O futuro dos sistemas de energia DC?

No início do século XX, duros debates entre especialistas sobre as vantagens e desvantagens do uso de circuitos de corrente direta e alternada na fonte de alimentação. Aconteceu que foi dada preferência a circuitos CA trifásicos. Os industriais, calculando o volume de custos de capital para a criação de sistemas de fornecimento de energia, escolheram, ao que parece, a opção mais ideal.

O papel decisivo na ampla distribuição das redes CA trifásicas foi desempenhado pela simplicidade de obter torque com um número mínimo de fases. Contra a corrente contínua, tais argumentos foram apresentados como o alto custo e a baixa confiabilidade dos motores, a complexidade da conversão de energia. Mas isso foi então. E agora? A experiência prática adquirida ao longo de muitos anos de desenvolvimento do setor de energia elétrica fornece, em minha opinião, resultados devastadores.

O primeiro. Do curso fundamentos teóricos da engenharia elétrica Sabe-se que, para transferir potência máxima para uma carga em circuitos de corrente alternada, a condição de igual resistência da fonte à resistência da linha e à resistência da carga deve ser cumprida. Daqui resulta que a eficiência teoricamente alcançável para circuitos CA é de 33%.

Esquemas práticos de energia para reduzir as perdas de transporte de energia envolvem um certo número de conversões de tensão. Pelo menos, não são menos que cinco transformações, cada uma das quais usa seu próprio transformador. Se considerarmos que a eficiência de cada transformador com carga ideal é igual a 0,9, a eficiência total da transformação será 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 = 0,59049, e a eficiência da fonte de alimentação - 0,33 0,59049 = 0. 1.948.617.

Dado que a potência dos transformadores é selecionada levando em consideração os máximos da manhã e da noite das cargas, sua eficiência média ponderada real dos transformadores é menor que 0,9; portanto, a eficiência real da fonte de alimentação é menor que 0,195. E isso sem levar em consideração as correntes de fuga, correntes reativasharmônicos e outras delícias.

Estudos conduzidos por K.V. Yalovega em plantas metalúrgicas mostraram que no eixo da máquina de trabalho temos na forma de energia útil apenas cerca de 2,4% da energia fornecida ao eixo do gerador na usina. Não é por acaso que a eficiência das turbinas eólicas domésticas ao trabalhar em uma única rede de energia mal chega a 11%.

O segundo O mesmo N.V. Yalovega sugeriu a instalação de enrolamentos ortogonais combinados em motores trifásicos assíncronos, nos quais o ângulo de mudança entre as fases tem dois valores - 120 e 90 graus. Ele provou que, se uma fonte de alimentação em quatro fases fosse adotada, a geração de eletricidade poderia ser reduzida em três a quatro vezes com o mesmo robô útil.

O uso generalizado de motores de indução com enrolamentos ortogonais reduziria a geração de eletricidade em uma média de três vezes. Isso se deve ao fato de que cerca de 70% da eletricidade é consumida precisamente por motores de indução. Assim, a escolha de um sistema de corrente trifásico foi, para dizer o mínimo, não ideal.

O terceiro. Nos tempos soviéticos, um sistema reversível de transmissão de corrente contínua foi construído, conectando a estação hidrelétrica de Volga e a subestação Mikhailovsky (Donbass) com uma tensão de 750 kV. A prática de operação do sistema mostrou sua alta eficiência. Está provado que o uso de corrente contínua para transmitir eletricidade a longas distâncias apresenta vantagens claras em relação a um sistema de corrente alternada. A eficiência em circuitos de corrente contínua pode atingir 90% ou mais. Não é em vão que as empresas de energia do Japão e dos Estados Unidos tentaram repetidamente comprar equipamentos para subestações de corrente contínua.

Assim, todos nos tornamos reféns da situação atual no setor de energia. Somos forçados a pagar todos os custos de transporte e distribuição de energia com uma fonte de energia centralizada. A situação é diferente ao criar sistemas autônomos de fonte de alimentação. O próprio consumidor é livre para escolher o que é melhor para ele, corrente alternada ou direta. A única limitação é imposta por cargas finais que não podem funcionar em circuitos CC. Mas isso não é um problema hoje.

Por quase cem anos, a tecnologia de conversão sofreu mudanças significativas e, há 25 anos, inversores e conversores de semicondutores eram prerrogativas da indústria de defesa, hoje eles são amplamente utilizados na indústria e na vida cotidiana. Muitos aparelhos domésticos têm fontes de alimentação comutadas que podem operar em circuitos CA e CC.

Portanto, ao criar fontes autônomas de eletricidade, é melhor dar preferência à corrente direta. No entanto, neste caso, não sem problemas.

Se traçarmos um esquema completo de fonte de alimentação autônoma usando um inversor, fica claro que pelo menos três junções pn serão sequencialmente conectadas no circuito entre a fonte e o consumidor. Em cada transição, a queda de tensão será de cerca de 1,5 V, a queda total de tensão será de pelo menos 4,5 V. Mais as perdas restantes.

Portanto, ao criar fontes de energia autônomas usando inversores, o uso de geradores de baixa tensão 14, 28 V é impraticável. Deve-se dar preferência a geradores com uma tensão de saída de 230 V, o que é padrão para redes domésticas, e se for possível transferir a energia do equipamento para a corrente direta, é melhor não negligenciá-la.

Chegamos a essa conclusão ao desenvolver fontes autônomas de fonte de alimentação. Seria interessante aprender outras opiniões. É possível que eles mudem radicalmente não apenas nossos pontos de vista sobre o problema existente.

Sim Duyunov. A.B. Pajankov. S.I. Levachkov