Тягова мережа транспорту з індуктивною передачею енергії на електровози

Тягова мережа з індуктивною передачею енергії на електровози, що включає прямий та зворотний проводи, кожен з яких виконано з першого та другого провідних елементів, розділених між собою по товщині шаром діелектрика; по довжині мережі провідні елементи розділено діелектриком C2 1 3 приводить, при довжині транспортної магістралі не кратній l, до перевитрати провідникового матеріалу із-за вимушеного подовження мережі, або до ввімкнення в кінці мережі конденсаторів, чи котушки індуктивності для забезпечення у мережі стану резонансу напруг. Найбільш близькою за технічною суттю до пропонованого винаходу є тягова мережа [Розснфельд В.Е., Староскольский Н.А. Высокочастотный бесконтактный электрический транспорт. - М. ; Транспорт, 1975. - 208с., стор.14, ж-л «Электричество», №7-8, 1923, с.392-393] у складі прямого та зворотного проводів, кожен з яких виконано з окремих відрізків тонких мідних внутрішніх трубок, на які надіто відрізки також тонких мідних зовнішніх трубок, причому внутрішні та зовнішні відрізки розділено між собою шаром діелектрика. Стики відрізків як внутрішніх, так і зовнішніх трубок також розділені між собою діелектриком, причому стики відрізків внутрішніх трубок розміщено по довжині під серединою відрізків зовнішніх, а стики відрізків зовнішніх трубок - над серединою відрізків внутрішніх. Недоліками зазначеної тягової мережі є складна конструкція, а також мала поздовжня ємність і, як наслідок, значна довжина відрізка мережі, на якому досягається компенсація її індуктивного опору. Останнє приводить до вказаного під п.2 недоліку аналога. В основу винаходу поставлено завдання удосконалення тягової мережі з індуктивною передачею енергії на електровози, в який шляхом зміни форми провідних елементів, їхньої кількості та схеми з'єднання забезпечується спрощення конструкції та збільшення подовжньої ємності і за рахунок цього досягається зменшення витрат провідникового матеріалу та збільшення ефективності роботи системи електропостачання транспорту. Завдання вирішується тим, що у відомій тяговій мережі транспорту з індуктивною передачею енергії на електровози у складі прямого та зворотного проводів, кожен з яких зроблено з першого та другого провідних елементів, розділених між собою по товщині шаром діелектрика; по довжині мережі провідні елементи розділено діелектриком на окремі відрізки, причому стики відрізків першого провідного елемента розміщено над серединою відрізів другого, а стики відрізків другого провідного елемента - під серединою відрізків першого, згідно з винаходом, провідні елементи на кожному з відрізків виконано у вигляді стрічок, кількість N яких (по товщині) вибрано згідно співвідношення: 2 N 1 2l 2 C L  0 0 3 з округленням до ближчого більшого цілого, де ω - кутова частота струму мережі; L0 - питома (на одиницю довжини мережі) індуктивність; С0 - питома (на одиницю довжини проводу) ємність між сусідніми (по товщині) провідними стрічками; l3 довжина ділянки мережі, на якій потрібно повністю компенсувати її індуктивний опір, причому, непарні (по товщині) провідні стрічки на початку прямого та в кінці зворотного проводів мережі з'єднано між собою. 94281 4 Сутність винаходу пояснюється кресленням (Фіг.), на якій зображено поздовжній переріз прямого та зворотного проводів тягової мережі, витягнутих в одну лінію. Прямий та зворотний проводи тягової мережі зроблено у вигляді пакета з N провідних стрічок 1 (на рис. N=5), розділених між собою по товщині шарами діелектрика 2. По довжині мережі провідні стрічки 1 поділено на окремі почережні відрізки довжиною, відповідно, l та 2l. Між собою відрізки розділено діелектриком 3. Товщину кожної з провідних стрічок 1 зроблено не більшою глибини проникнення електромагнітної хвилі у матеріал стрічки. Непарні (по товщині) провідні стрічки 1, рахуючи зверху або знизу пакета, з'єднано між собою на початку прямого та в кінці зворотного проводів мережі. У прямому та зворотному проводах, на ділянках довжиною l, завдяки розділу N провідних стрічок 1 шарами діелектрика 2 створюється електрична ємність: (1) C  (N - 1)C 0 l де С0 -питома (на одиницю довжини проводу) ємність між сусідніми по товщині провідними стрічками; З метою одержання найбільшого значення С0 ширину пакета стрічок роблять максимально можливою. Внутрішня та зовнішня індуктивності ділянки мережі довжиною l (2) L  L 0l де L0 - питома (на одиницю довжини мережі) індуктивність. Вважаючи, що тягова мережа по довжині поділена на n однакових ділянок, кожна довжиною l, запишемо умову, при виконанні якої забезпечується компенсація індуктивного опору ділянки N  1C 0 l 1  , (3) 2n L 0 l  n де ω - кутова частота струму в тяговій мережі. Реальна довжина транспортної магістралі може бути будь-якою, але необхідність виконання умови (3) вимагає, щоб довжина прямого та зворотного проводів мережі була кратною довжині l ділянки. Це призводить до перевитрати провідникового матеріалу та вимушеного подовження мережі, що, наприклад, в умовах вугільної шахти збільшує об'єм капітальних робіт по прокопу виробки (тунелю). Тому довжину ділянки l бажано робити мінімально можливою і для забезпечення цього кількість провідних стрічок N у пакеті, як це слідує з (3), вибрати згідно співвідношення: 2 N 1 (4) 2l 2 C L  0 0 3 з округленням результату до ближчого більшого цілого числа, де l3 - задана довжина ділянки. Виконання провідних елементів тягової мережі у вигляді стрічки дає змогу збільшити кількість стрічок у їх паралельному з'єднанні, що у свою чергу дозволяє зменшити довжину ділянки мережі з повною компенсацією її індуктивного опору майже в N  1 разів порівняно з прототипом. Остан 5 94281 де 0=4·107Гн/м, r=0,5·(dвн+2h)=0,5·(30+2)=16мм, с=0,96-коефіцієнт. 2) Питома ємність нє приводить до зменшення витрати провідникового матеріалу. Приклад застосування Прототип: провідні елементи - мідні трубки з товщиною стінки h=1мм; внутрішній діаметр зовнішньої трубки dвн=30мм; товщина шару діелектрика між зовнішньою та внутрішньою трубками =0,02мм; відстань між прямим та зворотним проводами d=400мм. 1) Питома індуктивність  d 4  10 7 400 L 0  0 1n  1n  13  10  6 Гн, ,  rc  16  0,96 l'  С0  2r  0 2  3,14  5  8,85  10 12   2,09  10  7  , r2 15 ln ln 14,98 r1 де 0=8,85·10-12/м; приймемо r=5 - відносна діелектрична проникність діелектрика; r2=dвн·0,5=0,5·30=15мм; r1=( dвн-2)·0,5=0,5·(302·0,02)=14,98мм. 3) Довжина ділянки мережі, на якій компенсовано її індуктивний опір 1 2 1 2     86,4м ,  L0C0 2  3,14  5000 13  10 6  2,09  10 7 , де =2f; частота струму f=5кГц. Пропонована тягова мережа: провідні елементи - мідні стрічки товщиною h=1мм; товщина шару діелектрика між стрічками =0,02мм; кількість стрі L0 6 чок у пакеті N=10; відстань між прямим та зворотним проводами d=400мм. 1) Питома індуктивність при розміщенні провідних стрічок прямого и зворотного проводів мережі у горизонтальній площині 2 2   1  1  0  d ln  0,5  1 ln1    0,5  1 ln1           bh         2 2   4  10  7  400  1   1  6  ln  0,5  0,25  1 ln1  0,25   0,5 0,25  1 ln1  0,25   14,148  10 Гн,     100  1        b r  0 5  5  8,85  10 12  100   2,21  10  7  .  0,02 3) Довжина ділянки мережі, на якій компенсовано її індуктивний опір b 100   0,25 . d 400 2) Питома ємність де   l"  1   2 N  1L0C0  C0  1 2   29,8м , 2  3,14  5000 (10  1)2,21  10 7  1148  10 6 , 4) Відносне зменшення довжини ділянки мережі в порівнянні з прототипом: Комп’ютерна верстка Т. Чепелева l' 86,4   2,9 . l" 29,8 Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601