Формирование специальных импульсов тока при параллельной работе емкостных накопителей энергии
В работе исследована возможность создания испытательных импульсов тока различной формы. Определены соотношения параметров схемы для формирования импульсов тока с квазипостоянной вершиной и импульсов, имеющих минимальную амплитуду колебаний....
Збережено в:
| Дата: | 2010 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
2010
|
| Назва видання: | Електротехніка і електромеханіка |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143341 |
| 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: | Формирование специальных импульсов тока при параллельной работе емкостных накопителей энергии / А.А. Петков // Електротехніка і електромеханіка. — 2010. — № 3. — С. 52-55. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-143341 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1433412025-02-10T00:27:31Z Формирование специальных импульсов тока при параллельной работе емкостных накопителей энергии Formation of special current pulses under parallel operation of capacitive energy stores Петков, А.А. Техніка сильних електричних та магнітних полів В работе исследована возможность создания испытательных импульсов тока различной формы. Определены соотношения параметров схемы для формирования импульсов тока с квазипостоянной вершиной и импульсов, имеющих минимальную амплитуду колебаний. У роботі досліджена можливість створення випробувальних імпульсів струму різної форми. Визначено співвідношення параметрів схеми для формування імпульсів струму із квазіпостійною вершиною й імпульсів, що мають мінімальну амплітуду коливань. In the work, feasibility of test various-shape current pulsing is investigated. Relationships between scheme parameters for formation of current pulses with quasiconstant apex and pulses with minimal oscillation amplitude are determined. 2010 Article Формирование специальных импульсов тока при параллельной работе емкостных накопителей энергии / А.А. Петков // Електротехніка і електромеханіка. — 2010. — № 3. — С. 52-55. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 2074-272X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143341 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. Формирование специальных импульсов тока при параллельной работе емкостных накопителей энергии Електротехніка і електромеханіка |
| description |
В работе исследована возможность создания испытательных импульсов тока различной формы. Определены соотношения параметров схемы для формирования импульсов тока с квазипостоянной вершиной и импульсов, имеющих минимальную амплитуду колебаний. |
| format |
Article |
| author |
Петков, А.А. |
| author_facet |
Петков, А.А. |
| author_sort |
Петков, А.А. |
| title |
Формирование специальных импульсов тока при параллельной работе емкостных накопителей энергии |
| title_short |
Формирование специальных импульсов тока при параллельной работе емкостных накопителей энергии |
| title_full |
Формирование специальных импульсов тока при параллельной работе емкостных накопителей энергии |
| title_fullStr |
Формирование специальных импульсов тока при параллельной работе емкостных накопителей энергии |
| title_full_unstemmed |
Формирование специальных импульсов тока при параллельной работе емкостных накопителей энергии |
| title_sort |
формирование специальных импульсов тока при параллельной работе емкостных накопителей энергии |
| publisher |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України |
| publishDate |
2010 |
| topic_facet |
Техніка сильних електричних та магнітних полів |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143341 |
| citation_txt |
Формирование специальных импульсов тока при параллельной работе емкостных накопителей энергии / А.А. Петков // Електротехніка і електромеханіка. — 2010. — № 3. — С. 52-55. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| series |
Електротехніка і електромеханіка |
| work_keys_str_mv |
AT petkovaa formirovaniespecialʹnyhimpulʹsovtokapriparallelʹnoiraboteemkostnyhnakopiteleiénergii AT petkovaa formationofspecialcurrentpulsesunderparalleloperationofcapacitiveenergystores |
| first_indexed |
2025-12-02T04:26:37Z |
| last_indexed |
2025-12-02T04:26:37Z |
| _version_ |
1850369216256933888 |
| fulltext |
52 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2010. №3
УДК 621.31
А.А. Петков
ФОРМИРОВАНИЕ СПЕЦИАЛЬНЫХ ИМПУЛЬСОВ ТОКА
ПРИ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ РАБОТЕ ЕМКОСТНЫХ НАКОПИТЕЛЕЙ ЭНЕРГИИ
У роботі досліджена можливість створення випробувальних імпульсів струму різної форми. Визначено співвідношен-
ня параметрів схеми для формування імпульсів струму із квазіпостійною вершиною й імпульсів, що мають мінімальну
амплітуду коливань.
В работе исследована возможность создания испытательных импульсов тока различной формы. Определены соот-
ношения параметров схемы для формирования импульсов тока с квазипостоянной вершиной и импульсов, имеющих
минимальную амплитуду колебаний.
ВВЕДЕНИЕ
Постановка проблемы. Для испытания техни-
ческих средств на устойчивость к воздействию элек-
тромагнитных факторов естественного и искусствен-
ного происхождения широко используются генерато-
ры импульсов тока, сооружаемые на базе емкостных
накопителей энергии (ЕНЭ). В крупных испытатель-
ных центрах обычно имеется несколько ЕНЭ с раз-
личными уровнями напряжения зарядки и запасаемой
энергии, которые используются для формирования
импульсных воздействий, с различными амплитудно-
временными параметрами (АВП). Существенно рас-
ширить возможности испытательных комплексов за
счет расширения спектра АВП формируемых импуль-
сов тока позволяет параллельная работа нескольких
ЕНЭ на общую нагрузку. Такой подход к использова-
нию испытательных комплексов требует исследова-
ния взаимосвязи параметров ЕНЭ и формируемых
импульсов тока.
Анализ публикаций. Параллельной работе не-
скольких ЕНЭ на одну нагрузку посвящен ряд публи-
каций [1-5]. В [1] приведены результаты численного и
экспериментального исследования переходного про-
цесса при параллельной работе двух генераторов им-
пульсов напряжения на активно-индуктивную нагруз-
ку. Для формирования тока молнии (длительность
фронта 2 мкс, длительность импульса 50 мкс) в работе
было исследовано замыкание нагрузки. В [2] пред-
ставлено аналитическое решение системы оператор-
ных уравнений, описывающих переходный процесс
при работе генераторов больших импульсных токов с
корректирующей цепью на RL-нагрузку. В расчетной
схеме генератор и параллельно включенная корректи-
рующая цепь представлены RLC-звеньями, что также
соответствует эквивалентной схеме совместной рабо-
ты ЕНЭ на общую нагрузку. Аналитическое выраже-
ние для тока в нагрузке получено при условии, что
активное сопротивление нагрузки много больше ак-
тивных сопротивлений генератора и корректирующей
цепи. В [3] показано, что при параллельной работе
двух ЕНЭ, в зависимости от соотношений параметров
разрядной цепи возможно формирование пяти видов
импульса тока. Работы [4-5] посвящены исследова-
нию возможности формирования одного из характер-
ных видов, широко используемого при испытаниях –
импульса тока с монотонным нарастанием и спадом
значений (монотонный импульс тока).
Как видно из рассмотренных источников, анали-
зу переходных процессов параллельной работы двух
ЕНЭ уделяется значительное внимание. Однако, при
возможности формирования ряда характерных им-
пульсов тока, наиболее полно рассмотрены лишь во-
просы генерирования монотонных импульсов, что
предопределяет интерес к исследованию процесса
формирования других форм импульсов тока.
Целью настоящей работы является анализ ус-
ловий формирования импульса тока с квазипостоян-
ной вершиной и импульса тока с минимальной ам-
плитудой колебаний.
МАТЕРИАЛЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Рассмотрим эквивалентную электрическую схе-
му параллельной работы двух ЕНЭ на общую актив-
но-индуктивную нагрузку, приведенную на рис. 1.
Рис. 1. Эквивалентная электрическая схема параллельной
работы двух ЕНЭ
Можно показать, что операторное изображение
по Лапласу импульса тока в нагрузке имеет вид [6]
( )
012
2
3
3
4
4
012
2
H
BBpBpBpBp
AApAppI
+⋅+⋅+⋅+⋅
+⋅+⋅= , (1)
где 1202102 LULUA ⋅+⋅= ; 1202101 RURUA ⋅+⋅= ;
1
20
2
10
0 C
U
C
UA += ; H221H14 LLLLLLB ⋅+⋅+⋅= ;
( ) ( ) ( )21H1H22H13 LLRLLRLLRB +⋅++⋅++⋅= ;
H221H1
2
1H
1
2H
2 RRRRRR
C
LL
C
LLB ⋅+⋅+⋅++++= ;
2
1H
1
2H
1 C
RR
C
RRB +++= ;
21
0
1
CC
B
⋅
= ,
U10, C1, L1, R1 – соответственно напряжение зарядки,
емкость, индуктивность и активное сопротивление
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2010. №3 53
ЕНЭ1; U20, C2, L2, R2 – соответственно напряжение
зарядки, емкость, индуктивность и активное сопро-
тивление ЕНЭ2; LН, RН – индуктивность и активное
сопротивление нагрузки.
Учитывая затухающий характер переходных про-
цессов в схеме, приведенной на рис. 1, можно показать,
что импульс тока во временной области математически
описывается одним из следующих выражений:
( ) ( ) ( ) tt etQQetQQti ⋅α−⋅α− ⋅⋅++⋅⋅+= 21 4321 ;
( ) ( ) ttt eQeQetQQti ⋅α−⋅α−⋅α− ⋅+⋅+⋅⋅+= 321 4321 ;
( ) ( ) ( )2321 sin21 α−⋅ω⋅+⋅⋅+= ⋅α−⋅α− teQetQQti tt ;
( ) ∑
=
⋅α−⋅=
4
1k
t
k keQti ;
( ) ( )3321 sin321 α−⋅ω⋅+⋅+⋅= ⋅α−⋅α−⋅α− teQeQeQti ttt ;
( ) ( ) ( )2211 sinsin 21 α−⋅ω⋅+α−⋅ω⋅= ⋅α−⋅α− teQteQti tt ,
где Q1 – Q4, α1 > 0, ..., α4 > 0 – коэффициенты, завися-
щие от параметров схемы.
Естественно, различные соотношения между ко-
эффициентами математического описания порождают
широкую гамму форм импульсов, которые могут быть
использованы в качестве испытательных. Для опреде-
ления взаимосвязи форм импульса тока и параметров
разрядной цепи был проведен анализ переходного
процесса в безразмерном виде [3]. Было показано, что
переходный процесс в схеме, показанной на рис. 1,
зависит от следующих безразмерных параметров:
1
1
11 L
CRr ⋅= ,
1
1
22 L
CRr ⋅= ,
1
1
HH L
CRr ⋅= – без-
размерные аналоги активных сопротивлений;
1
1
1
1
1 C
L
U
iI ⋅= ,
1
1
1
2
2 C
L
U
iI ⋅= ,
1
1
1
H
H C
L
U
iI ⋅= – без-
размерные аналоги токов;
1
2
21 L
LL = ,
1
H
1H L
LL = ,
1
2
21 C
CC = ,
1
2
21 U
UU = – без-
размерные аналоги индуктивностей ЕНЭ2 и нагрузки,
емкости и напряжения зарядки ЕНЭ2.
С практической точки зрения регулировать па-
раметры импульсов тока целесообразно изменением
величины активного сопротивления и индуктивности
ЕНЭ2, который имеет меньший уровень напряжения
зарядки. На рис. 2 показаны области формирования
различных форм импульса тока в нагрузке в зависи-
мости от соотношения безразмерных параметров вет-
ви ЕНЭ2 r2 и L21 при следующих значениях остальных
безразмерных параметров: rН = 0,5; LН1 = 3; С21 = 100;
U21 = 0,1; r1 = 1.
Область монотонности I, ограниченная верхней 1
и нижней 2 границами, рассмотрена в [3-5]. Ей при-
надлежат точки т.1, т.2 и т.3.
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8
L 21
r 2
1
2
3
4
т.2
т.1
т.3
т.4
т.5
I
II
III
IV т.6
Рис. 2. Области формирования различных форм импульсов
В областях II и III импульс тока имеет колеба-
тельный характер на спаде. Причем, при перемеще-
нии в плоскости L210r2, из области II в область III па-
раллельно оси 0r2 находится точка, в которой импульс
тока имеет наименьшую амплитуду колебаний (им-
пульс минимальной амплитуды колебаний). Совокуп-
ность таких точек представлена кривой 3, ограничен-
ной точками т.3 и т.4. Точка т.4 – крайняя точка, для
которой проведен расчет. Такой импульс может быть
использован вместо монотонного импульса, если это
допускается условиями испытаний, например им-
пульс А- и D-составляющих тока молнии [7]. Описа-
ние кривой 3 для различных соотношений параметров
элементов схемы приведено в табл. 1.
При перемещении в плоскости L210r2 параллель-
но оси 0r2 из области III в область IV, колебания пе-
ремещаются со спада на фронт импульса тока. При
этом имеется точка, в которой значения максимума
колебания и максимального значения тока в импульсе
имеют одинаковую величину (импульс с квазипосто-
янной вершиной). Совокупность таких точек пред-
ставлена кривой 4, ограниченной точками т.5 и т.6.
Такой импульс может быть использован например для
формирования В- и С-составляющих тока молнии [7].
Описание кривой 4 для различных соотношений па-
раметров элементов схемы приведено в табл. 2.
Характерные импульсы тока, соответствующие
различным областям, приведены на рис. 3. Импульсы
рассчитаны при L21 = 0,8. Импульс вида 1 получен при
r2 = 0,1 и соответствует области IV (рис. 2) – области
импульсов с колебанием на фронте.
Рис. 3. Характерные формы импульсов тока
54 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2010. №3
Таблица 1
Номер
точки r2 L21 Уравнение кривой 3
С21 = 100; LH1 = 3; U21 = 0,1; r1 = 1; rН = 0,5
т.3 0,819 0,7585
т.4 1,28 1,7 4195,02342,37656,28526,0 21
2
21
3
212 −⋅+⋅−⋅= LLLr
С21 = 100; LH1 = 5; U21 = 0,1; r1 = 1; rН = 0,5
т.3 1,235 1,5
т.4 1,57 2,92 7514,03635,00282,0 21
2
212 +⋅+⋅−= LLr
С21 = 100; LH1 = 7; U21 = 0,1; r1 = 1; rН = 0,5
т.3 1,561 2,197
т.4 1,9 4 8329,04123,00364,0 21
2
212 +⋅+⋅−= LLr
С21 = 1000; LH1 = 3; U21 = 0,1; r1 = 1; rН = 0,5
т.3 0,72 0,5694
т.4 1,29 2,5 4528,04947,00636,0 21
2
212 +⋅+⋅−= LLr
Таблица 2
Номер
точки r2 L21 Уравнение кривой 4
С21 = 100; LH1 = 3; U21 = 0,1; r1 = 1; rН = 0,5
т.5 0,237 0
т.6 0 1,7088 2399,02312,04915,01618,0 21
2
21
3
212 +⋅+⋅−⋅= LLLr
С21 = 100; LH1 = 5; U21 = 0,1; r1 = 1; rН = 0,5
т.5 0,3961 0
т.6 0 2,9229 4077,00594,01689,00349,0 21
2
21
3
212 +⋅+⋅−⋅= LLLr
С21 = 100; LH1 = 7; U21 = 0,1; r1 = 1; rН = 0,5
т.5 0,53 0
т.6 0 4,2825 5302,01143,02238,00652,00061,0 21
2
21
3
21
4
212 +⋅+⋅−⋅+⋅−= LLLLr
С21 = 1000; LH1 = 3; U21 = 0,1; r1 = 1; rН = 0,5
т.5 0,25296 0
т.6 0 2,4891 2548,02206,05066,02563,00422,0 21
2
21
3
21
4
212 +⋅+⋅−⋅+⋅−= LLLLr
Импульс вида 2 получен при r2 = 0,3 и соответст-
вует области III (рис. 2) – области импульсов с коле-
банием на спаде. Импульс вида 3 получен при r2 = 1,2
и соответствует области II (рис. 2) – области импуль-
сов с колебанием на спаде.
Характерные импульсы тока, соответствующие
граничным кривым различных областей, приведены на
рис. 4. Импульс вида 1 соответствует кривой 4 (рис. 2)
– кривой импульсов с квазипостоянной вершиной. Им-
пульс вида 2 соответствует кривой 3 (рис. 2) – кривой
импульсов минимальной амплитуды колебаний.
Следует отметить, что с увеличением L21 проис-
ходит увеличение амплитуды колебаний импульсов
для импульса минимальной амплитуды колебаний и
величины "провала" для импульса с квазипостоянной
вершиной (рис. 4). При этом имеют место следующие
зависимости:
- для С21 = 100; LH1 = 3; U21 = 0,1; r1 = 1; rН = 0,5:
7514,4778,19015,18 21
2
21 +⋅−⋅=δ LL ; (2)
0367,1272,431461,3 21
2
21 −⋅+⋅=Δ LL ; (3)
- для С21 = 100; LH1 = 5; U21 = 0,1; r1 = 1; rН = 0,5:
8363,5534,163979,8 21
2
21 +⋅−⋅=δ LL ; (4)
287,163,1277,22606,5 21
2
21
3
21 −⋅+⋅+⋅−=Δ LLL ; (5)
- для С21 = 100; LH1 = 7; U21 = 0,1; r1 = 1; rН = 0,5:
375,11269,189108,5 21
2
21 +⋅−⋅=δ LL ; (6)
2,003,52,335,1001,1 21
2
21
3
21
4
21 +⋅−⋅+⋅−⋅=Δ LLLL , (7)
где относительное отклонение величины экстремумов
от их среднего значения %200
32
23
ee
ee
II
II
+
−=δ ;
Ie2, Ie3 – соответственно значения второго и третьего
экстремумов импульса тока; %100
max
minmax
I
II −=Δ ;
Imax, Imin – соответственно максимальное значения то-
ка и значение первого минимума импульса тока (см.
рис. 4).
Рис. 4. Граничные импульсы тока
В качестве примера применения полученных в
работе соотношений, определим безразмерные пара-
метры для формирования импульса тока с квазипо-
стоянной вершиной при допуске на "провал" не более
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2010. №3 55
10 % при следующих известных безразмерных пара-
метрах: С21 = 100; LH1 = 3; rН = 0,5; U21 = 0,1; r1 = 1.
Задавшись Δ = 10 % и решая нелинейное уравне-
ние (3) находим L21 = 0,25. Далее по соответствующей
формуле, приведенной в табл. 2 определяем r2 = 0,27.
Численное моделирование с помощью Micro-Cap 8
схемы, приведенной на рис. 1, при вычисленных зна-
чениях безразмерных параметров показывает, что
величина "провала" не превышает 6 %.
ВЫВОДЫ
1. Показано, что при параллельной работе двух
емкостных накопителей энергии на общую активно-
индуктивную нагрузку возможно формирование спе-
циальных испытательных импульсов тока: с квазипо-
стоянной вершиной и минимальной амплитудой ко-
лебаний.
2. Получены соотношения для выбора парамет-
ров разрядной цепи, при которых формируются спе-
циальные испытательные импульсы тока.
Материалы статьи могут быть использованы для
исследования формирующих свойств схем с большим
количеством емкостных накопителей энергии.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Баранов М.И. Применение мощных генераторов им-
пульсных напряжений в схеме с замыкателем нагрузки для
получения больших импульсных токов молнии / Баранов
М.И., Игнатенко Н.Н., Колобовский А.К. // Вестник Нацио-
нального технического университета "Харьковский поли-
технический институт". Сборник научных трудов. Темати-
ческий выпуск: Электроэнергетика и преобразовательная
техника. – Харьков: НТУ "ХПИ". – № 4. – 2004. – С. 37-45.
2. Баранов М.И. Повышение энергетической эффективно-
сти разрядных цепей генераторов больших импульсных
токов с мощными емкостными накопителями энергии /
М.И. Баранов, Н.Н. Игнатенко // Вестник Национального
технического университета "Харьковский политехнический
институт". Сборник научных трудов. Тематический выпуск:
Техника и электрофизика высоких напряжений. – Харьков:
НТУ "ХПИ". – № 49. – 2005. – С. 3-14.
3. Петков А.А. Разряд двух емкостных накопителей энер-
гии на общую нагрузку / А.А. Петков // Вісник Національ-
ного технічного університету "Харківський політехнічний
інститут". Збірник наукових праць. Тематичний випуск:
Техніка і електрофізика високих напруг. – Харків: НТУ
"ХПІ". – № 34. – 2007. – С. 79-85.
4. Олейник О. В. Формирование апериодического импуль-
са при разряде двух емкостных накопителей энергии на
общую нагрузку / О.В. Олейник, А.А. Петков // Вісник На-
ціонального технічного університету "Харківський політех-
нічний інститут". Збірник наукових праць. Тематичний ви-
пуск: Техніка і електрофізика високих напруг. – Харків:
НТУ "ХПІ". – 2009. – № 11. – С. 141-148.
5. Петков А.А. Формирование импульса тока с монотон-
ным нарастанием и спадом значений при параллельной ра-
боте двух емкостных накопителей / А.А. Петков // Електро-
техніка і електромеханіка. – 2009. – № 3. – С. 65-69.
6. Петков А.А. Формализация описания структур разрядных
цепей высоковольтных импульсных испытательных уст-
ройств / А.А. Петков // Електротехніка і електромеханіка. –
2007. – № 1. – С. 73-77.
7. MIL-STD-464A. Department of defense interface standard.
Electromagnetic environmental effects requirements for systems
– AMSC F7489, Area EMCS. – 2002. – 121 P.
Поступила 23.11.2009
Петков Александр Александрович, к.т.н., с.н.с.
Научно-исследовательский и проектно-конструкторский
институт "Молния"
Национального технического университета
"Харьковский политехнический институт"
61013, Украина, Харьков, ул. Шевченко, 47
тел./факс (057) 707-62-80, e-mail: alexp@kpi.kharkov.ua
Petkov A.A.
Formation of special current pulses under parallel
operation of capacitive energy stores.
In the work, feasibility of test various-shape current pulsing is
investigated. Relationships between scheme parameters for for-
mation of current pulses with quasiconstant apex and pulses
with minimal oscillation amplitude are determined.
Key words – oscillation amplitude, current pulse shape,
test device.
|