ОДНОПРОВОДНАЯ СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Полезная модель относится к области электротехники, направлена на совершенствование передающей и приемной подстанции, предназначена для передачи постоянного тока и может найти применение в системах электроснабжения промышленных предприятий и электрического транспорта.
Наиболее близкой к заявляемому техническому решению является однопроводная система передачи электроэнергии по патенту РФ №2120170, МПК H02J 1/00, 10.10.1998, содержащая передающую подстанцию с однофазным генератором переменного тока и повышающим трансформатором, первичная обмотка которого соединена с генератором, выпрямительным устройством, выполненным на полупроводниках, вход которого соединен с вторичной обмоткой повышающего трансформатора, а выход подключен к батарее конденсаторов, которые соединены между собой параллельно, и принимающую подстанцию, состоящую из приемного устройства и устройства формирования отрицательного потенциала, причем обе подстанции соединены между собой высоковольтной линией. Принимающая подстанция в приемном устройстве имеет высоковольтный приемный конденсатор. Устройство формирования отрицательного потенциала принимающей подстанции имеет аккумуляторную батарею, преобразователь постоянного тока в переменный, выход которого через выпрямительное устройство, повышающее ток, подключен к конденсаторной батарее, отрицательный вывод которой соединен с отрицательным выводом высоковольтного приемного конденсатора, а также зарядное устройство. Вход преобразователя постоянного тока высокого напряжения в переменный трехфазный ток подключен обмотками понижающего трансформатора. Один конец провода высоковольтной линии соединен с положительным выводом конденсаторной батареи передающей подстанции, а другой - с положительным выводом высоковольтного приемного конденсатора принимающей подстанции. Передающая подстанция формирует положительные заряды электричества и передает их на принимающую подстанцию, которая преобразует полученные положительные заряды электричества в переменный трехфазный ток стандартной частоты и подает его потребителям. Технический результат заключается в снижении электрических и тепловых потерь и повышении эксплуатационных качеств.
Недостатками данного технического решения являются сложность однопроводной системы из-за наличия в передающей подстанции силового повышающего трансформатора, однофазного генератора переменного тока и выпрямительного устройства.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является упрощение передающей подстанции за счет сокращения оборудования, а также повышение экономичности и надежности принимающей подстанции однопроводной системы передачи и приема электроэнергии.
Технический результат достигается тем, что в однопроводной системе передачи электроэнергии, содержащей передающую подстанцию с батареей конденсаторов, принимающую подстанцию с приемным устройством и понижающим трансформатором, вторичные обмотки которого электрически соединены с потребителем, провод высоковольтной линии, при этом приемное устройство принимающей подстанции содержит высоковольтный приемный конденсатор, подключенный к входу высоковольтного преобразователя постоянного тока в переменный трехфазный ток, выход которого соединен с первичными обмотками понижающего трансформатора, и электрически соединенного с устройством формирования отрицательного потенциала, содержащим аккумуляторную батарею, имеющей зарядное устройство, подключенное к одной из вторичных обмоток понижающего трансформатора, причем аккумуляторная батарея подключена к входу преобразователя постоянного тока в переменный, выход которого через выпрямительное устройство, повышающее ток, подключен к конденсаторной батарее принимающей подстанции, отрицательный вывод которой соединен с отрицательным выводом высоковольтного приемного конденсатора приемного устройства, причем провод высоковольтной линии соединяет положительный вывод батареи конденсаторов передающей подстанции с положительным выводом высоковольтного приемного конденсатора принимающей подстанции, при этом передающая подстанция дополнительно содержит последовательно соединенные источник трехфазного переменного напряжения, блок управления, приводной синхронный электрический двигатель и бесколлекторный генератор постоянного тока, подключенный к блоку управления, причем вал ротора приводного синхронного электрического двигателя жестко связан с валом ротора бесколлекторного генератора постоянного тока, обмотки возбуждения которого подключены к источнику трехфазного переменного напряжения, при этом начало и конец якорной обмотки бесколлекторного генератора присоединены соответственно к первому и второму сплошным проводящим кольцам контактного устройства бесколлекторного генератора с неподвижно установленными на них токосъемными скользящими щетками, имеющими соответственно отрицательный и положительный потенциал, и соединенными соответственно с отрицательным и положительным выводами батареи конденсаторов передающей подстанции, согласно заявляемой полезной модели, принимающая подстанция дополнительно содержит устройство управления высоковольтным преобразователем и устройство формирования слаботочного сигнала, соединенные с высоковольтным преобразователем, при этом высоковольтный преобразователь выполнен на полупроводниковых элементах и состоит их трех идентичных каскадов, причем каждый каскад содержит первый силовой транзистор VT1, второй силовой транзистор VT2, слаботочный транзистор VT3, первый R1, второй R2, третий R3, четвертый R4, пятый R5, шестой R6 резисторы, первый С1, второй С2, третий С3 конденсаторы, причем коллектор первого силового транзистора VT1 подключен к силовому положительному потенциалу высоковольтного преобразователя, подключенному к положительной обкладке блока конденсаторов принимающей подстанции, эмиттер второго силового транзистора VT2 подключен к силовому отрицательному потенциалу высоковольтного преобразователя, подключенному к отрицательной обкладке блока конденсаторов принимающей подстанции, первый VT1 и второй VT2 силовые транзисторы соединены последовательно, а к точке последовательного соединения первого VT1 и второго VT2 силовых транзисторов подключен вход соответствующей фазы первичной трехфазной обмотки понижающего трансформатора, при этом пятый R5 и шестой R6 резисторы подключены концами соответственно к базе и эмиттеру первого VT1 и второго VT2 силовых транзисторов, при этом базы первого VT1 и второго VT2 силовых транзисторов соединены через разделительные конденсаторы С2 и С3 соответственно с коллектором и эмиттером слаботочного транзистора VT3, причем слаботочный транзистор VT3 выполнен с коллекторно-эмиттерной нагрузкой, представляющей из себя соответственно резисторы R3 и R4, при этом первые концы третьего R3 и четвертого R4 резисторов подключены соответственно к коллектору и эмиттеру слаботочного транзистора VT3, база которого соединена через конденсатор С1 с устройством управления высоковольтным преобразователем и подключена к точке соединения первых концов первого R1 и второго R2 резисторов, причем вторые концы первого R1 и второго R2 резисторов соединены с устройством формирования слаботочного сигнала, а вторые концы третьего R3 и четвертого R4 резисторов соединены соответственно с устройством формирования слаботочного сигнала.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена функциональная блок-схема, на фиг.2 - электрическая схема заявляемой однопроводной системы передачи электроэнергии, а на фиг.3 - электрическая схема высоковольтного преобразователя постоянного тока в переменный трехфазный ток
Блокам, устройствам и деталям заявляемой однопроводной системы присвоены следующие позиции:
1. Передающая подстанция.
2. Источник трехфазного переменного напряжения.
3. Блок управления.
4. Приводной синхронный электрический двигатель.
5. Бесколлекторный генератор постоянного тока.
6. Жесткая механическая связь между валами роторов приводного синхронного электрического двигателя и бесколлекторного генератора постоянного тока.
7. Батарея конденсаторов.
8. Провод однопроводной высоковольтной линии.
9. Принимающая подстанция.
10. Приемное устройство.
11. Устройство формирования отрицательного потенциала.
12. Потребитель трехфазного переменного тока.
13. Понижающий трансформатор.
14. Высоковольтный приемный конденсатор.
15. Высоковольтный преобразователь постоянного тока в переменный трехфазный ток.
16. Аккумуляторная батарея.
17. Зарядное устройство.
18. Преобразователь постоянного тока в переменный.
19. Выпрямительное устройство, повышающее ток.
20. Конденсаторная батарея.
21. Контактное устройство.
22. Первое сплошное проводящее кольцо.
23. Второе сплошное проводящее кольцо.
24. Токосъемная скользящая щетка первого кольца.
25. Токосъемная скользящая щетка второго кольца.
26. Начало якорной обмотки бесколлекторного генератора.
27. Конец якорной обмотки бесколлекторного генератора.
28. Обмотки возбуждения бесколлекторного генератора.
29. Устройство управления высоковольтным преобразователем.
30. Устройство формирования слаботочного сигнала.
31. Силовой положительный потенциал высоковольтного преобразователя.
32. Силовой отрицательный потенциал высоковольтного преобразователя.
Однопроводная система передачи электроэнергии содержит передающую подстанцию 1 и принимающую подстанцию 9, соединенные между собой однопроводной высоковольтной линией.
Передающая подстанция 1 содержит последовательно соединенные источник 2 трехфазного переменного напряжения, блок 3 управления приводным синхронным электрическим двигателем 4 и бесколлекторным генератором 5 постоянного тока. Бесколлекторный генератор 5 постоянного тока содержит статор с полюсами, на которых размещены обмотки 28 возбуждения, якорь с якорной обмоткой, имеющей начало 26 и конец 27, а также контактное устройство 21, закрепленное на валу бесколлекторного генератора. Вал ротора приводного синхронного электрического двигателя 4 жесткой механической связью 6 соединен с валом ротора бесколлекторного генератора 5 постоянного тока. Обмотки 28 возбуждения бесколлекторного генератора 5 постоянного тока подключены к двум фазам источника 2 трехфазного переменного напряжения. Бесколлекторный генератор 5 постоянного тока подключен к блоку 3 управления. Контактное устройство 21 выполнено в виде двух сплошных проводящих колец 22 и 23.
На первом кольце 22 неподвижно установлена токосъемная скользящая щетка 25, а на втором кольце 23 - токосъемная щетка 24. Начало 26 и конец 27 якорной обмотки бесколлекторного генератора 5 присоединены соответственно к первому 22 и второму 23 сплошным проводящим кольцам контактного устройства 21 бесколлекторного генератора 5 с неподвижно установленными на них токосъемными скользящими щетками 24 и 25, имеющими соответственно положительный и отрицательный потенциал, и соединенными соответственно с положительным и отрицательным выводами батареи 7 конденсаторов передающей подстанции 1.
Принимающая подстанция 9 содержит приемное устройство 10, электрически соединенное с устройством 11 формирования отрицательного потенциала, в котором формируется силовой отрицательный потенциал 32.
Приемное устройство 10 содержит высоковольтный приемный конденсатор 14, подключенный к входу высоковольтного преобразователя 15 постоянного тока в трехфазный переменный ток высокого напряжения.
Устройство 11 формирования отрицательного потенциала содержит аккумуляторную батарею 16, имеющей зарядное устройство 17, подключенное к одной из вторичных обмоток понижающего трансформатора 13 и к входу преобразователя 18 постоянного тока в переменный, выход которого через выпрямительное устройство 19, повышающее ток, подключен к конденсаторной батарее 20 принимающей подстанции 9. Отрицательный вывод конденсаторной батареи 20 соединен с отрицательным выводом высоковольтного приемного конденсатора 14 приемного устройства 10.
Провод 8 однопроводной высоковольтной линии соединяет положительный вывод батареи 7 конденсаторов передающей подстанции 1 с положительным выводом высоковольтного приемного конденсатора 14 принимающей подстанции 9.
Отличием заявляемой полезной модели является то, что принимающая подстанция 9 дополнительно содержит устройство 29 управления высоковольтным преобразователем 15 и устройство 30 формирования слаботочного сигнала. Устройства 29 и 30 соединены с высоковольтным преобразователем 15. Высоковольтный преобразователь 15 выполнен на полупроводниковых элементах и состоит их трех идентичных каскадов. Каждый каскад содержит первый силовой транзистор VT1, второй силовой транзистор VT2, слаботочный транзистор VT3, первый R1, второй R2, третий R3, четвертый R4, пятый R5, шестой R6 резисторы, первый С1, второй С2, третий С3 конденсаторы. Коллектор первого силового транзистора VT1 подключен к силовому положительному потенциалу 31 высоковольтного преобразователя 15. Силовой положительный потенциал 31 подключен к положительной обкладке блока 7 конденсаторов принимающей подстанции 9. Эмиттер второго силового транзистора VT2 подключен к силовому отрицательному потенциалу 32 высоковольтного преобразователя 15. Силовой отрицательный потенциал 32 подключен к отрицательной обкладке блока 7 конденсаторов принимающей подстанции 9. Первый VT1 и второй VT2 силовые транзисторы соединены последовательно. К точке последовательного соединения первого VT1 и второго VT2 силовых транзисторов подключен вход соответствующей фазы (фазы А, В, С соответственно для первого, второго и третьего каскадов) первичной трехфазной обмотки понижающего трансформатора 13. Пятый R5 и шестой R6 резисторы подключены концами соответственно к базе и эмиттеру первого VT1 и второго VT2 силовых транзисторов. Базы первого VT1 и второго VT2 силовых транзисторов соединены через разделительные конденсаторы С2 и С3 соответственно с коллектором и эмиттером слаботочного транзистора VT3. Слаботочный транзистор VT3 выполнен с коллекторно-эмиттерной нагрузкой, представляющей из себя соответственно резисторы R3 и R4. Первые концы третьего R3 и четвертого R4 резисторов подключены соответственно к коллектору и эмиттеру слаботочного транзистора VT3. База слаботочного транзистора VT3 соединена через конденсатор С1 с устройством 29 управления высоковольтным преобразователем 15 и подключена к точке соединения первых концов первого R1 и второго R2 резисторов. Вторые концы первого R1 и второго R2 резисторов соединены с устройством 30 формирования слаботочного сигнала. Вторые концы третьего R3 и четвертого R4 резисторов соединены соответственно с устройством 30 формирования слаботочного сигнала.
Работа однопроводной системы передачи электроэнергии.
Принцип действия однопроводной системы передачи электроэнергии состоит в формировании передающей подстанцией 1 положительных зарядов электричества и передаче их по проводу 8 высоковольтной линии на принимающую подстанцию 9, которая преобразовывает полученные положительные заряды в трехфазный переменный ток стандартной частоты и подает его потребителям 12.
Питание приводного синхронного электрического двигателя 4 и обмотки 28 возбуждения бесколлекторного генератора 5 постоянного тока осуществляется от источника 2 трехфазного переменного напряжения, при этом блок 3 управления согласует работу приводного синхронного электродвигателя 4 и бесколлекторного генератора 5, а также регулирует частоту вращения приводного синхронного электродвигателя 4. Вал ротора приводного синхронного электродвигателя 4 благодаря жесткой механической связи 6 вращает с установившейся синхронной частотой вал ротора бесколлекторного генератора 5 постоянного тока, в обмотках якоря которого возбуждается электродвижущая сила (ЭДС), при этом сохраняется постоянство полярности ЭДС, что позволяет осуществить зарядку батареи 7 конденсаторов. Для зарядки батареи 7 конденсаторов с выхода токосъемной скользящей щетки 25 первого сплошного проводящего кольца 22 контактного устройства 21 бесколлекторного генератора 5 подается отрицательный потенциал к одной из обкладок батареи 7 конденсаторов, а с выхода токосъемной щетки 24 второго сплошного кольца 23 подается положительный потенциал к другой обкладке батареи 7 конденсаторов. Далее положительные заряды с пластин батареи 7 конденсаторов стекают на провод 8 высоковольтной линии, равномерно распределяются по всей его длине и затем поступают на входные клеммы и пластины высоковольтного приемного конденсатора 14 приемного устройства 10 принимающей подстанции 9. Трехфазный переменный ток формируется в приемном устройстве 10 из постоянного потенциала, переданного передающей подстанцией 1, и отрицательного потенциала, формируемого в устройстве 11 формирования отрицательного потенциала.
Во время работы принимающей подстанции 9 заряд аккумуляторной батареи 16 осуществляется от зарядного устройства 17 устройства 11. Аккумуляторная батарея 16 подает постоянный ток на преобразователь 18 постоянного тока в переменный. Далее однофазный переменный ток из преобразователя 18 подается в выпрямительное устройство 19. Положительный потенциал выпрямительного устройства 19 подается на одну из обкладок конденсаторной батареи 20, а соответственно отрицательный потенциал выпрямительного устройства 19 подается на другую обкладку конденсаторной батареи 20 и одновременно на отрицательный вывод высоковольтного приемного конденсатора 14.
Возникающий на пластинах высоковольтного приемного конденсатора 14 постоянный ток высокого напряжения снимается и подается на вход высоковольтного преобразователя 15, который преобразует его в трехфазный переменный ток высокого напряжения.
Силовые транзисторы VT1 и VT2 управляются микромодульным слаботочным транзисторам VT3. Подключение резистора R5 к базе и эмиттеру силового транзистора VT1 позволяет поддерживать его в открытом состоянии. Аналогичную функцию выполняет и резистор R6 для силового транзистора VT2.
На базу слаботочного транзистора VT3 через разделительный конденсатор С1 подается управляющий трехфазный синусоидальный сигнал (фазы А, В и С), рабочая точка которого устанавливается в нейтральном положении в открытом состоянии в линейной части вольтамперной характеристик слаботочного транзистора VT3 резисторами R1 и R2.
Устройство 29 подает сигналы управления на базу слаботочного транзистора VT3. Устройство 30 формирования слаботочного сигнала питает слаботочный транзистор VT3.
Полученный трехфазный ток высокого напряжения понижается в трехфазном трансформаторе 13 и далее пониженное трехфазное напряжение поступает потребителю 12.
Использование заявляемой полезной модели позволит, по сравнению с прототипом, упростить передающей подстанции за счет сокращения оборудования, а также повысить экономичность и надежность принимающей подстанции однопроводной системы передачи и приема электроэнергии за счет выполнения высоковольтного преобразователя 15 полностью на полупроводниковых элементах.