Электрическое емкостное устройство

 

Использование: электрические цепи. Сущность изобретения: в электрическом емкостном устройстве, содержащем электрическую машину с подвижным инерционным элементом, включающую, например, систему возбуждения и обмотки, имеющие ветви и содержащие активные проводники, электрическая машина выполнена с возможностью обеспечения любой скорости движения подвижного инерционного элемента, в частности машину пульсирующего тока, коллекторную машину. Технический результат: повышение эксплуатационных качеств. 5 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к электрическим емкостным устройствам и может быть использовано в электрических цепях.

Известно электрическое емкостное устройство [1] Недостатком данного устройства являются низкие удельные энергетические показатели.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является электрическое емкостное устройство, содержащее электрическую машину с подвижным инерционным элементом, включающую, например, систему возбуждения и обмотки, имеющие ветви и содержащие активные проводники [2] Недостатком данного устройства являются ограниченные область применения и удельные энергетические показатели, обусловленные тем, что электрическая машина может работать лишь при фиксированной скорости движения подвижного инерционного элемента.

Цель изобретения расширение области применения и повышение удельных энергетических показателей.

Цель достигается тем, что в электрическом емкостном устройстве, содержащем электрическую машину с подвижным инерционным элементом, включающую, например, систему возбуждения и обмотки, имеющие ветви и содержащие активные проводники, электрическая машина выполнена с возможностью обеспечения любой скорости движения подвижного инерционного элемента.

Кроме того, оно может быть снабжено накопителем кинетической энергии; оно может быть выполнено с возможностью изменения электрической емкости, например, путем изменения массы накопителя кинетической энергии, возбуждения, числа активных проводников или схемы соединения ветвей обмоток; оно может быть выполнено с возможностью проявления емкостных качеств в отношении знакопостоянного электрического сигнала, например, в виде машины постоянного тока; оно может быть выполнено с возможностью проявления емкостных качеств в отношении несущей частоты электрического сигнала, например, в виде машины пульсирующего тока; оно может быть выполнено с возможностью проявления емкостных качеств в отношении огибающей электрического сигнала, например, в виде машины переменного тока, в частности, коллекторной.

Электрическое емкостное устройство содержит электрическую машину с подвижным инерционным элементом, включающую, например, систему возбуждения и обмотки, имеющие ветви и содержащие активные проводники, причем, электрическая машина выполнена с возможностью обеспечения любой скорости движения подвижного инерционного элемента.

Кроме того, оно может быть снабжено накопителем кинетической энергии; оно может быть выполнено с возможностью изменения электрической емкости, например, путем изменения массы накопителя кинетической энергии, возбуждения, числа активных проводников или схемы соединения ветвей обмоток; оно может быть выполнено с возможностью проявления емкостных качеств в отношении знакопостоянного электрического сигнала, например, в виде машины постоянного тока; оно может быть выполнено с возможностью проявления емкостных качеств в отношении несущей частоты электрического сигнала, например, в виде машины пульсирующего тока; оно может быть выполнено с возможностью проявления емкостных качеств в отношении огибающей электрического сигнала, например, в виде машины переменного тока, в частности, коллекторной.

Устройство работает следующим образом.

При подключении устройства, выполненного с возможностью проявления емкостных качеств в отношении знакопостоянного электрического сигнала, например, в виде машины постоянного тока к источнику постоянного напряжения ток через его якорную обмотку в первый момент будет максимальным, скорость вращения ротора и противо-ЭДС равны нулю. По мере увеличения скорости ротора противо-ЭДС будет возрастать, а ток убывать. Когда значение противо-ЭДС будет равно приложенному напряжению, ток станет равным нулю. При этом запасенная кинетическая энергия станет максимальной для данного уровня напряжения. Этот процесс аналогичен процессу заряда конденсатора.

При отключении источника напряжения вращение ротора будет сохраняться, следовательно на зажимах якорной обмотки будет сохраняться постоянное напряжение (например, в машине независимого возбуждения).

При замыкании обмотки якоря на резистор, через него пойдет ток, возникает тормозной момент, скорость начнет уменьшаться, напряжение тоже станет убывать. В конце процесса скорость ротора, напряжение и ток станут равным нулю. Этот процесс аналогичен процессу разряда конденсатора.

При подключении устройства, выполненного с возможностью проявления емкостных качеств в отношении несущей частоты электрического сигнала, например, в виде вращающей машины пульсирующего тока к источнику синусоидального напряжения, условия механического и электрического равновесия запишутся в виде: где J момент инерции ротора, ϕ угловая координата ротора, B магнитная индукция (полагаем ее постоянной), l длина активной части проводников якорной обмотки, n -число проводников под полюсами, i ток якоря,
r -радиус ротора,
E ЭДС источника,
w циклическая несущая частота. Трением пренебрегаем. Обозначим Bln y. Из второго уравнения

Подставим в первое

Обозначим

Тогда

Ищем решение в виде:

Подставим в (1)

Отсюда

Пусть в начальный момент времени скорость ротора была равна нулю, т.е.

с учетом этого перепишем второе уравнение исходной системы
0+Esinω0 = R(C₁+C₂),
т.е.

В установленном режиме i₁ станет равным нулю и i i₂.

где

Для цилиндров , следовательно
по формуле синуса суммы свернем выражение для i.

При ток опережает приложенное напряжение на и реактивное сопротивление X_m имеет емкостной характер.

При подключении устройства, выполненного с возможностью проявления емкостных качеств в отношении огибающей электрического сигнала, например, в виде машины переменного тока, в частности, коллекторной к источнику модулированного переменного напряжения, условия механического и электрического равновесия запишутся в виде:

где Ω циклическая частота модулирующего сигнала, причем,
W < ω, B_m, I_m амплитудные значения в течение периода частоты w (I_m меняется в течение периода частоты W ), E_Mm - амплитудное значение изменяющейся амплитуды ЭДС, т.е. амплитуда огибающей амплитуды.

При достаточно массивном роторе пульсации вращающего момента нивелируются и поэтому уравнение механического равновесия можно записать:

где B, I действующие значения в течение периода частоты ω.

Полагаем B неизменным, что возможно, например, при независимом возбуждении. Разделив члены первого уравнения системы на sinωt и умножив на 0,707, также перейдем к действующим значениям. Исходная система приобретает вид:

Здесь E_M амплитудное значение изменяющегося действующего значения ЭДС, т. е. амплитуда огибающей действующего значения. Данная система уравнений аналогична системе, рассмотренной в предыдущем случае, с той разницей, что здесь рассматривается не мгновенное значение тока, а мгновенное значение действующего значения тока в течение периода частоты ω. Ее решение:


Здесь I_M амплитудное значение изменяющегося действующего значения, т.е. амплитуда огибающей действующего значения.

Изменяющееся (синусоидальное) действующее значение тока опережает синусоидальное действующее значение приложенного напряжения, следовательно устройство имеет емкостной характер в отношении огибающей.

Сказанное справедливо и для огибающей амплитудного значения:
I_m= I_Mmsin(Ωt+α).
При подключении этого устройства к источнику синусоидального напряжения неизменной амплитуды, а также при его разряде на резистор произойдут процессы, аналогичные описанным в первом примере для знакопостоянного напряжения, с той разницей, что ток будет переменным. Его огибающая повторит форму тока в первом примере.

Таким образом, предлагаемое электрическое емкостное устройство, в отличие от прототипа, выполнено с возможностью обеспечения любой скорости движения подвижного инерционного элемента, что расширяет область его применения и повышает удельные энергетические показатели.

Эффективность электрического емкостного устройства обуславливается повышением его эксплуатационных качеств.

Формула изобретения

1. Электрическое емкостное устройство, содержащее электрическую машину с подвижным инерционным элементом, включающую, например, систему возбуждения и обмотки, имеющие ветви и содержащие активные проводники, отличающееся тем, что электрическая машина выполнена с возможностью обеспечения любой скорости движения подвижного инерционного элемента.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено накопителем кинетической энергии.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью изменения электрической емкости, например, путем изменения массы накопителя кинетической энергии, возбуждения, числа активных проводников или схемы соединения ветвей обмоток.

4. Устройство по пп. 1 3, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью проявления емкостных качеств в отношении знакопостоянного электрического сигнала, например в виде машины постоянного тока.

5. Устройство по пп. 1 4, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью проявления емкостных качеств в отношении несущей частоты электрического сигнала, например в виде машины пульсирующего тока.

6. Устройство по пп. 1 5, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью проявления емкостных качеств в отношении огибающей электрического сигнала, например в виде машины переменного тока, в частности коллекторной.