У роботі стверджується, що «зміна самоіндукції на величину ∆L, що рівносильно збільшенню енергії, що дорівнює 1/2∆Li2». В роботі розглядається збудження параметричних коливань у резонансному колі.
Ви напевно налаштовані на розгляд резонансного ланцюга. Ні, ми розглянемо якраз імпульсно механічні системи. Чому я загострив вашу увагу на термін «параметричне збудження»? - тому що пов'язано все з явищем індукції та самоіндукції і парметру індуктивність.
Індуктивністю (від латинського inductio - наведення, спонукання) називають величину, що характеризує зв'язок між зміною струму в електричному ланцюзі та ЕРС (електрорушійною силою) самоіндукції, що виникає при цьому. Індуктивність позначається великою латинською літерою «L», на честь німецького фізика Ленца. Термін індуктивності запропонував 1886 року Олівер Хевісайд.
Величина магнітного потоку, що проходить через контур, пов'язана із силою струму таким чином: Φ = LI. Коефіцієнт пропорційності L називається коефіцієнтом самоіндукціїконтуру або просто індуктивністю. Значення індуктивності залежить від розмірів і форми контуру, а також від магнітної проникності середовища. Одиницею вимірювання індуктивності є Генрі (Гн). Додаткові величини: мГн, мкГн.
Формули електромагнітної індукції та самоіндукції абсолютно ідентичні: E = - ∆Ф/ ∆t = - L (∆I/∆t) , оскільки магнітний потік самоіндукції виражається формулою: Ф = L * ∆I, де L - коефіцієнт самоіндукції. Як ми можемо змінити індуктивний параметр котушки? Якщо наша котушка намотана на металевий сердечник, то в сердечнику є повітряний проміжок. Якщо ми будемо, під час збудження і самоіндукції, змінювати цей проміжок, то буде змінюватись і параметр котушки - індуктивність. До речі, цю особливість інженери конструктори використовують для проектування відповідних електромеханічних приладів.
Наразі ведуться роботи з використання як автономного джерела енергії для пасажирських вагонів вентильно-індукторних генераторів (ВІГ), які дають змогу збільшити потужність, мають кращі питомі показники і дають змогу підвищити надійність і ремонтопридатність, а також скоротити витрату кольорових металів і конструкційних матеріалів.
ВІГ належить до параметричних електричних машин, принцип його дії заснований на періодичній зміні індуктивності обмотки статора залежно від кутового положення ротора. Магнітопроводи статора і ротора мають полюси, що виступають, - зубці. У пазах статора розташована обмотка зосередженого типу, зубці ротора обмоткою не охоплені і служать для замикання магнітного потоку. За такої конструкції індуктивність обмотки статора змінюється від максимального значення в разі збігу осей зубців статора і ротора (положення зубець-зубець) до мінімального значення в разі положення зубець-паз. На форму кривої індуктивності обмотки, крім кутового положення ротора, впливає ступінь насичення магнітопроводу.
Конфігурацію зубців і западин обирають таким чином, щоб різниця максимальної та мінімальної індуктивностей обмотки, залежно від кута повороту ротора, була якомога більшою. Це сприяє ефективному електромеханічному перетворенню енергії, оскільки від швидкості зміни індуктивності залежить електромагнітний момент і, зрештою, енергія, що надходить до електромагнітного контуру генератора.
Робота генератора здійснюється таким чином (рис. 3.7). Від колісної пари надходить механічна енергія на вал генератора. Під час під'єднання джерела живлення (збудження) в момент, близький до збігу зубців статора і ротора збудженої фази, починає протікати струм в обмотці статора по ланцюгу: С-VT1 - W-VT2-С. Як джерело збудження слугує енергія,
Принцип роботи вентильно-індукторного генератора накопичена в конденсаторі С. Накопичена в конденсаторі С. Під дією механічного моменту, прикладеного до вала ВІГ, зубці ротора віддаляються від зубців статора. При цьому зменшується індуктивність обмотки, що супроводжується наведенням ЕРС в обмотці статора за напрямком, що збігається зі струмом в обмотці. Струм, що протікає в обмотці під дією наведеної ЕРС, складається зі струмом збудження, збільшуючи запас електромагнітної енергії в контурах ВІГ.
Рис. 3.7. Принцип роботи вентильно-індукторного генератора
Коли ротор, рухаючись під впливом зовнішніх сил, досягне положення, близького до положення зубець-паз, за сигналом датчика положення ротора закриваються напівпровідникові ключі VT1 і VT2. Енергія, витрачена на збудження й отримана шляхом електромеханічного перетворення від зовнішнього рушія (колісної пари), надходить у зовнішній ланцюг: С-VD1-W-VD2-С. Замкнутий стан силових напівпровідникових ключів (VT, VT2) припадає на чітко визначену ділянку кутового положення ротора відносно статора - ділянку генераторного режиму. Ця область визначається датчиком положення ротора, сигнал якого подається в систему управління.
Найпростіший приклад парметричної імпульсної механічної машини запропонував Пітер Ліндеманн (США). Щоб виконати зворотний імпульс струму більше за збудження, треба виконати розрахунки магнітного кола (саме зміни параметра індуктивності при обертанні ротора-керна) та електричного контуру.
Виникає питання, хіба може бути імпульс самоіндукції більше, ніж імпульс збудження? Всім відомо, у цій дії спрацьовує закон збереження енергії, і на виході ми отримаємо не більше ніж вклали. Дуже хороше питання, на яке є друге питання, навіщо інженери проектують даний тип електрогенераторів? Про що не написано у підручниках, про що знають інженери-конструктори?
Подібні двигуни та генератри виробляються промислово, мают абривіатуру: Switched Reluctance Motors / Generators (wikipedia.org)
Реактивний двигун з комутацією з лініями магнітного потоку.
Реактивний двигун (SRM) — це електродвигун, який працює за рахунок реактивного крутного моменту і, таким чином, є підгрупою реактивних двигунів. На відміну від поширених щіткових двигунів постійного струму, живлення подається на обмоткистатора (корпусу), а не на ротор. Це значно спрощує механічну конструкцію, оскільки потужність не потрібно подавати на рухому частину, що усуває потребу в комутаторі, але це ускладнює електричну конструкцію, оскільки для подачі живлення на різні обмотки потрібно використовувати якусь систему комутації. Електронні пристрої можуть точно визначати час перемикання струмів, полегшуючи конфігурацію SRM. Головний його недолік - пульсація крутного моменту. [1] Продемонстровано технологію контролера, яка обмежує пульсацію крутного моменту на низьких швидкостях. [2] Джерела розходяться в думках щодо того, чи є це різновидом крокового двигуна. [3]
Така ж електромеханічна конструкція може бути використана і в генераторі. Навантаження послідовно перемикається на котушки, щоб синхронізувати потік струму з обертанням. Такі генератори можуть працювати на набагато більших швидкостях, ніж звичайні типи, оскільки якір може бути виконаний у вигляді цільного шматка намагнічуваного матеріалу, у вигляді щілинного циліндра. [4] У цьому випадку абревіатура SRM розширюється до позначення Switched Reinheance Machine, (разом з SRG, Switched Reluctance Generator). Топологія, яка одночасно є двигуном і генератором, корисна для запуску первинного двигуна, оскільки вона економить спеціальний стартерний двигун.
Перший патент був виданий В. Х. Тейлором в 1838 році в США. Принципи приводів SR були описані приблизно в 1970 році, і вдосконалені Пітером Лоренсоном та іншими з 1980 року. У той час деякі експерти вважали цю технологію нездійсненною,а практичне застосування було обмеженим, частково через проблеми з контролем та невідповідними застосуваннями, а також через те, що низькі обсяги виробництва призводять до вищої вартості.
Російсткою данні прилади мають назву: ВЕНТИЛЬНО-ІНДУКТОРНИЙ ДВИГУН/ГЕНЕРАТОР ( RU2179779C2 )
Як що будудете шукати інформацію то 90% матеріалів буде як раз двигуни, а генераторів дуже мало. Принципово конструкції на перший погляд ні відрізняються.
Було помічено, що графік вихідної напруги SRG , що подається на 15, 25 і 30, отриманий шляхом моделювання та експериментальних результатів, перекривається один з одним.
Крім того, зміни фазового струму SRG в залежності від кутів збудження показані на рис.18 . Встановлено, що вибір кута вимкнення після невирівняного положення ротора та кута повороту до вирівнювання положення полюсів ротора та позитивного крутного моменту збільшує фазовий струм SRG
Малюнок 18 . Графік струму фази А за різними (а) кутами вимкнення (θ) на = 15°), (b) кути включення (θ від = 30°).
Позитивний і негативний момент, що крутить. Одна позиція гальмування інша прискорення. Що мають за цими позначеннями автори важко сказати. Одне точно написано що генератор формує негативний крутний момент (за годинниковою стрілкою) а максимальний імпульс фазового струму при позитивному моменті, що крутить (проти годинникової стрілки) правда є непорозуміння що це означає.
Оскільки SRG працює в діапазоні, де значення індуктивності зменшується (dL/dθ < 0), результуючий момент, що крутить, негативний.
Таким чином, якщо слідувати логіці негативний момент той, який спрямований проти вектора обертання валу, а позитивний момент той, що збігається у векторі обертання. Результуючий момент, що крутить, завжди повинен бути позитивним. Виходячи з цього висновку, максимальний вихід струму з фаз генератора, коли генератор "не гальмує обертання" має позитивний момент, що крутить. Звучить сильно та оглушливо, фактично з таким показником це електромеханічний генератор OU у механічному вигляді. За ідеєю коли зуб ротора виходить із зачеплення із зубом статора. відбувається примусовий розрив магнітного потоку між ними -це негативний крутний момент. Якщо цей момент буде компенсований сусідніми позитивними моментами тяжіння втягування, тоді для приводного двигуна генератора залишиться долати свій негативний момент і системи обертання від тертя.
Якщо подивитися на графік залежності параметра індуктивності та струму в котушці (посилання):
Ми побачимо, що струм збудження, через транзисторний напівміст, подається під час замикання сердечника статора (з котушками) з керном ротора в магнітно-провідний ланцюг. Після досягнення повного замикання зі збудженням, збудження вимикається і через діодний напівміст, імпульс генерації зі збільшенням струму подається до навантаження, і до конденсатора для старту збудження.
Як це може виглядати когда система працює на єдине джерело АКБ (блакітне - збудження, жовте - генерація):
.
Щоб досягти показників СОР 2,5-3,0 треба ретельно проєктувати магнітну та електричну системи. Це не проста система, тому насамперед треба вивчити всі обставини подібних імпульсних електромеханічних приладів.
Заради справедливості, можна помітити, що інформація про такий тип генератора дуже мізерна. Друге, даний тип генератора не працює видачею з фаз синусоїдального сигналу змінного струму, що вимагає серйозного контролера управління. У будь-якому випадку, якщо поставити завдання мінімізувати електромагнітний момент на валу до можливого мінімального значення, таке завдання можливе за умови поділу фаз в окремі ротор-статор, на одному валу зі зміщенням. Виходить, що завдання компактності та вартості в цілому, важливіше зменшення електромагнітного моменту генератора. Питання не стоїть у неможливості , а в комерційній доцільності.
За однаковим принципом дії, але за інтшим конструкторскім рішенням був створений електроприлад МГ-1(МГ-2, МГ-3) РЕКУПЕРАЦИОННЫЙ МОТОР-ГЕНЕРАТОР [Канарев Ф.М.]
із тексту патенту «Перевищення електричної енергії, генерованої мотором-генератором, над напругою, необхідною, залежить від параметрів імпульсу ЕДС самоіндукції, на обмеженні яких енергія не витрачається, так як він виникає в момент розриву електричної мережі, за якою виділяється енергія від первинного джерела живлення. в іммобілізації ротора. Фахівцям відомі фактори, що впливають на величину імпульсу ЕДС самоіндукції. Тому у них є можливість проектувати мотори-генератори із заданим підвищенням вихідної електричної енергії над входом».
.