Przyszłość systemów zasilania prądem stałym?

Na początku XX wieku zaciekłe debaty między specjalistami na temat zalet i wad stosowania obwodów prądu stałego i przemiennego do zasilania. Tak się złożyło, że preferowano obwody trójfazowe prądu przemiennego. Przemysłowcy, obliczając wielkość kosztów kapitałowych związanych z tworzeniem systemów zasilania, wybrali, jak się wydaje, najbardziej optymalną opcję.

Decydującą rolę we wszechobecności trójfazowych sieci prądu przemiennego odgrywała prostota uzyskania momentu obrotowego przy minimalnej liczbie faz. Wobec prądu stałego wysunięto takie argumenty, jak wysoki koszt i niska niezawodność silników, złożoność konwersji energii. Ale tak było wtedy. Co teraz Praktyczne doświadczenie zdobyte przez wiele lat rozwoju branży elektroenergetycznej daje moim zdaniem druzgocące wyniki.

Pierwszy. Z kursu teoretyczne podstawy elektrotechniki Wiadomo, że aby przenieść maksymalną moc na obciążenie w obwodach prądu przemiennego, musi być spełniony warunek równej rezystancji źródła względem rezystancji linii i rezystancji obciążenia. Wynika z tego, że teoretycznie osiągalna wydajność obwodów prądu przemiennego wynosi 33%.

Praktyczne schematy mocy mające na celu zmniejszenie strat w transporcie energii wymagają pewnej liczby konwersji napięcia. Przynajmniej jest to nie mniej niż pięć transformacji, z których każda wykorzystuje własny transformator. Jeśli weźmiemy wydajność każdego optymalnie obciążonego transformatora równą 0,9, wówczas całkowita wydajność transformacji wyniesie 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 = 0,59049, a wydajność zasilacza - 0,33 0,59049 = 0. 1 948,617.

Biorąc pod uwagę, że moc transformatorów dobierana jest z uwzględnieniem porannych i wieczornych maksimów obciążeń, ich rzeczywista średnia ważona sprawność transformatorów jest niższa niż 0,9, dlatego rzeczywista sprawność zasilania jest niższa niż 0,195. I to bez uwzględnienia prądów upływowych, prądy bierneharmoniczne i inne rozkosze.

Badania przeprowadzone przez K.V. Yalovegę w zakładach metalurgicznych wykazały, że na wale pracującej maszyny mamy w postaci energii użytecznej tylko około 2,4% energii dostarczanej do wału generatora w elektrowni. To nie przypadek, że sprawność krajowych turbin wiatrowych podczas pracy na pojedynczej sieci energetycznej wynosi zaledwie 11%.

Drugi Ten sam N.V. Yalovega zaproponował zainstalowanie połączonych ortogonalnych uzwojeń w trójfazowych asynchronicznych silnikach prądu przemiennego, w których kąt przesunięcia między fazami ma dwie wartości - 120 i 90 stopni. Udowodnił, że gdyby przyjąć czterofazowy zasilacz, wówczas wytwarzanie elektryczności można by zmniejszyć trzy do czterech razy za pomocą tego samego użytecznego robota.

Powszechne stosowanie silników indukcyjnych z uzwojeniami ortogonalnymi zmniejszyłoby wytwarzanie energii elektrycznej średnio trzy razy. Wynika to z faktu, że około 70% energii elektrycznej jest zużywane właśnie przez silniki indukcyjne. Zatem wybór trójfazowego układu prądowego był, delikatnie mówiąc, nieoptymalny.

Trzeci W czasach radzieckich zbudowano odwracalny system przenoszenia prądu stałego, łączący elektrownię wodną Wołga i podstację Michajłowskiego (Donbas) o napięciu 750 kV. Praktyka obsługi systemu wykazała jego wysoką wydajność. Udowodniono, że wykorzystanie prądu stałego do przesyłania energii elektrycznej na duże odległości ma wyraźną przewagę nad systemem prądu przemiennego. Wydajność w obwodach prądu stałego może osiągnąć 90% lub więcej. Nie na próżno przedsiębiorstwa energetyczne z Japonii i Stanów Zjednoczonych wielokrotnie podejmowały próby zakupu urządzeń dla podstacji prądu stałego.

W ten sposób wszyscy zostaliśmy zakładnikami obecnej sytuacji w sektorze energetycznym. Jesteśmy zmuszeni pokryć wszystkie koszty transportu i dystrybucji energii za pomocą scentralizowanego źródła zasilania. Sytuacja wygląda inaczej w przypadku tworzenia autonomicznych systemów zasilania. Sam konsument ma swobodę wyboru tego, co jest dla niego najlepsze - prądu przemiennego lub stałego. Jedyne ograniczenie narzucają obciążenia końcowe, które nie mogą pracować w obwodach prądu stałego. Ale to nie jest dzisiaj problem.

Przez prawie sto lat technologia konwersji uległa znaczącym zmianom, a jeśli 25 lat temu falowniki i półprzewodniki były przywilejem przemysłu obronnego, dziś są szeroko stosowane w przemyśle i życiu codziennym. Wiele urządzeń gospodarstwa domowego ma zasilacze impulsowe, które mogą działać zarówno w obwodach prądu przemiennego, jak i stałego.

Dlatego tworząc autonomiczne źródła energii elektrycznej lepiej jest preferować prąd stały. Jednak w tym przypadku nie bez problemów.

Jeśli narysujemy kompletny schemat autonomicznego zasilania za pomocą falownika, stanie się jasne, że co najmniej trzy złącza pn zostaną kolejno połączone w obwodzie między źródłem a odbiornikiem. Przy każdym przejściu spadek napięcia wyniesie około 1,5 V, całkowity spadek napięcia wyniesie co najmniej 4,5 V. Plus pozostałe straty.

Dlatego przy tworzeniu autonomicznych źródeł energii za pomocą falowników zastosowanie generatorów niskiego napięcia 14, 28 V jest niepraktyczne. Preferowane powinny być generatory o napięciu wyjściowym 230 V, co jest standardem w sieciach domowych, a jeśli możliwe jest przeniesienie mocy urządzenia na prąd stały, lepiej go nie zaniedbać.

Doszliśmy do tego wniosku, opracowując autonomiczne źródła zasilania. Byłoby interesujące poznać inne opinie. Możliwe, że radykalnie zmienią nie tylko nasze poglądy na istniejący problem.

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