СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЗОНАНСНОЙ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ Российский патент 2014 года по МПК G01R31/00 

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÷n¹) 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 L₀, 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 1,0…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 $$\left(U_n^1-U_{n+1}^1\right)$$ или $$\left(U^1{}_n^1-U^1{}_{n+1}^1\right)$$ остается постоянной вдоль обмоток.

Измерение потенциала производится измерителем потенциала 23 путем переключения измерительного зонда 22 по отводам (0¹÷n¹) 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÷n¹) 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 F₀ 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 (0¹÷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, С₀. 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.

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, 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.