Как преобразовать статическое электричество в электрический ток
Перейти к содержимому

Как преобразовать статическое электричество в электрический ток

  • автор:

Как преобразовать статическое электричество в переменный ток

если это статическое электричество постоянно возникает то можно издалека протянуть длинный провод от заземления. И установить моторчик на постоянном электричестве. Который будет работать и крутить генератр

Надо это электричество заставить бегать по проводу туда-обратно. Короче — энергию затратить.
для этого потребуется собрать двигатель работающий на статике, и присобачить к нему генератор

Соединить заряженные тела проводником — потечёт ток. Он не будет постоянным. Но и переменным синусоидальным не будет — придётся ещё много механических и электрических процессов запустить на промежуточной стадии. Получится что-то вроде каши из топора.

В принципе это источник постоянного тока. Можно преобразователем
получить и переменный … все зависит от мощности . Но зачем? Постоянный ток
выгоднее применять .

Как преобразовать статическое электричество в электрический ток

Тест проводился в познавательных целях, для мелкого.
Может кого то заинтересует

Схема съема и преобразования статики

В качестве разрядника использовал геркон. Разрядник нужен для преобразования из постоянки в импульное напряжение, для последующей подачи на трансформатор.
Напряжение на антенне начинает расти до напряжения пробоя на разряднике, после пробоя разрядника, напряжение с антенны поступает на обмотку трансформатора, где и преобразуется в более низкое напряжение, но более высокий ток. И так будет повторятся с определенной частотой, до тех пор пока есть статический заряд в антенне.
В качестве антенны можно использовать коаксиальный провод в жесткой черной оплетке. К сожалению современные провода изготавливают так, что бы в них не скапливались электростатические заряды. Так что кабель сделано в СССР лучше всего подошел бы, но где такой найти пока не знаю. Надежда на китайцев им наплевать на статику
В идеальном случаи для увеличения КПД съема статического электричества, кабель можно подготовить в духовке. Подать на внутренний медный провод (+), а на внешнюю оплётку(-) 10-30 кВ и нагреть до 120 гр. или довести состояния начального плавления полимера. После чего остудить не отключая от него высокое напряжение. Для остывания кабеля нужно подождать примерно 60 мин. В итоге получится антенна ловушка для сбора ионов(электрет). Сам электрет не несет в себе никаких зарядов, он за счет упорядоченного, поляризованного расположения молекул в нем улавливает заряженные ионы вокруг себя.

Более стабильные электреты можно получить при нагреве диэлектриков до температуры меньшей или равной температуре плавления, а затем охлаждая их в сильном электрическом поле. При застывании органических растворов в сильном электрическом поле получают так называемые “криоэлектреты”.

Снял криво, так как оказалось камера у меня, не фокусирует во время съемки.

Теория про создание электрета

Электреты — это поляризованные диэлектрики, состоящие из жестких электрических диполей, которые в электрическом поле напряженностью около 10 000 В/см переводятся в аморфное твердое состояние и сохраняют поляризацию длительное время. Таким образом, электреты являются аналогом постоянного магнита, но обладают не магнитным полем, а электростатическим полем.

Комбинированные электреты содержат как истинную поляризацию, так и избыточный электрический заряд одного или разных знаков. Они получаются из полярных диэлектриков, в которых имеются дипольные группы и ловушки, способные захватывать неравновесные носители заряда.
Неравновесные носители — носители заряда любой природы, концентрация которых превышает равновесное при данной температуре значение В полупроводниках и диэлектриках при температурах, отличных от О К, в состоянии термодинамического равновесия имеется некоторая концентрация собственных носителей заряда, пропорциональная ехр,где Δ- ширина запрещенной зоны. В ионных диэлектриках также имеется некоторая равновесная концентрация положительных и отрицательных ионов. Попадание в диэлектрик носителей заряда извне в результате инжекции, электрического разряда, генерации дополнительных носителей в результате освещения или облучения увеличивают концентрацию носителей над равновесным значением.
Образование поляризации и избыточного заряда может происходить при разных способах получения электретов. Например, при электризации коронным разрядом полимерных полярных диэлектриков при температурах, лежащих в области подвижности кине*тических единиц, обладающих дипольным моментом, наряду с накоплением неравновесного заряда в диэлектрике произойдет ориентация диполей. После охлажде*ния и выключения коронного разряда поляризация «заморозится», а неравновесные носители, внедрившиеся в полимер, захватятся на ловушки.

WO2015065236A1 — Устройство преобразования энергии статического электричества — Google Patents

Publication number WO2015065236A1 WO2015065236A1 PCT/RU2014/000584 RU2014000584W WO2015065236A1 WO 2015065236 A1 WO2015065236 A1 WO 2015065236A1 RU 2014000584 W RU2014000584 W RU 2014000584W WO 2015065236 A1 WO2015065236 A1 WO 2015065236A1 Authority WO WIPO (PCT) Prior art keywords transformer voltage static electricity spark gap circuit Prior art date 2013-11-01 Application number PCT/RU2014/000584 Other languages English ( en ) French ( fr ) Inventor Александр Николаевич ГЕРАСИМОВ Игорь Леонидович МИСЮЧЕНКО Original Assignee Александр Николаевич ГЕРАСИМОВ Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.) 2013-11-01 Filing date 2014-08-05 Publication date 2015-05-07 2014-08-05 Application filed by Александр Николаевич ГЕРАСИМОВ filed Critical Александр Николаевич ГЕРАСИМОВ 2015-05-07 Publication of WO2015065236A1 publication Critical patent/WO2015065236A1/ru

Links

Classifications

    • H — ELECTRICITY
    • H02 — GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M — APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00 — Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02 — Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04 — Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/06 — Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes without control electrode or semiconductor devices without control electrode

    Definitions

    • the invention relates to the field of conversion of electrical energy, namely, devices for converting static electricity into electrical energy of low voltages at low currents.
    • a known converter of electrical energy for example, from a lightning rod, patent DE102009035167, publication 02/18/2010, in which the lightning rod is connected to the primary winding of the transformer, and the secondary winding is connected to the rectifier.
    • publication 07/21/2010 describes the design of the apparatus for the production of electricity by collecting static electricity from the air.
    • the apparatus also contains a transformer converter of static electricity to direct current.
    • the disadvantage of this device is the need for high-voltage switches and a device for controlling them.
    • Also known patent RU2255406 “Method and device for the transmission of electrical energy” in which the transmission of electrical energy is carried out by transmitting resonant vibrations of high frequency in a circuit consisting of a high frequency generator and two Tesla transformers, raising and lowering. From the high-voltage winding of the Tesla step-up transformer, energy is transmitted through a single-wire line to the Tesla step-down transformer. Further, from the low voltage winding of the Tesla step-down transformer, the current is transmitted to the inputs of the bridge rectifier and further to the load.
    • the present invention provides a device for transmitting conventional energy over a distance, and not a device for converting static electricity into direct and alternating current energy.
    • the objective of the present invention is to provide a device for converting static electricity energy, which would have a sufficiently high efficiency, be simple and have acceptable dimensions.
    • the device for converting static electricity energy contains a series-connected source of static electricity, a spark gap and a step-down transformer, while the first one is connected in parallel with the transformer primary winding connected to the spark gap capacity, and the output of the secondary winding of the transformer through the second capacity is connected to the load.
    • the resonance frequency of the first circuit formed by the primary winding of the transformer and connected in parallel to the winding of the first capacitance is approximately equal to the resonance frequency of the second circuit formed by the secondary winding and connected in series to the secondary winding of the second capacitor.
    • the spark gap is designed to control the voltage of the discharge and contains a circuit for controlling the voltage of the discharge of the spark gap, including a circuit for measuring the voltage of a static electricity source.
    • This device uses a resonant transformer to convert high voltage to low, that is, a transformer whose primary and secondary windings are supplemented with electrical capacitors in such a way that they are resonant LC circuits tuned to the same frequency.
    • a transformer whose primary and secondary windings are supplemented with electrical capacitors in such a way that they are resonant LC circuits tuned to the same frequency.
    • a variant of such a transformer is known as a “Tesla transformer” and is used, as a rule, to increase the voltage to very large values.
    • the transformer is used in the opposite way, that is, to reduce very high voltages to low voltage.
    • the input circuit is made according to a parallel LC resonance circuit. Moreover, its input impedance at the resonance frequency is very large.
    • the input circuit is connected to the source through a spark gap, which provides periodic spark breakdown of the circuit and, therefore, pulsed, that is, the broadband current consumed from the source.
    • damped oscillations of the resonant frequency develop in the circuit of the input LC circuit after each spark breakdown.
    • the current strength in the primary winding of the resonant transformer increases many times. Due to the phenomenon of mutual induction, this current induces in the secondary winding of the transformer N times greater current than in the primary, where N is the transformation coefficient, depending on the ratio of the number of turns of the windings.
    • the output circuit is made according to a series LC-resonance circuit; a load is connected in series to its circuit.
    • the spark gap can be configured to control the discharge voltage. In this case, better conditions for the use of energy are achieved, with a higher efficiency. Thus, the parameters of the spark gap must be consistent with the parameters of the drive.
    • a circuit for controlling the voltage of the discharge of the spark gap including a circuit for measuring the voltage of a source of static electricity, can be additionally introduced into the device.
    • the step-down transformer can be implemented as a high-voltage transformer without a core, which operates at relatively high frequencies. This reduces the size and weight of the transformer and eliminates energy loss in the core.
    • the first capacitance may be the own capacitance of the primary winding of the transformer.
    • a rectifier and a capacitor such as a supercapacitor, can be used as a load in series.
    • a voltage limiter can be connected after the rectifier.
    • this device may contain a spark gap of a fixed discharge voltage, or a spark gap with an adjustable discharge voltage.
    • FIG. 1 shows an electrical diagram of a device with a load calculated on alternating current.
    • FIG. 2 shows an electrical diagram of a device with rectifiers, a voltage regulator, and a DC rated load.
    • FIG. 3 is a structural diagram of controlling the voltage of a discharge of a spark gap.
    • the static electricity energy conversion device (Fig. 1) contains a static electricity source 1, a spark gap 10 and a step-down transformer 3. In parallel with the primary winding of the transformer, a first capacitance 2 is connected. The resonance frequency of the first circuit formed by the primary winding of the transformer 3 and connected in parallel to the winding by the first capacitance 2 is approximately equal to the resonance frequency of the second circuit formed by the secondary winding and connected in series to the secondary winding by a second capacitance 4. Out One of the secondary windings of the transformer 3 is connected to the load 5 through the second capacitance 4. Any load operating on alternating current can be used as load 5.
    • FIG. 2 shows a diagram of a device for producing direct current energy.
    • the device contains a source of static electricity 1, a spark gap 10 and a step-down transformer 3.
    • the first capacitance 2 is connected in parallel with the primary winding of the transformer.
    • the output of the secondary winding of the transformer 3 through the second capacitance 4 is connected to the rectifier b, which is connected to the drive, capacitor 8, in particular supercapacitor.
    • Far load 5 can be connected via switch 9.
    • This circuit as well as the circuit in FIG. 1 can be used both in low-power devices and in devices of sufficiently high power.
    • Transformer 3 is used to reduce very high voltages to values of a few tens of volts.
    • the resonant transformer is usually made without a core and operates at relatively high frequencies (usually tens to hundreds of kilohertz).
    • the device can convert the energy of static electricity with constant or alternating high voltage (thousands — hundreds of thousands of volts) at low currents (microamps-hundreds of microamps), into energy with relatively low voltage (units-tens of volts) at relatively high currents (tens of milliamps — amperes )
    • the device operates as follows.
    • a spark gap 10 (Fig., Fig. 2).
    • a current discharge occurs, and current and voltage fluctuations with a wide spectrum occur.
    • Transformer 3 converts these oscillations in the secondary circuit into current oscillations of increased force at a voltage of reduced amplitude.
    • the circuit for controlling the voltage of the discharge of the spark gap includes a circuit 11 for measuring the voltage of the source of static electricity and the actual circuit 12 for controlling the voltage of the discharge of the spark gap.
    • the measurement circuit gives a command to lower the discharge voltage Up, for example, by switching from one spark gap to a spark gap with a low discharge voltage.
    • the resonant frequency of the loops itself can also change, for example, by changing the capacitance of capacitors 2 and 4.
    • the device can maintain optimal parameters for converting the energy of static electricity depending on changes in the parameters of source 1.
    • the proposed device can be used in a wide range of devices for using static electricity energy, both domestic and industrial.
    • the device can be used in various ways.
    • the device can be used in various ways

    Abstract

    Содержит последовательно соединенные источник статического электричества, искровой разрядник и понижающий трансформатор, при этом параллельно первичной обмотке трансформатора, подключенной к разряднику, подключена первая емкость, а выход вторичной обмотки трансформатора через вторую емкость подключен к нагрузке. Частота резонанса первого контура, образованного первичной обмоткой трансформатора и параллельно подключенной к обмотке первой емкостью примерно равна частоте резонанса второго контура, образованного вторичной обмоткой и последовательно подключенной к вторичной обмотке второй емкостью. При этом искровой разрядник выполнен с возможностью регулирования напряжения разряда и содержит схему управления напряжением разряда искрового разрядника, включающую схему измерения напряжения источника статического электричества. Устройство меет достаточно высокий КПД, приемлемые габариты и несложно в изготовлении. Устройство может быть применено в широком спектре устройств использования энергии статического электричества, как бытовых, так и промышленных.

    Description

    УСТРОЙСТВО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ СТАТИЧЕСКОГО
    ЭЛЕКТРИЧЕСТВА ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

    Изобретение относится к области преобразования электрической энергии, а именно к устройствам преобразования статического электричества в электрическую энергию небольших напряжений при малых токах.

    ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ Эффективное использование источников статического электричества в большой степени зависит от устройства преобразования этой энергии в вид, пригодный для использования и накопления.

    Известны различные технические решения преобразователей статического электричества.

    Известен преобразователь электрической энергии, например, от громоотвода, патент DE102009035167, публикация 18.02.2010, в котором громоотвод подключен к первичной обмотке трансформатора, а вторичная обмотка подключена к выпрямителю.

    В заявке GB2467045, публикация 21.07.2010 описана конструкция аппарата для производства электроэнергии путем сбора статического электричества из воздуха. Аппарат содержит также трансформаторный преобразователь статического электричества в постоянный ток.

    Недостатком таких способов преобразования с помощью трансформатора является невозможность непосредственного преобразования постоянного напряжения, большие габариты и масса устройства, а также сложность получения высокого коэффициента понижения напряжения при сохранении приемлемого КПД. Данные конструкции преобразователей недостаточно эффективны, так как могут преобразовывать незначительную часть энергии статического электричества.

    Известны технические решения для передачи электрической энергии, в которых энергия переменного тока преобразуется в высоковольтную энергию электрических зарядов, далее энергия передается по сети, а в месте потребления преобразуется в низковольтную энергию переменного или постоянного тока. В этих решениях главное внимание обращается на проблему преобразования низковольтного напряжения в высоковольтное, а для обратного преобразования используются, в частности, коммутируемые полупроводниковые приборы.

    В патенте RU2136515 «Способ питания электротранспортных средств и устройство для его осуществления», публикация 10.09.1999, описано такое устройство, в котором используется высоковольтный электростатический генератор электрических зарядов в виде моновибратора Теслы, который состоит из высоковольтной и низковольтной обмоток, намотанных на общий сердечник, причем низковольтная обмотка присоединена к высокочастотному преобразователю. Выход высоковольтной обмотки подсоединен к сети. Обратное преобразование производится с помощью приемно-согласующего устройства, диодного блока, преобразователя постоянного тока в переменный ток и блока управления.

    Недостатком этого устройства является необходимость в высоковольтных коммутаторах и устройстве управления ими.

    Известен также патент RU2255406 «Способ и устройство для передачи электрической энергии» в котором передача электрической энергии осуществляется путем передачи резонансных колебаний повышенной частоты в цепи, состоящей из генератора повышенной частоты и из двух трансформаторов Тесла, повышающего и понижающего. От высоковольтной обмотки повышающего трансформатора Тесла энергия по однопроводной линии передается к понижающему трансформатору Тесла. Далее от низковольтной обмотки понижающего трансформатора Тесла ток передается к входам мостового выпрямителя и далее к нагрузке. В данном изобретении реализовано устройство передачи обычной энергии на расстояние, а не устройство преобразования энергии статического электричества в энергию постоянного и переменного тока.

    РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

    Задачей настоящего изобретения является создание устройства преобразования энергии статического электричества, которое имело бы достаточно высокий КПД, было простым и имело приемлемые габариты.

    Устройство преобразования энергии статического электричества содержит последовательно соединенные источник статического электричества, искровой разрядник и понижающий трансформатор, при этом параллельно первичной обмотке трансформатора, подключенной к разряднику, подключена первая емкость, а выход вторичной обмотки трансформатора через вторую емкость подключен к нагрузке. Частота резонанса первого контура, образованного первичной обмоткой трансформатора и параллельно подключенной к обмотке первой емкостью примерно равна частоте резонанса второго контура, образованного вторичной обмоткой и последовательно подключенной к вторичной обмотке второй емкостью. Искровой разрядник выполнен с возможностью регулирования напряжения разряда и содержит схему управления напряжением разряда искрового разрядника, включающую схему измерения напряжения источника статического электричества. В данном устройстве для преобразования высокого напряжения в низкое используется резонансный трансформатор, то есть трансформатор, первичная и вторичная обмотки которого дополнены электрическими емкостями таким образом, что представляют собой резонансные LC контуры, настроенные на одну и ту же частоту. Вариант такого трансформатора известен как «трансформатор Тесла» и используется, как правило, для повышения напряжения до очень больших значений. В данном изобретении трансформатор используется обратным образом, то есть для понижения очень высоких напряжений до низкого напряжения. С целью согласования входного сопротивления устройства с очень высоким внутренним сопротивлением электростатических источников энергии входной контур выполнен по схеме параллельного LC резонанса. При этом его входное сопротивление на частоте резонанса оказывается очень велико. Чтобы преобразовывать напряжение любого источника, входной контур подключен к источнику через искровой разрядник, обеспечивающий периодический искровой пробой цепи и, следовательно, импульсный, то есть широкополосный ток, потребляемый от источника. При этом в цепи входного LC-контура после каждого искрового пробоя развиваются затухающие колебания резонансной частоты. В результате явления резонанса сила тока в первичной обмотке резонансного трансформатора многократно возрастает. За счёт явления взаимоиндукции, этот ток индуцирует во вторичной обмотке трансформатора в N раз больший ток, чем в первичной, где N — коэффициент трансформации, зависящий от соотношения числа витков обмоток. Выходной контур выполнен по схеме последовательного LC- резонанса, в его цепь последовательно включена нагрузка. В результате резонанса токов в нём ещё раз происходит увеличение силы тока. В результате такого трехступенчатого увеличения тока и соответствующего ему понижения напряжения на выходе устройства формируется значительный ток при низком напряжении. Использование трансформатора Тесла, для устройства преобразования энергии статического электричества в низковольтную энергию переменного или постоянного тока не известно. Такой понижающий трансформатор применяется в RU2255406 в устройстве передачи энергии, но там он работает в едином контуре с повышающим трансформатором. Поэтому в устройстве по патенту речь идет не о преобразовании статического электричества, а о передаче реактивной мощности по линиям электропередач. Именно поэтому в данном устройстве нет искрового разрядника, который необходим для создания импульсного, широкополосного тока.

    Так как накопитель статического электричества работает в условиях, когда энергия меняется во времени и по мощности заряда не по постоянному закону, искровой разрядник может быть выполнен с возможностью регулирования напряжения разряда. В этом случае достигаются лучшие условия использования энергии, с более высоким КПД. Таким образом, параметры искрового разрядника должны быть согласованы с параметрами накопителя. Для управления характеристиками искрового разрядника в устройство может быть дополнительно введена схема управления напряжением разряда искрового разрядника, включающая схему измерения напряжения источника статического электричества.

    В частном случае понижающий трансформатор может быть выполнен как высоковольтный трансформатор без сердечника, который работает на сравнительно высоких частотах. Это позволяет снизить размеры и массу трансформатора и исключает потери энергии в сердечнике.

    В некоторых вариантах выполнения устройства первой емкостью может являться собственная емкость первичной обмотки трансформатора.

    В качестве нагрузки может использоваться последовательно включенные выпрямитель и конденсатор, например суперконденсатор. Для ограничения тока в низковольтной цепи после упомянутого выпрямителя может быть подключен ограничитель напряжения.

    В зависимости от того, для каких первичных источников статического электричества используется данное устройство, оно может содержать искровой разрядник фиксированного напряжения разряда, или искровой разрядник с регулируемым напряжением разряда.

    КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
    На Фиг. 1 показана электрическая схема устройства с нагрузкой, рассчитанной на переменный ток.

    На Фиг. 2 показана электрическая схема устройства с выпрямителями, стабилизатором напряжения и нагрузкой, рассчитанной на постоянный ток.

    На Фиг. 3 приведена структурная схема управления напряжением разряда искрового разрядника.
    ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

    Устройство преобразования энергии статического электричества (Фиг. 1) содержит источник 1 статического электричества, искровой разрядник 10 и понижающий трансформатор 3. Параллельно первичной обмотке трансформатора подключена первая емкость 2. Частота резонанса первого контура, образованного первичной обмоткой трансформатора 3 и параллельно подключенной к обмотке первой емкостью 2 примерно равна частоте резонанса второго контура, образованного вторичной обмоткой и последовательно подключенной к вторичной обмотке второй емкостью 4. Выход вторичной обмотки трансформатора 3 через вторую емкость 4 подключен к нагрузке 5. В качестве нагрузки 5 может использоваться любая нагрузка, работающая на переменном токе.

    На Фиг. 2 показана схема устройства для получения энергии постоянного тока. Устройство содержит источник 1 статического электричества, искровой разрядник 10 и понижающий трансформатор 3. Параллельно первичной обмотке трансформатора подключена первая емкость 2. Выход вторичной обмотки трансформатора 3 через вторую емкость 4 подключен к выпрямителю б, который подключен к накопителю, конденсатору 8, в частном случае к суперконденсатору. Дале нагрузка 5 может быть подключена через выключатель 9.

    Данная схема, как и схема на Фиг. 1 может быть использована как в маломощных устройствах, так и в устройствах достаточно большой мощности.

    Трансформатор 3 используется для понижения очень высоких напряжений до величин в единицы-десятки вольт. Для того чтобы размеры и масса преобразователя были бы приемлемыми, а также для того, чтобы избежать потерь в сердечнике, резонансный трансформатор выполняется, как правило, без сердечника и работает на сравнительно высоких частотах (обычно десятки-сотни килогерц). В качестве искрового разрядника может быть использован вакуумный и/или газонаполненный разрядник, а в простейшем случае искровой промежуток между электродами. Устройство может преобразовывать энергию статического электричества с постоянным или переменным высоким напряжением (тысячи — сотни тысяч вольт) при малых токах (микроамперы-сотни микроампер), в энергию с относительно низким напряжением (единицы-десятки вольт) при сравнительно больших токах (десятки миллиампер — амперы).

    Устройство работает следующим образом.

    К источнику статического электричества 1 подключен искровой разрядник 10 (Фиг. , Фиг. 2). При достижении напряжения разряда Up происходит разряд тока, и возникают колебания тока и напряжения с широким спектром. Однако для колебаний с частотами, лежащими вблизи частоты резонанса входного контура, состоящего из входной обмотки трансформатора 3 и конденсатора 2, полный импеданс контура оказывается высок, в результате чего в цепи преобладают колебания тока и напряжения частоты резонанса контура. Трансформатор 3 преобразует эти колебания на вторичном контуре в колебания тока повышенной силы при напряжении пониженной амплитуды.

    Схема управления напряжением разряда искрового разрядника, включает схему 11 измерения напряжения источника статического электричества и собственно схему 12 управления напряжением разряда искрового разрядника. При изменении параметров источника 1 статического электричества, в частности резкого понижения скорости нарастания его напряжения, схема измерения дает команду на понижение напряжения разряда Up, например, путем переключения с одного разрядника на разрядник с пониженным напряжением разряда. При этом сама резонансная частота контуров также может меняться, например изменением емкости конденсаторов 2 и 4. Таким образом, устройство может поддерживать оптимальные параметры преобразования энергии статического электричества в зависимости от изменения параметров источника 1.

    ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

    Предложенное устройство может быть применено в широком спектре устройств использования энергии статического электричества, как бытовых, так и промышленных.

    В частности, устройство может быть использовано в различных

    радиоэлектронных приборах, телефонах, смартфонах, планшетах, игрушках и других переносных устройствах.

    Claims

    ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

    1. Устройство преобразования энергии статического электричества содержащее последовательно соединенные источник статического электричества, искровой разрядник и понижающий трансформатор, при этом параллельно первичной обмотке трансформатора, подключенной к разряднику, подключена первая емкость, а выход вторичной обмотки трансформатора через вторую емкость подключен к нагрузке, при этом частота резонанса первого контура, образованного первичной обмоткой трансформатора и параллельно подключенной к обмотке первой емкостью примерно равна частоте резонанса второго контура, образованного вторичной обмоткой и последовательно подключенной к вторичной обмотке второй емкостью, при этом искровой разрядник выполнен с возможностью регулирования напряжения разряда и содержит схему управления напряжением разряда искрового разрядника, включающую схему измерения напряжения источника статического электричества.

    2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутый понижающий трансформатор выполнен как высоковольтный трансформатор без сердечника.

    3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутой первой емкостью является собственная емкость первичной обмотки трансформатора.

    4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве нагрузки используется последовательно включенные выпрямитель и конденсатор, например суперконденсатор.

    5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что после упомянутого выпрямителя подключен ограничитель напряжения.

    PCT/RU2014/000584 2013-11-01 2014-08-05 Устройство преобразования энергии статического электричества WO2015065236A1 ( ru )

    Applications Claiming Priority (2)

    Application Number Priority Date Filing Date Title
    RU2013149119 2013-11-01
    RU2013149119/07A RU2013149119A ( ru ) 2013-11-01 2013-11-01 Устройство преобразования энергии статического электричества

    Publications (1)

    Publication Number Publication Date
    WO2015065236A1 true WO2015065236A1 ( ru ) 2015-05-07

    Основы знаний о статическом электричестве

    Статическое электричество возникает в случае нарушения внутриатомного или внутримолекулярного равновесия вследствие приобретения или потери электрона. Обычно атом находится в равновесном состоянии благодаря одинаковому числу положительных и отрицательных частиц — протонов

    Что такое статическое электричество Статическое электричество возникает в случае нарушения внутриатомного или внутримолекулярного равновесия вследствие приобретения или потери электрона. Обычно атом находится в равновесном состоянии благодаря одинаковому числу положительных и отрицательных частиц — протонов и электронов. Электроны могут легко перемещаться от одного атома к другому. При этом они формируют положительные (где отсутствует электрон) или отрицательные (одиночный электрон или атом с дополнительным электроном) ионы. Когда происходит такой дисбаланс, возникает статическое электричество. Электрический заряд электрона — (-) 1,6 х 10 -19 кулон. Протон с таким же по величине зарядом имеет положительную полярность. Статический заряд в кулонах прямо пропорционален избытку или дефициту электронов, т.е. числу неустойчивых ионов. Кулон – это основная единица статического заряда, определяющая количество электричества, проходящее через поперечное сечение проводника за 1 секунду при силе тока в 1 ампер. У положительного иона отсутствует один электрон, следовательно, он может легко принимать электрон от отрицательно заряженной частицы. Отрицательный ион в свою очередь может быть либо одиночным электроном, либо атомом/молекулой с большим числом электронов. В обоих случаях существует электрон, способный нейтрализовать положительный заряд.

    6_1.JPG

    Как генерируется статическое электричество Основные причины появления статического электричества:
    1. Контакт между двумя материалами и их отделение друг от друга (включая трение, намотку/размотку и пр.).
    2. Быстрый температурный перепад (например, в момент помещения материала в духовой шкаф).
    3. Радиация с высокими значениями энергии, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские X-лучи, сильные электрические поля (нерядовые для промышленных производств).
    4. Резательные операции (например, на раскроечных станках или бумагорезальных машинах).
    5. Электромагнитная индукция (вызванное статическим зарядом возникновение электрического поля).
    Поверхностный контакт и разделение материалов, возможно, являются наиболее распространенными причинами возникновения статического электричества на производствах, связанных с обработкой рулонных пленок и листовых пластиков. Статический заряд генерируется в процессе разматывания/наматывания материалов или перемещения друг относительно друга различных слоев материалов. Этот процесс не вполне понятен, но наиболее правдивое объяснение появления статического электричества в данном случае может быть получено проведением аналогии с плоским конденсатором, в котором механическая энергия при разделении пластин преобразуется в электрическую: Результирующее напряжение = начальное напряжение х (конечное расстояние между пластинами/начальное расстояние между пластинами). Когда синтетическая пленка касается подающего/приемного вала, невысокий заряд, перетекающий от материала к валу, провоцирует дисбаланс. По мере того, как материал преодолевает зону контакта с валом, напряжение возрастает точно также как в случае с конденсаторными пластинами в момент их разделения. Практика показывает, что амплитуда результирующего напряжения ограничена вследствие электрического пробоя, возникающего в промежутке между соседними материалами, поверхностной проводимости и других факторов. На выходе пленки из контактной зоны часто можно слышать слабое потрескивание или наблюдать искрение. Это происходит в момент, когда статический заряд достигает величины, достаточной для пробоя окружающего воздуха. До контакта с валом синтетическая пленка с точки зрения электричества нейтральна, но в процессе перемещения и контакта с подающими поверхностями поток электронов направляется на пленку и заряжает ее отрицательным зарядом. Если вал металлический и заземленный его положительный заряд быстро стекает.

    6_2.JPG

    Большая часть оборудования имеет много валов, поэтому величина заряда и его полярность могут часто меняться. Наилучший способ контроля статического заряда – это его точное определение на участке непосредственно перед проблемной зоной. Если заряд нейтрализован слишком рано, он может восстановиться до того, как пленка достигнет этой проблемной зоны. В теории возникновение статического заряда может быть проиллюстрировано простой электрической схемой:

    6_3.JPG

    C – выполняет функцию конденсатора, который накапливает заряд, как батарея. Это обычно поверхность материала или изделия. R – сопротивление, способное ослабить заряд материала/механизма (обычно при слабой циркуляции тока). Если материал является проводником, заряд стекает на землю и не создает проблем. Если же материал является изолятором, заряд не сможет стекать, и возникают сложности. Искровой разряд возникает в том случае, когда напряжение накопленного заряда достигает предельного порога. Токовая нагрузка — заряд, сгенерированный, например, в процессе перемещения пленки по валу. Ток заряда заряжает конденсатор (объект) и повышает его напряжение U. В то время как напряжение повышается, ток течет через сопротивление R. Баланс будет достигнут в момент, когда ток заряда станет равен току, циркулирующему по замкнутому контуру сопротивления. (Закон Ома: U = I х R). Если объект имеет способность накапливать значительный заряд, и если имеет место высокое напряжение, статическое электричество приводит к возникновению таких серьезных проблем, как искрение, электростатическое отталкивание/притягивание или электропоражение персонала. Полярность заряда Статический заряд может быть либо положительным, либо отрицательным. Для разрядников постоянного тока (AC) и пассивных разрядников (щеток) полярность заряда обычно не важна. Измерение статического заряда Измерение величины статического заряда является очень важной процедурой, которая позволяет обнаружить присутствие заряда, определить его амплитуду и породивший источник. Как отмечалось выше, статическое электричество возникает при дефиците или избытке электронов в атоме. Вследствие того, что измерить величину заряда на поверхности объекта в кулонах невозможно, измеряют сопротивление или напряженность электрического поля, связанную со статическим зарядом. Этот способ измерения широко применяется в промышленности. Зависимость между сопротивлением поля и напряженностью заключается в том, что в любой точке сопротивление является составляющей градиента напряженности. Измерительные приборы собираются преимущественно по представленной ниже схеме и измеряют напряжение на поверхности объекта.

    6_4.JPG

    A – напряжение конденсатора изменяется вместе с изменением величины заряда. Проводя измерения с расстояния 100 мм, и пользуясь формулой Q (заряд) = С (емкостное сопротивление) х U (напряжение), можно вычислить емкостное сопротивление. Измерительные приборы обычно просты в использовании и очень полезны для анализа возникших проблем или прогноза их появления в будущем. При измерениях параметров статического электричества важно следовать инструкциям по эксплуатации приборов. Электрическое поле действует в единственном направлении, поэтому его практическое изучение не представляет сложностей. Одними из наиболее интересных и важных для измерения заряда характеристик электрического поля являются:
    • Электрическое поле — участок пространства, на котором действуют электрические силы, величины которых выражены в кулонах.
    • Все заряженные объекты окружены электрическим полем.
    • Силовые линии поля проходят перпендикулярно поверхности объекта и указывают направление, по которому действует сила.
    • Электрическое поле может охватывать несколько объектов, что важно учитывать при проведении измерений и осуществлении мероприятий по нейтрализации статического заряда. Как отмечалось выше, в воздушном пространстве силовые линии электрического поля проходят перпендикулярно поверхности заряженного объекта. Это позволяет производить измерения с очень высокой точностью.

    6_5.JPG

    В случае с производством и обработкой синтетической пленки следует отметить важную деталь. Когда материал перемещается по валу, электрический заряд переходит к валу и кажется, что поле исчезло. Поэтому вблизи вала нет возможности производить точные измерения. Электрическое поле появляется вновь, когда материал преодолевает зону контакта и статический заряд можно снова измерить точно. Проблемы, связанные со статическим электричеством Существует 4 основные области: Статический разряд в электронике На эту проблему необходимо обратить внимание, т.к. она часто возникает в процессе обращения с электронными блоками и компонентами, использующимися в современных контрольно-измерительных устройствах. В электронике основная опасность, связанная со статическим зарядом, исходит от человека, несущего заряд, и пренебрегать этим нельзя. Ток разряда порождает тепло, которое приводит к разрушению соединений, прерыванию контактов и разрыву дорожек микросхем. Высокое напряжение уничтожает также тонкую оксидную пленку на полевых транзисторах и других элементах, имеющих покрытие. Часто компоненты не полностью выходят из строя, что можно считать еще более опасным, т.к. неисправность проявляется не сразу, а в непредсказуемый момент в процессе эксплуатации устройства. Общее правило: при работе с чувствительными к статическому электричеству деталями и устройствами необходимо всегда принимать меры для нейтрализации заряда, накопленного на теле человека. Подробная информация по этому вопросу содержится в документах европейского стандарта CECC 00015. Электростатическое притяжение/отталкивание Это, возможно, наиболее широко распространенная проблема, возникающая на предприятиях, связанных с производством и обработкой пластмасс, бумаги, текстиля и в смежных отраслях. Она проявляется в том, что материалы самостоятельно меняют свое поведение — склеиваются между собой или, наоборот, отталкиваются, прилипают к оборудованию, притягивают пыль, неправильно наматываются на приемное устройство и пр. Притягивание/отталкивание происходит в соответствии с законом Кулона, в основе которого лежит принцип противоположности квадрата. В простой форме он выражается следующим образом: Сила притяжения или отталкивания (в Ньютонах) = Заряд (А) х Заряд (В) / (Расстояние между объектами ² (в метрах)). Следовательно, интенсивность проявления этого эффекта напрямую связана с амплитудой статического заряда и расстоянием между притягивающимися или отталкивающимися объектами. Притягивание и отталкивание происходят в направлении силовых линий электрического поля. Если два заряда имеют одинаковую полярность – они отталкиваются, если противоположную – притягиваются. Если один из объектов заряжен, он будет провоцировать притягивание, создавая зеркальную копию заряда на нейтральных объектах.

    6_6.JPG

    Риск возникновения пожара Риск возникновения пожара не является общей для всех производств проблемой. Но вероятность возгорания очень велика на полиграфических и других предприятиях, где используются легковоспламеняющиеся растворители. В опасных зонах наиболее распространенными источниками возгорания являются незаземленное оборудование и подвижные проводники. Если на операторе, находящемся в опасной зоне, надета спортивная обувь или туфли на токонепроводящей подошве, существует риск, что его тело будет генерировать заряд, способный спровоцировать возгорание растворителей. Незаземленные проводящие детали машин также представляют опасность. Все, что находится в опасной зоне должно быть хорошо заземлено. Нижеследующая информация дает краткое пояснение способности статического разряда провоцировать возгорание в легковоспламеняющихся средах. Способность разряда провоцировать возгорание зависит от многих переменных факторов:
    • типа разряда;
    • мощности разряда;
    • источника разряда;
    • энергии разряда;
    • наличия легковоспламеняющейся среды (растворителей в газовой фазе, пыли или горючих жидкостей);
    • минимальной энергии воспламенения (МЭВ) легковоспламеняющейся среды. Типы разряда Существует три основных типа – искровой, кистевой и скользящий кистевой разряды. Коронный разряд в данном случае во внимание не принимается, т. к. он отличается невысокой энергией и происходит достаточно медленно. Коронный разряд чаще всего неопасен, его следует учитывать только в зонах очень высокой пожаро- и взрывоопасности. Искровой разряд В основном он исходит от умеренно проводящего, электрически изолированного объекта. Это может быть тело человека, деталь машины или инструмент. Предполагается, что вся энергия заряда рассеивается в момент искрения. Если энергия выше МЭВ паров растворителя, может произойти воспламенение. Энергия искры рассчитывается следующим образом: Е (в Джоулях) = ½ С U2. Кистевой разряд Кистевой разряд возникает, когда заостренные части деталей оборудования концентрируют заряд на поверхностях диэлектрических материалов, изоляционные свойства которых приводят к его накоплению. Кистевой разряд отличается более низкой энергией по сравнению с искровым и, соответственно, представляет меньшую опасность в отношении воспламенения. Скользящий кистевой разряд Скользящий кистевой разряд происходит на листовых или рулонных синтетических материалах с высоким удельным сопротивлением, имеющих повышенную плотность заряда и разную полярность зарядов с каждой стороны полотна. Такое явление может быть спровоцировано трением или распылением порошкового покрытия. Эффект сравним с разрядкой плоского конденсатора и может представлять такую же опасность, как искровой разряд. Источник и энергия разряда Величина и геометрия распределения заряда являются важными факторами. Чем больше объем тела, тем больше энергии оно содержит. Острые углы повышают мощность поля и поддерживают разряды. Мощность разряда Если объект, имеющий энергию, не очень хорошо проводит электрический ток, например, человеческое тело, сопротивление объекта будет ослаблять разряд и понижать опасность. Для человеческого тела существует эмпирическое правило: считать, что любые растворители с внутренней минимальной энергией воспламенения менее 100 мДж могут воспламениться несмотря на то, что энергия, содержащаяся в теле, может быть выше в 2 – 3 раза. Минимальная энергия воспламенения МЭВ Минимальная энергия воспламенения растворителей и их концентрация в опасной зоне являются очень важными факторами. Если минимальная энергия воспламенения ниже энергии разряда, возникает риск возгорания. Электропоражение Вопросу риска статического удара в условиях промышленного предприятия уделяется все больше внимания. Это связано с существенным повышением требований к гигиене и безопасности труда. Электропоражение, спровоцированное статическим электричеством, в принципе не представляет особой опасности. Оно просто неприятно и часто вызывает резкую реакцию. Существуют две общие причины статического удара: Наведенный заряд Если человек находится в электрическом поле и держится за заряженный объект, например, за намоточную бобину для пленки, возможно, что его тело зарядится.

    stat.png

    Заряд остается в теле оператора, если он находится в обуви на изолирующей подошве, до того момента, пока он не дотронется до заземленного оборудования. Заряд стекает на землю и поражает человека. Такое происходит и в случае, когда оператор дотрагивается до заряженных объектов или материалов – из-за изолирующей обуви заряд накапливается в теле. Когда оператор трогает металлические детали оборудования, заряд может стечь и спровоцировать электроудар. При перемещении людей по синтетическим ковровым покрытиям порождается статический заряд при контакте между ковром и обувью. Электроудары, которые получают водители, покидая свою машину, провоцируются зарядом, возникшим между сиденьем и их одеждой в момент подъема. Решение этой проблемы – дотронуться до металлической детали автомобиля, например, до рамы дверного проема, до момента подъема с сиденья. Это позволяет заряду безопасно стекать на землю через кузов автомобиля и его шины. Электропоражение, спровоцированное оборудованием Такой электроудар возможен, хотя происходит значительно реже, чем поражение, спровоцированное материалом. Если намоточная бобина имеет значительный заряд, случается, что пальцы оператора концентрируют заряд до такой степени, что он достигает точки пробоя и происходит разряд. Помимо этого, если металлический незаземленный объект находится в электрическом поле, он может зарядиться наведенным зарядом. По причине того, что металлический объект является токопроводящим, подвижный заряд разрядится в человека, который дотрагивается до объекта. Татьяна Дементьева
    инженер-технолог Статья подготовлена на основе материалов компании Fraser-antistatic (Великобритания) Каталог принтеров.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *