Электрическое транспортное устройство с бесконтактной передачей энергии Советский патент 1947 года по МПК B60M3/00 B60L9/30 

Предлагаемое изобретение каеается электрических транспортных устройст;В с бесконтактной передачей энергин с пути на новозку. Эта передача осуществляется с помощью двух индуктивно связанных колебательных .контуров, один из которых (нервичньпГ) расположен вдоль дороги и образует бесконтактную тяговую сеть, а другой (вторичный) установлен на повозке.

Отличительной особенностью предлагаемого устроГ Ства является использование в качестве емкости первичного контура ряда конденсаTopi-n ix батарей, включаемых последовательно в адин из проводов контура с интервалами меньщими, чем половппа длины волны тока. Указ.анное включент1е пр едотвращ.ает образование стоячих волн тока и напряжепия.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема П1-1тания бесконтактной тяговО сети электровысокочастотного транспорта; па фиг. 2 и 3- варианты схем вьшолненмя тягового участка; па фпг. 4-разрез участка июссе с подзе.1ным расположением бескоптактпой сети.

Высо/кочастотные генераторные иодстанцни /, //, /// и IV (фпг. I) нитают отдельные участки :бесконтакт11ОЙ тяговой сетн. Подстанции, в свою очередь, получают питание от иентрал1,ной выпpя п тeльпoГ станцп.и V через высоковольтную сет постоянного тока. Воз моЖна и другая схема питания, когда каждый высокочастотны генератор имеет свой собствеинь й иН|Дивидуаль ьп вь прямитель, а питание каждой подстаиции осупдествляется от распределительно трехф аз ой .

Пот1сри Б бесконтактной сети возрастают с увеличешдем ее . Поэтому вею сеть желательно разбить на отдельн де участки, пптае лые от своего генератораГе 1е)атор, питаьопшй тягов - 1й участок, ;может подключе

№ 68118- 2-

к любому его месту, так как потери в бесконтактной тяговой сети Б отличие ог контактных тяговых сегей не зависят от места подключения генератора.

В случ.ае, когда длина тягового участка меньше, чем четверть длины волны тока, на всем протяжении участка емеет место равномерное распределение тока. С удлинением участка сети и новышением частоты тока эта равномерность на Пшается и s бесконтактной сети могут образов:аться етоячие волны тока и напряжения, препятствующие передаче от сети к рамюе путем электромагнитной индукции.

Включая в бесконтактную сеть конденсаторы и индуктивные сопротивления, мо.жно менять р;аснре,дел1ение тока и нанряжения вдоль участка и, в частности, ликвидировать зоны, в которых сила тока близка к нулю.

Для этой цели в один из проводов бесконтактной тяговОЙ сети может быт1, В1ключен ряд конденсаторных батарей, расстояние мегжду которыми выбирается меньшим половины длины волны.

Для бо..тее длинных участков тяговой сети нео|бходимо применять с.ложные схемы компенсации, например схему, изображенную па оЬиг. 2.

В этой схеме в один из проводников бесконтактной сети последовательно включены конденсаторы, компенсируюш;ие индуктивное надение в участке, а параллельно проводникам сети подключены индуктивности, компепсируюи1ие емкостной ток между отдельными нроводника;ми.

Кажунтаяся мощность конденсаторных бат1арей, включаемых последовательно в нровода тягового участка бесконтактной сети, во много десятков раз может превышать полезную передаваемую мощность. Поэтому для удешевления системы передачи электроэнергии можио примен;ить конструкцию бесконтактной сети (фиг. 3), в которой один из проводников разбит иа отдельные изолированные друг от друга участки, размещенные так, что емкость между отдельнымиучастками достаточна для компенсации в них иидуктивного надеиия напря/жения.

При наиболее благонриятных размерах длина каждого изолированного участка должна быть около одной четверти или одной пятой длины солны. Отдельные комиеисированпые участки могут при этом иметь неодинаковую алину.

Сум1марные потери в бесконтактной сети и в пр,иемной рамке пропорциональны произведению их омич еских сопротивлени R v( R ,

Если задано количество меди, идущее на сеть и на приемную рамку, то наименьшие потери во всей системе будут, когда эта медь будет разделена поровну между рамкой п сетью, т. е. когаа вес меди в тяговом фидер.е будет равен весу 1мед:и в приемной paiMKe. Если длииа участка сети /J , а длина приемной ра.мки / , то сопротивления их

-J--(L ; Практически это условие трудно выполнить и на ,./

рал1ку приход;ится затрачивать меньще меди, чем идет па сеть. Одиако омическое сонротивление ,- на единицу длины рамки всегда должно быть меньше, чем сопротивление Л/ на единицу длины участка сети. т. е. отношение сопротивления рамки к сопротивлению участка сети должно лежать в пределах

li :lt iL

t,) R, ,

величнвая количество меди в проводах бссконтактмоп сети и уменьшая ЭТИГУ ее од ическое со иротивлсние, можно снизить потери при бескоитактной передаче эиергии и повысить к.п.д. системы. Эта проблема решается также, как и при передаче электрпческо| 1 эперги-:и по проВчлам постоянным током или током пизкой частоты (50-60 гц).

Однако коист;)укция проводииков бесконтактпой сети должна быть совеем иная, чем в случае контактной сети.

Глубина проникиовевия переменного тока в проводинке из крас 6(i

Hoii меди составляет 2сц s/f -1ьн. Поэтому для нспользозания всего

сечения меди прсво:диики бесконтактной сети до.чжны быть сплетены из тонких проволочек, изол:ир|0ваннь;х от , ,1ибо выполняться в виде леит пли полых проводников с толщиной меди не большей, чем глубина проникновения.

Практическое применение найдут, преимущественно, провотники второго тип-а, состоящие из медных лент, евободно подвешенных пли укрепленных на каком-либо каркасе,

Е ысокочастотный то« равномерно распределяется но всей поверхности проводника только в совершенно симметр ичных конетрукциях. Участки же бесконтактиой сети ие могут быть полиостью симметричны ,м иПоэтому для повышения исг ользования меди цслгссобразно выполнять бесконтактные сети так, чтобы плотность тока была одинаковой по всему их сечению. Этого можно добиться, выполнив сеть из прозодни1хоз разиоГ| толщины или из отдельных полосок, располагая их с разной густотой вокруг каркаса, служащего телом для .проводника сети. Применение проводника разной целееообразно лишь в том случае, когда толщ,ина его в самом толстом месте меньнш глубины проникновения тока,

Помилю омических потерь в проводах бесконтактной высокочастотной тяговой сети enie могут быть потери на электромагнитное излучение эиергии и потери п окружающей среде из-за вихревых токов в ней и диэлектрического гистерезиса,

В сети, передающей энергию путем электромагнитной индукции, расстоянИе проводами значительно меньше длины волны S /-. Этого вполне достаточно, чтобы потери на электромагнитное излучение были малы по еравнению с медными потерями в проводниках.

При воздушной нодвеске высокочастотной сети потери в окружаюnj,cii среде близки к нулю.

При подземном расположении сети еоответствуюи1,им подбором конструкции и изолирующих материалов можно свести потери в окружающей среде к малой величине, Сущеетвуют доетаточио дешевые и доетупные диэлектрики {н.аиример, обл-агороженные битумы), И1меюп1ие igS порядка 10, Если выполнить сеть таким образом, чтобы диэлектрик занимал не более 10% всего объема электрического поля между проводами, то даже при коэффициепте мощности бесконтактной сети eos -f 0,01 потери в изоляци:и будут составлять П,

Рациональиая конструкция тяговой сет1И и приемпой рамки должна быть выполнена так, чтобы при данном расходе меди и заданной частоте тока обеспечить воз1М01Жно более высоки к,п,д,

Математически это можно сформулировать так, что отношение

I/ R,, R7

должно быть наименьшим (М-коэффициент взаимоиидук

/И НИИ между рамкой и сетью).

- 3 -N° 68118

№. 68118

Одним из путей улучшения этого отношения является увеличениедлины рамки / и уменьшения зазора между проводником сети и приемной рамкой. Однако в этом направлении имеются определенные пределы.

Целесообр азпо также выполнять проводники бесконтактной тяговой сети плоски ми, чтобы ширина проводника был:а одного порядка ил.и больше, нежели расстояние между поверхностью проводника и рамки.

Плоская конструкция активного проводника обеснеч;ивает одновременно свободу Л1аневриров1а:1ня подвижного состава, который может отходить вбок от оси проводника без оп асности значительного падения напр5гжения на приемной рамке.

На фпг. 4 приведен вариант конструкции шоссе, под которым уложена высокочаотот11ая бесконтактная сеть.

Основанием шоссе служит желоб /, выполненный из железобетона, простого бетона и;н1 асфальта. Электричеохие свойства материала, из которого выполнен жело-б, не суп ествеишз, так ка;к желоб лежит вне электрСМагннтного поля сети. По внутренней гюьерхности желоба укладыБ.ается сплошное корыто 2 из тонкой меди или ряд медных полос; это корыто или полосы являются внешним экра1Н13ируюшим нроводником бесконтактной сети. корьгга берется равной или бо,тьшей расстояния между колесами подвижного состава (практически в нределах от одного до трех или четырех метров). При отсутствии ферромагнитного сердечника глубнна корыта не должна бьггь намного меньше ширины активного проводпика сети.

При наличии сердечника глубина корыта может быть значительно уменьшена в ;j. раз, ( .-эффективная нроницаемость сердечника). Внутрь желоба вкладываются фасонные изоляторы 4, в верхней части которых помени1етея активный провод .Л Для удобства ремонта, переделки и т. д. а:ктиБный провод прогне веего выполнить ,в виде трубчатого медного проводника.

Для того, чтобы неточпоеть расположения экипажа по оси участка бесконтактной сети меньнге сказывалась н.а к.н.д. передачи, желательно проводник сети выполнить возможно более нгирокнм. Он может быть выполрген в виде трубы овального сечения, Н1ири1юй порядка от десятка сантиметров до :мегра и г ысотой 20-100 мм. Так как ток распределяется только в тонком новерхиостном с.тое, то толщину стенки проводника надо выбирать порядка долей миллиметра; для придания проводипку жесткости медиую фольгу нелесообразпо выполнить иа .каком-нибудь )дечннке, например деревянном. Комненсируюшне конденсаторы могут быть по:меп1ены .в колодпах, располагаемых вдоль Зчастка.

Для повышения кл.д. передачи провода еети должны быть распо.ложены возможно ближе к прнемной рамке. Поэтому нрн подземном располОЖении бесконтактно сети иногда иелесообразнее выно.тиять верхнее етроение нюссе с выстунолт, по гребню которого н уложен один из проводников. Очертания этого |ребпя до.тж1;ы допускать гглавный Бъез;1 и съезд с него без то.тчков и ударов по1возки. Прнелнгая ра1мка экипажа располагается в;;о.ть продольпой оси inocce но.а, ося;ми колес. Так как пространство под экнпажем весьма ограничено, то ра.мку желательно выполнить с ферромагнитным сердечииком, еостояи1,нм из ирямоугольнсй части и клииосбразпых боковых крыльев.

П ) е д м е т и з о б |) е т е н и я

I. Электрическое транспортное уетройство с бесконтактной передачей Э1 ергнн с пути на повозку нри помонди двух пндуктнвно связанных

колебательных конту)аз, один из которых (лс)вичныГ1) расположен ваоль до)оги и образует бесконтактную тягсзую сот1з, ;; другой (ЕТОрнчмый) установлен на повоз е, о т ;i и ю 1Ц е е с я тем, что д. п)едотараиюиия образовамия в бес штакт:;о 1 тяг.люи ест;: стоячих воли тока и наи;5яже п-5я емкость, входящая п перзичпьи ко.тебательггы коптур, составлеиа из ряда отдельных коидски; юриых батаре, зк.тючаомых последОЗателько в одн з проьсдоа :icj}BHqi:oi-o контура, lia расCTOHiihii одна от лрхчСо меньше:,, н.. ноловима /итмпы тхжа.

2.Форма вь нолнеиия устройства по ::. К о т л li ч а ю н а я с я тем, что однн ,из проводников первичного контура В1 н1олнен ю отдельных изолирсзанных Д1туг от д;)уга 1акнМ образом, что 1:ндуктг Вг ое иаде} ие Нанрян енн ; вдоль каждого участка комг ененруется паден1|ем иа1 ряжен)1Я на к;енределсг;ноц ел кост; между отдсл 5ным : изолнроD а;- 11 В м ; уча ст к-а , i н.

3.Форма выполнения устройства но н. i, отличающаяся тем, что размеры ировсдикков первнчкого коитууа и вторичных контуров ( рамок) та иг1И, что олнческое С0 1 зот;1вленле на ед|Ннн; :Д.:л-1НЬ перлитного кс1гт ч;а А. бол;;;не Ол ического сонротивления на единицу д.тин;,; приемной рамки Дк,. . т. е. отношение полного пркасденного огличеекого сонротнвлеиия нер1Н1Ч;к)го контура R к при:ведеииол1у омическому сэнротивлен : ;; прнсмн;: : )амхн f .

R fI

4.В устройстве но пп. 1-3 для регули:Н)ваи11я мон.ностн, отбирае1МОЙ из иервнч1 ого фидера повозкой недвижного coi-TCBa, нрименение ириспособЛСиия для измеиени5 liacTpoiHHi нр-немного колебательного контура.

5.Форма ьынолиення устро:1ства но нн. -3, о т л н ч а о HI, а я е я тем, что нроводники нервнчно о контура ;;.;ек)т пор:ту ле1;ты, н ирниа еечеиня которой одного HOpsuKa или ;.}сп),;1нае; 1;а;;ст;;н::не мс/кду нроводинком первичного контура н приемной рамко ;.

6.Форма выполнения устро;;ства во н. 5, о i ,т и ч а ю ш а я е я тем, что )диики нервич1К)го контура из1-(;то1-.-;н;отс;: лз медно; фол зги, укреп.деиной вокруг Kai5Kaca.

7.Форма выио.тнения стройства но гн 6, о т .т н ч а ;о щ а я е я тем, что толщина медной фоль; - неод1П1акова но , есчению фндера, с цел1ло но,:;уче1 ня одинаковой плотностн тока во всех участках ирозодннка нервич1;ого контура.

8.Форма выпсшнеиия устройства н(; нн. Ь-7, о ; л н ч а ю HI а 5 с я тем, что кажлый из прО1Юдов первичного и) сосчонт нз нее; олвких отд( иара.1,1ел|,но соедпненных нроводннхов.

.}. Фо)ма 15ыпо.1нения устройства по ни. 1-8, о т,т и ч а ю HI а ;; е я (:, ЧТО ТОТ ИЗ н;)ово.:и11НчОв первичного KOHiVi)aL (а.,чГ Н-;пьн 1 ироводник), в которвй BK.TioqeiHji носледователвио кондепсатср::, 1Н)Н1о. в виде ле1ггы, уложеЙ1 ой - еамой поверхноети нросзжеП дороги, а второй (обратный) проводник состоит из ряда ленл, размен1. iio иил11Ндрической HOBepxHocTiK и межау нооводщнсом и обратными нроводникамн раеноложен слой , йерхн;-я HICTB кото 10:-о служит- иросзжей иове|)хпостью дороги.

l6- Форма ввпюлнеиия уетройства но нн. -У. о т.т и ч а ю HUI я е я тем, что нара.т.те.тыю нроводам первичного ()ндера Н1)И1ч.;к)чены катунгки еамоиидукци1к раеположеиные од.а относиге.иню другой на расстокнни, г юньщем нежели четверть дл:имы в.о.пнь; тока.

- 5 -АЪ 68 18

/V

ФК2, 1

tt

&ЛХСЭ1ГШШ

Со

с

SLrСЧ1

-vly-i

г

«

00

:з

-еЧАУ

К

u,

r -V .

kv,

. Y I it

f 1

I . fc

r4:-b

.I.--i

i 4 ; .

if.