Вращательное инертно- емкостное зарядно-разрядное устройство Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

лов (периодов) с достаточно высоким КПД, причем с ростом Ис(0) КПД теоретически приближается к единице. Выводы

1. Для ограничения тока заряда ЕНЭ с индуктивным токоограничивающим элементом заряжать накопитель следует не за один, а за несколько циклов.

2. Для повышения КПД заряда ЕНЭ его следует заряжать не с нулевого напряжения, а дозаряжать. Выполнение этого условия позволит иметь КПД заряда более 0,5 при любой добротности цепи заряда, а когда добротность выше 5, то КПД заряда стремится к единице.

3. Для обеспечения высоких значений КПД заряда накопители с большим запасом энергии предпочтительнее дозаряжать за несколько циклов, тогда как недорогие накопители с небольшим запасом энергии должны обязательно иметь высокую добротность цепи заряда, и их возможно зарядить за один цикл.

Список литературы

1. Электрохимические конденсаторы и конденсаторные модули ОАО

«Энергия»//www.oao-energia.ru.

2. Нейман Л.Р. Теоретические основы электротехники/Л.Р. Нейман,

К.С. Демирчян: В 2 т. Т. 1,- 3-е изд. - Л: Энергоиздат, 1981. - 536 с.

3. Пентегов И. В. Основы теории зарядных цепей емкостных накопите-

лей энергии. - К.: Наукова думка. - 1982. - 424 с.

4. Подгорный В.В. Импульсные электромагнитные системы: Практи-

кум - Вып. 5: Заряд конденсатора с токоограничивающей индуктивностью: Методические рекомендации к лабораторной работе №4. - Волгоград: Изд-во ВолГТУ, 2001. - 24 с.

УДК 621.3.011.1 И.П. Попов

Департамент экономического развития, торговли и труда Курганской области, Д.П. Попов

ГОУ УКК «Курганскагропром»

C.Ю. Кубарева

ОАО «Курганмашзавод»

ВРАЩАТЕЛЬНОЕ ИНЕРТНО-ЕМКОСТНОЕ ЗАРЯДНО-РАЗРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО

Аннотация

Рассматривается вращательное инертно-емкостное зарядно-разрядное устройство, выполненное на основе электрической машины постоянного тока. При этом эквивалентная или «инертная» емкость определяется моментом инерции.

Ключевые слова: инертно-емкостной, зарядно-раз-рядный,электрическая машина.

LP. Popov

Department of Economic Development, Trade and Labor of the Kurgan region,

D.P. Popov

State Educational Institution Training Center

«Kurganskagroprom»

S.Y. Kubareva

JSC «Kurganmashzavod»

Annotation

In the article rotational inert capacitive charge-discharge device, made on the basis of an electric direct current machine has been considered. At the same time, the equivalent or"inert" capacity is determined by the inertia moment.

Keywords: inert capacitive, charge-discharge, electric machine.

Введение

В [1-7] рассмотрены инертно-емкостные устройства, выполненные на основе линейных электромеханических преобразователей, представленных в [8-15]. Известным вращательным аналогом таких устройств является синхронный компенсатор. Однако влияние инертности его ротора на емкостные свойства в литературе не установлены. Электрические индуктивные машины вращательного действия других типов тоже могут выступать в качестве инертно-емкостных устройств. Наиболее просто и наглядно емкостные свойства проявляются в машине постоянного тока, которая ведет себя аналогично конденсатору при его зарядке и разряжении.

Процесс «заряда» устройства

При подключении вращательного инертно-емкостного зарядно-разрядного устройства (машины постоянного тока независимого возбуждения) к источнику постоянного напряжения U условия электрического и механического равновесия в соответствии с аналогом второго закона Ньютона для вращательного движения и вторым правилом Кирхгофа имеют вид:

т d2ф , ¿ф D

J—+ к — = В21 w — /

dt"

dt

2 dt

Здесь /-момент инерции ротора, к-обобщенный коэффициент механических потерь, В - значение магнитной индукции в рабочем зазоре, 2/-длина активной части витка якорной обмотки (под двумя полюсами), »'-число витков якорной обмотки, О-диаметр якоря, Я - активное сопротивление якорной обмотки. Пусть

BlwD = Y1 (1)

Ф(о) = Фо > =

Из второго уравнения системы dq> R U

— =--7 H--

dt Y Y '

о

d ф R di ~dtr~~Ydt-При подстановке в первое JRc Y с

(2)

(3)

kR kU тл

-7 +-= Yi

Y Y

i y 2

JR

_k_U_ Z" J R'

ROTATIONAL INERT-CAPACITIVE CHARGE-DISCHARGE DEVICE

Y к л

— + — = A-JR J

J R

СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 7

85

— + Ai = В

(4)

Общее решение однородного уравнения (без правой

части

-At

il = Схе Частное решение

Z2 = ■

При подстановке в (4)

^ В

О + АС2 = В С2=-z А

Общее решение

-At В i = il +i2 = л— А

Из (2) и (3)

(5)

R R

Из (5)

С, = —-

U Гсоп В

R R А R R А) А

г =

г2/к + п)° r^/k + R { R Rt+Rj Rt+R ^

Здесь Е0= Ущ0-ЭДС, индуцированная в якорной обмотке в момент t = О,

~~Rj/¥2+J/k Rj/¥2 + (j/r2lr2/k) RCj + RkCj т, При к = 0 Rk = " и решение принимает вид:

. U-En

г = -

R

i0-е"f/x

т = RJ/Y2 = RC„

"(7)

(8)

что идентично процессу зарядки конденсатора. При закорачивании зажимов инертно-емкостного за-рядно-разрядного устройства

-Е,

г = -

R

о e~th

что идентично процессу разряда конденсатора. В соответствии с (6), (7) и (8) машина постоянного тока имеет емкостной характер и может рассматриваться в качестве вращательного инертно-емкостного зарядно-разрядного устройства. Его емкость: С, =Л/У2.

Из последнего соотношения следует, что для увеличения емкости следует увеличивать момент инерции, например, путем оснащения инертно-емкостного зарядно-разрядного устройства маховиком.

Активное «механическое» сопротивление:

Ик = У У к.

Заключение

Инертно-емкостные устройства, выполненные на основе электромеханических преобразователей вращательного действия, при включении их в электрические цепи оказывают на них такое же воздействие, как и конденсаторы. При этом инертно-емкостное устройство запасает кинетическую энергию вращения ротора и маховика и по-

этому по определению не является электрическим емкостным устройством, которое запасает энергию электрического поля.

Возможность использования инертно-емкостных устройств вместо конденсаторов обусловлена тем, что конденсаторы дороже электрических машин, имеют большие габариты и меньшую надежность, хотя и являются статическими устройствами.

Рассмотренные положения позволяют установить влияние момента инерции ротора синхронного компенсатора на его емкостные свойства. Вместе с тем, использование синхронной машины в качестве конденсатора ограничено в силу того, что она спроектирована лишь на одну частоту и не может быть использована в отличие от инертно-емкостного зарядно-разрядного устройства в цепях постоянного тока.

Список литературы

1. Попов И.П. Реактивные элементы электрических цепей с «неэлект-

рическими» параметрами // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия «Технические науки». №4(27). - 2010. - С.166—173.

2. Попов И.П. Реактивные элементы цепей, выполненные на основе

линейных электродинамических машин // Состояние и перспективы развития научно-технического потенциала Южно-Уральского региона: Тр. Межгосударств, науч.-техн. конф. - Магнитогорск: МГМИ, 1994,- С. 26-28.

3. Попов И.П. Установление частной функциональной зависимости

между емкостью и массой // Вестник Курганского государственного университета. - Серия «Естественные науки». - Вып. 4. №2(21). - Курган: Изд-во Курганского гос. ун-та, 2011. - С. 85-87.

4. ПоповИП., Сарапулов Ф.Н., Сарапулов С. Ф. О емкостных и

индуктивных свойствах электромеханических преобразователей //Вестник Курганского государственного университета. - Серия «Технические науки». Вып. 6. №1(20). - Курган: Изд-во Курганского гос. ун-та, 2011. - С. 102, 103.

5. Попов И.П., Чарыков В.И., Пильников А.И. О реактивном сопротив-

лении линейной электрической машины с массивным бегуном // Достижения науки - агропромышленному производству: Материалы LI международной научно-технической конференции. - Челябинск: ЧГАА, 2012. - С. 114-116.

6. Попов И.П. Инертно-емкостное устройство //Актуальные проблемы

современной науки и практики: Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 85-летию транспортного образования в Зауралье и 55-летию УрГУПС /Под ред. Е.А.Худяковой. - Курган: Изд-во КГУ, 2011. - С. 119-120.

7.И.П. Попов. Переходный процесс при подключении инертно-емкостного устройства к источнику постоянного напряжения //Зауральский научный вестник. Курган, 2011. - Вып. 1. - С. 162-165.

8.Патент 2038680 RU, МПК3 Н 02 К 41/035. Электрическая машина / И.П. Попов, Д.П. Попов (Россия). - № 93015412; заявл. 24.03.93; опубл. 27.06.95, Бюл. №18.

9. Патент 116715 RU, МПК3 Н 02 К 33/16. Линейный электрический

двигатель/И.П. Попов, АД. Соколов (Россия). - № 2012100999/ 07; заявл. 11.01.2012; опубл. 27.05.2012, Бюл. №15.

10. Попов И.П., Чарыков В.И., Пильников А.И.. Стержневая линейная

электрическая машина и ее связь с двумя типами машин // Достижения науки - агропромышленному производству: Материалы LI международной научно-технической конференции. Челябинск: ЧГАА, 2012. - С. 117-122.

11. Попов И.П., Чарыков В.И., Пильников А.И.. Выбор оптимальных

геометрических соотношений в среднеходовой линейной электрической машине с шихтованным магнитопроводом // Аграрные регионы: тенденции и механизмы развития: Материалы международной научно-практической конференции (17-18 мая 2012 г.). - Курган: Изд-во Курганской ГСХА, 2012. -С. 425-428.

12.Решение о выдаче патента от 21.11.2011 по заявке № 2011138253, Электромеханический преобразователь /И.П. Попов.

13. Решение о выдаче патента от 29.11.2011 по заявке № 2011138248,

Электромеханический преобразователь энергии /И.П. Попов.

14.Решение о выдаче патента от 08.11.2011 по заявке № 2011138185, Линейный электромеханический преобразователь / И.П. Попов.

15.Решение о выдаче патента от 01.12.2011 по заявке № 2011138251, Линейный электромеханический преобразователь энергии / И.П. Попов.

86

ВЕСТНИК КГУ. 2012. № 2 (24)