ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Емкостный накопитель электрической энергии из "Электроискровой источник упругих волн для целей наземной сейсморазведки " Основным элементом электроискрового источника является накопитель электрической энергии. По ряду соображений технического, технологического и эксплуатационного характера в качестве накопителя энергии, за редким исключением, в технике сильных импульсных токов используются конденсаторы, Отметим сразу же, что возможные конструкции чисто индуктивных, электромеханических накопителей типа тяжелых маховиков, сопряженных с электрическими генераторами или выполненных в виде линейных моторов-генераторов - движущихся с большой скоростью катушек индуктивности, - по удельной весовой энергоемкости на порядок и более могут превосходить емкостные накопители. Они обычно используются в стационарных установках, но в настоящее время являются громоздкими и сложными устройствами, несмотря на большие надежды, связываемые с ними в технике импульсных токов. [c.10] Расчет и конструирование емкостных накопителей представляет собой самостоятельный раздел электротехники, и существует множество способов их конкретной реализации, описанных, в частности, в работе /37/. Применительно к электроискровым источникам, предназначенным для нестационарной установки, учитывая специфику их эксплуатации в полевых условиях, представляются особенно важными два момента КПД в режиме накопления энергии (зарядки емкостей) и ее хранения и высокая надежность и безопасность при эксплуатации. Известные технические требования к максимальному КПД при разряде на нелинейную нагрузку, обеспечение определенного временного характера разрядного тока как функции времени и других являются общепринятыми и далее обсуждаются лишь применительно к конкретным ситуациям. [c.11] Обеспечение максимального КПД зарядной цепи рассмотрим в общем случае. Эквивалентная электрическая схема представлена на рис. 1.1, где 7/ - суммарное чисто мнимое сопротивление зарядной цепи, включающее и внутреннее сопротивление ис точника энергии R R (t)- суммарное чисто омическое сопротивление, включающее внутреннее сопротивление источника энер ГИИ, подводящих проводов, потери в конденсаторе, выпрямителе и т.п.. у = у - в общем случае зависящее от времени суммарное омическое сопротивление утечек, шунтирующее зарядную емкость - ток, текущий через зарядную емкость ток, текущий через сопротивление утечки. [c.11] Второй и третий члены (1 являются неотрицательными ве-личинами, причем неотрицательны величины, стоящие и в числителе, и в знаменателе. [c.12] Следовательно, максимально возможный КПД достигается при условии i (t) iQ ZOn%b т.е. в режиме заряда накопительного конденсатора постоянным током. [c.13] Другими словами, напряжение источника энергии должно изменяться во времени по линейному закону со скачкообразным изменением от U(t - О при 0, до при t = 0. [c.13] Рассмотренные принципиальные соотношения показывают, что всегда, когда это возможно, в качестве первичного источника энергии следует использовать генераторы постоянного тока, чего обычно не делается на практике. Если учесть, что в таком варианте не требуется и выпрямитель, а регулировка изменения выходного напряжения генератора U(t) по линейному закону достигается достаточно простыми схемотехническими решениями, становится ясно, какого рода проигрыш имеет место. Единственное, но достаточно серьезное возражение против использования рассмотренного решения заключается в трудности получения напряжений U(t) от сети постоянного тока со значениями более 300-500 В, как это требуется для электроискрового источника сейсмического назначения, без специальных схем умножения напряжения. В этом аспекте применение дпя зарядки переменного напряжения и повышающих трансформаторов позволяет более гибко варьировать значениями напряжения накопителя. Технические аспекты этого вопроса будут рассмотрены ниже. [c.14] Предприняты многочисленные попытки обойти эти затруднения за счет компромисса между принципиально достижимыми показателями и простотой технической реализации идеи заряда постоянным током. К такого рода решениям относятся фазовое управление с регулируемым углом отсечки, следящие системы с отрицательной последовательной обратной связью, ступенча-тое регулирование выходного напряжения первичного генератора переменного тока и т.п. Схемы такого типа требуют либо мощных силовых электронных элементов, либо силовых ключевых элементов типа тиристоров, симисторов или одновременно и тех и других. В результате этого резко усложняются управ-. ляющие и следящие системы, возникает необходимость в высококвалифицированном обслуживании и неизбежное снижение надежности функционирования накопителя в целом по сравнению со схемами, использующими чисто пассивные элементы. [c.16] Идея линеаризации заряда лежит в основе ряда схем, использующих чисто реактивные элементы, которые, как известно, не потребляют энергии и при определенных условиях зарядки в пе- реходном режиме обеспечивают на значительном временном интервале квазилинейное возрастание напряжения. и почти постоянное амплитудное значение зарядного тока. Их особенностью яв- ляется нерезонансный характер развития переходного процесса, а следовательно, и отсутствие такого опасного явления, как возникновение режима короткого замыкания или чрезмерного роста выходного напряжения при отключении или обрыве нагрузки. [c.16] Коэффициент полезного действия рассматриваемой схемы достигает 80-90% /3/. [c.18] Многолетняя практика эксплуатации накопителя, построенного по описанной схеме показала, что-Схема является надежной, простой в обслуживании и удобной в смысле перестройки ее па--раметров при необходимости изменять р широких пределах значения С при заданной мощности первичного источника энергии. Для этой цели емкость Ср набирается из т отдельных емкостей Ср путем параллельного, последовательного или смешанного соединения с пределами регулировки от С /т т СрШ, т.е. в /тг раз. [c.18] Важным с эксплуатационной точки зрения достоинством всех схем заряда постоянным током является щадящий режим эксплуатации источника питания. Отбор мощности из питающей сети идет по линейному закону практически с нуля Рр i0R до значений R(t -pQ ipR ty в конце линейной части заряда. Этот щадящий режим особенно важен для нестационарных установок, питаемых от электроагрегатов с приводом от двигателей внут- реннего сгорания. [c.18] В реальных установках по схеме Аркадьева-Маркса, имеющих многочисленные модификации, обычно используются дополнительные вентильные резистивные или динамические элементы развязки, позволяющие производить заряд-разряд без механического разрыва цепей питания и емкости ме вду собой. [c.20] Таким образом, переход на параллельную схему заряда и последовательную разряда позволяет сэкономить в весе и габа- ритах накопителя десятки и сотни килограмм и сотни кубических дециметров. Конкретные цифры, характеризующие преимуще-. ства одной схемы заряда перед другой, можно получить из следующих оценок. [c.20] При выборе энергии электроискрового источника, предназначенного для работ по МОГТ и ВСП с глубинностью разведки в несколько тысяч метров, можно опираться на данные, полученные из опыта использования электроискрового источника в морской сейсморазведке. [c.20] Несмотря на то что указанные оценки весьма приближенны, экспериментальные исследования, как будет показано ниже, хорошо подтверждают их. [c.21] Вернуться к основной статье