|
Ввведение
Есть ли эффективные способы и устройства экономии электроэнергии?
Принцип работы устройства экономии электроэнергии
Алгоритм коммутации тока индуктивной нагрузки в реактивные интервалы времени
Электрическая схема коммутатора устройства экономии электроэнергии
Электрический разрыв (транзисторная коммутация) тока в обмотке индуктивности
Циклограмма работы коммутатора в цепи с индуктивностью
Результаты экспериментов
Выводы
Заключение
Литература
Без электроэнергии жизнь цивилизации практически невозможна. Даже если на сутки в больших городах планеты исчезнет электроэнергия – начнется хаос. Известно, что практически 100% всех электрических сетей и электропотребителей в мире работают на переменном токе.
Электроэнергия в мире повсеместно дорожает, а ее потребление цивилизацией непрерывно увеличивается. Поэтому актуальной проблемой мировой энергетики является экономия электроэнергии переменного тока. Практически все электроприемники обладают индуктивностями. Как известно, индуктивность создает в электрической цепи переменного тока фазовый сдвиг между током и напряжением Во многом именно из-за этого фазового сдвига и возникает огромный перерасход электроэнергии в электрчиеских сетях (так называемая проблема «косинуса фи») хорошо известна электроэнергетикам.
Эта, по сути, острая проблема перерасхода электроэнергии в цепях с индуктивностями носит глобальный характер в мировой электроэнергетике. Пока она эффективно так и не решена. А в итоге страдаем от нее мы все, необоснованно переплачивая вдвое по сути за непотребленную нами электроэнергию. Трансформаторы и асинхронные электрические машины переменного тока – это самые массовые индуктивные электроприемники. Все они потребляет излишнюю реактивную электроэнергию из электросетей. Причем за сутки электроприемники потребляют вдвое больше чем нужно нагрузке на самом деле.
.Парадокс! Удивительно, но до сих пор пока все они и работают, крайне неэффективно потребляют электроэнергию из электросети. И по сути – практически все электроприемники попусту возвратно поступательно гоняют огромную часть (почти половину) электроэнергии по проводам, превращая ее в огромные потери. Например силовые трансформаторы, размещенные возле многоэтажных домов которые практически незагружены в ночное время суток и имеют ночью косинус фи не более 0,1-0,2.
Да, есть и с их помощью электроэнергию, потребляемую всеми нами ежедневно в каждой квартире и на работе, жилыми домами и промышленными предприятиями можно сэкономить почти в 2 раза. Запатентована, разработана и апробирована новая технология экономия электроэнергии переменного тока /1.2/
Вы наверное сразу не поверите, но сокращение потребления электроэнергии почти вдвое, без всякого вреда для ее потребителей вполне реально. Если исключить бесцельный переток реактивной энергии между электросетью и электрическими нагрузками, и запрячь реактивную энергию индуктивностей в полезную работу. Я доказал это своими изобретениями и опытами еще 25 лет назад. Но тогда так остро вопрос о экономии электроэнергии (ЭЭ).
Данную технологию ЭЭ также можно применить на любом электрифицированном транспорте, например, в квартирах домов, в электровозах и на подстанциях на железной дороге, в метро, на любом водном транспорте, во всех населенных пунктах, на электроподстанциях и даже на гидро- и теплоэлектростанциях. Технология имеет ряд промышленных секретов (ноу хау) и уже успешно апробирована. Приглашаем к сотрудничеству партнеров и инвесторов для совместного доведения данной прогрессивной технологии и простых устройств, ее реализующих, до сертификации и серийного производства.
Ниже на рисунках 1 и 2 в упрощенном виде показаны схемы подключения электрической нагрузки через входной трансформатор (индуктивность) к питающей электросети. Эта наиболее распространенная схема электропитания квартир многоэтажных домов.
Рис.1 Блок- схема подключения типовой электрической нагрузки через согласующий трансформатор непосредственно к электросети
Силовой трансформатор, общий на несколько домов, работает в крайне неравномерном режиме в течение суток: он наиболее нагружен утром и вечером, а ночью и днем работает практически в режиме холостого хода (с коэффициентом мощности не более 0.2).
Рис.2 Блок- схема подключения типовой электрической нагрузки через коммутатор согласующий трансформатор непосредственно к электросети
В результате возникает перерасход электроэнергии на уровне 30-50%. На рис 3 показана диаграмма напряжения, тока и потребляемой мощности за один период.
Как видно из диаграммы потребляемая энергия трансформатора имеет реактивный и активный характер дважды за период. Целью разработки является создание устройства, устраняющего интервалы протекания реактивного тока между сетью и трансформатором. На рис 4 приведена простейшая схема устройства, реализующего данный метод ЭЭ.
 
Рис. 4 Блок-схема простейшего однофазного устройства ЭЭ
Этот метод назван мною “метод прерывания циркуляции реактивных токов между нагрузкой и сетью”. Он применим как в однофазных, так и в многофазных электрических цепях с индуктивностями. Для его реализации необходимо ввести в фазах индуктивной нагрузки полностью управляемые силовые ключи двухсторонней проводимости. Они могут быть выполнены, например, на силовых высокочастотных транзисторах. Отметим, что сумма за период индуктивных фазных токов в фазах трехфазной электрической индуктивной нагрузки равна нулю. Это обстоятельство позволяет сделать циркуляцию реактивных токов вообще без компенсирующих конденсаторов, а с помощью полностью управляемых силовых ключей, например посредством силовых транзисторов.
Эффект устранения циркуляции реактивных токов между трансформатором и сетью переменного тока достигается за счёт введения оригинального, полностью управляемого силового электрического ключа, включенного между сетью и индуктивным трансформатором. Этот ключ (рис 2) обеспечивает эффект автоматической стабилизации входного коэффициента мощности на уровне, близком к единице, при изменении характера и величины нагрузки в широких пределах вообще без силовых компенсирующих конденсаторов.
На рис. 4 индуктивная нагрузка показана, например, в виде однофазного трансформатора напряжения с первичной обмоткой 4, присоединённой к силовой части 5 регулятора напряжения 2 и вторичной обмоткой 6, присоединённой к полезной электрической нагрузке 7. Силовая часть 5 регулятора напряжения 2 выполнена с полностью управляемыми полупроводниковыми ключами двухсторонней проводимости и присоединена по цепи управления 8 к системе управления 9, содержащей датчик 10 угла фазового сдвига, напряжения и тока нагрузки, и формирователи 11 импульсов управления регулятором 2.
Датчик напряжения 12 и датчик тока 13 присоединены через соответствующие формирователи 14, 15 на входы логической схемы 16 типа «И – НЕ» соответствующий интервалам знакопостоянства напряжения и тока, выход которой присоединён к системе формирования управляющих импульсов 11, содержащей регулятор скважности 17, например, одновибратор, и формирователь импульсов 18, например, типа генератора Ройера, на входы управления силовых вентилей 19 регулятора напряжения 2 зашунтированных встречно включёнными стабилитронами 20.
Рис.5 Трехфазное устройство экономии электроэнергии (блок- схема)
На рис.4 показано предлагаемое устройство экономии электроэнергии в однофазном исполнении, на рис 5 – предлагаемое устройство экономии электроэнергии показано в трёхфазном исполнении. Электрическая сеть 1 присоединена через коммутатор -регулятор напряжения 2 к электрической индуктивной нагрузке 3.
Электронный коммутатор 2 (полностью управляемый транзисторный ключ в данном простом однофазном устройстве ЭЭ на рис 4) включается только дважды за период, в интервалы времени, соответствующие времени протекания реактивных токов в нагрузку, при которых знаки входных фазных напряжения и тока не совпадают (например напряжение + а ток минус - см график временных диаграмм тока . напряжения и сигналов управления последовательным с входной сетью и нагрузкой - силовым ключом).
Рис 6 Временные диаграммы токов и напряжений на элементах устройства ЭЭ
Рассмотрим различные схемные решения устройства ЭЭ, обеспечивающего правильный алгоритм работы силового коммутатора, управляемого от датчика фазы (данные принципиальные схемы разработаны и апробированы в творческом коллективе мною вместе с моими соратниками).
Рис 7. Принцепиальная электрическая схема устройства экономии электроэнергии - однофазный вариант
Рис. 8. Упрощенный вариант принципиальной схемы устройства ЭЭ
Для самых любознательных – о физике процесса выделения энергии запасенного в индуктивности при разрывании индуктивности с током.
Механический разрыв индуктивности с электрическим током приводит к образованию электрической дуги в месте этого разрыва. Это явление уже широко используется в электротехнике. Именно так и устроены самые простые автомобильные системы электрозажигания, которые состоят из высоковольтного трансформатора, (катушки зажигания), присоединенного первичной низковольтной обмоткой через механический коммутатор к аккумуляторной батарее (примерно 12 вольт), с выходом высоковольтной обмотки на два электрода с зазором - электрическую свечу зажигания.
Однако физика процесса образования электрической дуги, при механическом разрыве индуктивности с током, так пока до сих пор основательно учеными и не понята. А именно в ней, этой удивительной физике образования электрической дуги при механическом разрыве индуктивности с током, и скрыт механизм радикальной экономии электроэнергии в асинхронных электрических машинах. При разрыве тока в цепи большой индуктивности в месте разрыва возникает большой дуговой разряд. С позиций эфирной теории это может быть объяснимо так:
При разрыве тока в цепи, содержащей индуктивность, давление (сопротивление) создаваемое ранее движением электронов первичного эл.тока мгновенно прекращается, а эфир внутри обмотки, который имеет инерцию, продолжает свое движение. Так как цепь разомкнута, эфир отразившись, по аналогии гидроудара, имеет обратную волну. Скорость волны огромна и порождает большое количество электронов в кристаллической решетке и мгновенно увеличивая разность потенциалов пробивает разорванный участок цепи, создавая мощный электрический разряд.
После разрыва цепи содержащую индуктивность, отраженная волна имеет очень большую скорость, что вызывает возникновение в кристаллической решетке проводника большого числа электронов, вплоть до полного возбуждения всей кристаллической решетки. Но волна не может, распространится мгновенно, к тому же она очень быстро затухает это и объясняет мгновенно возникающую высокую разность потенциалов (эдс самоиндукции).
Для более глубокого понимания предлагаемого метода экономии электроэнергии в индуктивных нагрузках путем полезного использования явления электромагнитной самоиндукции при разрыве тока индуктивности, следует понять, что явление самоиндукции – это ответная реакция электромагнитного поля индуктивности, связанной воедино с эфирной энергией. Электромагнитное поле каким-то образом поддерживается энергией эфира.
Тогда вполне можно допустить, что эфир неразрывен и заполняет в частности, пространство вокруг индуктивности и саму эту индуктивность. При таком нелинейном импульсном режиме прерывания ее тока, электромагнитное поле обмотки сразу исчезнуть не может и, следовательно, индуктивная обмотка становится эфирным трансгенератором электроэнергии, поскольку эфир внутри индуктивности продолжает движение в обмотке по инерции,и и выталкивает как поршнем с ее оборванного конца новые носители электрического тока непосредственно из самой обмотки для поддержания («спасения») коммутированного тока индуктивности и стабилизации электромагнитного поля в ней.
Ниже для иллюстрации приведены 3 простые однофазные электросхемы (рис. 9.1-9.3), содержащие индуктивности, силовые бесконтактные ключи и эл нагрузки, поясняющие схему работы коммутатора на силовой ключе в цепи этой индуктивности. На однофазных простых электросхемах рассмотрены два варианта разрядки запасенной электромагнитной энергии индуктивности, работающей в режиме такого трансгенератора электроэнергии. За счет возникновения явления электромагнитной ЭДС самоиндукции, с переводом тока от нее на полезную электрическую нагрузку.
На рис.9.1 показана схема электромагнитного процесса запасания электромагнитной энергии в катушке индуктивности (Ключ К1 – замкнут).
На рис. 9.2 показан процесс рекуперации запасенной энергии индуктивности в полезную нагрузку при разрыве индуктивности с током, посредством полностью управляемого ключа К1 и переключения противоэдс ключом К2 на полезную нагрузку – рабочий ход.
Причем, если в качестве индуктивности используется трансформатор, с нагруженной вторичной обмоткой и разрывом первичной обмотки с током, то ключ К2 вообще не нужен.
На рис. 9.3 показана схема разрядки энергии индуктивности на конденсатор (колебательный контур и на ротор, поскольку в качестве полезной нагрузки использована асинхронная машина - то приемником запасенной электромагнитной энергии индуктивности служит ротор этой однофазной асинхронной машины.
На рис 9. 1-9.2 показано запасание электромагнитной энергии в индуктивности с током и потом разрыв индуктивного дросселя быстродействующим ключом, и потом переключения ее на контур с электрической полезной нагрузкой, в котором показана работа электрического тока, возникающего при разрыве индуктивности с током от противоэдс в этом новом контуре на полезную нагрузку.
На рис. 9.3 показана работа этой электросхемы с коммутатором в цепи индуктивности статорной обмотки однофазной асинхронной электромашины. Поскольку вторичным контуром индуктивной связи является ротор, то при разрыв фазной индуктивной обмотки однофазного асинхронного электродвигателя, возникающая противоэдс в индуктивности трансформирует дополнительный ток в роторе, которые и приводит к увеличению момента вращения на его валу. Естественно, в таком асинхронном однофазном электродвигателе работают с пользой оба такта, только ключ К2 не нужен вообще.
Ниже показаны диаграммы токов и напряжений на элементах коммутатора и в нагрузки:
Рис. 10 Временные диаграммы к анализу электрических и электромагнитных процессов в цепи с индуктивностью и коммутатором
Как показывают наши опыты и приведенные осциллограммы, при такой работе ключа в данном простом устройстве ЭЭ возникает экономия электроэнергии. Она реализуется за счет внутренней компенсации фазового сдвига между напряжением и током в первичной нагрузки цепи (до трансформатора). Как следствие, входной косинус фи индуктивной нагрузки (силового трансформатора) по отношению к входной сети становится равным 1.
Причем, одновременно с внутренней компенсацией «входного косинуса фи», полезная мощность в нагрузке при этом еще и возрастает, за счет преобразования реактивной составляющей индуктивной энергии, запасенной в трансформаторе, в дополнительную активную составляющую полезной электроэнергии, выделяемую при этом в полезной нагрузки!
Рис.11 Фото осциллограммы входных напряжения и тока при работе коммутатора
(электрическая схема на рис. 5)
Как видно из приведенной осциллограммы, фазовый сдвиг между током и напряжением в индуктивной нагрузке, при работе коммутатора устройства ЭЭ вообще исчезает. Тоесть возникает эффект внутренней компенсации реактивной энергии в самом контуре индуктивной нагрузки, образованном при разомкнутом ключе коммутатора. Некоторое искажение формы тока, при работе устройства ЭЭ легко устраняется простыми фильтрами высших гармоник.
Скачать видео
Заказать макет
- Практически все существующие электроприемники переменного тока обладают индуктивностями и пока бесполезно расходуют излишнюю электроэнергию из сети (до50%) на ее электромагнитную перезарядку в реактивные интервалы времени, а потом снова отдают эту запасенную энергию в сеть путем обмена индуктивными токами с питающей сетью переменного тока дважды за период.
- Экономию электроэнергии в них можно обеспечить путем устранения этих реактивных интервалов возврата реактивного тока в сеть, и бесполезного расходования запасаемой электромагнитной энергии индуктивностей, путем разрыва цепи в реактивные интервалы времени, и использовать эту запасенную энергию с пользой внутри самой этой нагрузки.
- В трехфазных индуктивных нагрузках с вторичным контуром можно обеспечить экономию электроэнергии посредством принудительной циркуляцию реактивных токов по фазам, путем прерывания электронными ключами фазных токов в реактивные интервалы времени (при несовпадения по знакам фазных токов и напряжений индуктивностей).
- Максимальный режим экономии электроэнергии в индуктивных нагрузках достигается быстродействующим разрывом тока индуктивности в момент его максимума – дважды за период переменного тока. Рекуперация электроэнергии происходит благодаря полезному использованию противоэдс самоиндукции, при разрыве фазных индуктивных обмоток с током.
- Физическая сущность этого «разрывного» метода радикальной экономии электроэнергии в индуктивных электроприемниках, состоит в возникновении и полезном использовании явления электромагнитной самоиндукции для полезного использования электромагнитной энергии индуктивностей в самой нагрузке.
- Предложен оригинальный многообмоточный трансформатор с коммутатором в первичной обмотке, циркуляцией реактивных токов и цепью рекуперации электроэнергии, между первичной и вторичной обмотками в « реактивные» интервалы времени. Экономия электроэнергии составляет 80-100%.
- Предложены метод циркуляции реактивных токов в многофазной АЭМ в «реактивные» интервалы и метод рекуперации электроэнергии посредством оригинальной автогенераторной схемы многообмоточной асинхронной вентильной машины. Экономия электроэнергии - 80-100%.
- Предложена оригинальная многообмоточная асинхронная вентильная машина с коммутатором в первичной обмотке, циркуляцией реактивных токов и цепью рекуперации электроэнергии, между первичной и вторичной обмотками в «реактивные» интервалы времени. Экономия электроэнергии составляет 80-100%.
Проблема экономии электроэнергии становится все более актуальной в мире и поэтому предлагаемые в статье методы ее экономии имеют важное практическое и научное значение. Существующие многочисленные электропотребители переменного тока, содержащие индуктивности (трансформаторы, асинхронные электрические машины), пока неэкономично расходуют потребляемую электроэнергию, поскольку бесполезно обмениваются реактивными токами и реактивной энергией индуктивностей с питающей электросетью.
Этот бесполезный реактивный энергообмен сети и индуктивных электроприемников реактивными токами дважды за период, вполне можно устранить разными методами.. В том числе методом конденсаторной компенсации реактивной мощности, резонансными методами настройки электроприемников на единичный входной коэффициент мощности и метод с использованием компенсирующих конденсаторов и электронными ключами, включенными последовательно в цепи электропитания последовательно с индуктивной обмоткой.
В результате отключения индуктивной нагрузки от сети переменного тока в данные «реактивные» интервалы времени бесполезный переток реактивных токов устраняется. Запасенная ранее реактивная энергия индуктивности длительное время сохраняется внутри многофазных электроприемников, благодаря явлению круговой циркуляции ее по фазам индуктивной нагрузки, что и приводит к существенной экономии электроэнергии. Данный метод циклического отключения индуктивной нагрузки от сети в «реактивные» интервалы позволит получить экономию электроэнергии до 30-50%.
Радикальная экономия электроэнергии индуктивными электропотребителями (до 100%) может быть достигнута при быстродействующей коммутации тока потребления дважды за период в моменты его максимума.
Эффективность этого «разрывного» метода экономии электроэнергии заключается в полезном использовании возникающей при разрыве тока в индуктивности явления электромагнитной самоиндукции Для его реализации индуктивные электрические нагрузки (потребители) должны иметь замкнутые вторичные электрические и электромагнитные контура. В асинхронных электрических машинах вторичным электрическим и электромагнитным контурами служит ее статорный магнитопровод и ротор, в трансформаторах – их магнитопроводы и вторичные обмотки.
- Дудышев В.Д. и др. Регулятор напряжения –а.с. СССР № 1372464 , 1988 г.
- Дудышев В.Д. и др. Регулятор напряжения – а.с. СССР №1389634 , 1988 г.
- Дудышев В.Д. Способ электромеханического преобразования энергии - пат РФ № 2182398
- Дудышев В.Д. и др .Асинхронная вентильная машина - а.с. СССР № 1046863
- Дудышев В.Д. и др. Асинхронный вентильный генератор - а.с. СССР № 826545
- Дудышев В.Д. и др. Перспективы применения автономных асинхронных вентильных стартер-генераторов в автономных системах электроснабжения-«Электротехника».№11, 1980 г.
- Дудышев В.Д. и др.Устройство для подключения потребителя к сети переменного тока –а.с. СССР.
- Дудышев В.Д. и др. Устройство для пуска и защиты асинхронного электродвигателя от аварийных режимов – а.с. СССР №1582308 №1537100
|
