Циклотронный преобразователь энергии своими руками

Добавил пользователь Алексей Ф.
Обновлено: 17.09.2024

Существует множество разнообразных способов генерировать энергию от бестопливного двигателя или генератора. В каждой сфере применение это устройство, вне всяких сомнений, принесёт пользу. Ниже приведены краткие описания некоторых этих сфер.

На дорогах

Бестопливный генератор может спокойно заменить дизельные двигатели, используемые в подавляющем большинстве современных тяжелых транспортных средств, таких как грузовые автомобили, автобусы, поезда, крупногабаритные переносные силовые двигатели. А также в этот перечень входит большинство сельскохозяйственных и карьерных транспортных средств.

В воздухе

И бензиновые, и дизельные двигатели, используемые в самолетах, могут быть заменены на альтернативные источники энергии, в том числе на бестопливные электрогенераторы.

На воде

Бестопливные генераторы также могут служить заменой для высокоскоростных двигателей, которые имеются у яхт, кораблей и линий вдоль открытого моря.

Под землей

Бестопливные двигатели и генераторы также могут заменить дизельные двигатели, а также двигатели, которые используются при добыче полезных ископаемых во всем мире. Аналогичным образом бестопливные устройства заменяют двигатели, которые применяются для добычи и природных ресурсов, таких как разные драгоценные металлы, железная руда, уголь и попутный нефтяной газ.

В медицинских учреждениях

Устройства также могут заменить аварийные резервные генераторы, которые должны быть в каждом крупном медицинском учреждении или больнице, в связи с наличием возможных критических ситуаций.

В центрах обработки данных

Бестопливные генераторы могут быть использованы для компьютеров, а также если не заряжается телефон, то генератор может служить хорошим зарядным устройством для мобильного аппарата. Когда серверы и системы выходят из строя, связь может быть потеряна, рабочий процесс останавливается, данные могут быть утеряны и даже весь рабой процесс может быть полностью остановлен.

Также бестопливные генераторы электроэнергии можно устанавливать на боковых сторонах двухколесного транспортного средства. Это надо делать таким образом, чтобы по мере движения транспортного средства вентилятор начинал вращаться и вырабатывал дополнительную энергию.

Генератор Бедини на самозапитке: развенчание мифа

Первая эйфория от изобретения прошла достаточно быстро. Умельцы, сконструировавшие генератор Бедини своими руками по схеме автора, быстро поняли, что якобы вечное движение без подзарядки сравнительно быстро заканчивается и прибор останавливается. Никто не спорил, что открытие имеет неплохие перспективы на условиях доработки и усовершенствования. Но назвать его вечным двигателем было бы преувеличением.

Доказать несостоятельность представленного устройства можно, если собрать и протестировать генератор Бедини на самозапитке. Единственное, что стоит учесть, — длительность такого эксперимента. На фоне мощных аккумуляторов расход энергии на вращение энерджайзера минимален, поэтому ее запасов хватит надолго. Возможно, этот момент и стал фактором обмана комиссии по изобретениям, которым мотор Бедини был представлен как условно-вечный.

Собрать конструкцию генератора Бедини на мофсет транзисторе можно по предлагаемой схеме.

Задача опыта – доказать, что в устройстве происходит так называемое приращение энергии, которая стимулирует дальнейшее вращение и не дает энерджайзеру останавливаться. Далее рекомендуется действовать по такому плану:

Две равные по емкости аккумуляторные батареи заряжают в течение одинакового времени в одной сети;
После полного заряда одну из батарей разряжают, не допуская ее полной разрядки. Оптимальный вариант – подключение ее к лампе накаливания на условиях постоянного контроля заряда.
Замеряют начальное напряжение и плотность батарей.
Батареи подключают к генератору следующим образом: полную – в качестве первичного аккумулятора, разряженную – в качестве вторичного.
Установка подключается в работу.
В процессе работы необходимо контролировать уровень заряда первой и второй батарей.
Если уровень напряжения в первичной батарее достигнет значения вторичной до момента ее подключения к генератору, двигатель следует отключить. Если же уровень заряда вторичной батареи увеличится до уровня первичной АКБ, двигатель также отключают.
Замеряют напряжение и плотности батарей, какое-то время проработавших в установке Бедини.

Чтобы упростить задачу, можно использовать вместо двух аккумуляторов один в качестве и первичного, и вторичного источника энергии

При этом важно переключить выход установки с вторичных батарей обратно на первичную. Если нужно сократить длительность элемента, в качестве потребителя стоит подключить к генератору лампу накаливания на 10-15 Вт

В подавляющем большинстве экспериментов заряд первичной батареи снижался, а уровень заряда второй увеличивался незначительно или оставался на прежнем уровне. Добиться горения лампы в течение хотя бы нескольких недель не удалось никому. Таким образом, вечный двигатель Бедини – интересная, но простая игрушка, действие которой не вышло за рамки законов, известных современной физике.

Схема запитки

Для первоначального запуска необходима схема, которая подает на трансформатор генератора Тесла импульс энергии. Далее генератор переходит в автоколебательный режим и постоянно во внешнем питании не нуждается.

Разработано много вариантов блокинг-генераторов, которые делятся на три группы:

На электронных лампах;
На биполярных транзисторах;
На полевых транзисторах с изолированным затвором.

Ламповый электромагнитный генератор на мощных генераторных лампах работает с высокими выходными параметрами, но его конструирование затрудняется наличием комплектующих. Кроме того, требуется не двух,- а трехобмоточный трансформатор, поэтому ламповые блокинг-генераторы в настоящее время встречаются редко.

Ламповый блокинг-генератор

Самое широкое распространение получили качеры на биполярных транзисторах. Их схемотехника хорошо отработана, настройка и регулировка просты. Используются транзисторы отечественного производства 800-й серии (КТ805, КТ808, КТ819), которые имеют хорошие технические параметры, широко распространены и не вызывают финансовых затруднений.

Блокинг-генератор на биполярном транзисторе

Распространение мощных и надежных полевых транзисторов сделало возможным конструирование блокинг-генераторов с повышенным КПД благодаря тому, что MOSFET или IGBT транзисторы имеют лучшие параметры по падению напряжения на переходах. Кроме роста КПД, становится менее проблематичной проблема охлаждения транзисторов. Проверенные схемы используют транзисторы IRF740 или IRF840, также недорогие и надежные.

Схема на полевом транзисторе

Перед тем, как собрать генератор в готовую конструкцию, еще раз перепроверьте качество изготовления всех комплектующих. Соберите конструкцию и подайте на нее питание. Переход в автоколебательный режим сопровождается наличием напряжения на обмотках трансформатора (на выходе вторички). Если напряжение отсутствует, то необходима настройка частоты блокинг-генератора в резонанс с частотой трансформатора.

Важно! При работе с генератором Тесла необходимо соблюдать повышенную осторожность, поскольку при запуске в первичной обмотке наводится высокое напряжение, способное привести к несчастному случаю

Общие правила построения аксиального генератора

1.Расстояние между магнитов по кругу на дисках должно быть равно их ширине, но чем плотнее тем лучше, идеально если магниты будут почти вплотную друг к другу. Ниже я более подробно описал, если не можете определится делайте расстояние равным ширине магнитов, работать будет как у всех. 2

Круглые магниты, квадратные, или прямоугольные, по сути не важно, это потом отразится на форме катушек. Для первого варианта проще круглые магниты и катушки

3.Толщина дисков должна быть равна толщине магнитов, или немного тоньше. 4.Количество витков в катушках для 12V АКБ по 60 витков, для 24V ВКБ по 90 витков. 5.Толщина статора по толщине магнитов. 6.Соотношение катушек к магнитам 4:3, на 9 катушек 12 магнитов, на 12 катушек 16 магнитов. Однофазные генераторы не делают потому что будет сильная вибрация генератора при работе.Соотношение магнитов к катушкам должно быть таким:

на каждые три катушки должно быть по четыре магнита, соотношение 3/4. То есть на 9 катушек должно быть по 12 магнитов на дисках. На 12 катушек должно быть 16 магнитов. На 18 катушек должно быть 24 магнита (по 24 магнита на каждом из двух дисков). Можно делать соотношение и 2/3, генератор тоже будет работать, но как показали некоторые опыты такой вариант немного проигрывает, более подробно здесь — Тестирование генераторов со статорами на 12 и 18 катушек, что оказалось лучше

Магниты должны быть толщиной не менее 10 мм, можно правда и тоньше, но тогда придётся делать тонкий статор, вообще статор должен быть примерно равен толщине магнитов. Форма магнитов, круглые они, квадратные, или прямоугольные, не особо важна, потом это повлияет на форму катушек, будут ли они ровно круглые, треугольной вытянутой формы. Для крупных и мощных генераторов от 1.5кВт магниты можно ставить толщиной 15-20 мм, и делать более толстый и прочный статор толщиной 15-20 мм.

Обычно расстояние между магнитов делают равным их ширине, но чем больше площадь заполнения магнитами дисков по кругу тем лучше. Расстояние между магнитов чем плотнее тем лучше. Но если делать расстояние между магнитов равным ширине самих магнитов, или в половину ширины магнитов то тоже будет работать нормально. Из-за увеличения диаметра дисков увеличивается скорость магнитов за оборот, и напряжение катушек увеличивается пропорционально росту скорости движения магнитов.

Но работают те витки катушек, которые попадают под магниты, поэтому чем реже магниты на диске тем меньше витков катушек принимают участие в работе, и здесь выигрыш только в диаметре, но большой чес получается и много меди уходит. если расположить магниты близко друг другу то диаметр дисков становится меньше, витков в работе больше, а меди меньше. Так в общем эффективнее.

Обычно делаю расстояние между магнитов равное их ширине, но те кто делал расположение магнитов плотнее, и даже вплотную при меньших диаметра и размеров генераторов получали тот же результат. Как делать тут уже решать вам.

Для схемы 9 катушек на 12 магнитов

подойдут круглые магниты, и их лучше размещать на диске почти вплотную друг к другу. Внутренний диаметр круглых катушек можно делать меньше диаметра магнита.

Для 12 катушек на 16 магнитов

также можно делать круглые катушки и ставить круглые или лучше квадратные магниты. Расстояние между магнитов чем плотнее тем лучше. А так в зависимости от размеров можно сделать расстояние около 5-10 мм между магнитами, если квадратные то в самом узком месте должно быть такое расстояние.

Для 18 катушек на 12 магнитов

лучше использовать прямоугольные магниты с расстоянием равным их ширине. При этом внутренняя дырка катушки должна быть почти равна размерам магнита. Если 24 магнита ставить на дисках то расстояние между магнитами будет вплотную.

Ниже рисунок для сравнения насколько перекрываются катушки магнитами если магниты ставить почти вплотную и с расстоянием между магнитами равным их ширине.

Так.же вариант перекрытия магнитами статора на 18 катушек и 12 катушек.

Какой вариант лучше на этот вопрос однозначного ответа нет, любой вариант будет работать. Проще наверное делать как большинство, с расстоянием между магнитов равным их ширине, так как медь дешевле и её можно не экономить.

Способ с нулевым проводом

Добыча электричества с помощью нулевого провода

Схема, собранная по принципу ноль – потребитель энергии – земля, вполне рабочая. При желании для выравнивания колебаний напряжения можно использовать трансформатор. Недостатком является нестабильность появления электричества между нулем и заземлением – для этого требуется, чтобы дом потреблял много электроэнергии.

Несмотря на то, что такая система задействует для работы землю, ее нельзя отнести к источнику земной электроэнергии. Как добыть энергию, используя электромагнитный потенциал планеты, остается открытым.

Многие в своей жизни задумывались о возможности обладания источником возобновляемой энергии. Известный своими уникальными изобретениями гениальный физик Тесла, творивший в начале прошлого века, свои секреты широкой огласке не предал, оставив после себя лишь намёки на свои открытия. Говорят, в проводимых опытах ему удалось научиться управлять гравитацией и телепортировать предметы. Также известно о его работах в направлении получения энергии из-под пространства. Возможно, что у него получилось создать генератор свободной энергии.

Немного о том, что такое электричество

Атом создаёт вокруг себя два типа энергетических полей. Одно образуется круговым вращением, скорость которого близка к световой скорости. Это движение знакомо нам как магнитное поле. Оно распространяется по плоскости вращения атома. Два других возмущения пространства наблюдаются по оси вращения. Последние вызывают появление у тел электрических полей. Энергия вращения частиц и есть свободная энергия пространства. Мы не делаем никаких затрат для того, чтобы она появилась - энергия изначально заложена мирозданием во все частицы материального мира. Задача заключается в том, чтобы вихри вращений атомов в физическом теле сложились в один, который и можно будет извлечь.

Электрический ток в проводе не что иное, как ориентация вращения атомов металла по направлению тока. Но можно ориентировать оси вращения атомов перпендикулярно к поверхности. Такая ориентация известна как электрический заряд. Однако последний способ задействует атомы вещества только на его поверхности.

Удивительное рядом

Генератор свободной энергии можно увидеть в работе обычного трансформатора. Первичная катушка создаёт магнитное поле. Ток появляется во вторичной обмотке. Если достичь коэффициента полезного действия трансформатора больше 1, то можно получить наглядный пример того, как работают генераторы свободной энергии с самозапиткой.

Повышающие трансформаторы также являются наглядным примером устройства, берущего извне часть энергии.

Сверхпроводимость материалов может повысить производительность, но создать условия, чтобы степень полезного действия превышала единицу, пока никому не удавалось. Во всяком случае, публичных заявлений такого рода не существует.

Генератор свободной энергии Тесла

Генератор Хендершота

Свободная энергия, возможно, открыла свой секрет американскому физику. В 1928 году он продемонстрировал широкой общественности устройство, которое сразу окрестили бестопливным генератором Хендершота. Первый прототип работал только при правильном расположении прибора согласно магнитному полю Земли. Мощность его была невелика и составляла до 300 Вт. Учёный продолжал работать, совершенствуя изобретение.

Однако в 1961 году его жизнь трагически оборвалась. Убийцы учёного так и не понесли наказание, а само уголовное производство по факту только запутало расследование. Ходили слухи, что он готовился запустить серийное производство своей модели.

Не работает

Несмотря на пошаговую видеоподсказку, собрать и запустить генератор свободной энергии своими руками не получается практически ни у кого из пытавшихся это сделать. Причина не в руках, а в том, что учёный, дав людям схему с подробным указанием параметров, забыл упомянуть о нескольких мелких деталях. Скорее всего, сделано это было сознательно, чтобы защитить своё изобретение.

Не лишена смысла и теория о ложности изобретённого генератора. Многие энергетические компании таким образом ведут работу по дискредитации научных изысканий альтернативных источников энергии. Людей, идущих по ложному пути, в конечном счёте ждёт разочарование. Много пытливых умов после неудачных попыток отвергло саму идею свободной энергии.

В чём секрет Хендершота

Ещё при жизни автора изобретения последователи, собиравшие аппарат по его схеме, не могли его запустить. Кто имел возможность, приходили к изобретателю с просьбой помочь запустить аппарат. Он помогал не всем.

А с тех, кому решал довериться, брал обязательство в том, что секрет запуска аппарата будет сохранён. Хендершот хорошо разбирался в людях. Те, кому он открыл секрет, сохраняют в тайне знание о том, как запустить генератор свободной энергии. Схема запуска устройства так и не была до сих пор разгадана. Или те, у кого это получилось, решили также эгоистично сохранить знание в тайне от окружающих.

Магнетизм

Это уникальное свойство металлов даёт возможность собирать генераторы свободной энергии на магнитах. Постоянные магниты генерируют магнитное поле определённой направленности. Если их расположить должным образом, то можно заставить ротор долго вращаться. Однако постоянные магниты имеют один большой недостаток – магнитное поле со временем сильно ослабевает, то есть магнит размагничивается. Такой магнитный генератор свободной энергии может выполнять только демонстрационную и рекламную роль.

Особенно много в сети схем по сборке устройств с использованием неодимовых магнитов. Они имеют очень сильное магнитное поле, но и стоят они тоже дорого. Все устройства на магнитах, схемы которых можно найти в сети, выполняют свою роль ненавязчивой подсознательной рекламы. Цель одна – больше неодимовых магнитов, хороших и разных. С их популярностью растёт и благосостояние производителя.

Тем не менее магнитные двигатели, генерирующие энергию из пространства, имеют право на существование. Существуют удачные модели, о которых рассказ пойдёт ниже.

Генератор Бедини

Американский физик – исследователь Джон Бедини, наш современник, изобрёл на основе работ Теслы удивительное устройство.

Анонсировал он его ещё в далёком 1974 году. Изобретение способно увеличивать ёмкость существующих аккумуляторов в 2,5 раза и может восстановить большую часть неработающих аккумуляторов, которые не поддаются зарядке обычным методом. Как говорит сам автор, радиантная энергия увеличивает ёмкость и очищает пластины внутри накопителей энергии. Характерно, что при зарядке напрочь отсутствует нагрев.

Всё-таки она существует

Бедини удалось наладить серийное производство практически вечных генераторов радиантной (свободной) энергии. Ему это удалось, невзирая на то что и правительство, и многие энергетические компании, мягко говоря, невзлюбили изобретение учёного. Тем не менее сегодня любой может купить его, заказав на сайте автора. Стоимость устройства немногим более 1 тысячи долларов. Можно приобрести комплект для самостоятельной сборки. Кроме того, автор не напускает мистики и секретности на своё изобретение. Схема не является тайным документом, а сам изобретатель выпустил пошаговую инструкцию, позволяющую собрать генератор свободной энергии своими руками.

Битва за Землю

Что случится с миром, если в каждом доме появится такой генератор? Ответ прост, как и принцип, по которому работают генераторы свободной энергии с самозапиткой. Он просто прекратит своё существование в том виде, в котором пребывает сейчас.

Если в масштабе планеты начнётся потребление электричества, которое даёт генератор свободной энергии, произойдет удивительная вещь. Финансовые гегемоны утратят контроль над миропорядком и рухнут с пьедесталов своего благосостояния. Первоочередная задача их состоит в том, чтобы не дать нам стать действительно свободными гражданами планеты Земля. На этом пути они очень преуспели. Жизнь современного человека напоминает беличьи бега в колесе. Времени остановиться, оглядеться, начать неспешно размышлять нет.

Если остановишься, то сразу выпадешь из "обоймы" успешных и получающих награду за свой труд. Награда на самом деле невелика, но на фоне многих, не имеющих этого, выглядит значительно. Такой образ жизни - путь в никуда. Мы сжигаем не только свои жизни во благо других. Мы оставляем своим детям незавидное наследство в виде загрязнённой атмосферы, водных ресурсов, а поверхность Земли превращаем в свалку.

Поэтому свобода каждого находится в его руках. Теперь у вас есть знание, что в мире может существовать и работать генератор свободной энергии. Схема, с помощью которой человечество скинет многовековое рабство, уже запущена. Мы на пороге великих перемен.

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Пирогов Юрий Андреевич, Казарян Гоар Мартиросовна, Саввин Владимир Леонидович

ELECTRON CYCLOTRON CONVERTERS OF MICROWAVES IN WIRELESS POWER TRANSMISSION SYSTEMS

A proposal to use special electron cyclotron devices as effective converters of electromagnetic waves into direct current in modern microwave systems for wireless transmission of electrical energy to the Earth via a microwave channel from solar space power plants located on board geostationary satellites is considered. Such converters are a product of domestic development, they can have a conversion efficiency of more than 80%, they are insensitive to overloads and are several orders of magnitude more economical than the well-known semiconductor rectennas (rectifying antennas). Semiconductor rectennas, assembled from a multitude of individual semiconductor diodes with a Schottky barrier, in the process of nonlinear conversion of microwaves, generate parasitic radiation that forms a powerful electromagnetic background, which seriously interferes with the stable operation of information systems of special and general civil communications. In addition, the cost of semiconductor rectennas is several orders of magnitude higher than that of electron-cyclotron converters with the same input microwave power. Due to the high compactness of the electronic converters, they can also be installed on an intermediate satellite platform in the stratosphere, receiving the energy of the Sun through a laser beam from a geostationary orbit and transmitting it to the Earth with practically no loss through the microwave channel. The possibilities of using electron cyclotron converters in ground-based systems for wireless energy transmission are also promising. Already the first electron cyclotron converters, created at the “Torii” enterprise according to the project of the Lomonosov Moscow State University, had an efficiency of over 60% at an input microwave power of 10 kW.

Вестник РУДН. Серия: Инженерные исследования RUDN Journal of Engineering Researches

DOI 10.22363/2312-8143-2020-21-4-254-259 Научная статья

Электронные циклотронные преобразователи микроволн в системах беспроводной передачи энергии

Ю.А. Пирогов, Г.М. Казарян, В.Л. Саввин

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Российская Федерация, 119991, Москва, Ленинские горы, д. 1

Поступила в редакцию: 12 декабря 2020 г. Доработана: 23 января 2021 г. Принята к публикации: 29 января 2021 г.

микроволны, электронный циклотронный преобразователь, беспроводная передача энергии, солнечные космические электростанции, ректенны

Казарян Гоар Мартиросовна, доцент кафедры фотоники и физики микроволн физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, к. ф.-м. н.; IstinaResearchID (IRID): 3656311.

Саввин Владимир Леонидович, доцент кафедры фотоники и физики микроволн физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, к. ф.-м. н.; IstinaResearchID (IRID): 2523100.

0 Пирогов Ю.А., Казарян Г.М., Саввин В.Л., 2020

1-;-. This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0

Идея передачи энергии с помощью электромагнитного излучения была впервые высказана выдающимся электротехником Николой Тесла в начале XX века. Развитие радиолокации и интенсивные работы по освоению дециметровых и сантиметровых диапазонов микроволн заложили основу для широкого использования СВЧ-энер-гетики и вызвали растущий интерес к беспроводной передаче энергии с помощью направленного микроволнового излучения 9. Микроволновый диапазон (2,4-5,8 ГГц) дает возможность существенно уменьшить размеры передающих и приемных антенн и отличается высоким уровнем эффективности устройств генерации и преобразования энергии электромагнитного излучения.

Среди главных проблем создания такого рода микроволновых систем одной из важнейших является разработка наиболее эффективных преобразователей микроволн в постоянный ток на приемном (ректенном) окончании линии передачи энергии. Все зарубежные варианты микроволновых ректенн основаны на применении полупроводниковых выпрямляющих элементов [9], обладающих целым рядом физических и технологических недостатков.

В статье обсуждается исключающее такие недостатки предложение российских исследователей использовать в наземных и космических системах передачи энергии специальные отечественной разработки электронные преобразователи микроволн в постоянный ток.

1. Обратное преобразование микроволн в постоянный ток

Наиболее распространенным типом преобразователя микроволн в постоянный электрический ток является ректенна с полупроводниковым диодом Шоттки (рис. 1).

Наивысшее значение КПД преобразования ректенны - 91,4 % - было достигнуто в лабораторных условиях при входной мощности микроволн до 10 Вт на единичном экземпляре диода Шоттки для рабочей частоты 2,45 ГГц [7].

Рис. 1. Ректенный элемент с диодом Шоттки: 1 - полуволновой диполь; 2 - отражающая поверхность;

3 - фильтр нижних частот; 4 - диод Шоттки;

5 - выходной фильтр; 6 - нагрузка [Figure 1. Rectenna element with Schottky diode: 1 - half-wave dipole; 2 - reflective surface; 3 - low-pass filter;

4 - Schottky diode; 5 - output filter; 6 - load]

На частоте 5,8 ГГц КПД преобразования ректенн с диодами Шоттки достигает 80 % при входной мощности 50 мВт [8].

Плотность мощности падающего излучения может заметно изменяться на апертуре приемного комплекса микроволновой линии передачи (до 10 дБ). Для крупномасштабных проектов солнечной энергетики плотность мощности уменьшается от 230 Вт/м2 в центре приемного комплекса до 23 Вт/м2 на краю ректенны (для проекта NASA). При оптимальных значениях плотности диполей (150-200 диполей/м2) нагрузка на один диод в центре приемной ректенны будет близка к номинальной мощности диодов Шотт-ки (1-2 Вт), при которой реализуется максимальный КПД преобразования микроволн в постоянный ток.

Вместе с тем полупроводниковые ректен-ны обладают целым рядом существенных недостатков. Они не выдерживают высоких уровней СВЧ-мощности и выгорают, из-за низких значений выходного напряжения требуют создания сложных последовательно-параллельных способов формирования ректенных систем для их включения в магистральные электрические цепи. Кроме того, нелинейные характеристики полупроводниковых диодов приводят к получению не только выпрямленного постоянного напряжения, но и паразитных высокочастотных гармо-

ник, создающих в интеграле мощный фон в окружающей среде, нарушающий работу связных, навигационных и разнообразных диагностических приборов. Альтернативным типом устройства для обратного преобразования микроволн в постоянный ток могут быть различные вакуумные приборы, работающие в обращенном режиме (клистроны, магнетроны и др.). Следует особо выделить циклотронный преобразователь энергии (ЦПЭ) с эффективностью до 83 %, входной мощностью микроволн 10 кВт на частоте 2,45 ГГц и выходным напряжением 15-20 кВ 15.

Мощные вакуумные преобразователи с высоким выходным напряжением легче могут быть интегрированы в существующие энергосистемы по сравнению с низковольтными ректеннами, которые придется коммутировать в большое число последовательно-параллельных цепочек.

2. Циклотронные преобразователи энергии

Принцип действия циклотронного преобразователя энергии основан на поперечной модуляции электронного потока. Помимо электронной пушки и внешней магнитной системы, циклотронный преобразователь имеет три основных узла: резонатор, область реверсивного изменения продольного магнитного поля (область преобразования) и коллектор (рис. 2).

Сформированный пушкой электронный поток пронизывает емкостной промежуток резонатора с поперечным высокочастотным (Ю - частота микроволн на входе) электрическим полем, где приобретает дополнительную поперечную кинетическую энергию в виде вращательного (циклотронного) движения пучка около оси системы. На выходе резонатора поперечная кинетическая энергия электронного потока значительно превышает величину энергии продольного движения потока в Ж = Рю / Ро раз, где Рю - входная СВЧ-мощность, Ро - начальная мощность пучка.

В области реверсивного изменения магнитного поля энергия вращения электронов преобразуется в энергию их поступательного движения. Далее сильно ускоренный электронный поток испытывает торможение, попадая в поле коллектора, где происходит рекуперация энергии электронов. Таким образом, мощность микроволн Рвх, поступающих в резонатор, преобразуется в мощность постоянного тока в нагрузке.

Создание ЦПЭ было успешно реализовано практически. Уже первый образец преобразова-

conversion scope load

Рис. 2. Схема циклотронного преобразователя энергии и диаграмма распределения магнитного поля на его оси: Рш - входная микроволновая мощность; V - ускоряющее напряжение электронной пушки; Bo, B, - фокусирующее и реверсивное значение магнитного поля на оси прибора; Z2-Z1 - протяженность области преобразования; E(z) - проникающее электростатическое поле коллектора; B(z) - магнитное поле в сечении z; Uout - выходное напряжение на нагрузке [Figure 2. Diagram of a cyclotron energy converter and a diagram of the magnetic field distribution on it's axis: Рш - input microwave power; Vo - the accelerating voltage of the electron gun; Bo, Bi - focusing and reversible value of the magnetic field on the axis og the device; Z2-Z1 - length of the transformation area; E(z) - the penetrating electrostatic field of the collector; B(z) - magnetic field in the section z;

Uout - output voltage across the load]

Рис. 3. Опытный образец циклотронного преобразователя, входная мощность - 10 кВт, КПД - 60 % [11] [Figure 3. A prototype of a cyclotron converter, input power - 10 kW, efficiency - 60% [11]]

Интересно сравнить возможную стоимость эквивалентных по мощности полупроводниковой 10-киловаттной ректенны, которая должна содер-

жать не менее тысячи стодолларовых диодов с барьером Шоттки, с ректенной на одном 10-киловат-тном элементе ЦПЭ. Конструктивно такой ЦПЭ при серийном производстве будет стоить примерно столько же, сколько обычный магнетрон сантиметрового диапазона, то есть не более одной тысячи долларов США, что обеспечит стократный выигрыш по стоимости по сравнению с полупроводниковой ректенной. К тому же в отличие от полупроводниковых ректенн использование ЦПЭ полностью исключает возможность выхода преобразователя из строя при любой мощности принимаемого сигнала и генерирования мощной фоновой помехи. С учетом отечественного приоритета в разработках ЦПЭ появляется реальная возможность выгодных поставок российских преобразователей для укомплектования зарубежных космических и наземных систем беспроводной передачи энергии по микроволновому каналу.

Успешной альтернативой полупроводниковым ректеннам в системах беспроводной передачи энергии являются циклотронные преобразователи энергии, заметно превосходящие полупроводниковые ректенны по удельной мощности (до 10-20 кВт) и величине выходного напряжения (до 10-20 кВ), а также по устойчивости к электромагнитным и радиационным воздействиям и перегрузкам.

1. Mankins J. Special report: space-based solar power. Inexhaustible energy from orbit // Ad Astra. 2008. Vol. 20. No. 1. Pp. 20-36.

2. Диденко А.Н. СВЧ-энергетика: теория и практика. М.: Наука, 2003. 446 с.

3. Glaser P.E. Power from the Sun: its future // Science. 1968. Vol. 162. No. 3856. Pp. 857-861.

4. Ванке В.А., Лопухин В.М., Саввин В.Л. Сверх-малошумящие усилители циклотронных волн // Успехи физических наук. 1969. Т. 99. Вып. 4. C. 545-572.

5. Ванке В.А., Лопухин В.М., Саввин В.Л. Проблемы солнечных космических электростанций // Успехи физических наук. 1977. Т. 123. Вып. 4. С. 633-655.

6. Ванке В. А. Поперечные волны электронного потока в микроволновой электронике // Успехи физических наук. 2005. Т. 175. № 9. С. 957-978.

7. Грихилес В.А., Орлов П.П., Попов Л.Б. Солнечная космическая энергетика. М.: Наука, 1984. 216 с.

8. Brown W. History of power transmission by radio waves // IEEE Transactions on microwave theory and technique. 1984. Vol. MTT-32. №. 9. Рр. 1230-1242.

9. McSpadden J., Fan L., Chang K. A high conversion efficiency 5.8 GHz rectenna // IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest. 1997. Vol. 2. Pp. 547-550.

10. Nagatomo M., Sasaki S., Naruo Y., Vanke V.A. Solar power systems (SPS) investigations at the Institute of Space and Astronautical Science of Japan // Physics-Uspekhi (Advances in Physical Sciences). 1994. Vol. 164. No. 6. Pp. 631-641.

11. Vanke V., Savvin V. Cyclotron-wave converter for SPS energy transmission system // Proc. SPS-91. Paris, 1991. Pp. 515-520.

14. Патент России № 2119691. Циклотронный преобразователь СВЧ-энергии / С.В. Быковский и др. 27.10.1999.

15. US. Patent, No. 6,507,152 B2. Microwave / D.C. cyclotron wave converter having decreased magnetic field / H. Matsumoto, V.A. Vanke, N. Shinohara. 14.01.2003.

DOI 10.22363/2312-8143-2020-21-4-254-259 Research article

Electron cyclotron converters of microwaves in wireless power transmission systems

Yury A. Pirogov, Gohar M. Kazaryan, Vladimir L. Savvin

Lomonosov Moscow State University, 1 Leninskiye Gory, Moscow, 119991, Russian Federation

Article history: Received: December 12, 2020 Revised: January 23, 2021 Accepted: January 29, 2021

microwaves, electron cyclotron converter, wireless power transmission, solar space power plants, rectennas

Abstract. A proposal to use special electron cyclotron devices as effective converters of electromagnetic waves into direct current in modern microwave systems for wireless transmission of electrical energy to the Earth via a microwave channel from solar space power plants located on board geostationary satellites is considered. Such converters are a product of domestic development, they can have a conversion efficiency of more than 80%, they are insensitive to overloads and are several orders of magnitude more economical than the well-known semiconductor rectennas (rectifying antennas). Semiconductor rectennas, assembled from a multitude of individual semiconductor diodes with a Schottky barrier, in the process of nonlinear conversion of microwaves, generate parasitic radiation that forms a powerful electromagnetic background, which seriously interferes with the stable operation of information systems of special and general civil communications. In addition, the cost of semiconductor rectennas is several orders of magnitude higher than that of electron-cyclotron converters with the same input microwave power. Due to the high compactness of the electronic converters, they can also be installed on an intermediate satellite platform in the stratosphere, receiving the energy of the Sun through a laser beam from a geostationary orbit and transmitting it to the Earth with practically no loss through the microwave channel. The possibilities of using electron cyclotron converters in ground-based systems for wireless energy transmission are also promising. Already the first electron cyclotron converters, created at the "Torii" enterprise according to the project of the Lomonosov Moscow State University, had an efficiency of over 60% at an input microwave power of 10 kW.

This research has been supported by the Interdisciplinary Scientific and Educational School of the Lomonosov Moscow University "Photonic and Quantum Technologies. Digital Medicine".

1. Mankins J. Special report: Space-based solar power. Inexhaustible energy from orbit. Ad Astra. 2008; 20(1):20-36.

Vladimir L. Savvin, Associate Professor of the Photonics and Microwave Physics Department of the Faculty of Physics of the MSU, PhD (Phys. & Math.); Istina-ResearchID (IRID): 2523100.

2. Didenko AN. SVCH-energetika: teoriya i praktika [Microwave energetics: theory and practice]. Moscow: Nauka Publ.; 2003. (In Russ.)

3. Glaser PE. Power from the Sun: its future. Science. 1968;162(3856):857-861.

4. Vanke VA, Lopukhin VM, Savvin VL. Sverh-maloshumyashchie usiliteli ciklotronnyh voln [Super-low noise amplifiers of cyclotron waves]. Physics-Uspekhi (Advances in Physical Sciences). 1969;99(4):545-572. (In Russ.)

5. Vanke VA, Lopukhin VM, Savvin VL. Problems of the Sun Space Electrical Plants. Physics-Uspekhi (Advances in Physical Sciences). 1977;123(4):633-655. (In Russ.)

7. Grikhiles VA, Orlov PP, Popov LB. Solnech-naya kosmicheskaya energetika [Sun space energetics]. Moscow: Nauka Publ.; 1984. (In Russ.)

8. Brown W. History of power transmission by radio waves. IEEE Transactions on Microwave Theory and Technique. 1984;MTT-32(9):1230-1242.

9. McSpadden J, Fan L, Chang K. A high conversion efficiency 5.8 GHz rectenna. IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest. 1997;2:547-550.

10. Nagatomo M, Sasaki S, Naruo Y, Vanke VA. Solar power systems (SPS) - investigations at the Institute of Space and Astronautical Science of Japan. Physics-Uspekhi (Advances in Physical Sciences). 1994;164(6):631-641.

11. Vanke V, Savvin V. Cyclotron-wave converter for SPS energy transmisson system. Proc. SPS-91. Paris; 1991. p. 515-520.

14. Bykovskiy SV, et al. Tsiklotronnyi preobra-zovatel' SVCh-energii [Cyclotron converter of microwave energy]. Russian Patent No. 119691. 1999, October 27. (In Russ.)

Растущий дефицит энергоносителей и повышение их стоимости заставляют ученых искать альтернативные источники получения электроэнергии. Один из наиболее перспективных и малоизученных источников энергии – атмосферное электричество. Проблема выработки электричества из воздуха своими руками волнует не только ученых, но и обывателей, стремящихся найти дешевый способ извлечения энергии. Наблюдая впечатляющие последствия гроз, люди задаются вопросом: как научиться получать и контролировать атмосферное электричество своими руками? Рассмотрим процессы, происходящие при выделении атмосферного электричества, и способы получения электроэнергии из воздуха в домашних условиях.

Что такое атмосферное электричество

Первым всерьез занялся проблемой гениальный Никола Тесла. Источником появления свободной электрической энергии Тесла считал энергию Солнца. Созданный им прибор получал электроэнергию из воздуха и земли. Тесла планировал разработку способа передачи полученной энергии на большие расстояния. Патент на изобретение описывал предложенный прибор, как использующий энергию излучения.

Устройство Теслы было революционным для своего времени, но объем получаемой им электроэнергии был небольшим, и рассматривать атмосферное электричество как альтернативный источник энергии, было неверно. Совсем недавно изобретатель Стивен Марк запатентовал прибор, производящий электричество в больших объемах. Его тороидальный генератор может подавать электричество для ламп накаливания и более сложных бытовых приборов. Он работает длительное время, не требуя внешней подпитки. Работа этого прибора основана на резонансных частотах, магнитных вихрях и токовых ударах в металле.

На фото рабочий образец тороидального генератора Стивена Марка

Как получить электричество из воздуха в домашних условиях

Опыты Николы Тесла показали, что получать электричество из воздуха своими руками можно без особого труда. В наше время, когда атмосфера пронизана различными энергетическими полями, эта задача упростилась. Все, что производит излучения (теле- и радиовышки, ЛЭП и т. п.) создает энергетические поля.

Принцип получения электричества из воздуха очень прост: над землей поднимается пластина из металла, которая играет роль антенны. Между землей и пластиной возникает статическое электричество, которое, со временем накапливается. Через определенные временные интервалы происходят электрические разряды. Таким образом генерируется, а затем используется атмосферное электричество.

Схема получения атмосферного электричества своими руками

Такая схема достаточно проста ‑ для генерации потребуется только металлическая антенна и земля. Потенциал, который устанавливается между проводниками, со временем накапливается, хотя рассчитать его силу невозможно. При достижении определенного максимального значения потенциала происходит разряд тока, подобный молнии.

Достоинства

Простота. Принцип легко можно апробировать дома;
Доступность. Не нужны никакие приборы и сложные приспособления – достаточно токопроводящей пластинки.

Недостатки

Невозможность просчитать силу тока, что может быть опасно;
К образованному при работе открытому контуру заземления притягиваются молнии. Удар молнии может достигать напряжения 2000 вольт, а это очень опасно. Именно поэтому способ не получил широкого распространения.

Где уже используют атмосферное электричество

Тем не менее, есть примеры использования приборов, работающих по описанному принципу — ионизатор люстра Чижевского уже не первое десятилетие продается и успешно работает.

Еще одной рабочей схемой получения электроэнергии из воздуха является генератор TPU Стивена Марка. Устройство позволяет получить электроэнергию без внешней подпитки. Многими учеными эта схема апробирована, но широкого применения пока не нашла из-за своих особенностей. Принцип действия этой схемы в создании резонанса токов и магнитных вихрей, которые способствуют возникновению токовых ударов.

В настоящее время в Грузии тестируется генератор Капанадзе. Этот источник энергии также работает без внешней подпитки и добывает электричество из воздуха без дополнительных ресурсов.

На фото готовый к работе генератор Капанадзе

Выводы

Новые способы получения дешевой энергии у многих ученых вызывают опасения из-за вмешательства в процессы атмосферы и ионосферы. Их влияние на возникновение и течение жизни на Земле изучено слабо, поэтому воздействие может пагубно отразиться на состоянии планеты.

Но лично я считаю, что технология атмосферного элекричества тормозится умышленно. Более того, существует факт масштабного использования электричества из воздуха до 1917 года. На видео ниже вы сами можете убедиться в существовании электроэнергии даже в 17 веке.

Читайте также: