Способ питания электротранспортных средств

Недостатком данного способа является большой расход проводникового материала. Другим недостатком является низкая надежность работы троллейного токоприемника, особенно при движении с большой скоростью и при изменении направления и рядности движения.

Известен способ бесконтактной передачи электрической энергии с помощью электромагнитной индукции. В этом случае провода однофазной тяговой линии из двух изолированных кабелей, соединенных накоротко в конце линии и присоединенные к подстанции переменного тока, передают энергию через воздушный зазор к приемнику из нескольких витков провода, образующих вторичную обмотку трансформатора. Приемник устанавливают на электротранспортном средстве и перемещают относительно линии. Переменный магнитный поток, создаваемый током в линии, индуктирует в обмотке приемника через воздушный зазор электродвижущую силу (Э.Д.С.), как в обычном трансформаторе. Для индукционной бесконтактной передачи используют ток высокой частоты 2-20 кГц. Для рельсового транспорта применяют верхнюю воздушную подвеску высокочастотных тяговых кабелей, а для безрельсового транспорта подземную прокладку тяговых кабелей (В.Е.Розенфельд, Н.А.Староскольский. Высокочастотный бесконтактный электрический транспорт. Москва, «Транспорт», 1975 г., стр.4-8).

Недостатком известного способа и устройства бесконтактной передачи электрической энергии на транспортное средство является большие потери в тяговой линии из-за большого индуктивного сопротивления проводов при высокой частоте. Вследствие высокой частоты в витках обмотки приемника и в кабельной линии возникают значительные Э.Д.С. самоиндукции, активная составляющая которой направлена встречно по отношению к напряжению подстанции, питающей тяговую сеть. Для компенсации индуктивного сопротивления и Э.Д.С. самоиндукции в линии и в приемнике последовательно включают конденсаторы. Для снижения рассеивания энергии производят транспозицию - перекрещивание тяговых кабелей, при этом в местах транспозиции возникают затруднения с питанием транспортного средства, так как в точке перекрещивания тяговых кабелей в приемнике не наводится Э.Д.С. Из-за высокой стоимости и низкого к.п.д. бесконтактного метода передачи электрической энергии с помощью электромагнитной индукции этот способ не нашел практического использования.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ питания электротранспортных средств и устройство для его осуществления путем подачи питания к однопроводной контактной сети, расположенной над каждой полосой (рядом) движения электротранспортного средства, подключения указанной контактной сети через определенное расстояние к выводу одного или нескольких высоковольтных высокочастотных электростатических генераторов свободных электрических зарядов, генерации и перемещения этих электрических зарядов и связанной с ними энергии электрического поля в резонансном режиме через контактную сеть и токоприемники, к электротранспортному средству, и обратного преобразования энергии электрического поля свободных зарядов в энергию электрического переменного тока, которую используют для электропривода транспортного средства.

Устройство, реализующее данный способ, представляет собой источник электрической энергии, высокочастотный преобразователь и высоковольтный электростатический генератор электрических зарядов, соединенный с однопроводной контактной сетью, состоящей из множества параллельных проводов, установленных над каждой полосой движения автострады и электротранспортных средств с выдвигающимися токоприемниками, каждые из которых имеют приемносогласующее устройство, диодный блок, преобразователь постоянного тока в переменный, соединенный с блоком управления и вентильным электродвигателем электротранспортного средства (пат. РФ №2136515 С1, В60L 9/00, БИ №25, 10.09.99).

Использование известного способа и устройства питания электротранспортного средства обеспечивает повышение эффективности, надежности работы, увеличение срока службы, уменьшение потерь энергии и обеспечение многорядного движения электротранспортных средств по автостраде. Недостатком известного способа является наличие однопроводного троллея, ограничивающего возможности перемещения транспортного средства и его надежность.

Задачей предлагаемого изобретения является создание способа питания электротранспортных средств и устройство для его осуществления, характеризующееся высокой надежностью и малыми потерями и обеспечивающего высокую маневренность электротранспортного средства при многополосном (многорядном) движении.

В результате использования предлагаемого изобретения появляется возможность питания электротранспортных средств с резиновыми и другими колесами из электроизоляционного и проводящего материала при многорядном движении электротранспортных средств по автостраде.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в способе питания электротранспортных средств, предусматривающем подачу электрической энергии через высоковольтный высокочастотный преобразователь и однопроводниковую контактную сеть к индивидуальным токоприемникам транспортных средств, подачу питания к электротранспортному средству осуществляют методом электростатической индукции через воздушный промежуток между изолированной однопроводниковой линией, установленной в дорожном покрытии или земле непосредственно около их поверхности, и токоприемником, установленным под днищем электротранспортного средства, от резонансной однопроводниковой системы электропитания с использованием переменного электростатического поля с частотой 0,1-100 кГц и напряжением в линии 0,5-500 кВ, напряжение на токоприемнике понижают, преобразуют в напряжение постоянного тока, аккумулируют электрическую энергию и преобразуют электрическую энергию в механическую энергию перемещения транспортного средства.

Устройство, реализующее данный способ электропитания электротранспортного средства, содержащее источник электрической энергии, к которому присоединен преобразователь частоты, и однопроводниковую линию для каждой полосы движения и токоприемники электротранспортных средств, выполнено в виде резонансной электрической системы с частотой 0,1-100 кГц и напряжением однопроводниковой линии 0,5-500 кВ с воздушным зазором 0,1-50 м между электроизолированной от земли однопроводниковой линией, установленной в дорожном покрытии или в земле в непосредственной близости от поверхности, и токоприемником, установленным под днищем транспортного средства, устройство содержит два резонансных контура, один передающий и один приемный, настроенных на одинаковую частоту f₀=0,1-100 кГц, вход передающего контура присоединен к преобразователю частоты, а выход через резонансный повышающий трансформатор, однопроводниковую линию и воздушный зазор к токоприемнику, токоприемник выполнен в виде тонкого изолированного листа из проводящего материала и установлен на транспортном средстве параллельно однопроводниковой линии; вход второго приемного резонансного контура присоединен к токоприемнику через резонансный понижающий трансформатор, а выход через выпрямитель, аккумулятор и блок управления к электродвигателю электротранспортного средства.

Сущность предлагаемого способа питания электротранспортных средств и устройство для его осуществления поясняется чертежом, на котором изображена общая схема устройства, реализующего заявленный способ питания электротранспортных средств методом электростатической индукции через воздушный зазор между однопроводниковой кабельной линией в дорожном покрытии и токоприемником, установленным под днищем транспортного средства.

Устройство на чертеже содержит источник электрической энергии 1 повышенной частоты и резонансную электрическую систему, состоящую из двух резонансных контуров, передающего 2 и приемного 3, и двух резонансных высокочастотных трансформаторов 4 и 5, соединенных однопроводниковой линией 6, установленной между повышающим 4 и понижающим 5 трансформаторами. Один из выводов 7 высоковольтной обмотки 8 понижающего высокочастотного трансформатора 5 соединен с естественной емкостью 9. Источник электрической энергии 7, резонансный контур 2, высокочастотный трансформатор 4 и однопроводниковая линия 6 установлены стационарно, а резонансный контур 3, высокочастотный трансформатор 5 установлены на транспортном средстве 10. Стационарная и передвижная часть резонансной системы соединены с помощью воздушного конденсатора 11, одна из обкладок которого выполнена стационарно в виде однопроводниковой линии 6 в дорожном покрытии 12, а вторая обкладка выполнена перемещающейся в виде плоского токоприемника 13, установленного под днищем 14 транспортного средства 10. Расстояние а между обкладками воздушного конденсатора составляет 0,1-1 м. Однопроводниковая линия 6 установлена в дорожном покрытии 12 под каждым рядом движения и снабжена электрической изоляцией 15. Токоприемник 13 установлен под днищем транспортного средства 10 на изоляторах 16 с воздушным зазором а относительно дорожного покрытия 12 и однопроводниковой линии 6 и соединен с приемным резонансным контуром 3, выход 17 которого соединен через выпрямитель 18 аккумулятор 19 и блок управления 20 с электродвигателем 21 транспортного средства 10. В качестве естественной емкости 9 может быть использовано изолированное проводящее тело или корпус транспортного средства.

Способ питания электротранспортных средств реализуется следующим образом

К источнику электрической энергии 1 повышенной частоты присоединяют передающий резонансный контур 2, состоящий из конденсатора 22, индуктивной катушки 23 и низковольтной обмотки 24 повышающего трансформатора 4. Электрические колебания тока и напряжения в режиме резонанса повышают по частоте до 0,1-100 кГц и по напряжению до 0,4-500 кВ и направляют по однопроводниковой электроизолированной линии 6 вдоль дорожного покрытия 12, по которому перемещается транспортное средство 10.

На чертеже показаны два ряда движения. Направления зарядов вдоль однопроводниковой линии 6 в каждом ряде движения показаны знаком +.

В однопроводниковой линии возникают стоячие волны в виде пучностей и узлов напряжения и тока. При полуволновой длине линии L = l/4 пучность напряжения располагается приблизительно в середине линии 6, а пучности тока сдвинуты на 90° или на l/4 относительно пучностей напряжения и располагают на краях линии, на выводах 7 и 25 резонансных трансформаторов 4 и 5. Фазовый сдвиг между волнами тока и напряжения приводит к появлению свободных электрических зарядов в линии 6, которые перемещаются вдоль линии 6 от источника энергии 1 к потребителю - электродвигателю 21, приводящему в движение колеса 26 транспортного средства 10. Благодаря электростатической индукции и использованию переменного электростатического поля через воздушный конденсатор в токоприемнике 15 формируют электрический заряд и ток, которые поступают через понижающий трансформатор 5 в приемный резонансный контур 3, который настроен на частоту f₀=0,1-100 кГц передающего контура 2, электрические колебания тока и напряжения в приемном резонансном контуре 3 выделяются на резонансной частоте f ₀ и поступают через выпрямитель 18, аккумулятор 19 и блок управления 20 на тяговый электродвигатель 21 транспортного средства 10.

Электрическая мощность, которая передается через воздушный конденсатор 13 с емкостью с на транспортное средство 10, определяется по формуле:

где V - напряжение в линии 6.

Принимая f ₀=5 кГц, с=10·10^-9Ф, V=10 кВ, получим Р_эл=31,4 кВт.

Преимущество предлагаемого способа электропитания электротранспортных средств при подземной прокладке однопроводниковой линии 6 заключается в освобождении дороги от опор, тросов, проводов и троллеев и в возможности электропитания грузовых и легковых автомашин, автобусов, инвалидных колясок, внутрискладского транспорта. Однопроводниковая линия 6 выполняется изолированной и безопасна в отличие от голого контактного провода при троллейном способе электропитания. Предлагаемые способ и устройство электропитания электротранспортных средств имеют более высокую надежность по сравнению с троллейным способом электропитания благодаря отсутствию износа и искрения при бесконтактном методе передачи электроэнергии.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ питания электротранспортных средств, предусматривающий подачу электрической энергии через высоковольтный высокочастотный преобразователь и однопроводниковую контактную сеть к индивидуальным токоприемникам транспортных средств, отличающийся тем, что подачу питания к электротранспортному средству осуществляют методом электростатической индукции через воздушный промежуток между изолированной однопроводниковой линией, установленной в дорожном покрытии или в земле непосредственно около поверхности, и токоприемником, установленным под днищем электротранспортного средства, от резонансной однопроводниковой системы электропитания на частоте 0,1-100 кГц и напряжении в линии 0,5-500 кВ, напряжение на токоприемнике понижают, преобразуют в напряжение постоянного тока, аккумулируют электрическую энергию и преобразуют электрическую энергию в механическую энергию перемещения транспортного средства.

2. Устройство электропитания электротранспортного средства, содержащее источник электрической энергии, к которому присоединен преобразователь частоты, однопроводниковую линию для каждой полосы движения и токоприемники электротранспортных средств, отличающееся тем, что устройство выполнено в виде резонансной электрической системы с резонансной частотой 0,1-100 кГц и напряжением однопроводниковой линии 0,5-500 кВ с воздушным зазором 0,1-50 м между электроизолированной от земли однопроводниковой линией, установленной в дорожном покрытии или земле в непосредственной близости от поверхности, и токоприемником, установленным под днищем транспортного средства, устройство содержит два резонансных контура, один передающий и один приемный, настроенных на одинаковую частоту f₀=0,1-100 кГц, вход передающего контура присоединен к преобразователю частоты, а выход через резонансный повышающий трансформатор и однопроводниковую линию через воздушный зазор - к токоприемнику, токоприемник выполнен в виде тонкого изолированного листа из проводящего материала и установлен на транспортном средстве параллельно однопроводниковой линии, вход второго приемного резонансного контура присоединен к токоприемнику через резонансный понижающий трансформатор, а выход через выпрямитель, аккумулятор и блок управления - к электродвигателю электротранспортного средства.

Разместил статью: search
Дата публикации:  27-04-2007, 18:44

html-cсылка на публикацию		⇩ Разместил статью ⇩ Владимир Николаевич  Его публикации  Нужна регистрация Отправить сообщение
BB-cсылка на публикацию
Прямая ссылка на публикацию

Огромное Спасибо за Ваш вклад в развитие отечественной науки и техники!