Бытовые электроприборы и генераторы

В существующих ЛЭП и электрических приборах используют активный ток и поэтому для согласования традиционного и резонансного метода передачи электрической энергии в начале и в конце однопроводной ЛЭП устанавливают преобразователи, что увеличивает стоимость системы. В ВИЭСХе проводятся работы по созданию генераторов и бытовых электроприборов, которые непосредственно вырабатывают и используют электрическую энергию в однопроводной линии. Наиболее экономичными и надежными осветительными приборами являются светильники с полупроводниковыми сверхяркими светодиодами, которые имеют КПД до 75% и срок службы до 100 тысяч часов. Экспериментально подтверждено, что светодиодные светильники обладают свойством работать от однопроводной линии, используя при этом положительные и отрицательные полуволны реактивного тока однопроводной линии.

На рис. 1.51 электрическая энергия от солнечной батареи 1 через диод 2 или от аккумулятора 3 с контроллером заряда 4 подается на вход преобразователя 5, а затем через резонансные конденсаторы 16 на низковольтную обмотку 6 повышающего высокочастотного резонансного трансформатора 7. Диод 2 препятствует разряду ак-кумулятора 3. Низкопотенциальный вывод 14 высоковольтной обмотки 8 через раз-делительный конденсатор 17 соединены с землей. Высоковольтная обмотка 8 высо-кочастотного резонансного трансформатора 7 своим высоковольтным выводом 9 соединена однопроводной линией 10 со светильниками 11, имеющими естест-венную емкость 15. Благодаря этому осуществляется подача электрической энергии к светильникам и их работа.

Рис. 1.51. Общая схема подключения светильников к однопроводной линии

Рис. 1.52. Схема подключения светильников, состоящих из двух пар

встречно-параллельно соединенных сверхярких светодиодов

Рис. 1.53. Схема светильника из двух цепей последовательно соединенных сверхярких светодиодов

На рис. 1.52 каждый светильник 11 выполнен из двух пар встречно-параллельно соединенных светодиодов 12 и 13. В конце однопроводной линии 10 светильник 11 соединен одним выводом к однопроводной линии, а другим выводом с естественной емкостью 15 в виде изолированного проводящего тела.

На рис. 1.53 собственно светильник 11 содержит две цепи по четыре последовательно соединенных светодиодов 12 и 13, включенных встречно-параллельно и со-единенных с естественной емкостью 15.

На рис. 1.54 представлен солнечный светильник, состоящий из двух светодиодных светильников-излучателей 11, содержащих по четыре пары встречно-параллельно включенных светодиодов 12 и 13, соединенных в разветвляющую сеть.

На рис. 1.55 представлен солнечный светильник, состоящий из двух светодиод-ных светильников 11, каждый из которых содержит по две встречно включенные цепи из двух последовательно соединенных светодиодов 12 и 13, па-раллельно которым подключены диоды 18.

Солнечный светильник работает следующим образом. Электрическую энергию от источников энергии 1 или 3 преобразуют по частоте в преобразователе частоты 5, повышают по напряжению с помощью повышающего высокочастотного резонансного трансформатора 7 и создают резонансные колебания тока и напряжения в первичной обмотке 6, вторичной обмотке 8 и в однопроводной линии 10 с частотой f₀ = 1 — 100 кГц, равной частоте преобразователя частоты 5.

Так как однопроводная линия 10 относительно обмотки 8 разомкнута, между током и напряжением существует фазовый сдвиг 90 градусов. Ток опережает напряжение на 90 градусов и перезаряжает емкость однопроводной линии 10, емкость светильников 11 и естественную емкость 15.

Электромагнитная энергия в виде потока волн тока и напряжения перемещается от вывода 9 с высоким потенциалом через светильники 11 к естественной ем-кости 15 с более низким потенциалом вдоль эквипотенциальных линий кулонова электрического поля, поэтому джоулевы потери энергии в незамкнутом проводнике 10 малы. Положительная полуволна тока и напряжения проходит через светодиоды, включенные в прямом направлении, создавая на них падение напряжения 2 — 6 В. Положительные полуволны вызывают свечение согласно включенных светодиодов, а отрицательные полуволны тока и напряжения вызывают свечение встречно включенных светодиодов.

Рис. 1.54. Схема светильника из четырех пар встречно-параллельно

включенных сверхярких светодиодов, соединенных в звезду

Рис. 1.55. Схема светильника из двух последовательно соединенных

цепей сверхярких светодиодов с диодом

Пример выполнения устройства солнечного светильника

Солнечная батарея мощностью 30 Вт напряжением 12 В и аккумуляторная батарея 12 В включены для работы с преобразователем частоты 50 кГц мощностью 15 Вт с выходным напряжением 12 В. Повышающий высокочастотный резонансный трансформатор содержит 8 витков низковольтной обмотки и 2500 витков высоко-вольтной обмотки, при этом на высоковольтном выводе генерируется потенциал с напряжением 1,5 кВ при частоте 50 кГц. Светильник состоит из 4 пар встреч-но-параллельно соединенных светодиодов типа СКЛ-19 белого свечения, с рабочим напряжением 6 В, силой света по 450 мкд и рабочим током до 30 мА каждый.

За счет потребления высокочастотной электрической энергии в резонансном режиме осуществляется работа светильников с высоким КПД, равным 70 — 75 % с передачей энергии от источника энергии к светильнику по однопроводной линии с малыми потерями в проводнике. При питании светильника по однопроводной линии исключается возможность короткого замыкания, так как отсутствуют проводники с разностью потенциалов между ними, как это имеет место в обычной электрической сети. В качестве источника электрической энергии может быть использована не только солнечная батарея, но и любой другой источник энергии.