ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ
НОВЫЕ ПАТЕНТЫ, ЗАЯВКИ НА ПАТЕНТ
БИБЛИОТЕКА ПАТЕНТОВ НА ИЗОБРЕТЕНИЯ

стенд для исследования резонансной системы передачи электрической энергии

Классы МПК:G01R31/00 Устройства для определения электрических свойств; устройства для определения местоположения электрических повреждений; устройства для электрических испытаний, характеризующихся объектом, подлежащим испытанию, не предусмотренным в других подклассах
Автор(ы):, ,
Патентообладатель(и):Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2013-03-28
публикация патента:

Изобретение относится к испытательной технике и электрооборудованию, применяемым при передаче электрической энергии для питания электроустановок потребителей. Сущность: стенд снабжен источником переменного тока повышенной и перестраиваемой частоты, который через первый переключатель и магазин электрических конденсаторов соединен с низковольтной обмоткой передающего высокочастотного резонансного трансформатора, которые образуют электрический контур источника питания для подачи электрической энергии в высоковольтный электрический контур. Высоковольтный контур содержит высоковольтную однослойную цилиндрическую обмотку, верхний высоковольтный вывод которой проводом линии передачи электроэнергии соединен с верхним высоковольтным выводом высоковольтной обмотки принимающего высокочастотного резонансного трансформатора, которые снабжены контактными отводами. Высоковольтная обмотка принимающего высокочастотного резонансного трансформатора связана с электрическим контуром нагрузки. Нижние выводы высоковольтных обмоток соединены проводниками через датчики тока, сдвоенный переключатель, общую точку и третий датчик электрического тока, а также контактные отводы высоковольтных обмоток через зонд и измеритель потенциала с землей. На входе низковольтной обмотки передающего трансформатора и на выходе низковольтной обмотки принимающего трансформатора установлены измерители напряжения и тока. Выход измерителя потенциала, датчиков тока и измерителей напряжения и тока в низковольтных обмотках трансформаторов соединены с входами многоканального осциллографа, связанного с компьютером. 1 ил. стенд для исследования резонансной системы передачи электрической   энергии, патент № 2535231

Рисунки к патенту РФ 2535231

стенд для исследования резонансной системы передачи электрической   энергии, патент № 2535231

Изобретение относится к электротехнике, а именно к испытательной технике и электрооборудованию, применяемых при передаче электрической энергии для питания электроустановок потребителей. Изобретение может использоваться как лабораторно-исследовательский стенд для изучения и исследования резонансной системы передачи электрической энергии к электроприемникам и электропотребителям при проведении практических занятий по учебным курсам "Теоретические основы электротехники", "Электроснабжение", "Электрические сети и системы".

Известен испытательный стенд для исследования режимов работы и питания электрических машин, содержащий блок управления с измерительными приборами и датчиками, связанными с ПЭВМ, а также основание для крепления испытуемых электрических машин с блоками питания и нагрузки (патент РФ № 2354984 по МПК G01K 31/34, 2009, БИ № 13). При этом основными контролируемыми электрическими параметрами являются ток, напряжение, мощность и частота вращения электрических машин при различной нагрузке.

Недостатком стенда является малая функциональная возможность для исследования и испытания системы питания электрических машин или других электропотребителей, невозможность наблюдения и регистрации изменяемых параметров и характеристик, а также исследования волновых процессов резонансной системы передачи электрической энергии при питании электропотребителей.

Известны стенды для изучения цепей с R-L-C элементами на синусоидальных токах, включая цепи с магнитосвязанными катушками индуктивности, стенды для исследования резонансных явлений в последовательных, параллельных цепях и связанных колебательных контурах, стенды для изучения и исследования электрических процессов в длинных линиях (книга М.Г. Витков, Н.И. Смирнов. Основы теории цепей. Лабораторный практикум: Учебное пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 2001. - 224 с.).

Недостатком известных стендов является отсутствие возможности изучения явления волновых процессов и пространственной интерференции токов на участках цепи, невозможность изучения механизмов передачи энергии от источника электрической энергии в резонансном режиме по однопроводной линии к нагрузке.

Известен стенд для исследования режимов передачи электрической энергии, содержащий модель длинной линии, состоящей из 16 одинаковых П-образных звеньев, включаемых покаскадно (книга И.Н. Добротворский. Теория электрических цепей. Лабораторный практикум. - М., Радио и связь, 1990).

Недостатком известного стенда является использование при моделировании длинных линий узлов задержки на элементной базе с сосредоточенными параметрами в виде индуктивности L и емкости С.

Другим недостатком этого стенда является невозможность исследования электрических и магнитных полей вокруг длинной линии из-за представления ее в виде сосредоточенных П-образных L-C звеньев.

Недостатком также является невозможность исследования механизма резонансного метода передачи электрической энергии, наблюдения интерференции токов в линии, а также исследования других характеристик резонансной системы передачи электрической энергии.

Задачей изобретения является создание стенда, состоящего из электрического контура источника питания, высоковольтного электрического контура и электрического контура нагрузки, позволяющего исследовать резонансную систему передачи электрической энергии, изучать механизм преобразования и передачи электрической энергии в резонансной системе по однопроводной линии, а так же наблюдать и исследовать интерференцию встречных волн тока и напряжения в разомкнутых линиях и высоковольтных обмотках высокочастотных резонансных трансформаторов резонансной электрической системы.

В результате использования предлагаемого изобретения появляется возможность увеличить передаваемую мощность, уменьшить сечение провода, ток в линии и расход цветных металлов на провода, снизить потери электроэнергии при передаче. Появляется возможность изучать механизм преобразования и передачи электрической энергии в резонансной системе по однопроводной линии, а так же наблюдать и исследовать интерференцию встречных волн тока и напряжения в разомкнутых линиях и высоковольтных обмотках высокочастотных резонансных трансформаторов резонансной электрической системы.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что стенд для исследования резонансной системы передачи электрической энергии снабжен источником переменного тока повышенной и перестраиваемой частоты, который через первый переключатель и магазин электрических конденсаторов соединен с низковольтной обмоткой передающего высокочастотного резонансного трансформатора, которые образуют электрический контур источника питания для подачи электрической энергии переменного тока повышенной частоты в высоковольтный электрический контур, содержащий высоковольтную однослойную цилиндрическую обмотку передающего высокочастотного резонансного трансформатора, верхний высоковольтный вывод которой проводом линии передачи электроэнергии соединен с верхним высоковольтным выводом высоковольтной однослойной цилиндрической обмотки принимающего высокочастотного резонансного трансформатора, причем обе высоковольтные однослойные цилиндрические обмотки намотаны на каркасах из электроизоляционного материала, снабжены контактными отводами и установлены на горизонтальной электропроводящей поверхности несущей заземленной платформы так, что оси симметрии цилиндрических обмоток параллельны между собой и перпендикулярны поверхности несущей платформы, при этом высоковольтная обмотка принимающего высокочастотного резонансного трансформатора связана с электрическим контуром нагрузки, состоящим из низковольтной обмотки принимающего высокочастотного резонансного трансформатора, установленной в нижней части высоковольтной обмотки, второго переключателя и магазина электрических конденсаторов, соединенных с электрической нагрузкой, при этом нижние выводы высоковольтных обмоток резонансных трансформаторов соединены проводниками через первый и второй датчики величины и фазы электрического тока, сдвоенный переключатель, общую точку и третий датчик величины и фазы электрического тока, а также контактные отводы высоковольтных обмоток через зонд и измеритель потенциала, с электропроводящей поверхностью несущей платформы и землей, на входе низковольтной обмотки передающего высокочастотного резонансного трансформатора и на выходе низковольтной обмотки принимающего высокочастотного резонансного трансформатора установлены измерители напряжения и тока, при этом выход измерителя потенциала на контактных отводах высоковольтных обмоток, выходы первого, второго и третьего датчиков величины и фазы тока, а также измерители величины напряжения и тока в низковольтной обмотке передающего высокочастотного резонансного трансформатора и низковольтной обмотке принимающего высокочастотного резонансного трансформатора соединены с входами многоканального осциллографа, связанного с компьютером, для контроля, наблюдения и записи измеряемых ими параметров.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, на котором представлена общая схема стенда для исследования резонансной системы передачи электрической энергии.

Стенд содержит питающийся от сети источник переменного тока повышенной и перестраиваемой частоты 1, соединенный с помощью первого переключателя 2 через магазин конденсаторов 3 с низковольтной обмоткой 4 передающего высокочастотного резонансного трансформатора 5, имеющего высоковольтную обмотку 6, которая выполнена в виде однослойной цилиндрической катушки на каркасе из электроизоляционного материала.

Низковольтная обмотка 4 расположена поверх высоковольтной обмотки 6 у ее нижнего вывода, который электрическим проводом 7 через первый датчик величины и фазы тока 8 соединен со сдвоенным переключателем 9 и (при позиции А) с проводящей поверхностью несущей платформы 10, соединенной с землей 11.

Верхний вывод высоковольтной обмотки 6 передающего высокочастотного резонансного трансформатора 5 соединен электрическим проводником 12 с верхним выводом высоковольтной обмотки 13 принимающего высокочастотного резонансного трансформатора 14, которая также выполнена в виде однослойной цилиндрической катушки на каркасе из электроизоляционного материала.

Низковольтная обмотка 15 принимающего высокочастотного резонансного трансформатора 14 расположена поверх высоковольтной обмотки 13, у ее нижнего вывода, который проводником 16 через второй датчик величины и фазы тока 17 и сдвоенный переключатель 9 (при позиции А) соединен с проводящей поверхностью несущей платформы 10 и землей 11. Низковольтная обмотка 15 через магазин конденсаторов 19 и второй переключатель 18 подключена к электрической нагрузке 20.

Высоковольтная обмотка 6 передающего высокочастотного резонансного трансформатора 5 снабжена (01÷n 1) контактными отводами 21 для подключения зонда 22 измерителя потенциала высокого напряжения 23. Высоковольтная обмотка 13 принимающего высокочастотного резонансного трансформатора 14 также снабжена (011÷n11) контактными отводами 24 для подключения зонда 22 измерителя потенциала высокого напряжения 23.

Для измерения суммарного тока низковольтных выводов высоковольтных обмоток 6 и 13, при позиции В сдвоенного переключателя 9, когда нижние выводы высоковольтных обмоток 6 и 13 соединяются между собой через электрические проводники 7 и 16, стенд содержит третий датчик величины и фазы тока 25, соединенный через проводник 26, общую точку 31, проводник 32 с платформой 10 и землей 11.

Выходы измерителя потенциала высокого напряжения 23, датчиков величины и фазы тока 8, 17 и 25 в цепи высоковольтных обмоток 6 и 13, а так же выходы измерителей 27, 28, 29, 30 величин напряжений и токов в цепях низковольтных обмоток 4 и 15 соединены с входами многоканального осциллографа 33, связанного с компьютером 34, для контроля, наблюдения и записи измеряемых параметров резонансной системы передачи электрической энергии.

При позиции С сдвоенного переключателя 9 нижние выводы высоковольтных обмоток 6 и 13 находятся в разомкнутом состоянии.

Схематично стенд для исследования процесса передачи электрической энергии в резонансной системе состоит из трех взаимосвязанных электрических контуров: электрический контур источника питания, высоковольтный электрический контур, электрический контур нагрузки.

Электрический контур источника питания содержит низковольтную цепь накачки электрической энергии, состоящую из источника переменного тока повышенной и перестраиваемой частоты 1, первого переключателя 2, одной из емкостей магазина конденсаторов 3 и низковольтной обмотки 4 передающего высокочастотного резонансного трансформатора 5.

Высоковольтный электрический контур содержит высоковольтную цепь передачи электрической энергии, состоящую из высоковольтной обмотки 6, обладающей индуктивностью L 0, собственной емкостью C0 и собственной частотой F0 передающего высокочастотного резонансного трансформатора 5, электрического проводника 12, высоковольтной обмотки 13, также обладающей индуктивностью L0, собственной емкостью C0 и собственной частотой F0 принимающего высокочастотного резонансного трансформатора 14. Нижние выводы высоковольтных обмоток 6 и 13 подключены к сдвоенному переключателю 9.

Электрический контур нагрузки содержит низковольтную цепь приема электрической энергии, состоящую из низковольтной обмотки 15 принимающего высокочастотного резонансного трансформатора 14, второго переключателя 18, магазина конденсаторов 19 и электрической нагрузки 20.

Стенд РЭС-ВИЭСХ для исследования резонансной системы передачи электрической энергии работает следующим образом.

При подключении схемы стенда к электрической сети электрическая энергия от источника переменного тока повышенной и перестраиваемой частоты 1 через первый переключатель 2 и магазин конденсаторов 3 подается на низковольтную обмотку 4 передающего высокочастотного резонансного трансформатора 5, с выхода высоковольтной обмотки 6 которого электрическая энергия, при повышенном напряжении, передается по проводнику 12 на вход высоковольтной обмотки 13 принимающего высокочастотного резонансного трансформатора 14, а затем с его низковольтной обмотки 15 электрическая энергия при пониженном напряжении через второй переключатель 18 и магазин конденсаторов 19 подается на нагрузку 20.

Магазин конденсаторов 3 с первым переключателем 2 на передающей стороне необходим для выбора режима работы стенда и подключения требуемой для возникновения резонанса электрической емкости с имеющейся индуктивностью обмотки 4 передающего высокочастотного резонансного трансформатора 5, при этом более точная подстройка резонанса всей системы осуществляется изменением частоты источника переменного тока повышенной и перестраиваемой частоты 1. Магазин конденсаторов 19 с вторым переключателем 18 на приемной стороне идентичен магазину конденсаторов 3 с первым переключателем 2, установленными на передающей стороне схемы стенда.

В соответствии с положениями a, b, c, d перемычек переключателей 2 и 18 в магазинах емкостей 3 и 19 при помощи установленных высокочастотных резонансных трансформаторов 5 и 14 на стенде могут быть исследованы четыре различных режима работы стенда и передачи электрической энергии от источника переменного тока повышенной и перестраиваемой частоты 1 в нагрузку 20.

Апериодический режим работы стенда осуществляется при положении а перемычек переключателей 2 и 18. Дорезонансный режим работы стенда осуществляется при положении b перемычек переключателей 2 и 18. Резонансный режим работы стенда осуществляется при положении с перемычек переключателей 2 и 18. Зарезонансный режим работы стенда осуществляется при положении d перемычек переключателей 2 и 18.

Согласно фиг.1 в положении а перемычек переключателей 2 и 18 при отсутствии конденсаторов 3 и 19 в цепях низковольтных обмоток 4 и 15 при любой величине изменяемой частоты тока в диапазоне 1,0стенд для исследования резонансной системы передачи электрической   энергии, патент № 2535231 10 кГц на выходе источника переменного тока повышенной и перестраиваемой частоты 1 осуществляется апериодический, нерезонансный режим работы стенда, при котором не возможен процесс возбуждения стоячих волн в высоковольтном электрическом контуре. Этот режим работы стенда характеризуется самой малой эффективностью передачи электрической энергии из-за большого индуктивного сопротивления элементов системы и слабой магнитной связи обмоток 4 и 6 передающего резонансного трансформатора 5, а также обмоток 13 и 15 принимающего резонансного трансформатора 14, работающего на нагрузку 20.

Вдоль высоковольтной обмотки 6 передающего высокочастотного резонансного трансформатора 5 и вдоль высоковольтной обмотки 13 принимающего высокочастотного резонансного трансформатора 14, по отношению к заземленному выводу, потенциал нарастает (распределяется) линейно с увеличением номера измерительного отвода (01 ÷n1) или (011÷n11), а соответствующая разность потенциалов стенд для исследования резонансной системы передачи электрической   энергии, патент № 2535231 или стенд для исследования резонансной системы передачи электрической   энергии, патент № 2535231 остается постоянной вдоль обмоток.

Измерение потенциала производится измерителем потенциала 23 путем переключения измерительного зонда 22 по отводам (01÷n 1) или (011÷n11) высоковольтных обмоток 6 и 13. Приращение потенциала при переходе от отвода к отводу остается постоянным, что свидетельствует о постоянстве тока вдоль высоковольтных обмоток.

При положении А сдвоенного переключателя 9 показания измерителей тока 8 и 17 равны между собой, а показания третьего измерителя тока 25 равно 0. При положении В сдвоенного переключателя 9 показания первого и второго измерителей тока 8 и 17 равны между собой, показания третьего измерителя тока 25 равно 0. При положении С сдвоенного переключателя 9 цепь разомкнута, показания первого, второго и третьего измерителей тока 8 и 17 и 25 равны 0.

В положении b перемычек переключателей 2 и 18 осуществляется дорезонансный режим работы стенда при наличии резонанса только в низковольтном электрическом контуре источника питания и низковольтном электрическом контуре нагрузки. При этом собственная резонансная частота низковольтной обмотки 4 передающего высокочастотного резонансного трансформатора 5 совместно с емкостью конденсатора в магазине 3 и собственная резонансная частота низковольтной обмотки 15 принимающего высокочастотного резонансного трансформатора 14 совместно с емкостью конденсатора в магазине 19 равны между собой и равны частоте источника переменного тока повышенной и перестраиваемой частоты 1.

Собственная частота F0 резонансных колебаний высоковольтного электрического контура, состоящего из высоковольтной обмотки 6 с распределенными электрическими параметрами индуктивностью L0 и собственной емкостью C0 передающего высокочастотного резонансного трансформатора 5, и собственная частота F0 резонансных колебаний высоковольтной обмотки 13 с распределенными электрическими параметрами индуктивностью L0, собственной емкостью C0 принимающего высокочастотного резонансного трансформатора 14 выше частоты электрического контура источника питания, электрического контура нагрузки, а также выше частоты источника переменного тока повышенной и перестраиваемой частоты 1.

Собственные резонансные частоты F0 высоковольтных обмоток 6 и 13 высокочастотных резонансных трансформаторов 5 и 14 выше частоты источника переменного тока 1, поэтому в процессе передачи энергии высоковольтные обмотки 6 и 13 участвуют как две последовательно соединенные индуктивности, связанные с источником переменного тока 1 и нагрузкой 20 через взаимную индуктивность между низковольтной обмоткой 4 и высоковольтной обмоткой 6, а также через взаимную индуктивность между высоковольтной обмоткой 13 и низковольтной обмоткой 15. Все электрические контуры системы замкнуты. Потенциал вдоль высоковольтных обмоток 6 и 13 нарастает линейно по мере увеличения номера измерительного отвода (01÷n 1) или (011÷n11). Приращение потенциала при переходе от отвода к отводу неизменно, что свидетельствует о неизменности тока вдоль высоковольтных обмоток 6 и 13, такой же ток протекает и в проводнике 12.

При положении А сдвоенного переключателя 9 токи высоковольтных обмоток 6 и 13 измеряются первым 8 и вторым 17 датчиками величины и фазы тока, направлены в одну сторону (синфазны) и замыкаются через проводящую платформу 10. Ток в проводнике 32 измеряется третьим датчиком тока 25 и равен нулю.

При положении В сдвоенного переключателя 9 токи в проводниках 7 и 16 равны между собой, измеряются датчиками токов 8 и 17 и направлены в одну сторону (синфазны). Ток в проводнике 32 измеряется третьим датчиком тока 25 и равен нулю. При положении С сдвоенного переключателя 9 цепь разомкнута, показания датчиков тока 8 и 17 и 25 равны 0.

В положении с переключателей 2 и 18 на стенде осуществляется резонансный режим передачи электрической энергии, когда собственная резонансная частота низковольтной обмотки 4 передающего высокочастотного резонансного трансформатора 5 совместно с емкостью конденсатора в магазине 3, а также собственная резонансная частота низковольтной обмотки 15 принимающего высокочастотного резонансного трансформатора 14 совместно с емкостью конденсатора в магазине 19 равны между собой и равны собственным резонансным частотам F0 высоковольтных обмоток 6 и 13 с распределенными параметрами с индуктивностью L0 и собственной емкостью C0 высокочастотных резонансных трансформаторов 5 и 14. Частота источника переменного тока повышенной и перестраиваемой частоты 1 также настроена на резонансную частоту F0 всех трех электрических контуров.

При частоте F0 высоковольтные обмотки 6 и 13 возбуждаются в режиме пространственно-временного резонанса из-за наличия у них распределенных вдоль оси обмоток индуктивности L0 и собственной емкости C0. При этом между заземляющим проводником 7 вдоль высоковольтной обмотки 6, вдоль проводника 12, а также вдоль высоковольтной обмотки 13 до заземляющего проводника 16 укладывается половина длины волны колебания, задаваемого на частоте F 0 источником переменного тока повышенной и перестраиваемой частоты 1.

При возникновении резонансных электрических колебаний в цепи с емкостью конденсатора 3 и индуктивностью низковольтной обмотки 4 в передающем высокочастотном резонансном трансформаторе 5 возбуждается его высоковольтная обмотка 6, от верхнего вывода которой через проводник 12 напряжение подается на верхний вывод высоковольтной обмотки 13 принимающего высокочастотного резонансного трансформатора 14, имеющего низковольтную обмотку 15, с которой пониженное напряжение через магазин конденсаторов 19 и второй переключатель 18 подается на электрическую нагрузку 20, являющуюся потребителем электроэнергии, передаваемой по одиночному проводнику 12 в резонансной системе передачи электрической энергии. При этом на проводнике 12 и концах высоковольтных обмоток 6 и 13, подключенных к проводнику 12, возникает пучность потенциала и узел тока, а на заземляемых выводах этих обмоток образуется пучность тока и узел потенциала.

Доказательство наличия пучности потенциала на проводнике 12 обеспечивается прямым измерением потенциала вдоль высоковольтных обмоток 6 и 13 по отводам (0 1÷n1) или (011÷n11 ) с помощью зонда 22 измерителя потенциала 23. Распределение электрического потенциала представляет собой одну четверть пространственной волны на каждой из высоковольтных обмоток 6 и 13.

Измерения показывают, что токи в высоковольтных обмотках 6 и 13 у отводов n1 и n11 и ток в проводнике 12 близки к нулю. Такой эффект уменьшения тока является результатом пространственной интерференции прямой и отраженной волн тока при его пространственном резонансе.

У заземляемых выводов высоковольтных обмоток 6, 13 располагаются пучности токов. Причем токи в проводниках 7 и 16 направлены навстречу друг другу, и поэтому они независимо друг от друга текут в землю 11, что подтверждают измерения величины тока датчиками тока 25, 8 и 17. Датчик тока 25 показывает интерференционную сумму показаний датчиков 8 и 17.

При положении А сдвоенного переключателя 9 токи датчиков 8 и 17 равны и синфазны. Третий датчик тока 25 показывает 0. При положении В сдвоенного переключателя 9 токи датчиков 8 и 17 равны и синфазны. Третий датчик тока 25 показывает интерференционную сумму этих токов. При положении С сдвоенного переключателя 9 токи датчиков 8, 17 и 25 равны 0.

В положении d первого и второго переключателей 2 и 18 осуществляется зарезонансный режим работы стенда, когда собственная резонансная частота электрического контура источника питания с индуктивностью низковольтной обмотки 4 и емкостью конденсатора магазина 3, собственная резонансная частота электрического контура нагрузки с низковольтной обмоткой 15 с емкостью конденсатора магазина 19 равны между собой, но она выше собственной резонансной частоты F0 высоковольтных обмоток 6 и 13 с распределенными параметрами L0, С 0. В этом случае имеет место резонанс в электрических контурах источника питания и нагрузки при отсутствии резонанса высоковольтных обмоток 6 и 13.

При положениях А и В сдвоенного переключателя 9 происходит соединение высоковольтного электрического контура, состоящего из высоковольтной обмотки 6, проводника 12, высоковольтной обмотки 13 через проводник 7 и 16, сдвоенный переключатель 9, с проводящей платформой 10. Распределение потенциалов вдоль высоковольтных обмоток 6 и 13, а также величин разности потенциалов между соседними контактными отводами 21 и 24 на высоковольтных обмотках 6 и 13 по характеру идентичны дорезонансному режиму работы стенда при положении b переключателей 2 и 18.

При всех положениях А, В и С сдвоенного переключателя 9 и положений a, b, c, d переключателей 2 и 18 измерение тока и напряжения в низковольтной передающей части резонансной системы осуществляют амперметром 28 и вольтметром 27, а тока и напряжения в принимающей части резонансной системы на нагрузке 20 амперметром 30 и вольтметром 29. Величина токов и напряжений, измеряемая этими приборами, также может фиксироваться с помощью осциллографа 33 и компьютера 34.

При работе стенда осуществляют измерение тока в высоковольтной обмотке 6 передающего высокочастотного резонансного трансформатора 5 у ее нижнего вывода в проводнике 7 первым датчиком величины и фазы тока 8, в высоковольтной обмотке 13 принимающего высокочастотного резонансного трансформатора 14 у ее нижнего вывода в проводнике 16 вторым датчиком величины и фазы тока 17, а общий суммарный ток обеих обмоток измеряют третьим датчиком величины и фазы тока 25 при положении В сдвоенного переключателя 9. При помощи осциллографа 33 и компьютера 34 измеряют амплитуды, частоты, фазы токов, напряжений и потенциалов.

Сравнение величины токов высоковольтных обмоток 6 и 13 от датчиков величины и фазы тока 8 и 17 в цепи проводников 7, 16 и их суммарного тока от датчика величины и фазы тока 25 в цепи проводника 32 дает возможность судить о том, что передача электрической энергии в резонансной системе осуществляется по проводнику 12 в разомкнутом или замкнутом контуре. Если величина суммарного тока в проводнике 32 равна нулю, то цепь образует замкнутый контур. Имеет место дорезонансный или зарезонансный режим работы стенда.

Измеритель потенциала высокого напряжения 23 с зондом 22, подсоединяемым поочередно к контактным отводам 21 и 24 от 0 до n высоковольтных обмоток 6 и 13 высокочастотных резонансных трансформаторов 5 и 14 позволяют измерять и наблюдать в процессе исследования и изучения распределение величины потенциала, пучностей и узлов напряжений вдоль витков однослойной высоковольтной обмотки, а следовательно, присутствия явления стоячих волн в условиях исследуемой резонансной системы передачи электроэнергии.

Резонансный метод передачи электрической энергии на повышенной частоте осуществляется по однопроводной полуволновой линии, состоящей из высоковольтной обмотки 6 передающего и высоковольтной обмотки 13 принимающего высокочастотных резонансных трансформаторов и электрического проводника 12, при этом длина однопроводной полуволновой линии оказывается равной половине длины стоячей волны напряжения и тока передаваемой электрической энергии.

Стенд позволяет демонстрировать возможность осуществления передачи электрической энергии в резонансном режиме по однопроводной линии, создавать резонансный режим работы схемы путем подбора емкости магазина резонансных конденсаторов к индуктивности низковольтных обмоток высокочастотных резонансных трансформаторов и настройки частоты источника переменного тока, измерять токи в нижних низкопотенциальных выводах высоковольтных обмоток передающего и принимающего высокочастотных резонансных трансформаторов, а также их суммарный ток.

Стенд позволяет измерять величину потенциалов вдоль намотки однослойных высоковольтных обмоток высокочастотных резонансных трансформаторов, определять требуемую частоту резонансной системы передачи электроэнергии для обеспечения заданного режима работы и передаваемой мощности, а также для обеспечения необходимой электрической изоляции электрооборудования и требований электробезопасности.

Анализ результатов исследований, полученных при помощи стенда, позволяет определить характеристики и свойства резонансной системы передачи электрической энергии на повышенной частоте, условия и причины их проявления, а также учесть их в расчетах при разработке оборудования резонансной электрической системы передачи электрической энергии.

Результаты стендовых исследований резонансной системы передачи электроэнергии могут быть использованы для обоснования резонансных свойств и создания режима стоячих волн в полуволновых линиях электропередачи, что позволит увеличить передаваемую мощность, уменьшить сечение провода, ток в линии и расход цветных металлов на провода, снизить потери электроэнергии при передаче.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Стенд для исследования резонансной системы передачи электрической энергии, содержащий источник переменного тока повышенной частоты, передающий трансформатор, соединенный электрическим проводником с принимающим трансформатором и нагрузкой, датчики и измерительные приборы, отличающийся тем, что источник переменного тока повышенной и перестраиваемой частоты через первый переключатель и магазин электрических конденсаторов соединен с низковольтной обмоткой передающего высокочастотного резонансного трансформатора, которые образуют электрический контур источника питания для подачи электрической энергии переменного тока повышенной частоты в высоковольтный электрический контур, содержащий высоковольтную однослойную цилиндрическую обмотку передающего высокочастотного резонансного трансформатора, верхний высоковольтный вывод которой проводом линии передачи электроэнергии соединен с верхним высоковольтным выводом высоковольтной однослойной цилиндрической обмотки принимающего высокочастотного резонансного трансформатора, причем обе высоковольтные однослойные цилиндрические обмотки намотаны на каркасах из электроизоляционного материала, снабжены контактными отводами и установлены на горизонтальной электропроводящей поверхности несущей заземленной платформы так, что оси симметрии цилиндрических обмоток параллельны между собой и перпендикулярны поверхности несущей платформы, при этом высоковольтная обмотка принимающего высокочастотного резонансного трансформатора связана с электрическим контуром нагрузки, состоящим из низковольтной обмотки принимающего высокочастотного резонансного трансформатора, установленной в нижней части высоковольтной обмотки, второго переключателя и магазина электрических конденсаторов, соединенных с электрической нагрузкой, при этом нижние выводы высоковольтных обмоток резонансных трансформаторов соединены проводниками через первый и второй датчики величины и фазы электрического тока, сдвоенный переключатель, общую точку и третий датчик величины и фазы электрического тока, а также контактные отводы высоковольтных обмоток через зонд и измеритель потенциала, с электропроводящей поверхностью несущей платформы и землей, на входе низковольтной обмотки передающего высокочастотного резонансного трансформатора и на выходе низковольтной обмотки принимающего высокочастотного резонансного трансформатора установлены измерители напряжения и тока, при этом выход измерителя потенциала на контактных отводах высоковольтных обмоток, выходы первого, второго и третьего датчиков величины и фазы тока, а также измерители величины напряжения и тока в низковольтной обмотке передающего высокочастотного резонансного трансформатора и низковольтной обмотке принимающего высокочастотного резонансного трансформатора соединены с входами многоканального осциллографа, связанного с компьютером, для контроля, наблюдения и записи измеряемых ими параметров.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2535231

patent-2535231.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс G01R31/00 Устройства для определения электрических свойств; устройства для определения местоположения электрических повреждений; устройства для электрических испытаний, характеризующихся объектом, подлежащим испытанию, не предусмотренным в других подклассах

Патенты РФ в классе G01R31/00:
быстродействующая дистанционная защита для сетей энергоснабжения -  патент 2529773 (27.09.2014)
способ измерения теплового сопротивления переход-корпус полупроводникового прибора и устройство для его осуществления -  патент 2529761 (27.09.2014)
способ разделения интегральных схем "по надежности" -  патент 2529675 (27.09.2014)
способ диагностики межвитковых замыканий асинхронного электродвигателя -  патент 2529596 (27.09.2014)
многофункциональное устройство проверки рабочих параметров лопастей винтов вертолета -  патент 2529451 (27.09.2014)
способ и устройство для определения направления на место замыкания -  патент 2528607 (20.09.2014)
способ испытания на коррозионную стойкость интегральных схем -  патент 2527669 (10.09.2014)
способ контроля качества изоляции электротехнических изделий -  патент 2526591 (27.08.2014)
устройство контроля работоспособности электродвигателя постоянного тока -  патент 2526500 (20.08.2014)
счетчик ресурса трансформатора при несимметричной нагрузке фаз -  патент 2526498 (20.08.2014)


Наверх