СВЕТОДИОДНОЕ ОСВЕЩЕНИЕ НА ОСНОВЕ РЕЗОНАНСНОЙ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Шахраманьян Михаил Андраникович; Стребков Дмитрий Семенович; Юферев Леонид Юрьевич; Прошкин Юрий Алексеевич

Статья поступила в редакцию 31.10.12. Ред. рег. № 1433

The article has entered in publishing office 31.10.12. Ed. reg. No. 1433

УДК 621.31

СВЕТОДИОДНОЕ ОСВЕЩЕНИЕ НА ОСНОВЕ РЕЗОНАНСНОЙ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

12 2 1 М.А. Шахраманьян , Д.С. Стребков , Л.Ю. Юферев , Ю.А. Прошкин

Научно-производственное объединение «Современные диагностические системы» (НПО СОДИС) 117556 Москва, ул. Болотниковская, д. 11, корп. 1 Тел./факс: +7 (495) 545-48-40, e-mail: info@nposodis.ru 2Всероссийский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ) 109456 Москва, 1-й Вешняковский проезд, д. 2 Тел.: +7(495) 171-19-20, +7(495) 171-02-74, факс: +7(495) 170-51-01, e-mail: viesh@dol.ru

Заключение совета рецензентов: 02.11.12 Заключение совета экспертов: 05.11.12 Принято к публикации: 07.11.12

Представлена система освещения на основе резонансной системы передачи электрической энергии. Приведен принцип работы и преимущества внедрения данной системы.

Ключевые слова: светодиодное освещение, резонансная система передачи электрической энергии.

LED LIGHTING SYSTEMS BASED ON RESONANT TRANSMISSION

OF ELECTRIC ENERGY

M.A. Shakhramanyan1, D.S. Strebkov2, L.Yu. Yuferev2, Yu.A. Proshkin1

'Research and production association "Modern diagnostic systems" 11/1 Bolotnikovskaya str., Moscow, 117556, Russia Tel./fax: +7 (495) 545-48-40, e-mail: info@nposodis.ru 2All-Russian Research Institute for Electrification of Agriculture (VIESCH) 2, 1st Veshnyakovskiy pr., Moscow, 109456, Russia Tel.: +7(495) 171-19-20, +7(495) 171-02-74, fax: +7(495) 170-51-01, e-mail: viesh@dol.ru

Referred: 02.11.12 Expertise: 05.11.12 Accepted: 07.11.12

The system of lighting by the resonance of the transmission of electrical energy. The principles and advantages of this system implementation.

Keywords: LED lighting, resonant system of transmission of electric energy.

Михаил Андраникович Шахраманьян, д-р техн. наук, академик РАЕН, Председатель совета директоров ООО «НПО «СОДИС».

Дмитрий Семенович Стребков, д-р техн. наук, академик РАСХН, директор ВИЭСХ. Леонид Юрьевич Юферев, канд. техн. наук, зав. лаборатории ВИЭСХ. Юрий Алексеевич Прошкин, инженер ООО «НПО«СОДИС».

С каждым годом рынок светодиодной продукции растет, его объем к концу 2012 г. только в Европе ожидается на уровне 3 млрд долларов США [1].

Основной причиной, препятствующей широкомасштабному внедрению светодиодных светильников, является их относительно высокая стоимость (стоимость светодиодных светильников в 4-5 раз выше стоимости светильников с металлогалогенно-выми лампами и дугоразрядных ламп).

В настоящее время в системах уличного освещения используют в подавляющем большинстве трехфазные цепи. Анализ эффективности применения трехфазных цепей при передаче электрической энергии выявил ряд недостатков, к числу которых относятся:

1) большие капитальные затраты на строительство линий электропередач;

2) необходимость использования промежуточных подстанций;

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 11 (115) 2012

М.А. Шахраманьян, Д.С. Стребков и др. Светодиодное освещение на основе резонансной системы передачи электроэнергии

3) возникновение аварий в случае короткого замыкания в проводах из-за неблагоприятных погодных условий (сильный ветер, наледь и др.);

4) большой расход цветных металлов;

5) значительные потери электрической энергии в проводах.

Одним из способов снижения стоимости внедрения светодиодного освещения является устранение отмеченных выше особенностей и недостатков применения трехфазных линий передач, что обуславливает актуальность разработки энергосберегающих систем уличного освещения на основе резонансной одно-проводной технологии передачи электроэнергии.

Принцип работы данной системы основан на использовании двух резонансных контуров с частотой 5-15 кГц и однопроводной линии между контурами (рис. 1) с напряжением линии 1-10 кВ при работе в резонансном режиме [2].

Светильники 8 подсоединены параллельно, одним выводом к обратным преобразователям напряжения 7, которые соединены с резонансной линией электропередачи 6, а второй вывод каждого светильника соединен с естественной емкостью 9 в виде изолированного проводящего тела. Светильники состоят из светодиодов, выпрямителя и собственной изолированной емкости.

Рис. 2. Схема модели электроснабжения уличного освещения на основе резонансной линии электропередачи: ПН - передающий преобразователь напряжения; ОП - обратный преобразователь напряжения Fig. 2. Model of electric street lighting based on the resonant transmission line, where: ПН - transmitting transducer voltage; ОП - reverse voltage converter

Рис. 1. Схема однопроводной резонансной системы электроснабжения: 1 - преобразователь частоты; 2 - резонансный контур повышающего трансформатора; 3 - однопроводная линия; 4 - резонансный контур понижающего трансформатора; 5 - выпрямитель-инвертор; 6 - нагрузка

Fig. 1. Diagram of a single-resonant power supply system: 1 - frequency converter; 2 - resonant circuit step-up transformer; 3 - single-wire line; 4 - resonant circuit step-down transformer; 5 - rectifier, inverter; 6 - load

В резонансном контуре происходит обмен реактивной энергией между конденсатором и катушкой индуктивности контура. В процессе колебаний энергия электрического поля конденсатора превращается в энергию магнитного поля катушки, а затем происходит обратный процесс.

Провод линии является направляющим каналом, вдоль которого движется электромагнитная энергия. Энергия электромагнитного поля распределена вокруг проводника линии. На рис. 2 и 3 представлена схема, которая иллюстрирует принцип работы разработанной системы уличного освещения [3].

Система освещения работает следующим образом (рис. 3): напряжение сети или любого другого источника электрической энергии 1 с напряжением от 15 В до 600 В, подводимое к преобразователю частоты 3, преобразуется в напряжение высокой частоты и подается на резонансный контур повышающего трансформатора 4, с высоковольтного вывода которого снимается высоковольтное, высокочастотное напряжение и подается на резонансную линию электропередачи 6. Второй вывод трансформатора через конденсатор 5 соединяется с землей.

Рис. 3. Схема уличного освещения на основе резонансной линии электропередачи для светодиодного освещения: 1 - источник электрической энергии; 2 - передающий преобразователь напряжения; 3 - преобразователь частоты; 4 - резонансный контур повышающего трансформатора;

5 - конденсатор; 6 - резонансная линия электропередачи;

7 - обратный преобразователь напряжения;

8 - светильники; 9 - естественная емкость

Fig. 3: Diagram of street lighting by the resonant transmission line for LED lighting: 1 - source of electric power; 2 - transmitting voltage converter; 3 - frequency converter; 4 - resonant circuit step-up transformer; 5 - capacitor;

6 - resonant transmission line; 7 - reverse voltage converter;

8 - lights; 9 - natural capacity

Предлагаемое техническое решение позволяет:

1) в несколько раз увеличить протяженность линий освещения без использования промежуточных подстанций;

2) значительно сократить время строительства систем освещения;

3) в несколько десятков раз снизить расход цветных металлов и редкоземельных элементов;

4) за счет возможности плавной перестройки частоты задающего генератора передающего преобразователя напряжения появится возможность упрощенного изменения передаваемой мощности по линии

Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 11 (115) 2012 © Научно-технический центр «TATA», 2012

Инновационные решения

электропередачи и, соответственно, изменения уровня освещенности всей линии освещения;

5) исключить короткие замыкания в самой линии и опасность возникновения пожаров;

6) исключить серьезные травмы при электропоражении (за счет высокой частоты) в случае контакта с поврежденной линией электропередачи освещения;

7) снизить потери в проводах при передаче электроэнергии на большие расстояния.

Предлагаемая технология защищена патентами, прошла комплекс необходимых испытаний, имеет Сертификат соответствия № 021-66/1, получила поддержку в Министерстве энергетики РФ, Федеральном космическом агентстве.

Резонансная однопроводная система передачи электроэнергии получила статус «Энергосберегающая технология» в рамках Координационного совета Президиума партии «Единая Россия» по вопросам энергосбережения и повышения энергетической эффективности (список одобренных типовых энергосберегающих технологий № 2.1.11(1), www.energosovet.ru), одобрена Международной экспертной коллегии Фонда развития инновационного центра Сколково (решение Экспертной коллегии от 17.06.2011).

В рамках проведения научных работ при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации была разработана методика оценки эффективности применения резонансных однопро-водных систем электроснабжения и экспериментальная модель резонансных однопроводных систем электроснабжения от возобновляемых источников энергии.

На основании проведенных работ была показана экономическая эффективность от внедрения одно-проводной резонансной системы передачи электрической энергии, которая достигается за счет: существенного сокращения капитальных затрат на создание системы электроснабжения, а также снижения потерь мощности и электроэнергии в линиях электропередач.

Использование резонансной однопроводной системы электропитания для уличных систем освещения позволяет существенно снизить первоначальные капитальные затраты и тем самым открывает широкие перспективы для внедрения светодиодной продукции.

Работа проведена в рамках федеральной программы Министерства образования и науки РФ «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы».

Список литературы

1. European LED Lighting Market Report 2012.

2. Юферев Л.Ю., Михалев А.А., Соколов А.В., Пошкин Ю.А. Применение резонансной энергоресурсосберегающей системы освещения в птицеводческих помещениях. Молодежь и инновации. г. Горки 25-27 мая 2011г., часть 2, Республика Беларусь.

3. Шахраманьян М.А., Стребков Д.С., Юферев Л.Ю., Прошкин Ю. А. Светодиодное освещение на основе резонансной системы передачи электрической энергии // Русский Инженер. 2012. № 1(32). С. 43-45.

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 11 (115) 2012

LED LIGHTING SYSTEMS BASED ON RESONANT TRANSMISSION OF ELECTRIC ENERGY

Текст научной работы на тему «СВЕТОДИОДНОЕ ОСВЕЩЕНИЕ НА ОСНОВЕ РЕЗОНАНСНОЙ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ»