העתיד למערכות חשמל DC?

בראשית המאה העשרים, דיונים עזים בין מומחים על היתרונות והחסרונות שבשימוש במעגלי זרם ישירים ומחליפים להספקת חשמל. זה קרה כי ניתנה עדיפות למעגלי AC שלושה תלת-פאזיים. התעשיינים, המחשבים את היקף עלויות ההון ליצירת מערכות אספקת חשמל, בחרו, כך נראה, את האופציה האופטימלית ביותר.

התפקיד המכריע בשכיחותן של רשתות AC תלת-פאזיות מילא את הפשטות של השגת מומנט עם מספר מינימלי של שלבים. כנגד זרם ישר, טענות כאלה הועלו כעלות הגבוהה והאמינות הנמוכה של מנועים, המורכבות של המרת אנרגיה. אבל זה היה אז. מה עכשיו? הניסיון המעשי שנצבר לאורך שנים רבות מהתפתחות ענף הכוח החשמלי מעניק לדעתי תוצאות הרסניות.

הראשון. מהקורס יסודות תיאורטיים של הנדסת חשמל ידוע שעל מנת להעביר כוח מרבי לעומס במעגלי זרם חילופין, יש למלא את התנאי של התנגדות מקור שווה להתנגדות קו ועמידות עומס. מכאן עולה כי היעילות התיאורטית הניתנת להשגה עבור מעגלי AC היא 33%.

תוכניות כוח מעשיות להפחתת הפסדי הובלת אנרגיה כרוכות במספר מסוים של המרות מתח. לפחות זה לא פחות מחמש טרנספורמציות, שכל אחת מהן משתמשת בשנאי משלה. אם ניקח את היעילות של כל שנאי טעון באופן אופטימלי שווה ל- 0.9, אז יעילות השינוי הכוללת תהיה 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 = 0.59049, ויעילות אספקת החשמל - 0.33 0.59049 = 0. 1,948,617.

בהתחשב בעובדה שנבחר כוחם של השנאים תוך התחשבות במקסימום העומסים בבוקר ובערב, יעילותם הממוצעת המשוקללת האמיתית של השנאים נמוכה מ -0.9, ולכן יעילות אספקת החשמל האמיתית נמוכה מ- 0.195. וזה מבלי לקחת בחשבון זרמי דליפה, זרמים תגובייםהרמוניות ותענוגות אחרים.

מחקרים שערך K.V. Yalovega במפעלי מתכות הראו כי על ציר המכונה העובדת יש לנו בצורה של אנרגיה מועילה רק כ -2.4% מהאנרגיה המסופקת לציר הגנרטור בתחנת הכוח. לא במקרה יעילותן של טורבינות רוח ביתיות בעבודה על רשת חשמל יחידה בקושי מגיעה ל 11%.

השנייה. אותו N.V. יאלובגה הציע להתקין פיתולים משולבים אורתוגונאליים במנועי AC אסינכרוניים תלת-פאזיים, שבהם לזווית ההיסטה בין השלבים יש שני ערכים - 120 ו -90 מעלות. הוא הוכיח שאם יאומץ ספק כוח בן ארבע פאזות, אז ניתן היה להפחית את ייצור החשמל פי שלוש עד ארבע פעמים עם אותו רובוט שימושי.

השימוש הנרחב במנועי אינדוקציה עם פיתולים אורטוגונליים יפחית את ייצור החשמל בממוצע שלוש פעמים. זה נובע מהעובדה שכ -70% מהחשמל נצרכים בדיוק על ידי מנועי אינדוקציה. לפיכך, הבחירה במערכת זרם תלת פאזית, בלשון המעטה, לא הייתה אופטימלית.

השלישי. בתקופת ברית המועצות נבנתה מערכת העברת זרם ישר זרם ישר הפיכה, המחברת בין התחנה ההידרואלקטרית וולגה לתחנת מיכאילובסקי (דונבאס) עם מתח של 750 קילוואט. הפרקטיקה של הפעלת המערכת הראתה את היעילות הגבוהה שלה. הוכח שלשימוש בזרם ישיר להעברת חשמל לאורך מרחקים ארוכים יש יתרונות ברורים על פני מערכת זרם חילופין. היעילות במעגלים זרם ישר יכולה להגיע ל 90% ומעלה. לא לשווא חברות האנרגיה של יפן וארה"ב ניסו שוב ושוב לרכוש ציוד לתחנות DC.

כך, כולנו הפכנו לבני ערובה למצב הנוכחי בתחום האנרגיה. אנו נאלצים לשלם את כל עלויות ההובלה וההפצה של האנרגיה באמצעות ספק כוח מרכזי. המצב שונה בעת יצירת מערכות אספקת חשמל אוטונומיות. הצרכן עצמו רשאי לבחור מה הטוב ביותר עבורו, לסירוגין או זרם ישר. המגבלה היחידה מוטלת על ידי עומסים סופיים שאינם יכולים לעבוד במעגלי DC. אבל זו לא בעיה כיום.

במשך כמעט מאה שנה, טכנולוגיית ההמרה עברה שינויים משמעותיים, ואם לפני 25 שנה, ממירים וממירי מוליכים למחצה היו הפררוגטיבה של ענף הביטחון, כיום הם נמצאים בשימוש נרחב בתעשייה ובחיי היומיום. מכשירי חשמל ביתיים רבים כוללים ספקי כוח מיתוג שיכולים לפעול גם במעגלי זרם חילופין וגם בזרם DC.

לכן, בעת יצירת מקורות חשמל אוטונומיים, עדיף לתת עדיפות לזרם ישר. עם זאת, במקרה זה, לא בלי בעיות.

אם אנו מציירים סכמה שלמה של אספקת חשמל אוטונומית באמצעות מהפך, יתברר שלפחות שלושה צומת pn יחוברו ברצף במעגל שבין המקור לצרכן. בכל מעבר, ירידת המתח תהיה בערך 1.5 וולט, ירידת המתח הכוללת תהיה לפחות 4.5 וולט פלוס שאר ההפסדים.

לכן, בעת יצירת מקורות אנרגיה אוטונומיים באמצעות ממירים, השימוש בגנרטורים במתח נמוך 14, 28 V אינו מעשי. יש לתת עדיפות לגנרטורים עם מתח יציאה סטנדרטי של 230 וולט.

הגענו למסקנה זו תוך פיתוח מקורות אוטונומיים של אספקת חשמל. יהיה מעניין ללמוד דעות אחרות. יתכן שהם ישנו באופן קיצוני לא רק את השקפותינו לגבי הבעיה הקיימת.

כן. דייונוב. A.B. פיג'נקוב. S.I. לבצ'קוב

Comments

[#1]

שלום מנהלי אתר צוות יקרים. אני תומך באספקת חשמל בארבעה פאזות. הראשון הוא שבשנאי המתח והזרם של הפיתול המשני מועברים ב 90 מעלות. ראשוני יחסית. שנית, אם אנו לא משתמשים בתופעה של אינדוקציה הדדית בשנאי, אלא בתופעת המגנטציה, אז ניתן להפחית את ההפסדים. די לעת עתה.

[#2 כימאי.]

מאמר מותאם אישית.

1) מחוללי מגה וואט יעילות - 96-98%

2) על פי תקני RAO UES, בעת חישוב הקווים שהופעלו באורך של יותר מ- 1000 ק"מ, ההתנגדות הכוללת שלהם צריכה להיות 5% מההתנגדות של העומס הצפוי.

3) יעילות השנאים עם עומס אופטימלי של 98-98.5%

אז הנוסחה צריכה להיראות: 0.96 * 0.95 * 0.98 * 0.98 * 0.98 * 0.98 * 0.98 = 0.824 - וזה במקרה הפחות טוב.

ובמאמר הם ספרו 0.195 - במקרה הטוב.

קווי כוח DC נועדו לצמצם את ההפסדים על הקורונה - והם מועילים רק במתח של מגה-וולט.

4) במקרה של הכנסת מערכת מבטיחה להעברת שלבים של 50 + 150 הרץ, צורת הפולסים הנוכחי תתקרב למלבנית, ותתהפך כמעט באותה מידה - כך שניתן יהיה להעלות את המתח על קווי הכוח הקיימים מבלי להעלות את ההפסד.

אז מי הזמין את המאמר הזה?

אמריקאים טיפשים פירקו לאחרונה לחלוטין את מערכת האספקה ​​של DC בניו יורק.

[#3 יוג'ין]

הכותב, כמובן, אינו מכיר את מהלך היסודות התיאורטיים להנדסת חשמל, או מסתיר זאת בזהירות.עם זאת, האדיסוניזם המתהווה איכשהו מרגיע אותי. למי ולמה יתכן ויהיה צורך בכך?

"אמריקאים טיפשים פירקו לאחרונה לחלוטין את מערכת הכוח של DC בניו יורק."

אבל בביטוי הזה, אני מבולבל מהנוכחות של המילים "לא טיפש" ו"לא מזמן ".

יהיה צורך ללמוד ביתר פירוט את מה שהם עושים שם כמעט 100 שנה על זרם ישר. והכי חשוב, מדוע?

[#4]

אני מסכים לחלוטין עם כותרת המאמר, אבל עם תוכן הבעיה. העברת הכוח המרבי האפשרי לעומס אינה מטרה בענף הכוח החשמלי. אז, גורם היעילות של 33% הוא דמיונו של הכותב, שמבלבל בין המצב המתואם (בו גורם היעילות הוא למעשה 50%) עם הכשיר מבחינה כלכלית, וזה היסודות של TOE (העברת אנרגיה ממכשיר דו-מסופי פעיל לעומס). לגבי פיתולים אורתוגונליים, מדובר גם בשטויות מוחלטות: מכונה חשמלית תלת פאזית היא די אופטימלית ובעלת יעילות גבוהה, כך שהשימוש בממירי תדרים מאפשר לך לפתור הרבה בעיות הקשורות לשימוש בהן מבלי לשנות את העיצוב של המכונה עצמה.

[#5]

אני מסכים לחלוטין עם כותרת המאמר, אבל עם תוכן הבעיה. העברת הכוח המרבי האפשרי לעומס אינה מטרה בענף הכוח החשמלי. אז, גורם היעילות של 33% הוא דמיונו של הכותב, שמבלבל בין המצב המתואם (בו גורם היעילות הוא למעשה 50%) עם הכשיר מבחינה כלכלית, וזה היסודות של TOE (העברת אנרגיה ממכשיר דו-מסופי פעיל לעומס). לגבי פיתולים אורתוגונליים, מדובר גם בשטויות מוחלטות: מכונה חשמלית תלת פאזית היא די אופטימלית ובעלת יעילות גבוהה, כך שהשימוש בממירי תדרים מאפשר לך לפתור הרבה בעיות הקשורות לשימוש בהן מבלי לשנות את העיצוב של המכונה עצמה.