Радикальное энергетическое совершенствование трансформаторов и электрических машин переменного тока Дудышев В. Д

ВТОРОЙ МЕТОД И ВАРИАНТ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МИНИМАЛЬНОГО ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ И ДОСТИЖЕНИЯ РЕЖИМА САМОВРАЩЕНИЯ АСИНХРОННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Как известно, в индуктивных обмотках асинхронной электрической машины запасается и затем расходуется электромагнитная энергия на создание вращающегося электромагнитного поля в рабочем зазоре машины. Причем реактивные токи статорных обмоток АЭМ обмениваются за период с питающей сетью переменного тока дважды за период и в сумме равны нулю. Это обстоятельство может быть с пользой реализовано для минимизации электропотребления АЭМ при наличии специальных коммутаторов Электрическая машина -это многоконтурная нелинейная индуктивность Более просто можно понять суть и энергетику работы асинхронной электрической машины как сложной индуктивности, работающей как циклический накопитель электромагнитной энергии , причем в динамике и на переменном токе . Для того чтобы разобраться с методами радикальной экономии электроэнергии в электрических машинах надо уяснить физику процессов обмена энергиями (электрической энергии в электромагнитную и обратно )в индуктивностях, из которых они и состоят. По-существу, трехфазная асинхронная электрическая машина –это совокупность индуктивностей, три из которых размещены на статоре и одна индуктивность – это ее ротор . Известно что индуктивность при пропускании через нее электрического тока запасает в себе электромагнитную энергию. При переменном токе максимум запасенной энергии в индуктивности наступает при достижении максимума амплитуды переменного тока.. Поскольку электрический ток в фазных обмотках синусоидальный, то максимум запасаемой энергии в индуктивностях статорных обмоток АЭМ наступает дважды за период Из ниже приведенных графиков (рис.2) вполне видно, что максимум запасенной энергии в индуктивности соответствует максимуму тока и наступает дважды за период протекания через индуктивность переменного тока. На нижней части графиков показан ток и электромагнитная энергия индуктивности при размыкании (коммутации) тока в первичной обмотке индуктивности ключом К1 . Экспериментами установлено что в момент размыкания тока в индуктивности ее энергия значительно в разы – возрастает вследствие наведенной в ней эдс самоиндукции А что будет- если быстродействующим полупроводниковым ключом рвать цепи фазных токов асинхронной электрической машины (АЭМ )в момент максимальных амплитуд этих токов и запасенную энергию индуктивностей таким образом направлять в виде электрического тока посредством противоэдс на самоэлектропитание фазных индуктивных обмоток для самовращения АЭМ ??? Сущность данной технической идеи – состоит в том, чтобы реализовать этим коммутатором циркуляцию реактивных токов внутри статорных обмоток АЭМ –т.е. по иному, более рационально использовать эту запасаемую электромагнитную энергию индуктивностей статорных обмоток путем отсечки реактивных токов от их обмена с сетью и использования их внутри самой АЭМ и направления их в другие индуктивные обмотки , т.е. заставить их работать в режиме циркуляции реактивной мощности и тем самым полностью исключить обмен реактивными токами этой электрической машины с питающей электросетью . Об этом ниже Для реализации этого режима АЭМ должна быть дополнена быстродействующим коммутатором для обеспечения быстродействующего разрыва тока индуктивных обмоток статора в нужные моменты времени –дважды за период. Рассмотрим вначале эти процессы коммутации тока в индуктивностях на примере одной обмотки. Аналогия цикла зарядки – разрядки индуктивности с циклом работы двухтактного ДВС Отмечу сразу, что этот цикл зарядки – разрядки индуктивности током при участии коммутатора имеет, по–моему, весьма близкую аналогию с работой поршневого ДВС и лично мне напоминает чем то цикл работы теплового двухтактного ДВС Посудите сами .Вначале в индуктивности от тока происходит накопление электромагнитной энергии (в ДВС – всасывание топливной смеси в камеру сгорания ), потом происходит быстрая коммутация тока ключом в цепи индуктивности в момент достижения максимального тока (аналогия- электроискровое воспламенение ТВС в мертвой точке хода поршня ДВС). Затем возникает ударная волна – в данном случае возникает эдс самоиндукции , которая как поршень ДВС в рабочем такте в порождает протекание тока во вторичном индуктивном контуре за счет индуктивной и электрической взаимосвязи обмоток , Далее процесс циклично повторяется .Рассмотрим более детально этот процесс коммутации тока БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ РАЗРЫВ ОБМОТКИ ИНДУКТИВНОСТИ С ТОКОМ Этот разрыв –коммутацию тока в индуктивности можно осуществить двумя путями механический разрыв тока в обмотке индуктивности электрический разрыв тока в обмотке индуктивности Кратко рассмотрим оба этих варианта коммутации . Механический разрыв тока в обмотке индуктивности 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(=12 вольт), с выходом высоковольтной обмотки на два электрода с зазором- электрическую свечу зажигания. Однако физика процесса образования электрической дуги так пока до сих пор основательно учеными и не понята . А именно в ней- этой удивительной физике образования Эл дуги при механическом разрыве индуктивности с током и скрыто 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, но скорость волны огромна волна 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) Рис.1 Электрический разрыв (транзисторная коммутация )тока в обмотке индуктивности 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 поддерживается как то энергией эфира Тогда вполне можно допустить, что, поскольку эфир неразрывен и заполняет в частности, пространство вокруг индуктивности и саму эту индуктивность,, то 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 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.1-3), содержащие индуктивности, силовые бесконтактные ключи и эл нагрузки, поясняющие схему работы коммутатора на силовой ключе в цепи этой индуктивности. Ниже 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 рис1,2-показано запасание электромагнитной энергии в индуктивности с током и потом разрыв индуктивного дросселя с током 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. 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 лектродвигателе работают с пользой оба такта, только ключ К2 не нужен вообще. 3 Компенсация реактивной мощности в асинхронных электрических машинах Известно, что любая индуктивная нагрузка, например, индуктивный дроссель, трансформатор, потребляет индуктивный ток из питающей электрической сети. Индуктивный ток отстает по фазе от активного тока и нужен индуктивности для создания магнитного потока .Асинхронная электрическая машина (АЭМ)не является исключением. В ней также есть и активные токи и индуктивные токи , как в двигательном так в и в генераторном режимах ее работы. Фактически индуктивные токи АЭМ снижают ее энергетическую эффективность. Поскольку они -реактивные токи и реактивная мощность в фазах эл машины , потребляемые из питающей электросети не создают активной мощности на валу, а создают только вращающееся магнитное поле в зазоре статорной расточки . Для повышения коэффициента мощности АЭМ применяют компенсирующие электрические конденсаторы, имеющие опережающую фазу тока по отношению к сетевой синусоиде напряжения . Их присоединяют к статорным индуктивным обмоткам Идеальным режимом компенсации реактивной составляющей тока АЭМ является резонансный режим в этом многофазном индуктивно- конденсаторном контуре, который достигается подключением к фазным обмоткам электрических конденсаторов определенной величины емкости При реализации резонансного режима индуктивности асинхронной машины и дополнительной емкости фазовые угла сдвига токов в конденсаторах и индуктивностях равны по величине а их фазовые сдвиги относительно напряжения сети противоположны И поэтому в этом режиме остается только активная составляющая тока потребления асинхронного двигателя из сети .Однако резонансный режим изменяется и иногда полностью исчезает при изменении нагрузки на валу мотора, и это требует постоянной поднастройки резонансного контура – а это технически весьма сложно. АНАЛИЗ АНАЛОГОВ –КОНДЕНСАТОРНЫХ КОМПЕНСАТОРОВ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОМАШИНАХ Известное и существующее серийное конденсаторное устройство экономии электроэнергии в виде управляемых конденсаторных батарей весьма дорогое и громоздкое и не обеспечивает достаточно полной компенсации реактивной мощности, особенно в динамических режимах изменения коэффициента мощности нагрузки.   Кроме того, конденсаторные батареи обладают пониженной надежностью в условиях перенапряжений В случае индуктивных нагрузок больших мощностей, работающих в динамических режимах конденсаторный компенсатор реактивной мощности –прототип- весьма дорог и ненадежен в реализации .и эксплуатации. Поэтому реально конденсаторные батареи как компенсаторы реактивной мощности находят ограниченное применение, особенно в городских и магистральных электросетях, и, как следствие, возникает существенный перерасход электроэнергии потребителей электроэнергии и их затраты. В условиях неуклонного роста цен на электроэнергию данная проблема повышения коэффициента мощности электроустановок становится все острее . Целью изобретения является поиск и обоснование высокоэффективного нового метода и устройства компенсации реактивной мощности нагрузки для улучшения входного коэффициента мощности сети по отношению к данной нагрузке, причем вообще без силовых электрических конденсаторов. Вентильная компенсация реактивной мощности в асинхронных электромашинах Резонансные режимы работы и конденсаторные схемы компенсации реаткивной мощности в индуктивных нагрузках безусловно полезны. Но есть и иной более прогрессивный метод полной компенсации потребляемой из сети переменного тока реактивной энергии (мощности) - вообще без компенсирующих конденсаторов . Этот метод назван мною- метод циркуляции реактивных токов . Для его реализации необходимы в фазах индуктивной нагрузки полностью управляемые ключи – например, на транзисторах . Отметим , что сумма за период индуктивных фазных токов в фазах трехфазной электрической машины –равна нулю. Это обстоятельство позволяет сделать циркуляцию реактивных токов вообще без компенсирующих конденсаторов, а с помощью полностью управляемых силовых ключей, например посредством силовых транзисторов. Этот эффект циркуляции реактивных токов достигается за счёт введения оригинального, полностью управляемого регулятора напряжения, включенного в цепи фазных обмоток индуктивных нагрузок (трансформаторов, АЭМ) который посредством устранения контура обмена реактивной энергии индуктивной нагрузки и электрической сети переменного тока достигается 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.3 показано предлагаемое устройство экономии электроэнергии в однофазном исполнении, на рис.4 –показано устройство экономии электроэнергии в трёхфазном исполнении. Электрическая сеть 1 присоединена через регулятор напряжения 2 к электрической индуктивной нагрузке 3. На рис. 3 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.   Временные диаграммы, поясняющие работу устройства вентильной компенсации реактивной мощности в индуктивной нагрузке показаны на рис.5. Рис..3 Рис..4

Похожие:

	Тема учебного занятия: «Катушка индуктивности в цепи переменного тока» Цели и задачи учебного занятия: Учащиеся должны знать, как связаны между собой действующие значения силы тока и напряжения на катушке...		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Целью дисциплины является изучение современных методов электромагнитного анализа электрических машин для последующего их использования...
	Лабораторная работа №1. Исследование последовательных цепей переменного тока Оборудование: Источник переменного напряжения, авометр, катушка дроссельная ( L=1,1 Гн), сопротивления на панели ( R= 62 Ом, 360...		Исследование механизма выхода из строя внутренней изоляции трансформаторов...
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Переменный ток (условия возникновения вынужденных эмк (электромагнитные колебания) Уравнение вынужденных Э. М. К., мощность цепи...		Методическая разработка урока «Различные сопротивления в цепи переменного тока»
	«История электроэнергетики» Методы и средства оптимизации энергопотребления в нерегулируемом промышленном электроприводе переменного тока. 267		«Диагностика и энергоэффективное электрооборудование» Оглавление Вычисление, запись и анализ параметров переменного напряжения и тока, включая гармонические составляющие до 49 порядка, в однофазных...
	Решение данной проблемы требует её декомпозиции на несколько взаимосвязанных локальных Контроль состояния подвесных изоляторов лэп переменного тока напряжением 110-750 кВ		Решение данной проблемы требует её декомпозиции на несколько взаимосвязанных локальных Контроль состояния подвесных изоляторов лэп переменного тока напряжением 110-750 кВ
	Практическая работа Тема: Резистор, конденсатор и катушка индуктивности в цепи переменного тока Оборудование: пк celeron 950, принтер Laser Shot lbp-1120, медиапроектор Panasonic		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Сформировать понятия переменный электрический ток, как вынужденные электромагнитные колебания, индукционный генератор переменного...
	Физика п. 51, конспект, по желанию – презентации «Получение и передача... Цель тренинга: формирование установки и накопление необходимых знаний и опыта для конструктивного выхода из конфликтных ситуаций		Конспект по теме «Электромагнитная индукция. Получение переменного электрического тока» Мп дв ся заряженые частицы взять замкнутый проводник, магнит, двигать магнит или проводник в проводнике появится ток
	Мдк технология сборки электрических машин, аппаратов и приборов Государственного бюджетного образовательного учреждения среднего профессионального образования		Рабочая программа профессионального модуля Пм контроль качества отремонтированных узлов обслуживаемого оборудования, электрических машин, аппаратов, механизмов и приборов подвижного...