Резонансные методы передачи и применения электрической энергии

В предыдущих главах доказывалось, что для передачи электроэнергии от источника к приемнику нужны минимум два провода, по одному из которых ток течет от источника питания к нагрузке, по другому — от нагрузки возвращается к источнику. При этом сеть или электрическая цепь, замещающая ее, должна быть замкнутой. Если же она разомкнута, то передачи электроэнергии от источника к приемнику не будет. Все это является истиной, доказанной на практике и повторенной многократно в течение 150 лет развития классической электротехники.

Однако в радиотехнике есть другой способ передачи электромагнитных волн (с электроэнергией и информацией) от излучающих антенн к приемным вдоль однопроводниковых волноводов^[1] или фидерных линий^[2], что являются классическими примерами однопроводниковых линий энергопередачи. В таких линиях существуют бегущие, стоячие и смешанные волны напряжения и тока, о которых говорилось в гл. 11, а цепь замыкается токами смещения в пространстве, окружающем линию.

При высокой частоте электрическая катушка из классической индуктивности, вносящей «инерционность» в цепи, превращается, в различных вариантах использования, в специальный волновод или электрический резонатор^[3].

Показать возможность переноса указанных приемов, использующихся в радиотехнике, в электротехнику для передачи электроэнергии в резонансном режиме по одному проводу от источника к приемнику — задача настоящей главы.

Идею решения такой задачи, точнее, постановку задачи и ее решение впервые предложил Н. Тесла^[4] и осуществил ее более 100 лет назад:

«В 1893 г. я показал, что нет необходимости использовать два провода для передачи электрической энергии… Передача энергии через одиночный проводник без возврата была обоснована практически… Возможно далее обойтись без одиночного проводника… И земля может быть использована для передачи энергии от проводника к приемнику». В этой выдержке из Тесла масса пионерских идей, которые расширены и успешно реализуются во Всероссийском научно-исследовательском институте электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ) под руководством академика Д. С. Стребкова.

В ВИЭСХе разработаны теория систем однопроводной электропередачи, множество электрических схем, лабораторных и производственных установок их практической реализации с различными вариантами исполнения элементов систем. Они изложены во многих статьях, авторских свидетельствах, патентах и книгах.

Ниже излагается принципиальная сторона системы однопроводной электропередачи кратко и качественно с использованием лишь характерных схем и элементов устройств. Этого, по нашему мнению, достаточно для привлечения внимания любознательных студентов, аспирантов, инженеров и исследователей к пионерской и прорывной идее Н. Тесла, внесенной им в традиционную электроэнергетику.

• [1] Волновод — искусственный или естественный направляющий канал, в котором можетраспространяться электромагнитная волна. При этом поток мощности, переносимый волной, сосредоточен внутри этого канала или в области пространства, непосредственно примыкающей к каналу.
• [2] Фидерная линия — проводниковая линия, которая служит для передачи с наименьшимипотерями электромагнитных волн от передатчика к антенне или от антенны к приемнику.
• [3] Резонатор — колебательная система, в которой происходит накопление энергии колебаний за счет резонанса с вынуждающей силой.
• [4] Считается, что Н. Тесла открыл переменный ток, флуоресцентный свет, беспроводнуюпередачу энергии, построил первые электрические часы, турбину, двигатель на солнечнойэнергии. Он изобрел радио раньше Г. Маркони и А. С. Попова, получил трехфазный токраньше М. О. Доливо-Добровольского.