Георгий Бабат - Высокочастотный автомобиль

ЦЕПОЧКА ПОТЕРЬ

Но мы решили не сдаваться и вместо капитуляции объявили решительную борьбу потерям. Мы завели специальную папку с надписью "потери" и занялись изысканием всех возможных мест "утечки" электроэнергии. Процесс образования и передачи высокочастотной энергии был взят на самый строгий учет.

Много превращений испытывает электроэнергия, прежде чем попадает к мотору тележки ВЧТ.

Переменный ток из силовой сети подается через трансформатор к выпрямителю, который превращает его в ток постоянный. Затем генераторные лампы рубят этот ток на отдельные порции - импульсы, раздробляя его на несколько десятков тысяч импульсов в секунду. Эти импульсы в специальном устройстве, состоящем из катушек и конденсаторов, превращаются в плавные высокочастотные колебания. Высокочастотный ток поступает в бесконтактную тяговую сеть, провода которой насыщают окружающее пространство высокочастотной энергией.

Часть этой энергии воспринимается приемным витком тележки и передается на выпрямитель. От выпрямителя постоянный ток или пульсирующий ток одного направления поступает в тяговый мотор.

Все участки пути, проходимого током, представляют собой как бы звенья одной энергетической цепи. В каждом звене этой длинной цепи неизбежны потери. И от звена к звену потери наращиваются. Для каждого звена можно подсчитать коэффициент полезного действия (КПД), а если перемножить все эти коэффициенты, то получится общий коэффициент полезного действия цепи, величина которого в первой установке была микроскопически мала... 4 процента. Плачевный результат!

От чего же зависит величина КПД энергетической цепи? От чего же зависит мощность, которую может получить приемное устройство тележки? Электротехника говорит, что величина мощности, воспринимаемой тележкой, равна произведению числа перемен тока в одну секунду на величину отдельной порции энергии, отдаваемой проводниками бесконтактной сети.

Частота тока в обычной осветительной сети составляет всего лишь 50 герц, и количество энергии, получаемой тележкой, было бы очень мало; поэтому, чтобы установка могла работать, пришлось повысить частоту в тысячу раз. Однако и при такой высокой частоте КПД был очень низок.

Итак, была объявлена решительная борьба потерям. Мы выяснили, что большая часть потерь происходит в нашей подземной высокочастотной сети. Когда по подземным проводам течет быстропеременный ток, то в земле, вблизи провода, приходят в вихреобразное движение электроны веществ, из которых состоит земля. Вихрь электронов напоминает вихрь пыли, поднятой ветром. Но чтобы привести электроны в движение, затрачивается энергия - та самая энергия, которая могла бы пойти на полезную работу двигателя. Чем больше частота тока, тем больше вихревые потери. Вихревые потери пропорциональны квадрату частоты, то-есть если частоту увеличить в два раза, то вихревые потери возрастут в четыре раза, а если частота возрастет в три раза, то они увеличатся в девять раз.

Но вихревые потери - не единственный вид потерь. Сеть излучает энергию, как антенна радиопередатчика. Потери на излучение пропорциональны четвертой степени частоты тока. Увеличить частоту в два раза - значит повысить эти потери в 16 раз.

Тщательное изучение потерь привело нас к выводу, что и очень низкая и очень высокая частоты в равной степени, неудобны для работы бесконтактного транспорта.

При очень низких частотах полезная мощность катастрофически мала. Мала она и при очень больших чaстoтах, где большую часть мощности съедают потери.

ВОЙНА ПОТЕРЯМ

Громоздкие формулы математических расчетов не умещались в одну строчку. К страницам отчета приходилось подклеивать специальные бумажки; когда отчет листали, эти наклейки развевались, как флажки.

Теоретические подсчеты показывали возможность значительного уменьшения потерь. Надо было подтвердить это на практике. Мы перестроили подземную бесконтактную сеть, и потери в ней действительно упали в несколько раз. На это ушло полгода работы.

В сети возникли пробои, короткие замыкания. Еще несколько месяцев было потрачено, чтобы их устранить. С новой схемой сети начались неполадки в генераторе: срывались колебания основной частоты и возникали колебания иной частоты - паразитные, которые лишь мешали нашей работе. Еще месяцы ушли на укрощение генератора. В конце концов удалось довести полезную отдачу до 15 процентов. Два года ушло на то, чтобы выжать эту цифру, но для промышленной установки и она все еще не годилась.