CC BY
26
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
Том 212 1971
НЕКОТОРЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ АВТОНОМНОГО ИСТОЧНИКА ИМПУЛЬСНОЙ МОЩНОСТИ с ИНДУКТИВНО-ЕМКОСТНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ
Ф. П. Зверев, Г. А. Сипайлов, А. Б. Цукублин
(Представлена ¡научным семинарам кафедр электрических машин и общей электротехники)
Импульсное использование электрической энергии в современной технике имеет достаточно большое применение. Основной отличительной особенностью импульсных систем является накапливание электрической или электромашитной энергии в накопителе в течение сравнительно длительного времени и быстрая отдача ее в нагрузку.
Импульсные системы небольшой мощности (АД/зап= Ю2™103 дж), как правило, выполняются автономными, в которых первичным источником энергии являются низковольтная химическая батарея ограниченной мощности или вал отбора механической мощности, что обусловливает необходимость создания промежуточных преобразующих устройств для заряда накопителя. При этом в автогамных системах весьма важным является обеспечение наивысшего к. п. д. процесса заряда накопителя и минимального веса и габаритов всей системы в целом.
К числу таких импульсных систем относится автономный источник импульсной мощности, (выполненный по схеме синхронный генератор — выпрямитель — накопительный конденсатор (СГ—В—Сн) [1].
Известно [2], что минимальным затратам энерши и наивысшему к,п.д. заряда соответствует линейное возрастание напряжения на конденсаторе в процессе заряда, т. е, заряд неизменным током.
Одни'м из способов реализации такого режима заряда накопительного конденсатора является применение индуктивно-емкостного преобразователя (ИЕП) в качестве промежуточного звена между генератором переменного тока и выпрямителем, выполняющего роль преобразователя источника неизменного напряжения в источник неизменного тока [3].
В настоящей статье приводятся некоторые результаты экспериментального исследования автономного источника импульсной мощности. (АИИМ) с индуктивно-емкостным преобразователем, схема которого приведена на рис. 1.
В качестве источника переменного тока был использован маломощный синхронный генератор с электромапнитным возбуждением и регулятором напряжения.
ИЕП выполнен по трехфазной Т-образной схеме с взаимоиндуктивной связью катушек в плечах и настроен в резонанс на частоту синхронного генератора.
Ниже приведены основные данные экспериментальной установки АИИМ:
47Э
Рис. 1. Принципиальная схема автономного источника импульсной мощности с индуктивно-емкостным преобразователем
Генератор
Мощность Р = 500 в а
Напряжение Мл = 40 в
Частота 1Г—500 гц
Скорость вращения п=15000 об/мин
Индуктивно-емкостной преобразователь
Индуктивность дросселей Ьп — 0,9 мгн
Емкость Си = 70 мкф
Коэффициент связи катушек кг = 1,0
Добротность катушек Р — 15
Согласующий трансформатор
Трип трансформатора — трехфазный -стержневой Коэффициент трансформации Кт = 25 Со ед ин ен и е обмоток А / А
Накопительный конденсатор
Емкость . С,т = 240 мкф
Нормальное напряжение иги = 3000 в
Время заряда ^ = 0,2-1-3,0 сек Время разряда = 0,01 сек
Режим работы АИИМ — циклический — «Заряд-разряд».
Циклический режим работы АИИМ и изменение напряжений и токов -в течение цикла в широких (Пределах не позволили использовать в дайной схеме стрелочные приборы ввиду большой их инерционности. Невозможной оказалась и регистрация указанных величин путем непосредственной записи осциллограмм и последующей их расшифровки, :гз-за сравнительно высокой частоты синхронного генератора и .низкой частоты следования разрядных импульсов; Г """ = 0,3 гц). Поэтому была принята следующая методика исследования энергетических показателей АИИМ:
1. Проводился гармонический анализ токов и напряжений с записью осциллограмм изменения в процессе заряда всех наиболее существенных гармонических составляющих. Калибровка осциллограмм эталонными напряжением и током позволила определить значения основной гармонической, относительно которой определялись амплитуды иысших гармонических составляющих.
2. По известной амплитуде первой гармонической и относительным значениям составляющих спектра определялись эффективные значения измеряемых величин тока и 'напряжения в соответствии с выражениями (1) и (2)
3. Мгновенное значение активной мощности определялось путем записи осциллограмм с помощью измерительных шлейфов мощности по методу двух ваттметров.
Пользуясь описанным методом, были экспериментально исследованы соотношения между токами, напряжениями и мощностями во всех элементах системы и построены рабочие характеристики АИИМ (рис. 2^5).
Рис. 2. Рабочие характеристики генератора АИИМ при работе на емкость
Рис. 3. Рабочие характеристики индуктивно-емкостного преобразователя АИИМ при работе на емкость
Анализ осциллограмм и рабочих характеристик АИИМ показывает,
что
1) применение ИЕП в качестве промежуточного звена существенно повышает к.,п,д. процесса заряда; среднее значение км.д. эксперимен-
31. Зак. 4917. 43^
40 400
О 0,4 й$ /,2 /,6 10 2.4 2,3 3,2 сек. Рис. 4. Параметры нагрузки при работе АИИМ на емкость
Рис. 5. К. п. д. системы и количества запасаемой накопителем энергии
тальной установки АИИМ при времени заряда 13 = 3 ¡сек составило ^ср = 0,74, что значительно превышает к.п.д. зарядного устройства с ограничивающими индуктивностями (г]Ср=0,6) или активным сопротивлением в цепи зарядного контура (после выпрямителя) (ЛсР^0,5) [1,2];
2) настройка ИЕП в резонанс на частоту питающего напряжения обеспечивает практически неизменное значение тока на выходе ИЕП (рис. 3), относительную стабильность тока заряда и, соответственно, практически линейное возрастание напряжения на накопительной емкости в процессе заряда (рис. 4);
3) высокие значения коэффициента мощности генератора (рис. 2) в процессе заряда (со5<рГСр = 0,86) показывают, что при правильной настройке ИЕП практически не потребляет реактивной мощности;
4) применение ИЕП обусловливает отсутствие провалов выходного напряжения генератора, неизбежных при включении синхронного генератора на разряженную емкость, как непосредственно через выпрями-
тель [1], гак и через ограничивающие индуктивности или сопротивления; это обстоятельство является весьма существенным для автономных импульсных систем, в которых генератор, наряду с работой на емкостной накопитель, может также быть использован для питания других потребителей, требующих стабильности напряжения.
Результаты" гармонического анализа приведены в таблице.
Таблица
Содержание высших гармонических в кривых напряжений и токов в процессе заряда накопителя
№ гармоник Время заряда t3 сек
0,2 0,4 0,8 1 i 1,2 1.6 2,0 2,4 2,8 3,2
Содержание высших гармонических в %
Линейное напря- 9,2
жение генерато- 5 3,0 4,в 7,1 '8,4 9,0 9,2 9,2 9,2
ра 7 ■1,6 2,4 3,2 3,2 3,1 3,1 3,0 2,9 2,8
Фазный ток 5 30,0 32,0 33,0 29,5 25,8 22,5 19,0 17,0 15,5
генератора 7 12,0 9,0 6,0 5,0 4,7 4,5 4,3 4,0 4,0
Фазное напря- 5 18,0 23,5 24,0' 19,5 16,5 14,7 13,5 12,5 12,1
жение ИЕП 7 4,0 3,5 2,5 2,5 3,1 3,6 3,8 4,0 4,0
Фазный ток ИЕП 5 4,5 6,5 10,5 13,5 15,6 .17,0 17,6 17,6 17,5
Фазное напряже- 7 1,6 2,0 2,7 3,2 3,7 4,0 4,5 5,1 5,3
ние трансформа- 5 9,0 Л 4,0 20,0 Ш,0 14,С 12,0 ill,0 10,0 9,5
гора 7 5,5 9,5 12,5 8,0 5,1 4,0 3,2 2,5 2,4
Фазный ток 5 4,5 6,8 10,4 13,5 15,6 16,7 17,5 18,0 18,2
трансформатора 7 0,5 2,0 3,5 4,5 5,2 6,0 6,6 7,0
Гармонический анализ токов и напряжений на выходе генератора, ИЕП и согласующего трансформатора показывает, что
1) формы кривых токов и напряжений деформируются в процессе заряда, причем ib кривых отсутствуют гармонические, кратные числу фаз системы, а также четные гармонические;
2) наиболее ¡существенными из высших гармонических во всех случаях являются 5-я и 7-я, изменение которых за время заряда показано в таблице;
3) содержание высших гармонических в кривой выходного напряжения генератора в течение всего времени заряда не превышает 10%, что еще раз свидетельствует о возможности использования генератора АИИМ для питания других потребителей;
4) формы .кривых фазных таков всех элементов АИИМ, а также фазньих напряжений ИЕП и согласующего трансформатора значительно искажены (до 20-^30%), что должно быть учтено при проектировании элементов автономного источника импульсной 'мощности с индуктивно-емкостным преобразователем.
ЛИТЕРАТУРА
1. А. И. Бертинов и др. Энергетика процесса заряда конденсатора от генератора переменного тока через выпрямитель. «Электричество», № 8, 1967.
2. Р. М. М о s t о v, I. L. Ne u г i n q е г, and D. S. R i q n e у. „Optimum Capacitor charging effieiency for space sustems". Proceedings et the 9, R. E. Mau, 1961.
3. Д. И. Милях и др. Индуктивно-емкостные преобразователи источников напряжения в источники тока. Изд-во «Наукова думка», Киев, 1964.
