ПЕРЕДАЧА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ БЕЗ ПРОВОДОВ

Чаще всего здесь имеется в виду энергия ВЧ колебаний, с по-. мощью которой приводится в движение транспорт, снабженный электродвигателем. Колебания ВЧ излучаются контуром, помещен­ным, например, под покрытием улицы. Над проблемой беспроводной передачи энергии работали много лет, но только в 1943 г. советский электротехник Г. Бабат построил первый в мире электрический ав­томобиль, питаемый на расстоянии, который был назван «ВЧ моби-лем». В следующем году на одном из советских заводов был введен в эксплуатацию электрокар с двигателем мощностью около 2 кВт. Он передвигался по асфальтовым дорожкам, вдоль которых под землей были проложены медные трубки небольшого диаметра. Че­рез них пропускали переменный ток частотой 50 Гц. Эффективный радиус действия этих проводов равнялся 2...3 м в каждую сторону.
Первые шаги были сделаны, но, к сожалению, потери электри­ческой энергии были очень велики: на каждом квадратном метре трассы терялся 1 кВт мощности, причем для привода использова­лось только лишь 4% энергии, а остальные 96% терялись безвоз­вратно.
Начались дальнейшие поиски, пробовали увеличить частоту питающего тока, но безуспешно. Было, наконец, обнаружено, что самые большие потери возникают из-за подземных вихревых то­ков, возбуждаемых ВЧ полем. К этому еще добавились потери на излучение, а также небольшой к. п. д. генераторов ВЧ. После многих экспериментов в конце 1947 г. в Москве была построена экспе­риментальная трасса, где на каждый квадратный метр поверхности потреблялось только 10 Вт электрической мощности. Провода из тонкостенных медных или алюминиевых трубок были уложены в изоляционных каналах или в асбесто-цементных трубах. Электро­кар тоже был модифицирован—из него были удалены по возможности все металлические части. В 1954 г. в СССР было запущено несколь­ко линий водного транспорта, питаемого с берега ВЧ энергией.
В 1958 г. на одной из шахт Донбасса была введена в эксплуата­цию первая промышленная ветка ВЧ транспорта. Под кровлей штрека был уложен двойной провод (петля), через который про­пускали ток в несколько десятков ампер частотой 2500 Гц. На кры­ше электрокара находился приемный контур, состоящий из шести витков провода, намотанного на ферромагнитном сердечнике.
Однако до полного решения проблемы далеко. Большие труд­ности возникают при изготовлении проводов, вносящих небольшие потери, а также при разработке средств защиты, приемных ус­тройств от помех, вызванных сильным электромагнитным полем. По­добные эксперименты проводились и проводятся в других странах, например, в США и Англии. Предвидится, что в будущем беспро­водная система питания найдет широкое применение в пригород­ном транспорте, питающая сеть будет помещена под покрытием улиц, а электрокарам достаточно будет использовать приемный контур, уложенный по периметру машины. При выборе частоты пи­тающего тока надо принимать во внимание, что чем ниже частота, тем больше должна быть мощность питающей сети и тем больше бу­дут потери. Повышение частоты позволяет уменьшить мощность питающей сети, но увеличивает потери на вихревые токи, на­водимые в среде, окружающей провода (в земле, в металлических предметах, например, трубопроводах и т. п.). Наибольшее значе­ние к. п. д. в беспроводной системе передачи энергии достигается при частоте немного выше предела слышимости, т. е. около 20 кГц,
В провода питающей сети и в приемный контур включают кон­денсаторы, обеспечивающие условия согласования реактивных со­противлений и снижающие потери мощности.
Знакомство с прсблгмами ВЧ транспорта понадобились чтобы найти некоторые отправные точки для конструирования моделей машин, энергия которым доставляется без соединительных про­водов. Такие модели строят не очень часто, но они всегда вызы­вают большой i нтерес на выставках, даже международных. Инте­рес к технике будущего — общеизвестен. Система ВЧ транспорта —• это, как правило, трансформатор, первичная обмотка которого уложена вдоль трассы, а вторичная находится в машине. Энергия передается из первичной обмотки во вторичную с помощью электро­магнитного поля (рис. 6.8). Источником энергии служит ВЧ гене­ратор достаточно большой мощности (рис. 6.8, а). Катушка контура генератора представляет собой один виток алюминиевой трубки. Дроссель Др состоит из 25 витков медного провода сечением 1,5 мм 148в двойной волокнистой изоляции, намотанных в один слой на кар» касе диаметром 30 мм. Для питания цепей генератора можно исполь­зовать выпрямитель от старого телевизора. Приемник (рис. 6.8. б) снабжен петлей связи из латунной трубки диаметром 3...4 мм. Емкость конденсатора С подбирают в пределах 1000...3000 пФ, чтобы малогабаритный электродвигатель модели получал наиболь­шую энергию. Диод Д1 — лучше всего кремниевый (например, пе­ределанный из транзистора), он может быть также и германиевым типа DOG 50...63 (Д2, Д9) DZG 1...4 (Д7). В зависимости от потреб­ляемого двигателем тока соединяют параллельно несколько диодов. В нашей модели было соединено параллельно 5...6 диодов. Величина емкости конденсатора сглаживающего фильтра некритична. Модель трассы («улицы») размером 1 х 1 м изготовляют из пластмассы, дсски или фанеры. Под ней помещают катушку L1, генератор ВЧ и блок питания. Чтобы проверить работу генератора, устанавливают на «улице» индикатор — виток провода ПЭВ 0,5 диаметром 640 мм с лампой накаливания 6 В X 65 мА. Лампа должна гореть.
Вторичная обмотка (петля связи) модели представляет собой не­замкнутый виток медного провода или трубки, уложенный на полу автомобиля. Если бы этот виток был замкнут, то он потреблял бы слишком много ВЧ энергии и сильно нагревался. Вариант модели с кузовом из пластмассы имел привод от электродвигателя на ось задних колес через зубчатую и фрикционную передачи с общим пе­редаточным отношением 40:1. Очень важно, чтобы автомобиль (или другая модель) имел как можно меньше металличе­ских частей.
На рис. 6.9 показана модель самоходного элек­трического подъемника голландской фирмы «Фи­липс». Двухламповый передатчик на лампах типа EL 34 потребляет мощ­ность до 150 Вт. Петля раз­мерами 1x2 м обеспечи­вает в своем контуре мощ­ность 50 Вт, значение маг­нитной индукции около 4- 10~6Т (0,4 Гс). Генератор работает на трех каналах:20 кГц (плавно перестраивае­мый в диапазоне 19...21 кГц), 15 кГц и 30 кГц. Первый ка­нал (20 кГц) служит для уп­равления и, одновременно, для привода в действие мо­дели, второй — для переклю­чения направления движения («вперед» или «назад») и тре­тий — для поднятия и опуска­ния подъемника.Модель (рис. 6.9, а) снабжена четырьмя магнитными антеннами, которые с помощью конденсаторов настроены на соответствующие резонансные частоты передатчика и дополнены небольшими петля­ми связи. Передние приводные колеса приводятся в действие от­дельными электродвигателями постоянного тока мощностью 3 Вт, питаемыми от контуров L1 и L2 через выпрямитель. В зависимости от частоты передатчика, частоты вращения валов электродвигателей могут либо совпадать, либо различаться. Таким образом, управ­ляют моделью. Заднее колесо неуправляемое, оно может свободно вращаться вокруг вертикальной оси. Двухпозиционное реле Р1 питается от контура L3, а реле Р2 — от контура L4 (включает электродвигатель МЗ подъемника). Элементы конструкции модели показаны на рис 6.9, б



­