Особенности параметрического синтеза цепи разряда конденсатора на электроискровую нагрузку с нелинейным сопротивлением
Исследованы закономерности изменения электрического сопротивления слоя металлических гранул между электродами в диэлектрической жидкости при протекании искроразрядных импульсов тока. Для параметрического синтеза цепи разряда конденсатора применяется математическая модель нелинейного сопротивления эл...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Технічна електродинаміка |
|---|---|
| Дата: | 2014 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут електродинаміки НАН України
2014
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/121873 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Особенности параметрического синтеза цепи разряда конденсатора на электроискровую нагрузку с нелинейным сопротивлением / Н.И. Супруновская // Технічна електродинаміка. — 2014. — № 4. — С. 20-22. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-121873 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Супруновская, Н.И. 2017-06-21T13:57:30Z 2017-06-21T13:57:30Z 2014 Особенности параметрического синтеза цепи разряда конденсатора на электроискровую нагрузку с нелинейным сопротивлением / Н.И. Супруновская // Технічна електродинаміка. — 2014. — № 4. — С. 20-22. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 1607-7970 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/121873 621.3.011:621.372 Исследованы закономерности изменения электрического сопротивления слоя металлических гранул между электродами в диэлектрической жидкости при протекании искроразрядных импульсов тока. Для параметрического синтеза цепи разряда конденсатора применяется математическая модель нелинейного сопротивления электроискровой нагрузки, учитывающая его зависимость от величины и скорости изменения разрядного тока. Использование предложенной модели дает возможность исследовать переходные процессы в разрядных цепях с электроискровой нагрузкой и получать необходимые электродинамические характеристики (скорости изменения разрядного тока, импульсные мощности в нагрузке при нарастании и убывании тока, максимальные токи, длительности разрядных импульсов). Досліджено закономірності зміни електричного опору шару металевих гранул між електродами в діелектричній рідині при протіканні іскророзрядних імпульсів струму. Для параметричного синтезу кола розряду конденсатора застосовується математична модель нелінійного опору електроіскрового навантаження, яка враховує його залежність від величини й швидкості зміни розрядного струму. Використання запропонованої моделі дає можливість досліджувати перехідні процеси в розрядних колах з електроіскровим навантаженням й одержувати необхідні електродинамічні характеристики (швидкості зміни розрядного струму, імпульсні потужності в навантаженні при наростанні й убуванні струму, максимальні струми, тривалості розрядних імпульсів). Regularity of change of electric resistance of a layer of metal granules between electrodes in a dielectric liquid at flow of current pulses is investigated. The mathematical model of nonlinear resistance of the electro-spark load, taking into consideration a dependence this resistance on magnitude and speed of change of a discharge current is applied for parametric synthesis of a circuit of capacitor discharge. Use of the offered model allows to investigate transients in discharge circuits with electro-spark load and to obtain necessary electro-dynamic characteristics (speeds of change of a discharge current, pulse powers in load at a build-up of current and current decrease, the maximal currents, duration of a discharge pulses). ru Інститут електродинаміки НАН України Технічна електродинаміка Теоретична електротехніка та електрофізика Особенности параметрического синтеза цепи разряда конденсатора на электроискровую нагрузку с нелинейным сопротивлением Особливості параметричного синтезу кола розряду конденсатора на електроіскрове навантаження з нелінійним опором Features of parametric synthesis of the circuit of capacitor discharge on electro-spark load with nonlinear resistance Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Особенности параметрического синтеза цепи разряда конденсатора на электроискровую нагрузку с нелинейным сопротивлением |
| spellingShingle |
Особенности параметрического синтеза цепи разряда конденсатора на электроискровую нагрузку с нелинейным сопротивлением Супруновская, Н.И. Теоретична електротехніка та електрофізика |
| title_short |
Особенности параметрического синтеза цепи разряда конденсатора на электроискровую нагрузку с нелинейным сопротивлением |
| title_full |
Особенности параметрического синтеза цепи разряда конденсатора на электроискровую нагрузку с нелинейным сопротивлением |
| title_fullStr |
Особенности параметрического синтеза цепи разряда конденсатора на электроискровую нагрузку с нелинейным сопротивлением |
| title_full_unstemmed |
Особенности параметрического синтеза цепи разряда конденсатора на электроискровую нагрузку с нелинейным сопротивлением |
| title_sort |
особенности параметрического синтеза цепи разряда конденсатора на электроискровую нагрузку с нелинейным сопротивлением |
| author |
Супруновская, Н.И. |
| author_facet |
Супруновская, Н.И. |
| topic |
Теоретична електротехніка та електрофізика |
| topic_facet |
Теоретична електротехніка та електрофізика |
| publishDate |
2014 |
| language |
Russian |
| container_title |
Технічна електродинаміка |
| publisher |
Інститут електродинаміки НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Особливості параметричного синтезу кола розряду конденсатора на електроіскрове навантаження з нелінійним опором Features of parametric synthesis of the circuit of capacitor discharge on electro-spark load with nonlinear resistance |
| description |
Исследованы закономерности изменения электрического сопротивления слоя металлических гранул между электродами в диэлектрической жидкости при протекании искроразрядных импульсов тока. Для параметрического синтеза цепи разряда конденсатора применяется математическая модель нелинейного сопротивления электроискровой нагрузки, учитывающая его зависимость от величины и скорости изменения разрядного тока. Использование предложенной модели дает возможность исследовать переходные процессы в разрядных цепях с электроискровой нагрузкой и получать необходимые электродинамические характеристики (скорости изменения разрядного тока, импульсные мощности в нагрузке при нарастании и убывании тока, максимальные токи, длительности разрядных импульсов).
Досліджено закономірності зміни електричного опору шару металевих гранул між електродами в діелектричній рідині при протіканні іскророзрядних імпульсів струму. Для параметричного синтезу кола розряду конденсатора застосовується математична модель нелінійного опору електроіскрового навантаження, яка враховує його залежність від величини й швидкості зміни розрядного струму. Використання запропонованої моделі дає можливість досліджувати перехідні процеси в розрядних колах з електроіскровим навантаженням й одержувати необхідні електродинамічні характеристики (швидкості зміни розрядного струму, імпульсні потужності в навантаженні при наростанні й убуванні струму, максимальні струми, тривалості розрядних імпульсів).
Regularity of change of electric resistance of a layer of metal granules between electrodes in a dielectric liquid at flow of current pulses is investigated. The mathematical model of nonlinear resistance of the electro-spark load, taking into consideration a dependence this resistance on magnitude and speed of change of a discharge current is applied for parametric synthesis of a circuit of capacitor discharge. Use of the offered model allows to investigate transients in discharge circuits with electro-spark load and to obtain necessary electro-dynamic characteristics (speeds of change of a discharge current, pulse powers in load at a build-up of current and current decrease, the maximal currents, duration of a discharge pulses).
|
| issn |
1607-7970 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/121873 |
| citation_txt |
Особенности параметрического синтеза цепи разряда конденсатора на электроискровую нагрузку с нелинейным сопротивлением / Н.И. Супруновская // Технічна електродинаміка. — 2014. — № 4. — С. 20-22. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT suprunovskaâni osobennostiparametričeskogosintezacepirazrâdakondensatoranaélektroiskrovuûnagruzkusnelineinymsoprotivleniem AT suprunovskaâni osoblivostíparametričnogosintezukolarozrâdukondensatoranaelektroískrovenavantažennâznelíníinimoporom AT suprunovskaâni featuresofparametricsynthesisofthecircuitofcapacitordischargeonelectrosparkloadwithnonlinearresistance |
| first_indexed |
2025-11-26T01:39:31Z |
| last_indexed |
2025-11-26T01:39:31Z |
| _version_ |
1850603192754110464 |
| fulltext |
20 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2014. № 4
УДК 621.3.011:621.372
ОСОБЕННОСТИ ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО СИНТЕЗА ЦЕПИ РАЗРЯДА КОНДЕНСАТОРА
НА ЭЛЕКТРОИСКРОВУЮ НАГРУЗКУ С НЕЛИНЕЙНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ
Н.И. Супруновская, канд.техн.наук
Институт электродинамики НАН Украины,
пр. Победы, 56, Киев-57, 03680, Украина. E-mail: iednat1@gmail.com
Исследованы закономерности изменения электрического сопротивления слоя металлических гранул между элек-
тродами в диэлектрической жидкости при протекании искроразрядных импульсов тока. Для параметрического
синтеза цепи разряда конденсатора применяется математическая модель нелинейного сопротивления электро-
искровой нагрузки, учитывающая его зависимость от величины и скорости изменения разрядного тока. Исполь-
зование предложенной модели дает возможность исследовать переходные процессы в разрядных цепях с элек-
троискровой нагрузкой и получать необходимые электродинамические характеристики (скорости изменения
разрядного тока, импульсные мощности в нагрузке при нарастании и убывании тока, максимальные токи, дли-
тельности разрядных импульсов). Библ. 4, рис. 2.
Ключевые слова: нелинейное сопротивление, электроискровая нагрузка, математическая модель, синтез, разряд,
переходные процессы.
При разряде конденсатора на электроискровую нагрузку, представляющую собой слой металлических
гранул между электродами в диэлектрической жидкости, в электрической цепи нагрузки возникают импульсы
тока, имеющие форму затухающей полусинусоиды (рис. 1, а) [1, 2]. Из нижней осциллограммы на рис. 1, а видно,
что изменение во времени падения напряжения u(t) на такой нагрузке имеет более сложную форму.
В результате цифровой обработки осциллограмм (рис. 1, а) получены изменение во времени сопротив-
ления электроискровой нагрузки R(t) (рис. 1, б) и нелинейная зависимость величины ее активного сопротивле-
ния R от величины разрядного тока i (т.е. зависимость R(i), показанная на рис. 1, в).
Из рис. 1, б и рис. 1, в видно, что в отличие от активного сопротивления обычных электротермических
нагрузок [3] сопротивление электроискровой нагрузки уменьшается при увеличении в ней разрядного тока, а
при дальнейшем уменьшении тока – оно увеличивается. Многочисленные исследования показали, что эти не-
линейные зависимости R(t) и R(i) имеют место при формировании электрических искрений и в незаполненном
промежутке между двумя электродами, и в монослое из нескольких гранул, и в объемном слое из многих со-
прикасающихся металлических гранул [1, 2, 4]. При этом максимальные длительности и величины импульсных
токов могут быть различными, но характер нелинейных зависимостей R(t) и R(i) сохраняется для всех электро-
искровых нагрузок.
Проведенные исследования показали, что при математическом моделировании указанных зависимос-
тей R(t) и R(i) наиболее целесообразно применять экспоненциальные функции [1, 4]. Исследования также под-
твердили, что максимальные размеры получаемых электроэрозионных порошков и стабильность процессов
электроискрового диспергирования во многом определяются такими динамическими параметрами разрядных
импульсов, как максимальная длительность импульсных токов в нагрузке, скорости их нарастания и убывания,
импульсные мощности потребления в ней электроэнергии. Поэтому главной особенностью (целевой функцией)
© Супруновская Н.И., 2014
1800
900
0
234
167
0
u(t), В
i(t), А
0 20 40 t, мкс
а
Рис. 1
б
R(t), Ом
t, мкс
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
66 23
3
34
0
56
6
90
0
93
3
12
33
14
33
16
33
17
66i(t), А
R(i), Ом
в
di/dt < 0
di/dt≥0
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2014. № 4 21
параметрического синтеза цепей разряда конденсатора на электроискровую нагрузку в большинстве электрораз-
рядных установок является реализация оптимальных динамических параметров разрядных токов в нагрузке [1, 2, 4].
Одним из наиболее сложных этапов при решении такой задачи является предварительный анализ пере-
ходных процессов в цепях электроразрядных установок с учетом сопротивления нагрузки, нелинейно завися-
щего от величины тока и скорости его нарастания [1–4]. Аналитические исследования таких процессов сопря-
жены с большими трудностями из-за сложности точного математического описания возникающих электрофи-
зических процессов. Для упрощения исследований целесообразно использовать математические модели, учи-
тывающие нелинейность электрического сопротивления нагрузки. Оценка пределов изменения сопротивления
нагрузки при разработке таких моделей обычно осуществляется экспериментально и направлена на выявление
закономерностей этого изменения и определения характера связи между электрическими и технологическими
параметрами.
В данной работе отражены особенности параметрического синтеза цепи разряда конденсатора на элек-
троискровую нагрузку с применением математической модели ее нелинейного сопротивления. При разработке
математической модели был выполнен предварительный анализ экспериментальных зависимостей величины
сопротивления нелинейной нагрузки от величины протекающего в ней тока.
В результате проведенного анализа определены следующие основные закономерности изменения ак-
тивного сопротивления электроискровой нагрузки:
– при возникновении электрических искрений в слое металлических гранул ток в разрядном контуре
увеличивается до максимального значения (рис. 1, а), а электрическое сопротивление слоя уменьшается от
начального значения до минимального (рис. 1, б);
– при дальнейшем уменьшении тока (рис. 1, а) сопротивление слоя гранул увеличивается от мини-
мального до максимального значения (рис. 1, б), которое обычно равно электрическому сопротивлению слоя
гранул при протекании небольших токов, не вызывающих искрений между ними;
– кривая, отображающая изменение сопротивления электроискровой нагрузки во времени R(t), во мно-
гих случаях имеет U-образную форму;
– зависимость нелинейного сопротивления от тока R(i) достаточно точно описывается экспоненци-
альной функцией [4].
Аналитическое выражение, реализующее описанные выше закономерности, имеет вид [4]
( ) ( ) ( )
min
ik1
min0 ReRRdtdi,iR 1 +⋅−= ⋅+−ε , (1)
где R0 и Rmin – соответственно начальное (оно же максимальное) и минимальное сопротивления нагрузки, ε1 –
коэффициент, определяющий скорость уменьшения (увеличения) сопротивления при изменении тока i(t), k –
коэффициент, отображающий изменение сопротивления нагрузки от скорости изменения тока di/dt.
Исследовалось применение двух вариантов зависимости коэффициента k от значений di/dt:
( ) ( ) ( )dtdihdtdidtdik 2 ⋅⋅= ε и ( ) ( )( ) ( )dtdihe1dtdik dtdi2 ⋅−= ⋅−ε ,
где ε2 – постоянный коэффициент, а ( ) ( )
( )⎩
⎨
⎧
<
≥
=
0dtdi,0
0dtdi,1
dtdih .
Для определения коэффициента ε1 использовалось условие, что разрядный ток в нагрузке i(t) стремится
к максимальному значению Imax при уменьшении сопротивления нагрузки R(i,di/dt) до значения Rmin
( )( ) maxmin01 IRRln −−= δε , (2)
где δ – задаваемая малая величина, определяющая точность выполнения вышеприведенного условия.
Точное значение Imax в формуле (2) получить затруднительно,
поскольку требуется решить нелинейное дифференциальное уравнение
второго порядка для переходных процессов в разрядном контуре с не-
линейным сопротивлением R(i,di/dt). Поэтому в работе Imax определя-
лось как среднее значение не менее, чем 10 максимальных значений
экспериментальных разрядных токов в электроискровой нагрузке, ос-
циллограмма одного из которых показана на рис. 1, а. Математическая
модель была реализована в пакете MATLAB/SIMULINK.
На рис. 2 показана зависимость нелинейного сопротивления
нагрузки от тока в разрядном контуре, переходные процессы в кото-
ром исследовались с использованием математической модели сопро-
тивления нагрузки, описываемой выражением (1). Сравнение кривых
на рис. 2 и рис. 1, в показывает, что применение выражения (1) позво-
ляет достаточно точно отражать свойства реальной нелинейной элек-
троискровой нагрузки.
Таким образом, исследование переходных процессов в разряд-
0 500 1000 1500
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
i, A
R(i), Ом
Рис. 2
di/dt < 0
di/dt≥0
22 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2014. № 4
ном CLR контуре, в котором нелинейное сопротивление электроискровой нагрузки представляется математиче-
ской моделью (1), позволяет выполнять параметрический синтез электрических цепей электроразрядных устано-
вок для реализации необходимых динамических характеристик разрядных импульсов (в частности, максимальной
длительности импульсных токов в нагрузке, скорости их нарастания и убывания, а также импульсной мощности
потребления в нагрузке электроэнергии) с учетом нелинейной зависимости сопротивления нагрузки от величины
и скорости изменения разрядного тока.
1. Вовченко А.И., Тертилов Р.В. Синтез емкостных нелинейно-параметрических источников энергии для разрядно-
импульсных технологий // Збірн. наук. праць Національного університету кораблебудування. – 2010. – № 4. – С. 118–124.
2. Щерба А.А., Петриченко С.В. Влияние параметров электрических разрядов на динамику искроразрядных кана-
лов при объемной электроискровой обработке плоского слоя токопроводящих гранул // Техн. електродинаміка. Тем. вип.
"Силова електроніка та енергоефективність". – 2002. – Ч. 3. – С. 61–65.
3. Щерба А.А., Подольцев А.Д., Кучерявая И.Н., Ушаков В.И. Компьютерное моделирование электротепловых про-
цессов и термомеханических напряжений при индукционном нагреве движущихся медных слитков // Техн. електродина-
міка. – 2013. – № 2. – С. 10–18.
4. Щерба А.А., Супруновская Н.И., Иващенко Д.С. Моделирование нелинейного сопротивления электроискровой
нагрузки для синтеза цепи разряда конденсатора по временным характеристикам // Техн. електродинаміка. – 2014. – № 3. –
С. 3–11.
УДК 621.3.011:621.372
ОСОБЛИВОСТІ ПАРАМЕТРИЧНОГО СИНТЕЗУ КОЛА РОЗРЯДУ КОНДЕНСАТОРА НА ЕЛЕКТРОІСКРОВЕ
НАВАНТАЖЕННЯ З НЕЛІНІЙНИМ ОПОРОМ
Н.І.Супруновська, канд.техн.наук
Інститут електродинаміки НАН України,
пр. Перемоги, 56, Київ-57, 03680, Україна.
E-mail: iednat1@gmail.com
Досліджено закономірності зміни електричного опору шару металевих гранул між електродами в діелектричній
рідині при протіканні іскророзрядних імпульсів струму. Для параметричного синтезу кола розряду конденсатора
застосовується математична модель нелінійного опору електроіскрового навантаження, яка враховує його зале-
жність від величини й швидкості зміни розрядного струму. Використання запропонованої моделі дає можливість
досліджувати перехідні процеси в розрядних колах з електроіскровим навантаженням й одержувати необхідні
електродинамічні характеристики (швидкості зміни розрядного струму, імпульсні потужності в навантаженні
при наростанні й убуванні струму, максимальні струми, тривалості розрядних імпульсів). Бібл. 4, рис. 2.
Ключові слова: нелінійний опір, електроіскрове навантаження, математична модель, синтез, розряд, перехідні
процеси.
FEATURES OF PARAMETRIC SYNTHESIS OF THE CIRCUIT OF CAPACITOR DISCHARGE ON ELECTRO-SPARK
LOAD WITH NONLINEAR RESISTANCE
N.I.Suprunovska
Institute of Electrodinamics of National Academy of Sciencies of Ukraine,
pr. Peremohy, 56, Kyiv-57, 03680, Ukraine.
E-mail: iednat1@gmail.com
Regularity of change of electric resistance of a layer of metal granules between electrodes in a dielectric liquid at flow of
current pulses is investigated. The mathematical model of nonlinear resistance of the electro-spark load, taking into con-
sideration a dependence this resistance on magnitude and speed of change of a discharge current is applied for paramet-
ric synthesis of a circuit of capacitor discharge. Use of the offered model allows to investigate transients in discharge cir-
cuits with electro-spark load and to obtain necessary electro-dynamic characteristics (speeds of change of a discharge
current, pulse powers in load at a build-up of current and current decrease, the maximal currents, duration of a discharge
pulses). References 4, figures 2.
Keywords: nonlinear resistance, electro-spark load, mathematical model, synthesis, discharge, transients.
1. Vovchenko A.I., Tertilov R.V. Synthesis of nonlinear parametric capacitive energy sources for a discharge pulse tech-
nologies // Zbirnyk naukovyh prats Natsionalnogo Universitetu Korablebuduvannya. – 2010. – № 4. – Pp. 118–124. (Rus)
2. Shcherba A.A., Petrichenko S.V. The influence of electrical discharge parameters on spark channel dynamics during
volumetric spark treatment of flat layer of current-conducting granules // Tekhnichna Elektrodynamika. Tematychnyi vypusk "Sylova
elektronika ta enerhoefektyvnist". – 2002. – Vol. 3. – Pp. 61–65. (Rus)
3. Shcherba A.A., Podoltsev O.D., Kucheriavai I.M., Ushakov V.I. Computer modeling of electrothermal processes and ther-
momechanical stress at induction heating of moving copper ingots // Tekhnichna elektrodynamika. – 2013. – № 2. – Pp. 10–18. (Rus)
4. Shcherba A.A, Suprunovskaia N.I., Ivashchenko D.S. Modeling of nonlinear resistance of electro-spark load for synthesis
of discharge circuit of capacitor by time parameters // Tekhnichna elektrodynamika. – 2014. – № 3. – Pp. 3–11. (Rus)
Надійшла 04.02.2014
|