Про вибір раціональних розмірів сегнетоелектричної робочого тіла імпульсного генератора напруги

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

к.т.н. Д.В. Третьяков

1. Введення

У статті розглядається генератор електричного напруги, що перетворює енергію механічного удару в електричну енергію. Основним елементом розглянутого генератора є сегнетоелектричної робоче тіло, по якому в процесі функціонування генератора рухається ударна хвиля. Навантаженням для розглянутого генератора є конденсатор, а індуктивність та активний опір навантаження незначні.

У цій статті пропонуються оціночні емпіричні залежності, за якими може бути проведений попередній вибір геометричних розмірів сегнетоелектричної робочого тіла. Також вказуються методи уточнення параметрів генератора в процесі його конструкторської відпрацювання.

2. Конструкція генератора.

Як вже зазначалося вище, основним елементом розглянутого генератора є сегнетоелектричної робоче тіло. У загальному випадку, в робочому тілі можливе формування ударної хвилі, що рухається в напрямку колінеарні або перпендикулярному напрямку спонтанної поляризації сегнетоелектричної матеріалу. Відмінність у фізичних процесах при різних напрямках руху фронту ударної хвилі аналізується в роботах / 1,2 /. Остаточний вибір раціонального напрямку руху фронту ударної хвилі може бути зроблений тільки з урахуванням конкретного типу і призначення проектованого вибухового генератора. Так, при розробках малогабаритних джерел НВЧ v випромінювання у багатьох вдалих конструкціях напрямок руху фронту ударної хвилі було колінеарні напрямку спонтанної поляризації робочого тіла / 3 /. Для розглянутого у цій статті вибухового генератора електричного напруги, як випливає з попередніх робіт і як показали експерименти, проведені автором, кращим є напрям руху фронту ударної хвилі перпендикулярне напрямку спонтанної поляризації робочого тіла.

При зазначеному виборі напрямку руху фронту ударної хвилі, робоче тіло являє собою паралелепіпед з сегнетоелектричної матеріалу, протилежні грані якого мають металеве покриття. Позначення розмірів робочого тіла наведено на рис. 1.

Існують різні відомі методи для формування в робочому тілі ударної хвилі, заданої форми. Мінімальна маса конструкції генератора може бути досягнута при формуванні ударної хвилі за рахунок спрацювання невеликого заряду вибухової речовини / 4,5 / масою 1-3 грами.

Рис. 1. Сегнетоелектрічеськие робоче тіло.

3. Фізичні процеси, що протікають в генераторі. Еквівалентна схема генератора.

Можливі два підходи до опису процесів, що відбуваються в генераторі. По-перше, це модель процесу, заснована на описі п'єзоелектричного ефекту. Для великого числа застосовуються на практиці сегнетоелектричних джерел електричної напруги єдино придатною є тільки ця модель. По-друге, слід зазначити модель, яка передбачає, що по робочому тілу рухається ударна хвиля, яка має інтенсивність, достатню для перекладу матеріалу з сегнетоелектричної в параелектріческое стан. У цій моделі саме зміна стану матеріалу обумовлює генерацію електричної напруги. Зокрема, цей підхід описаний в роботах / 1-5 / і ряді інших робіт. Такий підхід передбачається і в цій статті.

Рис. 2. Еквівалентна електрична схема генератора. У реальному рукції, навіть за наявності в робочому тілі досить сильною ударної хвилі, в ньому, тим не менш, обов'язково буде присутній і п'єзоелектричний ефект. Крім того, дана модель не враховує дуже складну картину реальної системи ударних і акустичних хвиль, що поширюються по робочому тілу. Всі ці неточності моделі, обумовлені прийнятими допущеннями, можуть бути компенсовані вибором величин емпіричних коефіцієнтів.

При зазначеному підході до моделювання процесу, еквівалентна електрична схема сегнетоелектричної генератора може бути представлена ​​у вигляді, показаному на рис. 2. Обгрунтування представленої еквівалентної електричної схеми дано в роботі / 5 /. Інтенсивність процесу деполяризації сегнетоелектричної робочого тіла буде характеризуватися параметрами джерела струму i0. Ємність сегнетоелектричної робочого тіла позначена на схемі Cg. Змінний опір Rg, в узагальненому вигляді характеризує різного роду витоку заряду. Залежності величин i0 і Rg від часу можуть бути взяті, наприклад, з роботи / 5 /.

Навантаження може бути представлена ​​у вигляді послідовно з'єднаних між собою активного опору R, індуктивності L і ємності C. Характеристики навантаження звичайно бувають хоча б приблизно відомі до початку проектування генератора.

На рис. 3, запозичений із роботи / 5 /, наведена типова залежність напруги на ємності навантаження від часу. Суцільна крива на цьому малюнку отримана при випробуваннях сегнетоелектричної робочого тіла, в якому площа ударної хвилі становила 4,8 см2, а шлях ударної хвилі по робочому тілу 20 мм. Матеріал робочого тіла v п'єзоелектрична кераміка ЦТС-19. Конструкція генератора монтувалася в пластмасовому корпусі циліндричної форми із зовнішнім діаметром 40 мм і довжиною 42 мм. Маса заряду вибухової речовини становила близько 3 р. Генератор підключався до навантаження з ємністю 1000 пФ, індуктивністю 30 мкГн і з активним опором кілька десятків Ом. При функціонуванні генератора напруга на ємності навантаження підвищувався до 35 кВ. Пунктирна крива на рис. 3 була розрахована за програмою, написаної у відповідності з викладеною в роботі / 5 / методикою.

Рис. 3. Експериментальна та теоретична залежності напруги на ємності навантаження від часу.

4. Попередня оцінка параметрів сегнетоелектричної робочого тіла.

Передбачається, що заданими до початку проектування є ємність конденсатора навантаження C, енергія, запасна в конденсаторі навантаження на момент закінчення роботи генератора, і тривалість функціонування генератора. Тривалість функціонування генератора можна прийняти рівною часу руху фронту ударної хвилі по робочому тілу.

В якості першого наближення може бути взято сегнетоелектричної робоче тіло у вигляді паралелепіпеда з наступними геометричними розмірами (рис. 1):

- Відстань між контактними поверхнями

;

- Площа контактної поверхні ()

;

де - напруженість електричного поля, при якому відбувається пробій матеріалу робочого тіла.

- Скачок поляризації на фронті ударної хвилі.

, Про вибір раціональних розмірів сегнетоелектричної робочого тіла імпульсного генератора напруги - Безрозмірні емпіричні коефіцієнти узагальнено характеризує різні втрати енергії при функціонуванні генератора.

Розмір робочого тіла в у напрямку руху ударної хвилі:

,

де - швидкість руху фронту ударної хвилі.

Ширина робочого тіла.

Площа фронту ударної хвилі ():

Значення, Про вибір раціональних розмірів сегнетоелектричної робочого тіла імпульсного генератора напруги і залежать від тиску на фронті ударної хвилі. Однак, за відсутності даних з цієї залежності, за величину може бути прийняте значення статичної електропрочності. При відсутності значень стрибка поляризації на фронті ударної хвилі або швидкості руху фронту ударної хвилі вони наближено можуть бути замінені на, відповідно, залишкову поляризацію і швидкість звуку в матеріалі робочого тіла. При цьому при проведенні розрахунків доцільно коригувати значення та Про вибір раціональних розмірів сегнетоелектричної робочого тіла імпульсного генератора напруги .

Маса сегнетоелектричної робоче тіло може бути оцінена по залежності:

де щільність матеріалу робочого тіла.

5. Висновок.

Для отримання раціональної конструкції сегнетоелектричної генератора напруги геометричні розміри його робочого тіла можуть бути обрані виходячи з наведених у розділі 4 залежностей.

Рис. 4. Випробування чотирьох поєднаних між собою генераторів, змонтованих в обном корпусі.

Корпус генератор у вигляді тора лежить на землі. Вгорі видно соленоїд і конденсатори навантаження. Після попереднього вибору розмірів робочого тіла перед початком експериментальної відпрацювання генератора доцільно провести уточнюючі розрахунки, наприклад, за методикою викладеної в роботі / 5 / і провести коригування конструктивних параметрів.

У загальному випадку в електричний ланцюг може бути включено кілька з'єднаних між собою генераторів описуваного типу. На рис. 4 представлено випробування чотирьох генераторів, змонтованих в одному корпусі.

Список літератури

Є.З. Новицький, В.Д. Садунов, Г.Я. Карпенко Поведінка сегнетоелектриків в ударних хвилях. Фізика горіння і вибуху. 1978, т. 14, | 4, с. 115 - 129.

Є.З. Новицький, В.Д. Садунов Енергетичні характеристики сегнетоелектрики як робочого тіла перетворювача енергії УВ. Фізика горіння і вибуху. 1985, т.21, | 5, с. 104 - 107.

Пріщепенко А.Б., Третьяков Д.В., Щелкачев М.В. Баланс енергії вибухового п'єзоелектричного генератора частоти. v Мегагауссная і мегаамперная технологія і застосування / Праці конференції v Саров, ВНІІЕФ, 1997, с.954-958.

Пьезокерамический джерело живлення ВМГ. / Демидів В.А., Садунов В.Д., Казаков С.А. та ін / у збірнику: Мегагауссная і мегаамперная технологія і застосування / Праці конференції v Саров, ВНІІЕФ, 1997, с.347-350.

Третьяков Д. В. Оцінка параметрів вибухового генератора напруги з сегнетоелектричних робочим тілом. v Електрика. 2000, | 12, с. 56-61.


Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Реферат
19.1кб. | скачати


Схожі роботи:
Іонно-плазмові двигуни з високо-частотної безелектродний іонізацією робочого тіла
Розрахунок параметрів робочого процесу та вибір елементів конструкції тепловозного дизеля
Розрахунок параметрів робочого процесу і вибір елементів належать конструкції тепловозного двигуна
Кавітація в турбінах і вибір відмітки робочого колеса Конструкція основних вузлів гідрогенераторів
Визначення та обчислення об єму тіла за площами паралельних перерізів об єм тіла обертання
Психологія тіла Біоенергетичний аналіз тіла Лоуен
Поняття про зовнішніх і внутрішніх силах зумовлюють положення тіла у просторі
Розрахунок імпульсного підсилювача
Про велику вітчизняному війні Моральний вибір героїв у творах про велику вітчизняну війну
© Усі права захищені
написати до нас