: буй Datawell Waverider. Данные получены при частоте дискретизации 2,56 Гц. На полигоне 44% годового потока энергии приходится на состояние моря с энергетическим периодом T e в интервале 4–7 с и значительной высотой волны H s в интервале 1–3. м. 19 19. Р. Уотерс, Дж. Энгстрём, Дж. Исберг и М. Лейон, Возобновляемые источники энергии 34 , 1600 (2009). https://doi.org/10.1016/j.renene.2008.11.016 Для получения дополнительной информации об исследовательском полигоне Уппсальского университета см. Leijon et al. 20 20. М. Лейон, К. Бострем, О. Даниэльссон, С. Густавссон, К. Хайконен, О. Лангхамер, Э. Стремстедт, М. Стольберг, Дж. Сундберг, О. Свенссон, С. Тирберг, and R. Waters, Surv. Geophys. 29 , 221 (2008). https: // doi.org / 10.1007 / s10712-008-9047-xIII. ТЕОРИЯ
Раздел:
ВыбратьВверх страницыАБСТРАКТИ.ВВЕДЕНИЕII.ЭНЕРГИЯ ВОЛНЫ ЛИСЕКИЛА … III.ТЕОРИЯ << IV.МОДЕЛЬВ.РЕЗУЛЬТАТЫVI.ОБСУЖДЕНИЕVII.ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПРАВОЧНИКИ ЦИТИРОВАНИЕ СТАТЕЙ описывается потенциальной линейной волновой теорией. 17 17. Дж. Стокер, Водные волны: математическая теория с приложениями, Библиотека классики под ред. (Уайли, Нью-Йорк, 1992).Это предполагает идеальную жидкость, то есть несжимаемую, безвихревую и невязкую, из чего следует, что потенциал скорости φ удовлетворяет уравнению Лапласа ∇2φ = 0. Поскольку предполагается, что волны имеют небольшую амплитуду по сравнению с длиной волны, динамическое граничное условие свободной поверхности может быть линеаризовано. У твердого тела 6 ° свободы; в этих симуляциях мы ограничиваем движение обоих тел только подъемом, поскольку это доминирующее движение. Благодаря линеаризации гидродинамические силы, действующие на буй, можно разделить на две составляющие; сила возбуждения F e и сила реакции F r , вызванная излучением. 5 5. Дж. Фалнес, Океанские волны и колебательные системы (Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Англия, 2002), стр. 1-275. Сила возбуждения задается сверткой высоты волны η ( t ) и беспричинной импульсной функцией отклика f e ( t ), поскольку сила реакции является прямым следствием движение буя является причинным, и соотношения Крамерса-Кронига подразумевают, что матрица излучения R (ω) и матрица добавленных масс m a (ω) независимы.Импеданс излучения во временной области h ( t ) задается обратным преобразованием Фурье матрицы излучения,| h (t) = 2π∫0∞R (ω) cos (ω t) dω , | (2) |
| H∧ (ω) = f∧e-ω2 (ma + m) + iωR∧ + ρgA , | (6) |
IV. МОДЕЛЬ
Раздел:
ВыбратьВверх страницыАБСТРАКТИ.ВВЕДЕНИЕII.ЛИЗЕКИЛЬСКАЯ ВОЛНА ЭНЕРГ … III.ТЕОРИЯIV.МОДЕЛЬ << V.РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕVII.Заключение. нижний погружаемый корпус, а последний имеет нейтральную плавучесть, см. рис.1. Сфера была выбрана в качестве геометрии для погруженного тела в этом исследовании, чтобы минимизировать силу сопротивления. Сила сопротивления для сферы примерно на 60% ниже, чем для цилиндра, движущегося вдоль своей оси. Недостатком этого решения является потеря добавленной массы, так как сфера имеет меньшую добавленную массу для того же объема, и, следовательно, для получения желаемой инерции необходимо выбирать сферу большего размера. Разница в силе возбуждения и излучения пренебрежимо мала при сравнении двух геометрий. 11 11.М. Алвес, Х. Трейлор и А. Сарменто, «Гидродинамическая оптимизация преобразователя волновой энергии с использованием буя вертикального движения», Труды 7-й Европейской конференции по волновой и приливной энергии, Порту, Португалия, 2007 г. Нижняя часть тела соединен линией и направляющей системой с транслятором линейного генератора с прямым приводом. Поверхность и нижняя часть корпуса могут двигаться в вертикальном направлении, ограниченном соединительной гибкой линией, и их положения обозначены y 1 и y 2 соответственно.Связь между ними и между нижней частью корпуса и переводчиком моделируется очень жесткой пружиной k l . Генератор представляет собой трехфазный линейный генератор с прямым приводом и постоянными магнитами типа Nd-Fe-B на восьмиугольном трансляторе, вертикальное положение которого обозначено как y t . Длина хода переводчика L st установлена на 4 м. Генератор также оснащен верхними и нижними концевыми упорными пружинами k e для защиты от механических ударных нагрузок с волнами, превышающими расчетные.Генератор подключен к диодному выпрямителю с конденсатором промежуточного контура, подключенным подводным кабелем длиной 2,9 км к резистивной нагрузке на берегу. Гидродинамические и механические параметры моделируются как линейные, а отбор электрической мощности — нелинейный. . Нелинейная вязкая сила или сила сопротивления, испытываемая погруженным телом, может быть аппроксимирована соотношением FD = 0,5ρA2y · 22CD с коэффициентом сопротивления C D = 0,42 для сферы. Для скорости 1 м / с это дает силу сопротивления около 4 кН, что соответствует примерно 4% силы возбуждения.Эта приблизительная сила сопротивления является завышенной, поскольку для правильного значения силы сопротивления скорость y · 2 должна быть относительной скоростью между погруженным телом и частицами воды. Это также подтверждается исследованием потерь из-за сил вязкости на погруженном понтоне в Hals et al. 21 21. Дж. Халс, Р. Тагипур и Т. Моан, «Динамика двухкомпонентного волнового преобразователя энергии с компенсацией сил при вертикальной качки с гидравлическим отбором мощности с учетом фазового управления», в Proceedings of the 7-я Европейская конференция по волновой и приливной энергии, Порту, Португалия, 2007 г.Они обнаружили, что потери составили 4% от потребляемой мощности для C D , равного 1. Таким образом, для C D , равного 0,42, потери должны быть небольшими, и поэтому вязкие силы исключены в нашем исследовании. Мы составили набор дифференциальных уравнений второго порядка, которые описывают силы, которые создают динамику TBS:| (ma, 1∞ + m1) y ·· 1 (t) = fe, 1 (t) * η ( t) -h2 (t) * y · 1 (t) -ρgA1y1 (t) -Fl, 1, | (7) |
| (ma, 2∞ + m2) y ·· 2 (t) = fe, 2 (t) * η (t) -h3 (t) * y · 2 (t) -Fl, 2, | (8) |
| (mt) y ·· t (t) = Fl, 2-Fem-Fe, u + Fe, l. | (9) |
| Fl, 1 = { kl (y1-y2) ify1> y20, ify1≤y2, | (10) |
| Fl, 2 = {kl (y2-yt) ify2> yt0, ify1≤y2, | (11) |
| Fe, u = {- keΔytifyt> 1,890, ifyt≤1,89, | (12) |
| Fe, l = { keΔytifyt <1,890, ifyt≥1,89, | (13) |
| PR = 3EgIgcos (φ), | (15) |
| Aact = {0, если | yt | ≥12 (lt + ls) 1, если | yt | ≤12 (lt-ls) 1ls (12 (lt + ls) — | yt |), иначе | (16) |
Способность системы извлекать мощность сильно зависит от демпфирования генератора и нагрузки. Демпфирование устанавливает ширину полосы резонансного пика, и необходимо, чтобы резонансный пик перекрывал как можно большую часть спектра волны.Для этой конфигурации было выбрано оптимальное сопротивление нагрузки Rload, равное 2,5 Ом.
Транслятор и электрическая цепь моделируются, включая потери на трение, потери в меди и в стали в генераторе, а также потери в подводном кабеле и нагрузке. Однако в этом исследовании мы намерены сравнить поведение TBS с исходной системой без дополнительного погруженного тела, здесь называемой системой одного тела (SBS). Поэтому мы исключили потери в морском кабеле и нагрузке, и представленные значения поглощения на рис.5 находятся на выводе генератора. Способность TBS извлекать мощность может быть выражена коэффициентом захвата мощности, P rat , т. Е. Сколько доступной мощности он преобразует в электричество. Здесь kTeHs2 — общее усредненное время мощность волны на метр волнового фронта. Энергетический период T e и значительная высота волны H s получаются из спектра волн как Te = m-1 / m0 и Hs = 4m0, где m являются спектральными моментами.Используя глубоководное приближение, постоянная k определяется как k = ρg2 / 64π. Моделирование основано на 50 измеренных волновых записях с диапазоном состояний моря от 4,1 до 8,3 с и значительной высотой волн от 0,4 до 4,1 м. Волновые записи имеют длительность 50 с, повторно дискретизируются до 100 Гц. Особое внимание уделяется двум записям волн со значительной разницей в форме спектра, но схожим состоянием моря, чтобы сравнить чувствительность TBS с формой спектра. Две записи волн помечены (15) как T e = 4.85, H s = 0,76 м и (17) с T e = 5,01 с, H s = 0,95 м. Все остальные основные параметры приведены в таблице I.Таблица I. Параметры преобразователя энергии волны TBS.
| D 1 | Диаметр надводного буя | 6,0 м | |||
| D 2 | Диаметр нижней части корпуса | 4,9 м 9069 | Осадка надводного буя | 0.72 м | |
| L 1 | Длина между корпусами | 40 м, 10 м | |||
| L s | Длина хода | 4 м | |||
| 2 м | |||||
| л с | Длина статора | 2 м | |||
| м 1 | Масса надводного буя | 6930 кг | 61601 кг | ||
| м т | Масса транслятора | 14 тонн | |||
| к л | Пружина на линии | 450 кН / м | 450 кН / м | eЖесткость пружины для концевого упора | 215 кН / м |
| R g | Сопротивление генератора | 0.8 Ом / фаза | |||
| R нагрузка | Сопротивление нагрузки | 2,5 Ом | |||
| R sc | Сопротивление подводного кабеля | 0,5 Ом / фаза |
| • | Модель надводного буя | ||||
| • | Модель погруженного тела 9046 | ||||
| • | Модель транслятора | ||||
| • | Модель генератора | ||||
V. РЕЗУЛЬТАТЫ
Раздел:
ВыбратьВверху страницыABSTRACTI.INTRODUCTIONII.THEORYIV.MODELV.RESULTS << VI.DISCUSSIONVII.CONCLUSIONREFERENCESCITING При резонансе на частотах, соответствующих нормальному состоянию океана, осадка буя должна быть большой, поэтому его излучательная способность снижается, что приводит к низкому поглощению на всех частотах.Хотя амплитудную характеристику можно настроить с помощью демпфирования генератора, частотная характеристика в этом случае была настроена путем добавления инерции, см. Рис. 4. Размер нижнего погруженного тела выбирается так, чтобы придать TBS резонансную частоту, которая совпадает с с доминирующим морским государством на западном побережье Швеции. Он имеет энергетический период в диапазоне 4–7 с или соответствующий частотный диапазон 0,9–1,6 рад / с. Первое указание на разницу в амплитудной и частотной характеристиках при сравнении TBS и SBS приведено на рис.4. TBS40 демонстрирует четко резонансное поведение в диапазоне состояния моря на западном побережье Швеции с пиком на уровне 1,2 рад / с, т.е. период волны 5,2 с. SBS демонстрирует резонансное поведение на более высокой частоте, около 1,8 рад / с, что выходит за пределы желаемого частотного диапазона. Таким образом, увеличивая инерцию, TBS можно настроить на собственный период колебаний, совпадающий с состоянием моря. Однако, когда система подвергается демпфированию, зависящему от скорости, амплитуда и частотная характеристика будут изменены, как будет ясно из анализа во временной области.TBS40 имеет максимальное поглощение почти 80% приходящей волны для записи волны 15, когда состояние моря имеет энергетический период 4,85 с, см. Рис. 5. Для более высоких периодов волн коэффициент захвата мощности довольно быстро уменьшается для TBS40 до около 10% для самых больших волн. Подгонка кривой выполняется, чтобы получить представление о среднем значении, которое показывает пик между 4,5 и 4,8 с с поглощением около 58% для TBS40. Обратите внимание, что период волны для максимального поглощения смещен с 5,2 с в гармоническом незатухающем анализе, рис.4, примерно до 4,7 с для TBS40, подверженного демпфированию, зависящему от скорости, рис. 5. Таким образом, когда система подвергается сильному демпфированию, частотная характеристика смещается в сторону более высоких частот. Для TBS10 эффект глубины отчетливо виден с пиком аппроксимации кривой, достигающим коэффициента захвата мощности 37%, а запись 15 волны дает коэффициент захвата мощности почти 50%. SBS показывает устойчивое снижение с 20% до 5% коэффициента захвата мощности. Для SBS не наблюдается резонансного поведения, поскольку резонансный пик находится за пределами диапазона периода волны.Резонансное поведение TBS по сравнению с SBS более подробно показано на рис. 8–10, где показано вертикальное положение надводного буя, нижней части корпуса и транслятора, а на рис. 12 (a) и 12 (b), где представлена скорость транслятора. Для достижения хорошего поглощения энергии для системы из двух тел, тела должны быть размещены на достаточном расстоянии друг от друга, что очевидно при сравнении разницы в мощности коэффициент захвата между TBS40 и TBS10 на рис. 5. С физической точки зрения резонансное поведение должно быть отделено от радиационных свойств поверхностного буя.Об этом уже упоминалось в Alves et al. 11 11. М. Алвес, Х. Трейлор и А. Сарменто, «Гидродинамическая оптимизация преобразователя энергии волн с использованием буя вертикальной качки», Труды 7-й Европейской конференции по волновой и приливной энергии, Порту, Португалия, 2007. Эту особенность можно увидеть, изучив волну, излучаемую надводным буем. Излучаемая волна от надводного буя показана на рис. 6 для TBS40, TBS10 и SBS, где мы также включили TBS5 с нижней частью тела на глубине 5 м.Излучаемые волны для SBS и TBS40 совпадают и не могут быть различимы, поэтому для TBS40 излучаемые волны от надводного буя не ощущают присутствия нижней части тела. Когда нижняя часть погруженного тела помещается ближе к надводному бую, излучаемая волна начинает ощущать присутствие нижней части тела, что приводит к уменьшению амплитуды. На рис. 6 мы можем ясно видеть, что на излучающие способности надводного буя отрицательно влияет нижняя часть корпуса, если он расположен слишком близко.Кроме того, если нижняя часть тела расположена слишком близко к поверхности, она будет излучать волны, а также будет создаваться силой возбуждения от волны, которая не совпадает по фазе с силой возбуждения на поверхности буя, и обе силы будут мешать разрушающе. Если нижняя часть тела расположена достаточно глубоко, как силы возбуждения, так и излучение от нижней части тела будут очень низкими, как можно видеть на рис. 7 (a) и 7 (b). Сила возбуждения на нижней части тела, погруженной на глубину 10 м, показывает значение, которое составляет примерно 7-8% от силы возбуждения на поверхности буя и в противоположном направлении, см. Рис.7 (а). Тогда нижняя часть тела будет противодействовать движению надводного буя. Излучение от нижнего погруженного тела очень низкое даже на глубине 10 м, как это видно на рис. 7 (b). Поскольку нижняя часть тела имеет нейтральную плавучесть и высокую инерцию, масса транслятора должна быть достаточно высокой, чтобы поддерживать жесткость. связь между телами и переводчиком. В противном случае движение двух тел и транслятора будет в течение долгого времени не в фазе, что неизбежно приведет к высоким мгновенным нагрузкам. С другой стороны, масса переводчика не должна быть слишком большой, поскольку масса переводчика прямо пропорциональна осадке надводного буя.Способность буя извлекать энергию уменьшается с увеличением осадки, поскольку он теряет свои способности излучения. Была проведена оценка массы переводчика, необходимой для достижения жесткой муфты, и при массе транслятора 14 тонн желаемое поведение было достигнуто, как показано на рис. 8. Масса транслятора 14 тонн дает осадку 0,72 м для надводного буя. При большей массе транслятора поглощение мощности уменьшается. При массе транслятора в 14 тонн может быть достигнуто более или менее жесткое соединение между тремя телами, когда надводный буй, нижняя часть тела и транслятор следуют друг за другом, как показано на Рис. .8, за исключением небольшого отклонения в точках поворота, где нижняя часть тела слегка отклоняется от надводного буя и транслятора, и это связано с гибкостью лески. Для точечного поглотителя, находящегося в резонансе, скорость буя находится в фазе со скоростью движения буя. сила возбуждения, и это означает, что буй сдвинут по фазе на -90 ° относительно возвышения волны. Такое резонансное поведение можно увидеть для TBS40 на рис. 8. Для меньших волн резонансное поведение отсутствует, и он не реагирует на самые маленькие волны, как это можно увидеть между 20–35 с; последнее может быть объяснено высокой инерцией колебаний, которые превышают вклад мельчайших волн, и колебания системы затухают до тех пор, пока надводный буй снова не столкнется с более крупной волной.Осадка буя составляет 0,72 м, а высота — 2 м, поэтому надводный буй никогда не отойдет от поверхности или полностью погрузится в воду из-за его сильных колебаний. Поведение системы аналогично для TBS10, см. Рис. 9, за исключением более низкая амплитудная характеристика, визуализирующая эффект глубины, который приводит к довольно большой разнице в общем потреблении мощности между TBS40 и TBS10, как можно увидеть на рис. 5. Для случая SBS вообще нет резонансного поведения, как можно увидеть на рис. 10. Вместо этого поверхностный буй следует за волной, и четкая разность фаз между волной и поверхностным буем, как это видно на рис.8 и 9, которые соответствуют резонансному поведению, больше не присутствуют. На рисунке 10 также можно увидеть, что ВРМБ следует даже за самыми маленькими волнами. Сравнивая разницу в расходимости между точками данных на рисунке 5 для ВРМБ и ВРМБ, можно увидеть чувствительность резонансных ВРМБ к форме волны. спектр мощности. Это особенно очевидно при сравнении результатов волновых записей 15 и 17 для TBS40 на рис. 5, где разница в коэффициенте захвата мощности составляет около 34 процентных единиц, хотя разница в энергетическом периоде между волновыми записями 15 и 17 составляет всего 0.2 с. Спектры мощности волн для волновых записей 15 и 17 представлены на рис. 11 (a) и 11 (b) с соответствующими положениями наземных буев для вставленного TBS40. Хотя спектр мощности волны для записи волн в точке данных 17, рис. 11 (b), находится в пределах резонансной ширины полосы TBS, он дает значительно более низкий коэффициент захвата мощности, чем для точки данных 15, рис. 11 (а). Это связано с тем, что спектр 15 мощности волны более сконцентрирован вокруг резонансной частоты, в то время как спектр 17 мощности волны шире, как можно видеть на фиг.11 (а) и 11 (б). Параметр ширины спектра можно оценить по спектральным моментам как = [(m2m0-m12) / m12] 1/2. 22 22. М. С. Лонгет-Хиггинс, J. Geophys. Res. 80 , 2688, DOI: 10.1029 / JC080i018p02688 (1975). https://doi.org/10.1029/JC080i018p02688 Для спектра мощности волны 15 ɛ = 0,39, а для спектра мощности волны 17 ɛ = 0,46. Сравнивая положения надводных буев для TBS40 для волновых записей 15 и 17, которые вставлены на рис. 11 (a) и 11 (b), мы можем видеть, что существует ярко выраженное резонансное поведение для волновой записи 15, но не для волновой записи 17.Резонансное поведение TBS40 для волновой записи 15 еще более очевидно при просмотре скорости транслятора на рис. 12 (a), где скорость плавно колеблется с уменьшающейся амплитудой от 0 до 30 с по сравнению с более стохастическим распределением скорости транслятора в случай SBS, который более или менее следует за волной. Сравнивая скорость транслятора для TBS40 для волновых записей 15 и 17, на рис. 12 (а) и 12 (б), мы видим, что хотя запись 17 волны имеет более высокую амплитуду волны, рис. 11 (a) и 11 (b), скорость транслятора для записи 15 волны выше и, следовательно, вырабатывается большая мощность.Патент США на генератор мощности с резонансной частотой (Патент № 10,498,173, выдан 3 декабря 2019 г.)
ИСТОРИЯ ВОПРОСА 1. Область техникиАспекты этого документа в основном относятся к производству электроэнергии. Более конкретные реализации включают использование генераторов частоты и генераторов в производстве электроэнергии.
2. ПредпосылкиЗвуковая энергия переносится как волна сжатия через среду. В некоторых ситуациях среда — воздух; в других случаях среда может быть твердым или жидким материалом или магнитным полем.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯРеализации генератора энергии могут включать в себя: основание, магнит, подвешенный внутри основания через один или несколько гибких соединителей, и катушку, расположенную вокруг магнита. Магнит и один или несколько гибких соединителей могут быть выполнены с возможностью вибрации на резонансной частоте, излучаемой динамиком, и вибрация магнита может генерировать электрическую энергию с катушкой.
Реализации генератора энергии могут включать в себя одно, все или любое из следующего:
Магнит может включать стержневой магнит.
Клетка Фарадея может заключать, по крайней мере, генератор энергии.
По крайней мере, одна батарея может быть электрически подключена к генератору энергии.
Резонансная частота, излучаемая динамиком, может включать звуковые волны, в том числе продольные или поперечные волны.
Один или несколько гибких соединителей также включают резину, пружину или эластичный материал.
Резонансная частота, излучаемая динамиком, может быть в диапазоне от 20 Гц до 20 000 Гц.
Реализации генератора энергии могут включать в себя: генератор частоты, электрически подключенный к передатчику, который может быть сконфигурирован для отправки частоты генератора частоты на спутник по каналу связи, приемник, который может быть сконфигурирован для приема частоты через канал связи со спутника и динамик, подключенный к ресиверу. Громкоговоритель может приводиться в действие частотой для создания звуковых волн, соответствующих частоте, и множество генераторов резонансной частоты может быть сконфигурировано для вибрации с частотой звуковых волн из динамика.Множество генераторов резонансной частоты может быть сконфигурировано для генерации выходного напряжения посредством вибрации.
Реализации электрогенератора могут включать в себя одно, все или любое из следующего:
Клетка Фарадея может заключать, по крайней мере, электрогенератор.
По крайней мере, одна батарея может быть электрически подключена к генератору энергии.
Звуковые волны, излучаемые динамиком, могут включать продольные или поперечные волны.
Звуковые волны, излучаемые динамиком, могут иметь частоту от 20 Гц до 20 000 Гц.
Реализации генератора энергии могут включать в себя: основание, магнит, соединенный с основанием через один или несколько гибких соединителей, и катушку, расположенную вокруг магнита. Магнит и один или несколько гибких соединителей могут быть выполнены с возможностью вибрации на резонансной частоте, излучаемой источником шума, и вибрация магнита может генерировать электрическую энергию с катушкой.
Реализации генератора энергии могут включать в себя одно, все или любое из следующего:
Магнит может включать стержневой магнит.
Клетка Фарадея может заключать, по крайней мере, генератор энергии.
По крайней мере, одна батарея может быть электрически подключена к генератору энергии.
Резонансная частота, излучаемая источником шума, может включать звуковые волны, в том числе продольные или поперечные волны.
Один или несколько гибких соединителей могут также включать резину, пружину или эластичный материал.
Резонансная частота, излучаемая источником шума, может иметь частоту в диапазоне от 20 Гц до 20 000 Гц.
Источник шума может включать в себя двигатель переменной частоты или источник белого шума.
Вышеупомянутые и другие аспекты, особенности и преимущества будут очевидны специалистам в данной области техники из ОПИСАНИЯ и ЧЕРТЕЖЕЙ, а также из ЗАЯВЛЕНИЙ.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙВ дальнейшем реализации будут описаны вместе с прилагаемыми чертежами, где одинаковые обозначения обозначают одинаковые элементы, и:
Фиг.1 иллюстрирует реализацию генератора энергии с магнитом и гибкими соединителями;
РИС. 2 иллюстрирует реализацию генератора мощности с множеством генераторов резонансной частоты;
РИС. 3 иллюстрирует реализацию генератора энергии с магнитом и одним гибким соединителем; и
ФИГ. 4 иллюстрирует реализацию генератора мощности с множеством генераторов резонансной частоты, заключенных в клетку Фарадея.
ОПИСАНИЕЭто раскрытие, его аспекты и реализации не ограничиваются конкретными компонентами, процедурами сборки или элементами способа, раскрытыми в данном документе.Многие дополнительные компоненты, процедуры сборки и / или элементы способа, известные в данной области техники, согласующиеся с предполагаемыми генераторами мощности резонансной частоты, станут очевидными для использования с конкретными реализациями из этого раскрытия. Соответственно, например, хотя раскрыты конкретные реализации, такие реализации и компоненты реализации могут содержать любую форму, размер, стиль, тип, модель, версию, измерение, концентрацию, материал, количество, элемент метода, этап и / или тому подобное, как в данной области техники известны такие генераторы энергии с резонансной частотой, и в них реализуются компоненты и способы, соответствующие предполагаемой работе и способам.
Генератор может использоваться для генерации звуковой волны или другой волны сжатия с частотой, настроенной так, чтобы вызывать вибрацию объекта при достижении резонансной частоты этого объекта. В различных реализациях, раскрытых в этом документе, постоянный (или электромагнитный) магнит сконструирован таким образом, чтобы вибрация с определенной резонансной частотой магнитной системы достигалась под действием звука или другой волны сжатия. В различных реализациях с использованием, по меньшей мере, одного осциллятора для помощи в генерировании звука или другой волны сжатия, магнит внутри генератора энергии резонансной частоты вибрирует, и эта вибрация используется для генерации выходного напряжения.В различных реализациях один генератор может использоваться в процессе генерации звуковой волны или другой волны сжатия, которая активирует или взаимодействует с несколькими генераторами мощности резонансной частоты, которые находятся в пределах эффективного диапазона звука или другой волны сжатия. Выходное напряжение от одного или нескольких генераторов мощности резонансной частоты может затем подаваться обратно в генератор для питания генератора или может подаваться на нагрузку или устройство накопления энергии. В различных реализациях нет необходимости в физическом или электрическом соединении между генератором и генератором мощности на резонансной частоте, поскольку энергия для возбуждения генератора мощности на резонансной частоте передается через звук или другую волну сжатия, генерируемую динамиком или другим устройством. управляемый осциллятором.Таким образом, один генератор переменной частоты может генерировать звук или волну сжатия на заданной частоте для одного или нескольких генераторов резонансной частоты через громкоговоритель или другое устройство, генерирующее волны сжатия, без создания прямой электрической нагрузки на генератор.
Обратимся теперь к фиг. 1 проиллюстрирована реализация генератора энергии резонансной частоты с магнитом и гибкими соединителями. Как показано, магнит 12 подвешен внутри основания 10 с помощью одного или нескольких гибких соединителей 14 .В различных реализациях магнит , 12, может быть стержневым магнитом или стержневым магнитом. В других различных реализациях, в качестве неограничивающего примера, магнит , 12, может быть постоянным искусственным, временным искусственным или естественным магнитом. Магнит , 12, может быть изготовлен из таких материалов, как, помимо прочего, неодим, железо, бор (NdFeB), самарий-кобальт (SmCo), алнико, керамика, ферриты или любой другой магнитный или намагничивающийся материал. В различных реализациях, как показано, основание 10, может включать в себя горизонтальную часть с одним или несколькими выступами или столбцами, отходящими от основания 10 или вверх от него.В таких реализациях гибкие соединители , 14, соединяются со стойкой (ями) основания 10 . В других различных реализациях гибкие соединители , 14, могут быть изготовлены, в качестве неограничивающего примера, из резины, пружины, обратимо эластичного материала или любого другого материала, который допускает свободное движение или вибрацию магнита 12 . Гибкие соединители , 14, могут быть изготовлены из одного и того же материала или могут быть изготовлены из разных материалов в различных реализациях.
В различных реализациях вибрация магнита 12 генерирует электрическую энергию с помощью катушки 16 . Как показано, катушка 16 может быть расположена или намотана / намотана вокруг магнита 12 . В различных реализациях в каждом генераторе мощности резонансной частоты катушка 16 , сделанная из электропроводящего материала, расположена вокруг магнита 12 . В различных реализациях катушка 16 размещается с достаточным пространством между катушкой 16 и магнитом 12 , чтобы обеспечить перемещение магнита 12 , когда резонансная частота системы магнит + гибкий соединитель (-и) достигается звуком или другими волнами сжатия вокруг системы, вызывая вибрацию магнита 12 .В различных реализациях катушка , 16, не входит в прямой физический контакт с магнитом, чтобы избежать влияния на резонансную частоту системы и уменьшить потери энергии.
Ссылаясь на фиг. 2 проиллюстрирована реализация системы генератора энергии резонансной частоты с множеством генераторов резонансной частоты. Как показано, генератор 20 резонансной частоты может быть электрически связан с передатчиком 22 . В различных реализациях передатчик 22 отправляет частоту, создаваемую генератором резонансной частоты, на спутник 18 или другое устройство приема / передачи частоты по каналу связи.Как показано, приемник 24 принимает частоту по телекоммуникационному каналу от спутника 18 . Как показано, динамик 26 соединен с приемником 24 . В различных реализациях динамик 26, предназначен для приема частоты, предоставляемой приемником, и создания звуковых волн 28 , соответствующих частоте (управляемых частотой). В таких реализациях, в качестве неограничивающего примера, звуковые волны , 28, могут включать в себя продольные волны или поперечные волны.В различных других реализациях волны могут быть волнами сжатия. В различных других реализациях магнитное поле может создаваться системой генерации магнитного поля, такой как, в качестве неограничивающего примера, электромагнит, генератор переменного тока, генератор или любая другая система, которая создает изменяющееся во времени магнитное поле, которое заставляет магнитную составляющую генератора резонансной частоты колебаться в ответ на получение излучаемого изменяющегося во времени магнитного поля. В различных реализациях резонансная частота, излучаемая динамиком , 26, , может включать в себя звуковые частоты.В различных реализациях звуковые или другие волны сжатия могут иметь частоты в диапазоне от примерно 20 Гц до примерно 20000 Гц. В других различных реализациях резонансная частота может быть индуцирована изменяющимся во времени магнитным полем.
Как проиллюстрировано, множество генераторов резонансной частоты 30 размещены в диапазоне звуковых волн 28 от динамика 26 и предназначены для резонансной вибрации с частотой звуковых волн, создаваемых динамиком 26 .В различных реализациях множество генераторов резонансной частоты , 30, спроектировано с катушками или другими устройствами для снятия напряжения, которые генерируют выходное напряжение 32, посредством вибрации. Выходное напряжение 32, может дополнительно обрабатываться с использованием преобразователя / инвертора / выпрямителя мощности и может использоваться непосредственно для питания нагрузки или может храниться в батарее.
Хотя на фиг. 2 проиллюстрировано использование генератора электрической резонансной частоты для генерации звука или волны сжатия, используемой для управления движением генераторов резонансной частоты, в других различных реализациях, в качестве неограничивающего примера, генератор не может использоваться.Вместо этого источник шума может заменить динамик , 26, и может включать, в качестве неограничивающего примера, двигатель с переменной частотой, реактивный двигатель или любой другой источник белого шума с постоянной частотой, которая может использоваться в качестве резонансной частоты.
Ссылаясь на фиг. 3 проиллюстрирована реализация генератора энергии с магнитом и одним гибким соединителем. Как показано, магнит 36 установлен на основании 34 с помощью гибкого соединителя 40 .В различных реализациях магнит , 36, может быть соединен с основанием , 34, на одном конце. В различных реализациях, в качестве неограничивающего примера, гибкий соединитель , 40, может быть любым из типов материала, раскрытых в этом документе. В конкретных вариантах реализации может использоваться резиновая секция или другой гибкий материал, который допускает регулярное движение магнита , 36, . Как показано, катушка , 38, расположена на магните , 36, или намотана вокруг него, который изготовлен из электропроводящего материала.Подобно системам, описанным ранее, звуковые волны 42 на резонансной частоте системы магнит + гибкий соединитель генерируются динамиком 44 и взаимодействуют с магнитом 36 , заставляя его вибрировать на резонансной частоте. Как и в ранее описанных реализациях, динамик , 44, может приводиться в действие частотой, создаваемой генератором резонансной частоты, напрямую или через передаваемый сигнал по каналу связи.
В различных реализациях, в качестве неограничивающего примера, звуковые волны , 42, могут включать в себя продольные волны или поперечные волны.В других различных реализациях звуковые волны, излучаемые динамиком , 44, , являются слуховой частотой. В различных других реализациях звуковые волны могут находиться в диапазоне от примерно 20 Гц до примерно 20000 Гц. В других различных реализациях, как описано ранее, нельзя использовать генератор частоты, но источник шума, подобный любому из раскрытых в этом документе, может заменить динамик , 44, . Как и в других реализациях, раскрытых в этом документе, вибрация магнита , 36, используется для выработки электроэнергии в сочетании с катушкой , 38, , поскольку движущиеся линии магнитного поля магнита индуцируют соответствующий электрический ток в материале катушки. 38 .
Ссылаясь на фиг. 4 проиллюстрирована реализация генератора мощности с множеством генераторов резонансной частоты, заключенных в клетку Фарадея. Как проиллюстрировано, множество генераторов резонансной частоты , 46, электрически связаны друг с другом и с преобразователем / инвертором 52 энергии, который подключен к батарее 54 . В других различных реализациях каждый генератор энергии может быть последовательно или параллельно подключен к батарее , 54, .Как проиллюстрировано, в различных реализациях звуковые волны , 48, генерируются динамиком , 50, и взаимодействуют с генераторами резонансной частоты , 46, . В таких реализациях, в качестве неограничивающего примера, звуковые волны , 48, могут включать в себя продольные волны или поперечные волны. В других различных реализациях звуковые волны , 48, , излучаемые динамиком , 50, , могут включать в себя слуховую частоту; в различных реализациях звуковые волны могут находиться в диапазоне от 20 Гц до 20000 Гц.В других различных реализациях, как описано ранее, источник шума, подобный любому из раскрытых в этом документе, может заменить динамик , 50, . Как показано, система может быть заключена в клетку Фарадея 56 . В различных реализациях система может быть заключена в клетку Фарадея. В таких реализациях клетка Фарадея может предотвращать проникновение электрических или электромагнитных шумов / полей в систему или их влияние на нее. В различных реализациях клетка Фарадея может включать в себя генератор энергии и генератор переменной частоты, среди других компонентов.В различных реализациях заземляющий контакт / соединитель электрической розетки, например, в доме или другом здании, может быть соединен с клеткой Фарадея. В различных реализациях клетка Фарадея , 56, может иметь размер, позволяющий включать в себя комнату, в которой размещены генераторы энергии. В других реализациях клетка Фарадея , 56, может иметь размер, достаточный только для включения самих генераторов энергии.
В различных реализациях могут существовать разные резонансные частоты для магнитов разных размеров.Генераторы энергии разного размера могут использоваться в комбинации друг с другом с разными резонансными частотами и могут приводиться в действие с использованием звуковых или других волн сжатия (или магнитных волн) от одного и того же источника шума или разных источников шума (или источника магнитных волн). В различных реализациях, если один динамик расположен в центре комнаты и включен и настроен на резонансную частоту магнитов + гибкие соединители генераторов резонансной частоты 46 , все генераторы резонансной частоты 46 могут производят выходное напряжение, которое является функцией напряженности магнитного поля и количества обмоток в катушках, используемых с каждым магнитом.В таких реализациях полное выходное напряжение системы соответствует суммарному выходному сигналу всех генераторов резонансной частоты , 46, вместе. В различных реализациях преобразователь мощности 52 работает для выпрямления или инвертирования переменного напряжения от генераторов резонансной частоты 46 в напряжение постоянного тока, которое может использоваться для зарядки аккумулятора 54 , обеспечивая выход аккумулятора 54 гнать груз. В других реализациях выход преобразователя мощности 52 может использоваться для непосредственного управления нагрузкой.В некоторых реализациях нагрузка может включать в себя генератор резонансной частоты, используемый для возбуждения динамика , 46, и / или самого динамика , 46, .
В тех местах, где приведенное выше описание относится к конкретным реализациям генераторов мощности на резонансной частоте и реализации компонентов, подкомпонентов, методов и подметодов, должно быть очевидно, что ряд модификаций может быть внесен без отступления от их сущности. и что эти реализации, реализующие компоненты, субкомпоненты, способы и суб-методы могут применяться к другим генераторам мощности на резонансной частоте.
Высоковольтный генератор переменной емкости высокой удельной мощности с резонансным импульсным возбуждением для создания следующего поколения морских ветряных турбин
Хуан Ривас-Давила, электротехника и Клаудио Риветта, SLAC
Мы планируем разработать новую конструкцию электрогенератора для использования в ветровых турбинах, которая предложит ключевые преобразующие преимущества по сравнению с традиционными архитектурами трансмиссии и может создать новое поколение недорогих оффшорных ветряных электростанций.Трансмиссии ветряных турбин (включая генератор и редуктор) составляют примерно половину общей стоимости ветряной турбины. Кроме того, трансмиссии имеют большие размеры, что еще больше увеличивает расходы на несущую конструкцию. Трансмиссии также составляют значительную часть общих потерь энергии, а редукторные механические системы имеют короткий срок службы, что требует значительного обслуживания. Предлагаемая концепция решает все эти проблемы одновременно. Наша новая конструкция электростатического генератора легче и эффективнее, чем современные редукторные системы, со всеми преимуществами в обслуживании и сроке службы систем с прямым приводом, при этом используются недорогие и легкодоступные материалы.Кроме того, генератор высокого напряжения прямого действия устраняет ряд этапов преобразования энергии в системе передачи, значительно повышая общий КПД. Это приведет к значительному снижению нормированной стоимости электроэнергии (LCOE), позволит ветровым турбинам увеличиться в масштабе по сравнению с обычными трансмиссиями и откроет недорогой доступ к неиспользованным в настоящее время глубоководным ветровым ресурсам.
Конкретная цель этого проекта состоит в том, чтобы разработать испытательный прототип, чтобы продемонстрировать возможность создания высоковольтных генераторов переменной емкости (VCG).Задача прототипа — 1 кВт при 100 кВ, разработка которого требует исследований и инноваций в области высоковольтной электростатики. Моделирование показывает, что система VCG увеличит мощность трансмиссии почти на 200%, повысит эффективность более чем на 3% и снизит затраты на трансмиссию на 10-30%, что в совокупности приведет к значительному снижению LCOE. Если эта технология будет проверена в лаборатории, она может полностью изменить конструкцию трансмиссии ветряных турбин. Этот высоковольтный генератор переменной емкости может снизить вес современных редукторных трансмиссий более чем на 30%, сохраняя при этом все преимущества технического обслуживания и долговечности гораздо более тяжелых трансмиссий с прямым приводом.Снижение веса трансмиссии приводит к снижению затрат — от снижения требований к конструкции башни до снижения затрат на транспортировку и изготовление. Технология VCG высокого напряжения также исключает ряд этапов преобразования турбины в систему передачи. За счет исключения повышающей подстанции ветряные электростанции, использующие трансмиссии VCG, приведут к снижению затрат на передачу электроэнергии, что позволит устанавливать их дальше от берега, где имеются значительные ресурсы энергии ветра. Кроме того, легкий вес трансмиссии VCG снижает стоимость плавучих платформ.В совокупности наша технология VCG позволит установить глубоководные плавучие установки по значительно более низкой цене. В настоящее время более 95% потенциала морских ветроэнергетических ресурсов Калифорнии находится на глубине более 60 метров, где традиционные фундаменты становятся слишком дорогостоящими.
Награжден 2019
Специальные предложения резонансный генератор рядом со мной и бесплатная доставка
9 советов, которые помогут вам получить больше от Korg opsix — MusicRadar MusicRadarСмотрите, как разбивается бокал вина в этом странно приятном замедленном видео — Mental Floss Mental FlossSTMicroelectronics представляет высокоэффективное преобразование энергии MasterGaN — http: // ww__ufacturingtodayindi __ / http: // ww__ufacturingtodayindi __ / Создание высокочастотного магнитного поля с помощью этой резонансной техники — Электронный дизайн Электронный дизайн Новая безлопастная турбина может выглядеть NSFW, но может стать будущим ветроэнергетики — IFLScience Схема IFLScienceResonant генерирует высокочастотное магнитное поле — Электронный дизайн Electronic DesignResonant (RESN) Стенограмма звонка о доходах за 1 квартал 2021 года — Пестрый дурак Разношерстный дуракПодготовка к возможным испытаниям на выживание — Новости центра города | Бирмингем / информационный журнал Bloomfield Downtown | Бирмингем / BloomfieldDeath Stranding: обзор режиссерской версии — окончательная версия современной классики — TheGamer TheGamer5 Эффективные блоки питания для новых настроек ПК — CGMagazine CGMagazineWhat Is Behind the U.Патент С. Военно-Морского Флота на термоядерную энергию «НЛО»? — Forbes ForbesChanging Winds: Emerging Wind Turbine Technologies — журнал POWER POWER magazine Business Times Cannabis Business TimesSuperbooth 2021: аналог полисинта Dreadbox’s Nymphes «посвящен всем подвергшимся насилию и угнетенным женщинам» — MusicRadar MusicRadarВсе годы помнят: WFAE в 40 лет — журнал Charlotte Magazine Magazine журнал CharlotteCo когерентный контроль коллективных ядерных квантовых состояний с помощью временных магнонов — Science Advances Science Advances с высоковольтным пьезодрайвером — Технология силовой электроники Технология силовой электроники Когерентный рентгенооптический контроль ядерных экситонов — Natur__ Natur__ Ученые замедляют и направляют свет с помощью резонансных наноантенн — Phy__ Phy__Winds of change — Scienti fic Computing World Scientific Computing WorldВы можете заплатить сколько хотите за софтсинт Invader 2 от E-Phonic — MusicRadar MusicRadar Всегда заряжается: может ли GuRu быть мощным Wi-Fi? — ZDNet ZDNetХарактеристика скорости декогеренции сверхпроводящего кубита путем прямого микроволнового рассеяния | npj Quantum Information — Natur__ Natur__A Посещение ателье Майкла Фишера на Серебряном озере — Современное Страдивари — Violinis__ Violinis__UVI Shade review — MusicRadar MusicRadarRife Машина для лечения рака: это работает? Заявления, исследования и риски — Healthline Healthline Машина для землетрясения Николая Тесла — Forbes ForbesМагнитно-резонансная томография переноса спиновых волн и помех в магнитном изоляторе — Science Advances Science AdvancesAndroid 12 функций, которые нам нравятся: тактильные ощущения и звук могут работать вместе — Android Central Android CentralResearchers build сборщик энергии с квантовыми точками — Phy__ Phy__Dallas изобретает: 138 патентов выдано за неделю с 10 августа »Dallas Innovates — dallasinnovate__ dallasinnovate__Study показывает, что Великая пирамида в Гизе может фокусировать электромагнитную энергию — Phy__ Phy__Интегрированное решение GamphesN революционизирует конструкцию блока питания Cambridge NyDD. шестиголосый полисинт, посвященный «женщинам, подвергшимся насилию и угнетению» — MusicTech MusicTechCOLUMN: Низкочастотный звук тихий, но может убить вас — Fredericksbur__ Fredericksbur__Silent Sound Kills — InsideSources — InsideSources InsideSourcesMetamaterials — Часть III.Как метаматериалы меняют власть… | Алессандро Леви | Prime Movers Lab — Medium Medium Изобретения Далласа: за неделю с 20 июля выдано 149 патентов »Dallas Innovates — dallasinnovate__ dallasinnovate__ преобразование отработанного тепла в электричество даже при небольших перепадах температур — Innovations Origins Innovations Origins Шумановский резонанс: влияет ли« сердцебиение »Земли с частотой 7,83 Гц на наше поведение? — Интересная инженерия Интересная инженерия Новое лечение ультразвуком убивает раковые клетки — Научные новости для студентов Научные новости для студентов, изучающих двойное электрическое сердцебиение Земли — Собственная емкость светодиода Eos EosAn работает в цепи LRC 650 мВ — ED__ ED__ Стэнфордские ученые замедляют свет и управляют им с помощью резонанса Наноантенны — SciTechDaily SciTechDailyK-Devices упаковывает шесть устройств Max For Live в свой набор Modulators 21 — MusicTech MusicTechTidal Turbines: будущее «зеленого» может стать глубоким синим морем — Интересная инженерия Интересная инженерия Подготовка сверхпроводящих кубитов — AZoQuantum AZoQuant Этот генератор хаоса — Premier Guitar Premier Guitar Может ли сознание сводиться к тому, как вещи вибрируют? — EarthSky EarthSkyProton, охлаждаемый с помощью ионного облака и сверхпроводящей схемы — Physics World — Physicsworl__ Physicsworl__Soma Laboratory Pulsar-23 обзор — MusicRadar MusicRadarAdvanced инструменты моделирования для ветроэнергетики Vortex Bladeless — внутриHPC — внутриHPC внутриHPC | npj Quantum Information — Natur__ Natur__The Crystal (Testing) Method — Обзор Hackaday HackadayErica Synths SYNTRX | Engadget — Engadget EngadgetКак выйти из ограничений времени и пространства по мнению ЦРУ — VICE VICWireless Electricity? Как работает катушка Тесла — LiveScienc__ LiveScienc__Rife машина для лечения рака: работает ли она и есть ли какие-либо риски? — Новости медицины сегодня Новости медицины сегодняВидео удивительного резонансного эксперимента показывает частоту как секрет сложности — Forbes ForbesВы действительно можете разбить бокал своим голосом — VinePair VinePairВысокочастотные катушки Гельмгольца генерируют магнитные поля — ED__ ED__Пробовали ли ВМС создать свой собственный НЛО? — Daily Beast Daily BeastErica Synths выпускает три новых модуля Pico — MusicTech MusicTechPleasure гарантировано: ЭТОТ звук — называемый энергией Великой пирамиды — дает вам оргазм — Daily Express Daily ExpressSuperbooth 2021: лучшие синтезаторы, драм-машины, модульное оборудование и необычные вещи — MusicRadar MusicRadar Адресный электронный спиновой резонанс с использованием доноров и донорных молекул в кремнии — Science Advances Science AdvancesУлучшите звук вашего Hi-Fi с помощью контроля вибрации — ecoustics ecousticsDIY Беспроводная система передачи энергии | Electronics360 — Electronics360 Electronics360Звучит плохо: исследователи демонстрируют угрозу «звуковой пушки» для интеллектуальных устройств — Ars Technica Ars TechnicaКакой возобновляемый источник энергии имеет наибольший рост в мире? — Фигурки AltEnergyMag AltEnergyMagChladni: удивительный резонансный эксперимент — Сеть блогов Scientific American — Scientific American Scientific AmericanBehringer VCS3 клон синтезатора теперь находится в стадии прототипа, и это похоже на настоящую сделку — MusicRadar MusicRadarDallas Invents: на 31 августа выдано 143 патента — Даллас Инновации dallasinnovate__ dallasinnovate__Как заставить воздушные шары резонировать — Boing Boing Boing BoingСимона Байлз и почему мы все получаем ‘Twisties’ (даже если мы не можем летать) — TIME TIMEP Фотонные наноструйные двигатели — Новости оптики Фотоника Новости оптики Новости фотоникиОдновременное резонансное измерение дифракции рентгеновских лучей и деформация решетки в поликристаллических сегнетоэлектриках | Научные доклады — Natur__ Natur__Dallas Invents: на неделю с 27 июля выдано 103 патента »Dallas Innovates — dallasinnovate__ dallasinnovate__Максимальная мощность волны — Renewable Energy Focus Renewable Energy Focus Новый инструмент Erica Synths вдохновлен EMS Synthi AKS — FACT FACTHEXO Corp.Приобретает Zenabis Global Inc. в сделке на 235 миллионов долларов — Cannabis Business Times Cannabis Business TimesКогерентная манипуляция и квантовая интерференция фаз в молекулярном кутрите триплета электронов на основе фуллерена | npj Quantum Information — Natur__ Natur__Лучшие бесплатные плагины для барабанов VST 2021 года: драм-машины, сэмплеры и грувбоксы для всех ваших потребностей в создании битов — MusicRadar MusicRadarНовый способ уничтожить вирусы: встряхните их до смерти — LiveScienc__ LiveScienc__Audio Function Generator обеспечивает три одновременных квадратной, треугольной и синусоидальной формы волны — Электронный дизайн Электронный дизайн5 лучших изобретений Николы Теслы и их формирования в мире — Осциллографы для смешанных сигналов составляют от 500 МГц до 2.5 ГГц — ED__ ED__Вокодирование в FL Studio — MusicTech MusicTechНелокальные топологические изоляторы: детерминированные апериодические массивы, поддерживающие локализованные топологические состояния, защищенные нелокальными симметриями — pna__ pna__Волноволоконный генератор фотонных сигналов для аттосекундной синхронизации и сверхмалошумящего микроволнового излучения | Научные отчеты — Natur__ Natur__Seeing The Patterns In Sound — Science Friday Science Friday Vulfpeck объявляет об интригующем плане платить вам за посещение их шоу — Live for Live Music Live for Live Music Как получить синтезаторные звуки с помощью педалей эффектов гитары — MusicRadar MusicRadarDallas Invents: 112 получено патентов за неделю с 8 июня »Dallas Innovates — dallasinnovate__ dallasinnovate__ Окончательный список из 21 бесплатного инструмента визуализации данных с открытым исходным кодом — Обзор решений Обзор решенийЭффекты экранирования электромагнитных помех при беспроводной передаче энергии с использованием магнитно-резонансной связи для межплатного соединения — в соответствии с требованиями Институт из Дели утверждает, что «вылечил» COVID-19 с помощью космической звуковой терапии — The New Indian Express The New Indian Express Технология беспроводного передатчика Николы Теслы | IE — Интересная инженерия Интересная инженерия
ВЫБОР ПЕРСОНАЛА
Код
ВЫБОР ПЕРСОНАЛА
Код
ВЫБОР ПЕРСОНАЛА
Код
ПЕРСОНАЛ
Код
000000 ПЕРСОНАЛ
000
000000 ПЕРСОНАЛ 9000 КодВЫБОР ПЕРСОНАЛА
Код
ВЫБОР ПЕРСОНАЛА
Код
ВЫБОР ПЕРСОНАЛА
Код
ВЫБОР ПЕРСОНАЛА
Код
ВЫБОР ПЕРСОНАЛА
Код
ПЕРСОНАЛ
Код
ПЕРСОНАЛ
Код
ПЕРСОНАЛ
Код
ПЕРСОНАЛ
Код
ПЕРСОНАЛ
Код
ПЕРСОНАЛ
000000
000
000
000 ПИК
000
Код
ВЫБОР ПЕРСОНАЛА
Код
ВЫБОР ПЕРСОНАЛА
Код
ВЫБОР ПЕРСОНАЛА
Код
ВЫБОР ПЕРСОНАЛА
Код
ПЕРСОНАЛ
Код
ПЕРСОНАЛ
Код
ПЕРСОНАЛ
Код
ПЕРСОНАЛ
Код
ПЕРСОНАЛ
Код
ПЕРСОНАЛ
FFКод
ПЕРСОНАЛ
FFКод
ПЕРСОНАЛ
FFКод
КодВЫБОР ПЕРСОНАЛА
Код
ВЫБОР ПЕРСОНАЛА
Код
ВЫБОР ПЕРСОНАЛА
Код
ВЫБОР ПЕРСОНАЛА
Код
ВЫБОР ПЕРСОНАЛА
Код
ВЫБОР ПЕРСОНАЛА
Код
ВЫБОР ПЕРСОНАЛА
Код
ПОДБОР ПЕРСОНАЛА
Код
Код ПЕРСОНАЛА
000
000000
000
000
000 ВЫБОР ПЕРСОНАЛА
Код
ВЫБОР ПЕРСОНАЛА
Код
ВЫБОР ПЕРСОНАЛА
Код
ВЫБОР ПЕРСОНАЛА
Код
НАБОР ПЕРСОНАЛА
Код
НАБОР ПЕРСОНАЛА
Код
НАБОР ПЕРСОНАЛА
Код
НАБОР ПЕРСОНАЛА
Код
Код ПЕРСОНАЛА
Код
000000 ПЕРСОНАЛ
000
000000 ПЕРСОНАЛ
000
000
ВЫБОР
Код
ВЫБОР ПЕРСОНАЛА
Код
ВЫБОР ПЕРСОНАЛА
Код
ВЫБОР ПЕРСОНАЛА
Код
ПЕРСОНАЛ CK
Код
ПЕРСОНАЛ
Код
ПЕРСОНАЛ
Код
ПЕРСОНАЛ
Код
Как определить резонанс пьезоэлектрической консольной балки
Мне часто задают следующий вопрос: на какой частоте мне следует использовать свое пьезоэлектрическое устройство? На этот вопрос есть много ответов, но для сбора энергии или срабатывания с большим смещением есть только один ответ: при резонансе.Конечно, следующий вопрос: в чем резонанс моей роли? На этот вопрос сложно ответить удаленно, поскольку на резонанс влияет каждая часть системы. К счастью, есть несколько простых экспериментальных процедур, которые вы можете выполнить, чтобы определить резонанс вашего пьезо. В этом блоге я сделаю краткий обзор резонанса и того, почему он важен, а затем покажу вам, как выполнить эти тесты самостоятельно.
Что такое резонанс?
Резонанс — это тенденция механической системы реагировать с большей амплитудой, когда частота колебаний совпадает с собственной частотой колебаний системы.Собственная частота (также известная как резонансная частота) зависит от многих параметров системы, в частности от жесткости (модуля Юнга), массы и геометрии. Резонанс можно определить аналитически, но эти расчеты могут стать довольно сложными при рассмотрении системы композитов и нерегулярных структур. В этом блоге мы сосредоточимся на определении резонанса простого пьезокантилевера только экспериментальными методами.
Почему так важен резонанс?
При движении пьезокантилевера наибольшие отклонения (с наименьшим энергопотреблением) могут быть достигнуты только при резонансе.Увеличение прогиба происходит за счет уменьшения силы, но этот компромисс часто приемлем, когда требуется максимальное движение.
При использовании пьезоэлектрических датчиков для измерения необходимо учитывать резонанс. Возбуждение пьезоэлектрического преобразователя при его резонансе усилит сигнал и может привести к насыщению и ошибочным измерениям. По этой причине при использовании пьезоэлектрических датчиков разумно убедиться, что резонансная частота системы не близка к интересующему диапазону частот. С другой стороны, работа в резонансе идеально подходит для сбора энергии вибрации.Резонанс незатухающего кантилевера
Метод 1. Измерение собственной частоты осциллографом
В этом тесте мы подвергнем пьезокантилевер слабому импульсу, а затем позволим ему свободно колебаться. Пьезо материалы могут действовать как датчики с автономным питанием, поэтому мы будем отслеживать результирующую форму волны переменного тока для определения резонанса. Пьезо и зажимной комплект можно приобрести на нашем веб-сайте, но аналогичную процедуру можно использовать для большинства пьезоэлектрических схем и схем зажима.
Использованные материалы и оборудование: Экспериментальная установка:- Зажим пьезо на нулевой линии зажима (6 мм над пьезо)
- Подключите кабель к пьезоконтактам с помощью кольцевых клемм
- Подключите выводы кабеля к щупу осциллографа (полярность не важна)
- Установить осциллограф в режим запуска «Single»
- Пуск осциллографа
- Слегка поверните конец пьезокантилевера и дайте ему свободно колебаться
- Результирующая форма сигнала должна быть захвачена осциллографом и выглядеть следующим образом
- Используйте функцию «Измерение» на вашем осциллографе, чтобы определить частоту сигнала.
- Измеренная частота является собственной резонансной частотой балки!
Рис. 1: Осциллографический захват выходного сигнала пьезоэлектрического преобразователя во время эксперимента.
Как видите, найти резонанс пьезокантилевера довольно просто. С помощью всего лишь одного стандартного лабораторного оборудования вы можете выполнить этот тест.
Метод 2: Управление пьезоэлектрическим генератором (без осциллографа)
Если у вас нет осциллографа, но вы можете достать функциональный генератор (недорогие модели можно приобрести менее чем за 50 долларов), то этот метод для вас. Эти результаты будут менее точными, поскольку они основаны на визуальном наблюдении, а не на собранных данных, но должны обеспечивать разумное приближение.
Использованные материалы и оборудование: Экспериментальная установка:- Зажим пьезо на нулевой линии зажима
- Подключите кабель к пьезоконтактам с помощью кольцевых клемм
- Подключите выводы кабеля к выходу функционального генератора (полярность не важна)
- Запустите функциональный генератор и установите на выходе синусоидальную волну с начальной частотой ниже ожидаемого резонанса.
- Увеличивайте напряжение привода до тех пор, пока движение пьезоэлектрического элемента не станет видимым.
- Дополнительно: используйте настольный усилитель, если требуется более высокое напряжение. Для этого теста должно быть достаточно пикового напряжения 20-50 В.
- Медленно увеличивайте частоту функционального генератора. Наблюдайте за движением пьезокантилевера. Амплитуда колебаний будет увеличиваться по мере приближения к резонансу.
- Продолжайте увеличивать частоту, пока движение не достигнет максимума. Для кантилевера должен быть очень маленький частотный диапазон (~ 1 Гц), где амплитуда наибольшая.Центр этого диапазона — резонансная частота.
Хотя этот простой и недорогой метод менее точен, он является эффективным способом определения резонанса без использования осциллографа.
Метод 3: Управление пьезоэлектрическим генератором и контроль с помощью вольтметра
Как и в предыдущем методе, в этой процедуре используется функциональный генератор для возбуждения пьезо, но вместо использования визуальных наблюдений для обнаружения резонанса используется чувствительный резистор с вольтметром.Когда пьезоэлектрический преобразователь работает около своего резонанса, падение напряжения на нем минимально. Следовательно, резистор, включенный последовательно, будет иметь наибольшее напряжение, когда пьезоэлемент находится в резонансе. Обладая этими знаниями, мы можем использовать простую схему для поиска резонанса.
Использованные материалы и оборудование: Экспериментальная установка:- Соберите схему, как показано на следующем изображении
- Установить цифровой мультиметр для измерения переменного напряжения
- Запустите функциональный генератор и установите на выходе синусоидальную волну с начальной частотой ниже ожидаемого резонанса.
- Установите напряжение привода на 5-10 В.
- Медленно увеличивайте частоту функционального генератора. Следите за напряжением на резисторе. Напряжение должно увеличиваться с увеличением частоты.
- Продолжайте увеличивать частоту, пока напряжение снова не начнет снижаться.