Обзор промышленных и резонансных полуволновых методов передачи электрической энергии

Гений Николы Тесла.

Резонансные методы передачи электрической энергии токами повышенной частоты, в определенном смысле, предстают сегодня в виде некоторой альтернативы методу передачи, используемому в современной электротехнической промышленности.

Применяемый в настоящее время метод передачи электрическим током с частотой 50 (60) Гц, впервые был предложен  великим Н.Тесла. Высокочастотный резонансный метод является также «плодом» Гения Н.Теслы. При этом, как ток с частотой 50 (60) Гц, так и токи резонансных технологий пережили при их освоении инженерным сообществом стадии «альтернативных».

Переменный ток с частотой 50 (60) Гц был предложен Н.Тесла в качестве «альтернативы» постоянному току Эдисона при разрешении Гением проблемы создания двигателя без коллекторного устройства. Задача была решена путем «переноса» процесса коммутации электрического тока из конструкции двигателя  в конструкцию источника электрической энергии, для чего изобретено вращающееся магнитное поле и … коллектор навсегда исчез из конструкции электрической машины. Электрический двигатель из сириесного или шунтового превратился в асинхронный или синхронный, правда, поначалу с непривычными электромеханическими характеристиками. Отзвук этих драматичнейших событий в истории электротехники является нам сегодня в названии переменного тока в англоязычных странах (alternating current – А.С.).

Решая задачу по уменьшению в передающей линии  количества проводников (а лучше вообще без них!), Н.Тесла открыл пространство токов высокой частоты. Инженерным инструментом в этом пространстве стало устройство без механически движущихся элементов. Задолго до изобретения ламповых генераторов им стал резонансный трансформатор Н.Тесла. Как следствие экспериментов с трансформатором необычной конструкции – открытие токов высокой частоты, волн электрических зарядов, стоячих волн тока и потенциала, передача электрической энергии по одному проводу, а также передача электрической энергии без проводов.

Теоретическая и прикладная наука об одном из фундаментальных явлений природы – электричестве, за последние сто пятьдесят лет прошла колоссальный путь  от рождения, через становление, до уровня области культуры человечества, принципиально изменившей условия жизни, производства продуктов потребления, знаний об окружающем мире и даже некоторые физикофилософские концепции.

Задачи сегодняшнего дня.

Задачей сегодняшнего дня для науки об электричестве является  не только дальнейшее наращивание успехов в области генерации и транспорта все больших количеств электроэнергии и передачи ее на колоссальные расстояния, но и высокоэффективная генерация  с помощью возобновляемых источников энергии, а также адресно-распределенная передача и доставка необходимых количеств энергии на средние и небольшие расстояния для обеспечения нужд широких социальных  слоев, особенно в условиях труднодоступной, удаленной от крупных источников электроэнергии, малонаселенной, социально неосвоенной местности.

Нет сомнений, что при разрешении перечисленных проблем (и это далеко не все) в очередной раз свою прорывную, технологически революционную роль сыграют завещанные людям, и пока неосознанные нами, идеи великого Н. Теслы.

Нами уже выполнен огромный объем работ в обозначенной области научных, поисковых и конструкторских разработок.

В части передачи электрической энергии наблюдаются два научно-технических направления:

  1. Развитие идеи применения токов повышенных частот в системах передачи электрической энергии резонансными устройствами с сосредоточенными параметрами.
  2. Передача электроэнергии путём применения устройств с распределенными электрическими параметрами, позволяющими возбуждать волны тока и напряжения, а с помощью интерференционных волновых эффектов в необходимых местах системы передачи (например, на линии передачи) образовывать узлы (или пучности) тока или потенциала, создавая условия для управляемого процесса снижения потерь энергии при передаче.

Накопленные знания и опыт в применении устройств с распределенными в пространстве электрическими свойствами (трансформаторы Н.Тесла) позволили поставить вопрос об исследовании механизма передачи электрической энергии по низкопотенциальному проводнику, соединяющему токовые (узловые) выводы резонансных обмоток трансформаторов Тесла и в 2016г. реализовать  низкопотенциальную передачу при наличии разрыва в линии с включением в разрыв участка  водной среды, а также исследовать  влияние конструкции проводника (сечение, длина) передающей линии и величины нагрузки на качество передачи.

В полевых условиях проведен комплекс натурных испытаний по передаче электрической энергии в полуволновом режиме по низкопотенциальной линии (без использования высоковольтных выводов трансформаторов Н.Тесла). Исследовались частотные характеристики (в диапазоне частот 185-200 кГц) прохождения электрической энергии при разных диаметрах проводника линии передачи (0,15мм; 0,8мм; 1,5мм) на различные дистанции передачи: 60м,130м, 260м. Исследовалось влияние нагрузки.

Установлено, что резонансные кривые в большинстве своем имеют два максимума. При этом частоты пиков КПД передачи не совпадают с частотами пиков максимумов мощности.

Установлено, что в окрестности принимающего четвертьволнового трансформатора Н.Тесла возрастает уровень магнитной индукции, свидетельствующий о том, что передающий и принимающий трансформаторы Н.Тесла при передаче образуют единую резонансную полуволновую систему, при которой передающий трансформатор Н.Тесла «ощущает» принимающий трансформатор. Этот феномен дает возможность управлять параметрами передающего трансформатора  со стороны нагрузки.

Установлено также, что длина передающей линии не влияет на резонансную частоту системы передачи.

Полученные результаты доложены на 10-й Международной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» ФГБНУ ВИЭСХ – 2016 и Научно-технической конференции «Инновации».

Владимир Трубников,
Научный сотрудник отдела электроснабжения ГНУ ВИЭСХ

2018-01-10T11:16:19+00:00