ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩАЯ ОДНОПРОВОДНАЯ РЕЗОНАНСНАЯ СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Полезная модель относится к системам и устройствам для передачи электрической энергии.
Известна трехфазная система для передачи электрической энергии, содержащая трехфазный генератор, линии передачи электроэнергии и приемные устройства (Ю.Г.Синдеев. Электротехника с основами электроники. Ростов на Дону, 2009 г. стр. 121-139).
В трехфазном генераторе осуществляется преобразование механической энергии в электрическую энергию с трехфазной системой ЭДС. Линии электропередачи представляют собой совокупность из нескольких электрических проводов, соединяющих определенным образом трехфазный генератор и приемные устройства. Приемные устройства в зависимости от назначения могут быть как трехфазными (например, трехфазные асинхронные двигатели), так и однофазными (например, лампы освещения).
Недостатками трехфазных систем передачи электрической энергии являются необходимость использования большого количества электрических проводов (не менее 4-х) и существенные невосполнимые потери электрической энергии в проводах (т.н. джоулевые потери), вынуждающие использовать при передаче электрической энергии на большие расстояния промежуточные подстанции.
Отмеченные выше недостатки приводят к значительным экономическим затратам при построении и эксплуатации трехфазных электрических систем передачи электрической энергии.
Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели является устройство для передачи электрической энергии, представляющее собой однопроводную резонансную систему передачи электрической энергии, содержащую высокочастотный генератор, повышающий и понижающий высокочастотные трансформаторы, соединенные между собой однопроводной линией электропередачи, выпрямитель, соединенный с нагрузкой (патент №2255406, Бюл. №18, 2005 г.).
Работа однопроводной резонансной системы передачи электрической энергии основана на использовании двух резонансных контуров и однопроводной линии между контурами с напряжением линии 10-100 кВ при работе в режиме резонанса напряжений.
Провод линии является направляющим каналом, вдоль которого движется электромагнитная энергия.
При этом однопроводная резонансная система передачи электрической энергии позволяет обеспечить следующие преимущества перед трехфазной системой передачи электрической энергии:
- передачу электрической энергии на большие расстояния, без применения промежуточных трансформаторных подстанций;
- снижение капитальных затрат на электроснабжение;
- уменьшение потерь в линии при передаче электроэнергии;
- отсутствие короткого замыкания в проводах, в том числе и исключение аварий на линии, связанных с опасными погодными явлениями (сильный ветер, наледь и др.);
- получение экономии цветных металлов.
Недостатками прототипа являются отсутствие возможности обеспечения максимального коэффициента полезного действия (КПД) передачи электрической энергии в случае выхода системы из резонансного режима при изменении параметров окружающей среды и нагрузки и влияние на работу других передающих устройств, работающих в заданном диапазоне частот (свыше 100 кГц) при изменении резонансной частоты в широких пределах.
Задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение максимального КПД передачи электрической энергии в случае выхода системы из резонансного режима при изменении параметров окружающей среды и нагрузки и исключение влияния на работу других передающих устройств, работающих в заданном диапазоне частот (свыше 100 кГц) при изменении резонансной частоты в широких пределах.
В результате использования предлагаемой модели автоматически обеспечивается в энергосберегающей однопроводной резонансной системе передачи электрической энергии режим резонанса напряжения при неизменной частоте работы системы, а также обеспечивается электромагнитная совместимость энергосберегающей однопроводной резонансной системы передачи электроэнергии с другими радиотехническими системами передачи электромагнитной энергии.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что предлагаемая энергосберегающая однопроводная резонансная система передачи электрической энергии, содержащая высокочастотный генератор, повышающий и понижающий высокочастотные трансформаторы, соединенные между собой однопроводной линией электропередачи, выпрямитель, соединенный с нагрузкой, содержит измеритель выходной мощности высокочастотного генератора, измеритель мощности понижающего высокочастотного трансформатора, устройство сравнения мощностей, и устройство сравнения частот, при этом выход высокочастотного генератора соединен с входом измерителя выходной мощности высокочастотного генератора, выход которого соединен с первым входом устройства сравнения мощностей, выход понижающего высокочастотного трансформатора соединен с выпрямителем, соединенного с нагрузкой и с входом измерителя мощности понижающего высокочастотного трансформатора, выход которого соединен со вторым входом устройства сравнения мощностей, а выход устройства сравнения мощностей соединен с конденсатором переменной емкости понижающего высокочастотного трансформатора, выход повышающего высокочастотного трансформатора соединен с первым входом устройства сравнения частот, второй вход устройства сравнения частот соединен с высокочастотным генератором, выход устройства сравнения частот соединен с конденсатором переменной емкости повышающего высокочастотного трансформатора, для обеспечения работы системы на неизменной резонансной частоте в автоматическом режиме.
Устройство сравнения мощностей выполнено в виде вычитателя сигналов, пропорциональных мощностям высокочастотного генератора и понижающего высокочастотного трансформатора.
Устройство сравнения частот выполнено в виде вычитателя сигналов, пропорциональных частотам высокочастотного генератора и повышающего высокочастотного трансформатора.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется фиг.1, на которой представлена общая схема энергосберегающей однопроводной резонансной системы передачи электрической энергии.
Энергосберегающая однопроводная резонансная система передачи электрической энергии содержит высокочастотный генератор 1, измеритель выходной мощности высокочастотного генератора 2, повышающий высокочастотный трансформатор 3, конденсатор переменной емкости повышающего высокочастотного трансформатора 4, однопроводная линия электропередачи 5, понижающий высокочастотный трансформатор 6, конденсатор переменной емкости понижающего высокочастотного трансформатора 7, измеритель мощности понижающего высокочастотного трансформатора 8, выпрямитель 9, нагрузка 10, устройство сравнения частот 11, устройство сравнения мощностей 12.
Выход высокочастотного генератора 1 соединен с входом измерителя выходной мощности высокочастотного генератора 2, выход которого соединен с первым входом устройства сравнения мощностей 12, выход понижающего высокочастотного трансформатора 6 соединен с выпрямителем 9, соединенного с нагрузкой 10 и с входом измерителя мощности понижающего высокочастотного трансформатора 8, выход которого соединен со вторым входом устройства сравнения мощностей 12, выход устройства сравнения мощностей 12 соединен с конденсатором переменной емкости понижающего высокочастотного трансформатора 7, выход повышающего высокочастотного трансформатора 3 соединен с первым входом устройства сравнения частот 11, второй вход устройства сравнения частот 11 соединен с высокочастотным генератором 1, выход устройства сравнения частот 11 соединен с конденсатором переменной емкости повышающего высокочастотного трансформатора 4.
Предлагаемая полезная модель работает следующим образом.
В случае отклонения резонансной частоты системы от частоты высокочастотного генератора 1, сигнал рассогласования, образуемый на выходе устройства сравнения частот 11 и пропорциональный разности частот между частотой генератора и резонансной частотой энергосберегающей однопроводной резонансной системы передачи электроэнергии, состоящей из трансформатора 3, конденсатора 4, линии электропередачи 5, трансформатора 6 и конденсатора 7, поступает на конденсатор переменной емкости повышающего высокочастотного трансформатора 4 и меняет его емкость до тех пор, пока сигнал с выхода устройства сравнения частот 11 не станет близкой к нулю (меньше заранее заданного порога). Таким образом, обеспечивается работа всей системы на одной неизменной резонансной частоте в автоматическом режиме.
В устройство сравнения мощностей 12 поступают сигналы с измерителя выходной мощности высокочастотного генератора 2 и измерителя мощности понижающего высокочастотного трансформатора 8 и определяется разность выходной мощности генератора 1 и выходной мощности понижающего высокочастотного трансформатора 6. Сигнал, пропорциональный разности данных мощностей с выхода устройства сравнения мощностей 12 изменяет значение емкости понижающего высокочастотного трансформатора 7 таким образом, чтобы обеспечивалась минимальная разность выходной мощности генератора 1 и выходной мощности понижающего высокочастотного трансформатора 6 (чтобы данная разность была меньше заранее выбранного порога). Таким образом, обеспечивается максимальное значение КПД энергосберегающей однопроводной резонансной системы электропередачи.
Измеритель выходной мощности высокочастотного генератора 2 и измеритель мощности понижающего высокочастотного трансформатора 8 могут быть выполнены на основе электронных цифровых ваттметров.
Таким образом, будет осуществляться автоматическая поддержка работы однопроводной резонансной системы в режиме максимального КПД при неизменной рабочей частоте.