Тягова мережа для безконтактного живлення електровозів

Тягова мережа системи електропостачання транспорту з безконтактною передачею енергії на електровози, що має прямий та зворотний проводи з провідної стрічки, складені з окремих послідовно з'єднаних між собою ділянок довжиною ℓ+ℓ1, і кожна ділянка має дві частини, першу довжиною ℓ та другу - довжиною ℓ1, причому провідні стрічки першої частини ділянки розділені між собою діелектриком, яка відрізняється тим, що першу частину довжиною ℓ ділянки виконано з трьох відрізків, де виконано середній відрізок довжиною ℓ1 із двох провідних стрічок, а два U 1 3 виконаних у вигляді провідної стрічки, причому кожна ділянка має дві частини, з яких перша, довжиною l 1 зроблена із однієї провідної стрічки, друга, довжиною l 2, - з двох провідних стрічок, розділених між собою шаром діелектрика; довжина ділянок проводу тягової мережі l ³ 1/(w L 0 C 0 ) визначається співвідношенням , друга частина ділянок має довжину l 2 1/(w 2L 0 C 0 l) = , де w - кутова частота струму в тяговій мережі; L0 - питома (на одиницю довжини) індуктивність ділянок мережі; С0 - питома поздовжня ємність в другій частини довжиною l 2 ділянок. Недоліками такої тягової мережі є порівняно велика довжина другої частини ділянок мережі та збільшення втрат потужності в провідних стрічках другої частини ділянок, викликане ефектом близькості та поверхневим ефектом. В основу пропонованої корисної моделі поставлено завдання удосконалення тягової мережі системи електропостачання з безконтактною передачею енергії на електровози, в якій шляхом іншого виконання та розміщення окремих елементів забезпечується збільшення індуктивності, що потребує меншої ємності для компенсації індуктивного опору, зменшення втрат потужності і, за рахунок цього, в цілому спрощується живлення безконтактних електровозів та меншають витрати провідникового матеріалу. Поставлене завдання вирішується тим, що у відомій тяговій мережі системи електропостачання транспорту з безконтактною передачею енергії на електровози, що має прямий та зворотний проводи з провідної стрічки, складені з окремих послідовно з'єднаних між собою ділянок довжиною l + l 1 і кожна ділянка має дві частини, першу довжиною l та другу довжиною l 1, причому провідні стрічки першої частини ділянки розділені між собою діелектриком, згідно з пропонованою корисною моделлю, першу частину довжиною l ділянки виконано з трьох відрізків, де зроблено середній відрізок довжиною l 1 із двох провідних стрічок, а два крайніх відрізки з довжинами l 2 із трьох провідних стрічок, причому зовнішні провідні стрічки крайніх відрізків є продовженням провідних стрічок середнього відрізка, а центральні провідні стрічки крайніх відрізків першої частини ділянки з'єднані з такими ж центральними провідними стрічками сусідніх ділянок провідною стрічкою другої частини ділянки довжиною l 1 і яка має товщину, рівну товщині центральних провідних стрічок крайніх відрізків і більшою товщин інших провідних стрічок першої частини ділянки, а l, l 1, l2 довжини та визначено співвідношеннями: 27897 4 де w - кутова частота струму в тяговій мережі; L0 - питома (на одиницю довжини) індуктивність тягової мережі; С0 - питома поздовжня ємність між сусідніми провідними стрічками в другій частини ділянки. На фігурі зображено поздовжній переріз проводів тягової мережі. Тягова мережа системи електропостачання має прямий та зворотний проводи, що скомпоновані з окремих ділянок довжиною l + l 1 (на Фіг. повністю зображені таких дві ділянки 13 і 14), які послідовно з'єднані між собою. Кожна ділянка (розглядаємо ділянку 13) має у своєму складі дві частини. Перша частина має три відрізки: середній з них 1 довжиною l 1, зроблений з двох провідних стрічок 2 і 3, які розділені між собою прошарком діелектрика 4; два крайніх відрізки 5 і 6, кожний довжиною l 2, що розміщені по краям середнього відрізка 1. Відрізки 5 і 6 зроблені з трьох провідних стрічок 7, 8 і 9, які розділені між собою прошарками діелектрика 10 і 11. Зовнішні провідні стрічки 7 і 9 є продовженням провідних стрічок, відповідно, 2 і 3 середнього відрізка 1 першої частини ділянки 13. Центральні провідні стрічки 8 з'єднані з такими ж центральними провідними стрічками сусідніх ділянок провідною стрічкою 12 довжиною l 1 другої частини ділянки 13. Товщину d2 провідних стрічок 8 та 12 зроблено однаковою. Товщину d1 провідних стрічок 2, 7 та 3, 9 зроблено меншою (у два і більше разів) порівняно з товщиною d2. На протязі кожної ділянки довжиною l + l 1 провід тягової мережі має розподілені по довжині активну та індуктивну складові опору; в першій частині ділянки на відрізках 5 і 6, крім того, має розподілену по довжині l 2 електричну ємність і, відповідний, ємнісний опір. Тягова мережа працює таким чином. Змінний струм, що протікає по провідних стрічках 2, 7, 3, 9, 8 і 12 (Фіг.) прямого та зворотного проводів мережі, створює змінний магнітний потік (зовнішнє магнітне поле). Цей потік викликає в провідних стрічках електрорушійну силу (е.р.с). При струмі Іл у проводі мережі в провідних стрічках 2, 3 середнього відрізку 1 першої частини ділянки 13 та в провідній стрічці 12 другої частини ділянки 13 е.р.с. буде рівнятися: де w - кутова частота струму в мережі; L01 питома (на одиницю довжини) зовнішня індуктивність тягової мережі на протязі довжиною l 1. Е.р.с. у провідних стрічках 7, 8, 9 крайніх відрізків першої частини ділянки 13: 5 27897 де L02 - питома зовнішня індуктивність мережі на протязі довжиною l 2. Беручи до уваги порівняно малу товщину прошарків діелектрика між провідними стрічками, приймемо L01=L02=L0. Виразимо е.р.с. (1) і (2) через струм у кожній провідній стрічці та через їх еквівалентну індуктивність, яка враховує також взаємоіндуктивність із сусідніми стрічками. Запишемо для стрічок 2, 3 середнього відрізку 1 першої частини ділянки, струм в яких 0,5 Іл: де Lc1 - питома зовнішня індуктивність провідних стрічок 2, 3 у складі мережі на протязі l 1. Порівнюючи (1) і (3), одержимо Lc1=2L0. Для провідних стрічок 7, 9 крайніх відрізків першої частини ділянки: 6 2C 0 l 2 2 відрізках 5 і 6, складає , де С0 - питома (на одиницю довжини) поздовжня ємність між провідними стрічками 7 (9) і 8 на довжині l 2. Виходячи з еквівалентної електричної схеми заміщення проводу мережі, для компенсації індуктивного опору ділянки необхідно забезпечити умову: Найменшу довжину ділянки проводу ( l = l min), на якій ще здійснима компенсація його l ®0 індуктивного опору, одержимо із (6) при 1 : Із виразів (6) і (7) запишемо розв'язок рівняння (6) відносно l 2: де х - координата точок стрічки 7 або 9 від початку крайнього відрізку; Lc2 - питома зовнішня індуктивність провідних стрічок 7, 9 на протязі довжиною l 2. Порівнюючи (2) і (4), одержимо Lc2=4L0. Для провідної стрічки 8 крайнього відрізку першої частини 13 ділянки: де Lc2 питома зовнішня індуктивність провідної стрічки 8 на протязі довжиною l 2; х координата точки на стрічкі від початку крайнього відрізку першої частини ділянки 13. Порівнюючи (2) і (5), одержимо L’с2 = 2L0. У провідній стрічці 12 протікає струм Іл, тому для неї, виходячи з (9), зовнішня індуктивність L’c1 = L0. Внутрішня індуктивність провідних стрічок значно менша зовнішньої; при потребі її можна включити у значення L0. Індуктивний опір провідних стрічок ділянки 13 складає: Поздовжня електрична ємність, що включена в електричне коло провідних стрічок ділянки 13 на При довжині l 2 по (8) кожного з відрізків 5 і 6 буде повністю компенсований індуктивний опір, як на кожній ділянці проводу, так і в цілому в тяговій мережі. Порівняно з відомим технічним рішенням у пропонованій тяговій мережі зменшується майже у два рази довжина l 2 відрізків проводу першої частини ділянок мережі, що приводить до відповідного зменшення витрат провідникового матеріалу. Позитивний ефект досягається завдяки використанню на ділянках проводу мережі двох і трьох провідних стрічок, товщина яких менша порівняно з відомою конструкцією. Це, з одного боку, збільшує зовнішню індуктивність провідних стрічок, що потребує меншої ємності для компенсації їхнього індуктивного опору. З другого боку, завдяки зменшенню товщини провідних стрічок, усуваються шкідливі дії поверхневого ефекту і ефекту близькості.