ОДНОПРОВОДНАЯ СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Полезная модель относится к области электротехники, направлена на совершенствование принимающей 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 № 107415, МПК H02J 17/00, 10.08.2011, содержащая, соединенные между собой проводом высоковольтной линии, передающую подстанцию и принимающую подстанцию с приемным устройством и с 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 и 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.
Передающая подстанция содержит последовательно соединенные источник трехфазного переменного напряжения, блок управления, приводной синхронный электрический двигатель, бесколлекторный генератор постоянного тока, подключенный к блоку управления, и батарею конденсаторов, 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.
Недостатками данного технического решения являются сложность однопроводной системы из-за наличия в принимающей подстанции устройства формирования отрицательного потенциала.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является упрощение принимающей подстанции за счет сокращения оборудования, а также повышение экономичности и надежности принимающей подстанции однопроводной системы передачи электроэнергии.
Технический результат достигается тем, что в однопроводной системе передачи электроэнергии, содержащей, соединенные между собой проводом высоковольтной линии, передающую подстанцию и принимающую подстанцию с приемным устройством, при этом передающая подстанция содержит последовательно соединенные источник трехфазного переменного напряжения, блок управления, приводной синхронный электрический двигатель, бесколлекторный генератор постоянного тока, подключенный к блоку управления, и батарею конденсаторов, причем вал ротора приводного синхронного электрического двигателя жестко связан с валом ротора бесколлекторного генератора постоянного тока, при этом его обмотки возбуждения подключены к источнику трехфазного переменного напряжения, а его токосъемные скользящие щетки, имеющие отрицательный и положительный потенциал соединены соответственно с отрицательным и положительным выводами батареи конденсаторов передающей подстанции, при этом приемное устройство принимающей подстанции содержит высоковольтный приемный конденсатор, подключенный к высоковольтному преобразователю постоянного тока в переменный трехфазный ток, который соединен с потребителем трехфазного переменного тока, причем провод высоковольтной линии соединяет положительный вывод батареи конденсаторов передающей подстанции с положительным выводом высоковольтного приемного конденсатора принимающей подстанции, согласно предлагаемой полезной модели, приемное устройство дополнительно содержит устройство формирования управляющего трехфазного синусоидального напряжения, подключенное к слаботочному источнику питания постоянного тока и соединенное с высоковольтным преобразователем постоянного тока в переменный трехфазный ток, который снабжен включателями положительного и отрицательного потенциалов, соединенных соответственно с положительным и отрицательным выводами высоковольтного приемного конденсатора, обкладки которого, несущие отрицательный потенциал, совместно с включателем отрицательного потенциала заземлены, при этом высоковольтный преобразователь постоянного тока в переменный трехфазный ток выполнен с возможностью понижения уровня переменного трехфазного напряжения до величины, необходимой потребителю трехфазного переменного тока.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена функциональная блок-схема однопроводной системы передачи электроэнергии.
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. Потребитель трехфазного переменного тока.
12. Высоковольтный приемный конденсатор.
13. Высоковольтный преобразователь постоянного тока в переменный трехфазный ток.
14. Устройство формирования управляющего трехфазного синусоидального напряжения.
15. Слаботочный источник питания постоянного тока.
16. Включатель отрицательного потенциала.
17. Включатель положительного потенциала.
Однопроводная система передачи электроэнергии, содержит, соединенные между собой однопроводной высоковольтной линией, передающую подстанцию 1 и принимающую подстанцию 9 с приемным устройством 10.
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, а также батарею конденсаторов 7. Вал ротора приводного синхронного электрического двигателя 4 жесткой механической связью 6 соединен с валом ротора бесколлекторного генератора 5 постоянного тока. Бесколлекторный генератор 5 постоянного тока подключен к блоку 3 управления. Обмотки возбуждения бесколлекторного генератора 5 постоянного тока подключены к источнику 2 трехфазного переменного напряжения. Первая и вторая токосъемные скользящие щетки бесколлекторного генератора 5 постоянного тока, имеющие соответственно отрицательный и положительный потенциал, соединены соответственно с отрицательным и положительным выводами батареи конденсаторов 7 передающей подстанции 1.
Приемное устройство 10 принимающей подстанции 9 содержит высоковольтный приемный конденсатор 12, подключенный к высоковольтному преобразователю 13 постоянного тока в переменный трехфазный ток, который соединен с потребителем 11 трехфазного переменного тока.
Провод 8 однопроводной высоковольтной линии соединяет положительный вывод батареи конденсаторов 7 передающей подстанции 1 с положительным выводом высоковольтного приемного конденсатора 12 принимающей подстанции 9.
Отличием заявляемой однопроводной системы передачи электроэнергии является то что, приемное устройство 10 дополнительно содержит устройство 14 формирования управляющего трехфазного синусоидального напряжения, подключенное к слаботочному источнику 15 питания постоянного тока, введенному в приемное устройство 10. Устройство 14 формирования управляющего трехфазного синусоидального напряжения соединено с высоковольтным преобразователем 13 постоянного тока в переменный трехфазный ток. Высоковольтный преобразователь 13 постоянного тока в переменный трехфазный ток снабжен включателями отрицательного 16 и положительного 17 потенциалов, соединенных соответственно с положительным и отрицательным выводами высоковольтного приемного конденсатора 12. Обкладки высоковольтного приемного конденсатора 12, несущие отрицательный потенциал, совместно с включателем 16 отрицательного потенциала, заземлены. Включатель 16 отрицательного потенциала подключает высоковольтный преобразователь 13 к «земле». Высоковольтный преобразователь 13 постоянного тока в переменный трехфазный ток выполнен с возможностью понижения уровня переменного трехфазного напряжения до величины, необходимой потребителю 11 трехфазного переменного тока.
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 11.
Питание приводного синхронного электрического двигателя 4 и обмотки 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 конденсаторов 7. Для зарядки батареи конденсаторов 7 с выхода первой токосъемной скользящей щетки бесколлекторного генератора 5 подается отрицательный потенциал к одной из обкладок батареи конденсаторов 7, а с выхода второй токосъемной щетки подается положительный потенциал к другой обкладке батареи конденсаторов 7. Далее положительные заряды с пластин батареи конденсаторов 7 стекают на провод 8 высоковольтной линии, равномерно распределяются по всей его длине и затем поступают на входные клеммы и пластины высоковольтного приемного конденсатора 12 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 высоковольтным приемным конденсатором 12 приемного устройства 10 за счет того, что обкладки конденсатора 12, несущие отрицательный потенциал, заземлены и в них накапливаются заряды с отрицательным потенциалом.
Во время работы принимающей подстанции 9 включатели 16 и 17 включаются. При включении включателей 16 и 17 постоянный ток высокого напряжения подается на вход высоковольтного преобразователя 13, который вначале преобразует его в трехфазный переменный ток высокого напряжения, а затем понижает уровень переменного трехфазного напряжения до величины, необходимой потребителю 11 трехфазного переменного тока.
Управляющие трехфазные синусоидальные сигналы вырабатываются после подключения устройства 14 к слаботочному источнику питания 15 постоянного тока. С включением включателей 16 и 17 подается положительное напряжение на устройство 14 формирования управляющего трехфазного синусоидального напряжения, который соединен с высоковольтным преобразователем 13 постоянного тока в переменный трехфазный ток. Так как высоковольтный преобразователь 13 постоянного тока в переменный трехфазный ток выполнен с возможностью понижения уровня переменного трехфазного напряжения, то потребителю 11 поступает напряжение постоянного тока необходимой величины.
Использование заявляемой полезной модели позволит, по сравнению с прототипом, упростить однопроводную систему передачи электроэнергии, а также повысить экономичность и надежность принимающей подстанции однопроводной системы передачи электроэнергии за счет исключения сложного устройства формирования отрицательного потенциала.