Budoucnost pro DC napájecí systémy?

Na začátku dvacátého století se tvrdě debatovalo mezi odborníky o výhodách a nevýhodách použití obvodů stejnosměrného a střídavého proudu pro napájení. Stalo se tak, že byla dána přednost trojfázovým střídavým obvodům. Průmyslníci, kteří počítali objem investičních nákladů na vytvoření systémů dodávky energie, si vybrali, zdá se, nejoptimálnější možnost.

Rozhodující roli v rozsáhlé distribuci třífázových střídavých sítí hrála jednoduchost získávání točivého momentu s minimálním počtem fází. Proti stejnosměrnému proudu byly takové argumenty předloženy jako vysoká cena a nízká spolehlivost motorů, složitost přeměny energie. Ale to bylo tehdy. Co teď? Praktické zkušenosti získané v průběhu mnoha let vývoje energetického průmyslu podle mého názoru přinášejí devastující výsledky.

První. Z kurzu teoretické základy elektrotechniky Je známo, že pro přenos maximálního výkonu na zátěž v obvodech se střídavým proudem musí být splněna podmínka stejného odporu zdroje vůči odporu vedení a zátěži. Z toho vyplývá, že teoreticky dosažitelná účinnost pro AC obvody je 33%.

Praktická schémata napájení ke snížení ztrát při přenosu energie zahrnují určitý počet převodů napětí. Přinejmenším to není méně než pět transformací, z nichž každá používá svůj vlastní transformátor. Pokud vezmeme účinnost každého optimálně zatíženého transformátoru rovnou 0,9, pak bude celková účinnost transformace 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 = 0,59049 a účinnost napájení - 0,33 0,59049 = 0. 1,948,617.

Vzhledem k tomu, že výkon transformátorů je vybrán s ohledem na ranní a večerní maxima zátěže, je jejich skutečná průměrná vážená účinnost transformátorů nižší než 0,9, takže skutečná účinnost napájení je nižší než 0,195. A to bez zohlednění únikových proudů, reaktivní proudyharmonické a jiné potěšení.

Studie K. H. Yalovega v metalurgických závodech ukázaly, že na hřídeli pracovního stroje máme ve formě užitečné energie jen asi 2,4% energie dodávané do hřídele generátoru v elektrárně. Není náhodou, že účinnost domácích větrných turbín při práci na jediné energetické síti sotva dosahuje 11%.

Druhý. Stejný N.V. Yalovega navrhl instalaci ortogonálních kombinovaných vinutí do třífázových asynchronních střídavých motorů, ve kterých má úhel posunu mezi fázemi dvě hodnoty - 120 a 90 stupňů. Dokázal, že pokud by bylo přijato čtyřfázové napájení, mohla by se výroba elektřiny snížit třikrát až čtyřikrát pomocí stejného užitečného robota.

Rozšířené použití indukčních motorů s ortogonálními vinutími by snížilo výrobu elektřiny v průměru třikrát. Důvodem je skutečnost, že asi 70% elektřiny je spotřebováno indukčními motory. Volba třífázového proudového systému tedy, mírně řečeno, nebyla optimální.

Třetí. V sovětských dobách byl postaven reverzibilní stejnosměrný přenosový systém, který propojoval vodovodní stanici Volga a Mikhailovsky (Donbass) s napětím 750 kV. Praxe provozování systému ukázala jeho vysokou účinnost. Bylo prokázáno, že použití stejnosměrného proudu k přenosu elektřiny na velké vzdálenosti má jasné výhody oproti systému se střídavým proudem. Účinnost v obvodech stejnosměrného proudu může dosáhnout 90% nebo více. Není zbytečné, že energetické společnosti Japonska a Spojených států se opakovaně pokoušejí koupit vybavení pro stejnosměrné rozvodny.

Všichni jsme se tak stali rukojmími současné situace v energetickém sektoru. Jsme nuceni platit všechny náklady na dopravu a distribuci energie centralizovaným napájením. Při vytváření autonomních systémů napájení je situace jiná. Samotný spotřebitel si může svobodně vybrat, co je pro něj nejlepší, střídavé nebo stejnosměrné. Jediné omezení je stanoveno konečnými zátěžemi, které nemohou pracovat v obvodech stejnosměrného proudu. Ale dnes to není problém.

Technologie přeměny prošla téměř sto let významnými změnami, a pokud před 25 lety byly střídače a polovodičové konvertory výsadou obranného průmyslu, dnes se široce používají v průmyslu a v každodenním životě. Mnoho domácích spotřebičů má spínané napájecí zdroje, které mohou pracovat v obvodech střídavého i stejnosměrného proudu.

Proto při vytváření autonomních zdrojů elektřiny je lepší dávat přednost stejnosměrnému proudu. V tomto případě však bez problémů.

Pokud nakreslíme kompletní schéma autonomního napájení pomocí střídače, je zřejmé, že v obvodu mezi zdrojem a spotřebitelem budou postupně zapojeny alespoň tři křižovatky pn. Při každém přechodu bude úbytek napětí asi 1,5 V, celkový úbytek napětí bude alespoň 4,5 V. plus zbývající ztráty.

Proto je při vytváření autonomních zdrojů energie pomocí střídačů použití nízkonapěťových generátorů 14, 28 V nepraktické. Preferovány by měly být generátory s výstupním napětím 230 V, což je standardní pro domácí sítě, a pokud je možné převést energii zařízení na stejnosměrný proud, je lepší ji nezanedbávat.

K tomuto závěru jsme dospěli při vývoji autonomních zdrojů napájení. Bylo by zajímavé dozvědět se další názory. Je možné, že radikálně změní nejen naše názory na stávající problém.

ANO. Duyunov. A.B. Pajankov. S.I. Levachkov