Переходные процессы при программируемой коммутации подобных емкостных накопителей энергии

В работе получены аналитические выражения для описания импульса тока в нагрузке при программируемой коммутации подобных емкостных накопителей энергии. Показана возможность регулирования формы импульса тока изменением программы коммутации и напряжения зарядки накопителей....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2009
1. Verfasser:	Петков, А.А.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України 2009
Schriftenreihe:	Електротехніка і електромеханіка
Schlagworte:	Техніка сильних електричних та магнітних полів
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143230
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Переходные процессы при программируемой коммутации подобных емкостных накопителей энергии / А.А. Петков // Електротехніка і електромеханіка. — 2009. — № 4. — С. 60-64. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-143230
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1432302025-02-09T12:13:59Z Переходные процессы при программируемой коммутации подобных емкостных накопителей энергии Transients at programmed switching of similar energy capacitor storages Петков, А.А. Техніка сильних електричних та магнітних полів В работе получены аналитические выражения для описания импульса тока в нагрузке при программируемой коммутации подобных емкостных накопителей энергии. Показана возможность регулирования формы импульса тока изменением программы коммутации и напряжения зарядки накопителей. У роботі отримані аналітичні вирази для опису імпульсу струму в навантаженні при програмувальній комутації подібних ємнісних накопичувачів енергії. Показано можливість регулювання форми імпульсу струму зміною програми комутації та напруги зарядки накопичувачів. In the work, analytical expressions for current impulse description in load under programmed switching of similar energy capacitor storages are obtained. A feasibility of the current impulse shape regulation by changing the switching program and the storage charge voltage is shown. 2009 Article Переходные процессы при программируемой коммутации подобных емкостных накопителей энергии / А.А. Петков // Електротехніка і електромеханіка. — 2009. — № 4. — С. 60-64. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 2074-272X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143230 621.31 ru Електротехніка і електромеханіка application/pdf Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Техніка сильних електричних та магнітних полів Техніка сильних електричних та магнітних полів
spellingShingle	Техніка сильних електричних та магнітних полів Техніка сильних електричних та магнітних полів Петков, А.А. Переходные процессы при программируемой коммутации подобных емкостных накопителей энергии Електротехніка і електромеханіка
description	В работе получены аналитические выражения для описания импульса тока в нагрузке при программируемой коммутации подобных емкостных накопителей энергии. Показана возможность регулирования формы импульса тока изменением программы коммутации и напряжения зарядки накопителей.
format	Article
author	Петков, А.А.
author_facet	Петков, А.А.
author_sort	Петков, А.А.
title	Переходные процессы при программируемой коммутации подобных емкостных накопителей энергии
title_short	Переходные процессы при программируемой коммутации подобных емкостных накопителей энергии
title_full	Переходные процессы при программируемой коммутации подобных емкостных накопителей энергии
title_fullStr	Переходные процессы при программируемой коммутации подобных емкостных накопителей энергии
title_full_unstemmed	Переходные процессы при программируемой коммутации подобных емкостных накопителей энергии
title_sort	переходные процессы при программируемой коммутации подобных емкостных накопителей энергии
publisher	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
publishDate	2009
topic_facet	Техніка сильних електричних та магнітних полів
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143230
citation_txt	Переходные процессы при программируемой коммутации подобных емкостных накопителей энергии / А.А. Петков // Електротехніка і електромеханіка. — 2009. — № 4. — С. 60-64. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.
series	Електротехніка і електромеханіка
work_keys_str_mv	AT petkovaa perehodnyeprocessypriprogrammiruemojkommutaciipodobnyhemkostnyhnakopitelejénergii AT petkovaa transientsatprogrammedswitchingofsimilarenergycapacitorstorages
first_indexed	2025-11-25T23:08:33Z
last_indexed	2025-11-25T23:08:33Z
_version_	1849805625513476096
fulltext	60 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №4. УДК 621.31 А.А. Петков ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ПРОГРАММИРУЕМОЙ КОММУТАЦИИ ПОДОБНЫХ ЕМКОСТНЫХ НАКОПИТЕЛЕЙ ЭНЕРГИИ У роботі отримані аналітичні вирази для опису імпульсу струму в навантаженні при програмувальній комутації по- дібних ємнісних накопичувачів енергії. Показано можливість регулювання форми імпульсу струму зміною програми комутації та напруги зарядки накопичувачів. В работе получены аналитические выражения для описания импульса тока в нагрузке при программируемой комму- тации подобных емкостных накопителей энергии. Показана возможность регулирования формы импульса тока из- менением программы коммутации и напряжения зарядки накопителей. ВВЕДЕНИЕ Постановка проблемы. При испытаниях раз- личного электротехнического и электронного обору- дования, на стойкость к воздействию электромагнит- ных факторов естественного и искусственного проис- хождения, широко используются генераторы импуль- сов тока, создаваемые на базе емкостных накопителей энергии (ЕНЭ). Создаваемые ими импульсы тока ис- пользуются либо непосредственно, как воздействую- щий фактор (например, при исследовании электроди- намической и электротермической устойчивости обо- рудования), либо в качестве фактора, порождающего другие испытательные воздействия (например, им- пульсное магнитное поле, световой импульс). Такое многообразие областей применения испытательных импульсов тока обуславливает широкую вариацию их амплитудно-временных параметров (АПВ), что в свою очередь требует разработки и создания с соот- ветствующего испытательного оборудования. Формирование импульсов тока с широкой гаммой АВП при использовании одного ЕНЭ достаточно про- блематично и, как показывает опыт, в крупных испы- тательных центрах имеется несколько ЕНЭ с различ- ным напряжением зарядки и различной запасаемой энергией. Возможности испытательной базы можно существенно расширить за счет параллельного разряда нескольких ЕНЭ на общую нагрузку. Однако для про- ектирования испытательных устройств такого класса требуется разработка специальных методов их расчета. Анализ публикаций. Различные вопросы одно- временной работы нескольких ЕНЭ на общую нагруз- ку были исследованы в ряде работ, например [1 – 5]. В [1] приведены результаты численного и экспе- риментального исследования переходного процесса при параллельной работе двух генераторов импульс- ных напряжений на активно-индуктивную нагрузку с целью формирования импульса тока молнии. В [2] представлены системы операторных урав- нений, описывающих переходный процесс при работе генераторов больших импульсных токов с корректи- рующей цепью на RL-нагрузку. Как показано в рабо- те, было установлено, что применение в разрядных цепях генераторов больших импульсных токов с мощными ЕНЭ корректирующих низкоомных и низ- коиндуктивных RLС-цепей, включенных параллельно активно-индуктивной нагрузке, позволяет обеспечить увеличение амплитудных значений разрядного тока в RL-нагрузке. Включенные корректирующие цепи в данном случае можно рассматривать как ЕНЭ с нуле- вым напряжением зарядки. В [3] показано, что при одновременном разряде двух ЕНЭ на RL-нагрузку в зависимости от соотноше- ния параметров схемы возможно формирование пяти характерных видов импульса тока в нагрузке. Получе- ны аналитические выражения для определения границ области соотношения параметров схемы, в которой в нагрузке формируется униполярный импульс тока с монотонным нарастанием и спадом его значений. В [4, 5] рассмотрено решение задачи выбора па- раметров элементов импульсных источников питания, работающих на общую нагрузку, как задачи оптими- зации по различным критериям. В [5] также показано, что применение схем с параллельной работой емкост- ных накопителей энергии после проведения трехкрите- риальной оптимизации позволяет уменьшить суммар- ную энергоемкость импульсных источников в десятки раз. Отмечено, что уменьшение энергоемкости особен- но эффективно в случае, когда длительность спада пре- вышает в сто и более раз длительность фронта. Расширение возможностей генераторов импуль- сов тока по формированию импульсов с различными АВП за счет неодновременного включения ЕНЭ рас- смотрено в работах [6 – 8]. В [6] был предложен программируемый режим разряда ЕНЭ, состоящего из n модулей. Все модули представляли собой последовательные RLC цепочки с одинаковыми значениями емкости – С, индуктивно- сти – L, активного сопротивления – R и напряжения зарядки емкости – U. Сущность программируемого режима состояла в неодновременном управляемом подключении каждого модуля к RL – нагрузке через отдельный коммутатор. Для исследования переходно- го процесса при программируемой коммутации был предложен приближенный метод, основанный на от- дельном рассмотрении "медленных" и "быстрых" процессов в схеме. При исследовании "медленного" процесса, определявшего протекание тока в нагрузке, пренебрегалось R и L параметрами модуля. Анализ "быстрого" процесса, определявшего перераспределе- ние заряда в схеме при подключении очередного мо- дуля, пренебрегалось изменением напряжения на на- грузке при коммутационном процессе. В конечном итоге ток в нагрузке приближенно определялся в виде решения конечно-разностных или дифференциальных уравнений второго порядка, учитывающих параметры электрических цепей ЕНЭ и темп подключения заря- женных модулей (промежутке времени между вклю- чениями модулей). В работе [7], на базе разработанной в [6] методи- ки приближенного анализа, было проведено исследо- вание программируемого разряда ЕНЭ на RL – на- ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №4. 61 грузку, рельсотрон и электрическую дугу. Основное внимание в работе было уделено исследованию про- цесса формирования импульса тока трапециидальной формы. Работа [8] посвящена синтезу программы вклю- чения модулей ЕНЭ, обеспечивающей формирование заданной формы импульса тока при минимальной запасаемой энергии в конденсаторной батарее ЕНЭ. Как видно из анализа, имеются работы, в кото- рых исследовано формирование импульса тока при одновременном разряде нескольких ЕНЭ с различной запасаемой энергией и различным напряжением за- рядки, и работы, в которых рассматривается про- граммированный разряд идентичных ЕНЭ на общую нагрузку. Логичным продолжением исследований в данном направлении является изучение переходных процессов при программируемой коммутации раз- личных ЕНЭ на общую нагрузку. Целью настоящей работы является вывод анали- тических соотношений, обеспечивающих расчет им- пульса тока в активно-индуктивной нагрузке при про- граммируемом режиме разряда подобных емкостных накопителей энергии. МАТЕРИАЛЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Для анализа переходных процессов ЕНЭ может быть представлен последовательной RLС – цепью. Подобными будем называть такие ЕНЭ, для которых выполняются следующие условия: n j j n j n C C L L R R == , (1) где nnn CLR ,, – параметры n-го ЕНЭ; jjj CLR ,, – параметры j-го ЕНЭ. Соотношение (1) имеет место в случае, если ка- ждый k-ый ЕНЭ состоит из mk одинаковых модулей с параметрами ''' ,, CLR и его параметры соответствен- но равны: ' '' ;; CmC m L L m R R kk k k k k ⋅=== , (2) где nk K1= . Рассмотрим схему включения n подобных ЕНЭ на RL – нагрузку, показанную на рис. 1. Рис. 1. Схема включения ЕНЭ На рис. 1 обозначено: nRR K1 , nLL K1 , nCC K1 , CnC UU K1 – соответственно активное сопротивление, индуктивность, емкость и напряжение зарядки ЕНЭ; RН, LН – соответственно активное сопротивление и индуктивность нагрузки; nFF K1 – коммутаторы. В общем случае напряжения зарядки ЕНЭ имеют различные значения CnCkCC UUUU ≠≠≠≠≠ KK21 . Каждый из коммутаторов nFF K1 включается в соот- ветствующий момент времени ntt K1 , причем 01 =t и jk tt ≤ для jk < . Рассмотрим задачу аналитического описания импульса тока формируемого в нагрузке. Для расчета переходных процессов в схеме, показанной на рис. 1, рассмотрим решение двух вспомогательных задач. Задача 1. Пусть в момент времени tk произведена коммутация и операторная послекоммутационная схема имеет вид, показанный на рис. 2. Для данной схемы по второму закону Кирхгофа в операторной форме имеем ( ) ( ) ( ) ( ) ( )kkeke kCe ke tiLL p tU pZpI ,Н, * , ⋅++−=⋅ . (3) Операторное сопротивление цепи имеет вид ( ) keCp RLppZ , *** 1 ⋅ ++⋅= , (4) где Н, * LLL ke += ; Н, * RRR ke += . Re,k pLe,k 1/pCe,k -UCe,k(tk)/p Le,kie,k(tk) LHie,k(tk) pLH RH Ie,k(p) Рис. 2. Послекоммутационная схема kekeke CLR ,,, ,, – соответственно эквивалентные активное сопротивление, индуктивность и емкость ветви эквивалентного ЕНЭ; ( ) ( )kkekkCe titU ,, , – соответственно зарядное напряжение эквивалентного ЕНЭ и ток в цепи в момент kt Из (3) операторное изображение тока опреде- литься как ( ) ( ) ( ) ( ) ( )kke kkCe ke ti pZ L pZp tU pI ,* * * , , + ⋅ −= . (5) Если величина параметра 2 , * * >= keC L Rr , то имеет место апериодический характер разряда и опе- раторное сопротивление (4) представимо в виде ( ) ( ) ( ) p ppppL pZ 21 * * −⋅−⋅= , (6) где keCLL R L R p , * 2 * * * * 1 222,1 − ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ±−= , причем 22 pp > и keCL pp , 21 1=⋅ . 62 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №4. Используя соотношение (5) можно показать что, ток во временной области для ktt ≥ может быть представлен в виде ( ) ( ) ( )tititi kekeke '' , ' ,, += , (7) где ( ) ( ) ( ) ( )tptpkkCe ke ee ppL tU ti ⋅⋅ − −⋅ −= 21 21 ,' , , (8) ( ) ( ) ( ) ( )tptpkke ke epep pp ti ti ⋅⋅ ⋅−⋅ − = 21 21 21 ,'' , . (9) Напряжение на емкости Ce,k определиться [9] как ( ) ( ) ( )∫+= t ke ke kkCekCe dtti C tUtu 0 , , ,, 1 . (10) Учитывая (8) и (9) напряжение может быть пред- ставлено в виде: ( ) ( ) ( ) ( )tututUtu kCekCekkCekCe '' , ' ,,, ++= , (11) где ( ) ( ) ( ) ( )kkCe tptpkkCe kCe tU epep pp tU tu , 12 21 ,' , 21 − −⋅−⋅ − −= ⋅⋅ (12) ( ) ( ) ( ) ( )tptpkke ke ke ee pp ti C tu ⋅⋅ − − ⋅= 21 21 , , '' , 1 (13) Время достижения максимального значения тока (если таковой существует) определяется из (7) путем его дифференцирования по времени и приравнивания полученной производной нулю. 11 22 21 max ln 1 pB pB pp t ⋅ ⋅ − = , (14) где ( ) ( )kkekkCe tiLptUB , * 1,1 ⋅⋅+−= , ( ) ( )kkekkCe tiLptUB , * 2,2 ⋅⋅+−= . Если 2 , * * == keC L Rr , то имеет место предель- ный апериодический (критический) характер разряда и операторное сопротивление (4) представимо в виде ( ) ( ) p apL pZ 2* * −⋅= , (15) где * * 2L R a −= . В этом случае в соотношении (7) составляющие тока будут иметь вид ( ) ( ) takkCe ke et L tU ti ⋅⋅⋅−= * ,' , , (16) ( ) ( ) ( ) ta kkeke etatiti ⋅⋅⋅+⋅= 1, '' , . (17) Составляющие напряжения, определяемого по выражению (11), имеют вид ( ) ( ) ( ) ( ) ta kkCekkCekCe etatUtUtu ⋅⋅⋅−⋅+−= 1,, ' , , (18) ( ) ( ) ta ke kke ke et C ti tu ⋅⋅⋅= , ,'' , . (19) Время достижения максимального значения тока (если таковой существует) вычисляется по формуле ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ −= 1 1 1 2 max B B a t , (20) где ( ) ( )kke kkCe tia L tU B ,* , 1 ⋅−= ; (21) ( )kke tiaB ,2 ⋅= . (22) Если 2 , * * <= keC L Rr , то имеет место колеба- тельный характер разряда и операторное сопротивле- ние (4) представимо в виде ( ) ( )[ ] p apL pZ 22* * ω+−⋅ = , (23) где * * 2L R a −= , 2 , * 1 a CL ke −=ω . Тогда в соотношении (7) составляющие тока бу- дут иметь вид ( ) ( ) ( )te L tU ti takkCe ke ⋅ω⋅⋅ ω ⋅−= ⋅ sin 1 * ,' , , (24) ( ) ( ) ( ) ( )⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ ⋅ω⋅ ω +⋅ω⋅⋅= ⋅ t a tetiti ta kkeke sincos, '' , . (25) Составляющие напряжения в выражении (11) определяться следующим образом: ( ) ( ) ( ) ( )[ ]{ },cossin 11 22* ,' , ω+⋅ω⋅ω−⋅ω⋅⋅× × ω+ ⋅ ω ⋅ ⋅ −= ⋅ ttae aCL tU tu ta e kkCe kCe (26) ( ) ( ) ( )te C ti tu ta ke kke ke ⋅ω⋅ ω ⋅= ⋅ sin , ,'' , . (27) Время достижения максимального значения тока (если таковой существует) вычисляется по формуле ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ − ω = 1 2 max arctg 1 B B t , (28) где ( ) ( ) ( ) ω⋅− ω ⋅+ ω⋅ ⋅ −= kkekke kkCe ti a ti L atU B , 2 ,* , 1 , (29) ( ) ( ) ati L tU B kke kke ⋅+−= ,* , 2 2 . (30) Учитывая рассмотренные выше варианты можно утверждать, что задача 1 решена для любых возмож- ных соотношений параметров схемы. Задача 2. Пусть в момент времени tk k-ый ЕНЭ подключается параллельно нагрузке и эквивалентно- му k – 1-ому ЕНЭ, и операторная послекоммутацион- ная схема имеет вид, показанный на рис. 3. Применение теоремы Миллмана [10] позволяет преобразовать данную схему в схему, показанную на рис. 2. При этом имеют место следующие соотноше- ния для ее параметров: ∑ = = k j j ke m R R 1 ' , ; (31) ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №4. 63 ∑ = = k j j ke m L L 1 ' , ; (32) ∑ = ⋅= k j jke mCC 1 ' , . (33) Рис. 3. Послекоммутационная схема двух ЕНЭ 1,1,1, ,, −−− kekeke CLR – соответственно эквивалентные активное сопротивление, индуктивность и емкость ветви k - 1–го эквивалентного ЕНЭ; ( ) ( )kkekkCe titU 1,1, , −− – соответственно напряжение зарядки k - 1 – го эквивалентно- го ЕНЭ и ток в цепи в момент kt ; kR , kL , kC , ( )kCk tU – соответственно активное сопротивление, индуктивность, емкость и напряжение зарядки подключаемого k–го ЕНЭ Напряжения и токи рассчитываются по рекур- рентным соотношениям: ( ) ( ) ( ) ∑∑ = − = − ⋅+⋅= k j jkkCk k j jkkCekkCe mmtUmtUtU 1 1 1 1,, ;(34) ( ) ( )kkekke titi 1,, −= , (35) где ( )kCk tU – напряжение зарядки подключаемого k-го ЕНЭ в момент kt , а начальные значения напря- жения эквивалентного ЕНЭ и ток в его ветви и на- грузке имеют вид ( ) ( )1111, tUtU CCe = , ( ) 011, =tie . Рассмотренные выше решения двух вспомога- тельных задач позволяют получить аналитическое решение задачи программируемого подключения n подобных ЕНЭ. Пусть в момент времени t = t1 =0 к нагрузке под- ключается первый ЕНЭ. Тогда ток в нагрузке в интер- вале времени до подключения второго ЕНЭ [t1,t2] можно найти из решения задачи 1 (см. рис. 2) при условии, что 11, RRe = , 11, LLe = , 11, CCe = , ( ) ( )1111, tUtU CCe = , ( ) 011, =tie . В момент времени t = t2 подключается второй ЕНЭ и эквивалентная схема разрядной цепи принимает вид, показанный на рис. 3. Далее перейдем к схеме, показан- ной на рис. 2, предварительно рассчитав параметры эк- вивалентного ЕНЭ по соотношениям (31) – (35) 21 ' 2, mm R Re + = ; 21 ' 2, mm L Le + = ; ( )21 ' 2, mmCCe +⋅= ; ( ) ( ) ( ) 21 222121, 22, mm mtUmtU tU CCe Ce + ⋅+⋅ = ; ( ) ( )21,22, titi ee = , где ( )21, tie и ( )21, tUCe – соответственно ток в цепи и напряжение на первом конденсаторе в момент t2-0, т.е. до момента коммутации (подключения второго ЕНЭ), которые определяются из решения задачи 1. Продолжая процесс расчета подобным образом, мы можем последовательно рассчитать изменение тока в нагрузке для каждого из интервалов [ ]21 ,0 tt = , [ ]32 , tt , ... , [ ]kk tt ,1− , ... , [ )∞,nt . Как следует из соотношений (4) и (31) – (33), па- раметр r, определяющий характер тока в нагрузке, имеет вид ' ' 1 Н 1 Н C LmL RmRr k j jk j j +⋅ ′+⋅= ∑ ∑ = = . (36) Из выражения (36) видно, что: – с увеличением количества подключенных ЕНЭ рас- тет и значение r, что характеризует возрастание сте- пени затухания импульса тока в нагрузке; – после подключения последнего k-го ЕНЭ характер режима разряда соответствует характеру режима раз- ряда при одновременном подключении всех ЕНЭ. Таким образом, если после подключения послед- него k-го ЕНЭ имеет место апериодический характер разряда, то при подключении предыдущих k – 1-го ЕНЭ может иметь место колебательный ре- жим разряда, что должно быть учтено при выборе элементной базы испытательной установки. На рис. 4 и рис. 5 показана возможность управ- ления формой импульса тока в нагрузке при програм- мируемой коммутации пяти подобных ЕНЭ, в сумме содержащих 15 одинаковых модулей. Графики изме- нения импульса тока представлены в безразмерном виде. В качестве базовых величин принимались ем- кость и индуктивность модуля и наибольшее напря- жение зарядки ЕНЭ maxU . Тогда безразмерный ана- лог времени определиться как '' CLt ⋅=τ , соответ- ственно '' CLt ⋅Δ=τΔ ; безразмерный аналог со- противления '' LCRr = ; безразмерные аналоги индуктивности и емкости соответственно '* LLL = , '* CCC = ; безразмерный аналог значений тока ( ) ( ) ' ' max C L U ti I =τ . На рис. 4 представлены стилизованные формы импульса тока при одинаковом напряжении зарядки и темпе подключения ЕНЭ – Δτ. График 1 представляет импульс тока при одновременном включении всех пяти ЕНЭ. График 2 показывает изменение значений импульса тока для варианта, когда каждый ЕНЭ со- держит три модуля m1 = m2 = m3 = m4 = m5 = 3, 16,3=τΔ . График 3 (m1 = 5, m2 = 4, m3 = 3, m4 = 2, m5 = 1, 16,3=τΔ ) и график 4 (m1 = 1, m2 = 2, m3 = 3, m4 = 4, m5 = 5, 16,3=τΔ ) иллюстрируют влияние порядка подключения ЕНЭ на форму импульса тока. 64 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №4. Рис. 4. Изменение формы импульса тока при одинаковом напряжении зарядки ЕНЭ Как видно из рис. 4, изменяя количество модулей в ЕНЭ и порядок их включения при одинаковом на- пряжении зарядки и темпе подключения можно в ши- роких пределах регулировать время нарастания им- пульса тока до максимального значения. На рис. 5 представлены графики с различным напряжением зарядки для варианта m1 = 1, m2 = 2, m3 = 3, m4 = 4, m5 = 5, 16,3=τΔ . График 1 – одновре- менное включение всех пяти ЕНЭ. График 2 построен при условии UС1 = UС2 = UС3 = UС4 = UС5 = 1, 16,3=τΔ . На графике 3 показан импульс с квазипо- стоянной вершиной, полученный подбором величины напряжения зарядки ЕНЭ: UС1 = 1; UС2 = 0,87; UС3 = 0,845; UС4 = 0,784; UС5 = 0,759; 16,3=τΔ . Мак- симальное значение каждого колебания на вершине одинаково. График 4 отражает импульс тока с моно- тонным нарастанием и спадом значений при следую- щих значения напряжений зарядки: UС1 = 1; UС2 = 0,6; UС3 = 0,45; UС4 = 0,39; UС5 = 0,31, 16,3=τΔ . Как видно из рис. 5, изменение напряжения за- рядки ЕНЭ позволяет формировать различные по форме импульсы тока в нагрузке. Рис. 5. Изменение формы импульса тока в зависимости от напряжения зарядки ЕНЭ и порядка их включения Таким образом, при одном и том же модульном составе испытательной установки, управляя временем включения ЕНЭ, напряжениями зарядки ЕНЭ и коли- чеством модулей, можно формировать импульсы тока с АВП, изменяющимися в широком диапазоне. ВЫВОДЫ 1. Получены аналитические соотношения для расчета импульса тока в активно-индуктивной на- грузке при программируемом разряде на нее подоб- ных емкостных накопителей энергии. 2. Показано, что в зависимости от количества модулей в ЕНЭ, параметров нагрузки и модуля может иметь место различный характер тока в нагрузке. Причем по мере подключения ЕНЭ увеличивается степень затухания импульса тока. 3. Представлен анализ влияния программы вклю- чения емкостных накопителей энергии и отношения их напряжений зарядки на форму импульса тока. Материалы статьи могут быть использованы для исследования возможностей формирования импульса тока с заданным характером изменения значений во времени. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Баранов М.И., Игнатенко Н.Н., Колобовский А.К. При- менение мощных генераторов импульсных напряжений в схеме с замыкателем нагрузки для получения больших им- пульсных токов молнии // Вестник Национального техниче- ского университета "Харьковский политехнический инсти- тут". Сборник научных трудов. Тематический выпуск: Электроэнергетика и преобразовательная техника. – Харь- ков: НТУ "ХПИ". - №4. – 2004. – С. 37 – 45. 2. Баранов М.И., Игнатенко Н.Н. Повышение энергетиче- ской эффективности разрядных цепей генераторов больших импульсных токов с мощными емкостными накопителями энергии // Вестник Национального технического универси- тета "Харьковский политехнический институт". Сборник научных трудов. Тематический выпуск: Техника и электро- физика высоких напряжений.– Харьков: НТУ "ХПИ". - №49. – 2005. – С. 3 – 14. 3. Петков А.А. Разряд двух емкостных накопителей энер- гии на общую нагрузку // Вісник Національного технічного університету "Харківський політехнічний інститут". Збірник наукових праць. Тематичний випуск: Техніка і електрофізика високих напруг. – Харків: НТУ "ХПІ". - №34. – 2007. – С. 79 – 85. 4. Губарев Г.Г., Северин В.П. Оптимизация параметров импульсных источников питания // Электричество. – 1983. - №1. – С. 64 – 65.. 5. Губарев Г.Г., Конотоп В.В. Трехкритериальная оптими- зация импульсных источников питания // Известия Акаде- мии наук СССР. Энергетика и транспорт. – 1984. - №6. – С. 66 – 73. 6. Фридман Б.Э. Переходные процессы при программи- руемом разряде емкостного накопителя энергии // Электри- чество. – 1989. – №12. – С. 36 – 41. 7. Емелин П.Ю., Рутберг Ф.Г., Фридман Б.Э. Исследование программируемого разряда емкостного накопителя энергии // Известия академии наук. Энергетика. – 1994. – №3. – С. 41 – 49. 8. Фридман Б.Э. Формирование импульса тока при про- граммируемом разряде емкостного накопителя энергии // Электричество. – 1999. – №6. – С. 42 – 48. 9. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники: Учебник для студентов энергетических и электротехниче- ских вузов. – М.: Высш. школа, 1973. – 752 с. 10. Конторович М.И. Операционное исчисление и процессы в электрических цепях. – М.: Сов. радио, 1975. – 320 с. Поступила 21.05.2009 Петков Александр Александрович, к.т.н., с.н.с. Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт "Молния" Национального технического университета "Харьковский политехнический институт" Украина, 61013, Харьков, ул. Шевченко 47, НИПКИ "Молния" тел./факс (057) 707-62-80, e-mail: alexp@kpi.kharkov.ua

Переходные процессы при программируемой коммутации подобных емкостных накопителей энергии

Institution

Ähnliche Einträge