VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Аннотация: Наиболее экологичным видом транспорта сегодня является электромобиль. Однако он обладает рядом существенных недостатков: небольшой запас хода, необходимость длительной зарядки. Другим экологичным видом транспорта на электрической тяге являются троллейбусы и трамваи, напрямую связанные с источником электроэнергии. Отсутствие маневренности (привязанность к электросети) не позволяет использовать этот принцип для личного транспорта. Предлагается использовать электромобиль, заряжая аккумуляторы во время движения, посредствам однопроводной сети.

Способ подключения электромобиля

Известен способ подключения безрельсовых транспортных средств к электрической сети посредствам двух штанговых токоприемников. Такой способ ограничивает маневренность ТС. Подключение к сети штанговых токоприемников не может быть произведено на ходу. Для дугового токосъемника типа бугель, устанавливаемого на трамваях возможно подключение на ходу, теоретически возможно перестроение и т.п. У трамвая вторым контактом выступают рельсы, для безрельсовых же транспортных средств предлагается использовать схему питания по одному проводнику, предложенную Николой Тесла в 1980-х годах. Данная схема будет рассмотрена и экспериментально проверена в данной работе.

Принципиальная схема однопроводной передачи электроэнергии.

Однопроводная передача электроэнергии основана на свойствах высокочастотного тока высоко напряжения и проста для восприятия (Рис.1). О возможности передавать электроэнергию по одному проводнику известно с 19 века, однако, в связи со сложностью получения высокой частоты данный принцип практически не применяется.

Рис.1. Принципиальная схема однопроводной передачи электроэнергии.

Ключевым элементом в схеме является трансформатор-генератор электрических токов высокого потенциала высокой частоты. Для получения токов высокой частоты (0,5-15кГц), пригодных для однопроводной передачи используют колебательный контур. В классической схеме катушки Тесла используются конденсаторы и разрядник, сегодня для генерации ВЧ-колебаний доступны полупроводниковые схемы с использованием транзисторов.

Конструкция приемника зависит от характера нагрузки. Так, например, газоразрядные лампы можно подключать напрямую к ВЧ линии. Для получения низкого напряжения и соответственно большей силы тока используется понижающий трансформатор по аналогии с генерирующим (подключенный на понижение). Для выпрямления полученного тока на выходе понижающего трансформатора устанавливается диодный мост. Проводник, связывающий генератор и приемник в данном опыте может передавать значительную мощность при сколь угодно малом сечении (напряжение велик, сила протекающего по проводнику тока мала, потери на нагрев проводника минимальны).

Моделирование схемы питания электромобиля по однопроводной сети.

Для экспериментальной проверки принципа однопроводной передачи электроэнергии сконструирована установка, передающая ВЧ токи по одному проводу для приведения электромобиля в движение. Схема экспериментальной установки изображена на Рис.2.

Рис.2. Схема экспериментальной установки.

В качестве генератора используется трансформатор Тесла на одном транзисторе (по схеме “качер”). На выходе трансформатора напряжение достигает 5 кВ (частота 1,5 кГц). В качестве приемника выступает модель электромобиля с токоприемником типа бугель. Электромобиль оборудован понижающим трансформатором. Первичная катушка через токосъемник одним концом соединена с ВЧ линией. Выходные контакты трансформатора подключены к диодному мосту на ВЧ диодах для выпрямления тока, далее к электромотору постоянного тока, который через редуктор приводит модель в движение. Передача электроэнергии производится по проводнику сечением 0,02 мм², предварительно очищенному от изоляции и подвешенному между двумя диэлектрическими опорами. Заземление для данной схемы не требуется в связи с большой распределенной емкостью приемника. Вид установки представлен на рис. 3.

Рис. 3. Модель одноконтакнтной сети.

Заключение.

Изготовлен действующий макет установки однопроводной передачи электроэнергии, основанной на идеях Н. Тесла. Предложен возможный способ использования установки для питания электромобиля посредством одноконтактной сети. Такой способ питания электромобиля позволит многократно увеличить запас хода без зарядки традиционным способом при сохранении маневренности. В тоже время аккумуляторы позволят, какое-то время, продолжать движение электромобилю в условиях, где размещение однопроводной сети невозможно (вблизи жилых домов, на развязках и.т.д). Наиболее существенным препятствием для внедрения данной системя является негативное воздействие ВЧ колебаний на живые организмы. Для изучения возможности экранирования ВЧ однопроводных линий требуется проведение дополнительных исследований.

Использованная литература:

1. Тесла Н. Патенты - Самара: издательский дом “Анги”, 2009. - 496 с. - ISBN 978-5-89850-6.2. Демирчан К.С., Нейман Л.Р., Коровкин Н.В. Теоретические основы электротехники: учебник для вузов. 5-е издание - СПб.: Питер, 2009. - 512 с. - ISBN 978-5-338-00410-9.

3. Фонд возрождения технологий Н.Тесла [Электронный ресурс] http://www.teslatech.com.ua/

4. Альтернативная энергетика [Электронный ресурс] http://cyberenergy.ru/