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Il futuro dei sistemi di alimentazione CC?
All'inizio del ventesimo secolo, accesi dibattiti tra specialisti sui vantaggi e gli svantaggi dell'utilizzo di circuiti a corrente continua e alternata per l'alimentazione. È successo così che è stata data la preferenza ai circuiti trifase AC. Gli industriali, calcolando il volume dei costi di capitale per la creazione di sistemi di alimentazione, hanno scelto, sembrerebbe, l'opzione più ottimale.
Il ruolo decisivo nell'ubiquità delle reti CA trifase è stato giocato dalla semplicità di ottenere una coppia con un numero minimo di fasi. Contro la corrente continua, tali argomenti sono stati avanzati come l'alto costo e la bassa affidabilità dei motori, la complessità della conversione dell'energia. Ma quello era allora. E adesso? L'esperienza pratica acquisita in molti anni di sviluppo del settore dell'energia elettrica offre, a mio avviso, risultati devastanti.
Il primo. Dal corso basi teoriche dell'ingegneria elettrica È noto che per trasferire la massima potenza al carico nei circuiti a corrente alternata, devono essere soddisfatte le condizioni di uguale resistenza della sorgente alla resistenza di linea e resistenza del carico. Ne consegue che l'efficienza teoricamente raggiungibile per i circuiti CA è del 33%.
I sistemi di alimentazione pratici per ridurre le perdite di trasporto di energia comportano un certo numero di conversioni di tensione. Almeno non è inferiore a cinque trasformazioni, ognuna delle quali utilizza il proprio trasformatore. Se prendiamo l'efficienza di ciascun trasformatore caricato in modo ottimale pari a 0,9, l'efficienza di trasformazione totale sarà 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 = 0,59049 e l'efficienza dell'alimentazione - 0,33 0,59049 = 0. 1.948.617.
Dato che la potenza dei trasformatori è selezionata tenendo conto dei massimi carichi del mattino e della sera, la loro efficienza media ponderata media dei trasformatori è inferiore a 0,9, quindi l'efficienza di alimentazione reale è inferiore a 0,195. E questo senza tenere conto delle correnti di dispersione, correnti reattivearmoniche e altre delizie.
Gli studi condotti da K.V. Yalovega presso impianti metallurgici hanno dimostrato che sull'albero della macchina funzionante abbiamo sotto forma di energia utile solo circa il 2,4% dell'energia fornita all'albero del generatore nella centrale elettrica. Non è un caso che l'efficienza delle turbine eoliche domestiche quando si lavora su una singola rete elettrica raggiunga a malapena l'11%.
Il secondo. Lo stesso N.V. Yalovega ha suggerito di installare avvolgimenti combinati ortogonali in motori trifase asincroni, in cui l'angolo di spostamento tra le fasi ha due valori: 120 e 90 gradi. Ha dimostrato che se fosse adottato un alimentatore a quattro fasi, la generazione di elettricità potrebbe essere ridotta da tre a quattro volte con lo stesso robot utile.
L'uso diffuso di motori a induzione con avvolgimenti ortogonali ridurrebbe la generazione di elettricità in media di tre volte. Ciò è dovuto al fatto che circa il 70% dell'elettricità viene consumata proprio dai motori a induzione. Pertanto, la scelta di un sistema a corrente trifase è stata, per dirla leggermente, non ottimale.
Il terzo. In epoca sovietica, fu costruito un sistema di trasmissione di corrente continua reversibile, che collegava la centrale idroelettrica Volga e la sottostazione Mikhailovsky (Donbass) con una tensione di 750 kV. La pratica di utilizzare il sistema ha dimostrato la sua alta efficienza. È stato dimostrato che l'uso della corrente continua per trasmettere elettricità su lunghe distanze presenta chiari vantaggi rispetto a un sistema a corrente alternata. L'efficienza nei circuiti a corrente continua può raggiungere il 90% o più. Non è vano che le compagnie energetiche del Giappone e degli Stati Uniti abbiano ripetutamente tentato di acquistare apparecchiature per sottostazioni DC.
Pertanto, siamo diventati tutti ostaggi dell'attuale situazione nel settore energetico. Siamo costretti a pagare tutti i costi di trasporto e distribuzione di energia con un alimentatore centralizzato. La situazione è diversa quando si creano sistemi di alimentazione autonomi. Il consumatore stesso è libero di scegliere ciò che è meglio per lui, alternando o corrente continua. L'unica limitazione è imposta dai carichi finali che non possono funzionare nei circuiti CC. Ma questo non è un problema oggi.
Per quasi cento anni, la tecnologia di conversione ha subito cambiamenti significativi e, se 25 anni fa, gli inverter e i convertitori di semiconduttori erano prerogativa dell'industria della difesa, oggi sono ampiamente utilizzati nell'industria e nella vita di tutti i giorni. Molti elettrodomestici dispongono di alimentatori a commutazione che possono funzionare sia nei circuiti CA che CC.
Pertanto, quando si creano fonti di energia elettrica autonome, è meglio privilegiare la corrente continua. Tuttavia, in questo caso, non senza problemi.
Se tracciamo uno schema completo di alimentazione autonoma utilizzando un inverter, diventa chiaro che almeno tre giunzioni pn saranno collegate in sequenza nel circuito tra la sorgente e il consumatore. Ad ogni transizione, la caduta di tensione sarà di circa 1,5 V, la caduta di tensione totale sarà di almeno 4,5 V. Più le perdite rimanenti.
Pertanto, quando si creano fonti di energia autonome utilizzando gli inverter, l'uso di generatori a bassa tensione 14, 28 V non è pratico. La preferenza dovrebbe essere data ai generatori con una tensione di uscita di 230 V, che è standard per le reti domestiche e se è possibile trasferire la potenza dell'apparecchiatura alla corrente continua, è meglio non trascurarla.
Siamo arrivati a questa conclusione sviluppando fonti autonome di alimentazione. Sarebbe interessante imparare altre opinioni. È possibile che cambieranno radicalmente non solo le nostre opinioni sul problema esistente.
SI. Duyunov. A.B. Pizhankov. SI Levachkov
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