1598005429-afd80cdf49ba7e5f6ece6b974d8fd3c4 (811213), страница 11
Текст из файла (страница 11)
При выходе перемычки с магнитами РЗМ за площадь проекций стержней магнитопровода магнитный поток снова примет значение, близкое к нулю. Для упрощения расчетов примем площади поперечного сечения стержней млгнитопровода и магнитов РЗМ одинаковыми, а скорость движения перемычки неизменной и равной максимальной скорости орбитального движения частиц воды в волне при принятой амплитуде (А =1 м). Тогда длительность индукции, определяемая нами как время достижения магнитным потоком своего максимального или минимального значений, определится формулой гь 6 ° 005 2 я 2 . 3 14 .
1 0г1 Фактически оно будет несколько больше, так как рост магнитного потока начнется через воздушный зазор несколько раньше подхода кромки магнитов к краю стержня. Вычислим максимальное значение злектродвижущей силы, возникающей на концах обмотки при принятых условиях. Согласно формуле Максвелла, она будет равна лш зг у = — Иг —,= — Ил,— = мгие г Я ° 10г ° 1,7 - 10о 10 г 5-10 г Для определения мощности необходимо вычислить квадрат эффективного значения электрического напряжения за период поверхностной волны. Искомая величина определится выражением оз У,З вЂ”вЂ” — ~ У~, з(поогЬой, о где ог=2го/=62,8 — угловая частота переменного тока, возбуждаемого в обмотках преобразователя (800 витков) 50 при колебаниях перемычки с постоянными магнитами РЗМ; /=1/21=(2 3,14 0,05) 2=10 Рц.
Чтобы вычислить квадрат действующего значения электрического напрягкения эа период поверхностной волны согласно приведенному выше интегралу, воспользуемся подстановкой з1 в' ы1 = 112 — 1 12 соз 2ог1 = 112(1 — соз 2ог1). Подставляя принятые выше значения, получаем О, =- — „' (1 — соз 2. 62,8 0,1)= „' =6,1Ьг. г 27ол 27г ° 0,1 2 ° З Ч тобы вычислить электричоскую мощность, необходимо знать внутреннее сопротивление обмотки и сопротивление полезной нагрузки.
Сопротивление обмотки п бразователя, состоящей из 800 витков медной проволоки диаметром 2,56 мм, равно примерно 1 Ом. Исходя из условия получения максимальн>й мощности, примем сопротивление полезной нагрузки также в 1 Ом; в этом случае суммарная электрическая мощность преобразователя У,,=6,1/1+1=3,1 Вт. П и р равенстве сопротивления нагрузки внутреннему сопротивлению генератора электрический КПД преобразователя составляет 50 %. Следовательно, на полезной нагрузке выделится только половина от полученной циф ы, т. е. всего 1,55 Вт. йци ры, По поводу этого расчета необходимо сделать несколько замечаний. Если правильно выбрать размеры плиты, то за один период поверхностной волны двигкимая ее энергией плита совершит два полуколебания. Первое — при прохождении гребня в направлении зго движения, второе — при прохождении ложбины волны, в этом случае направление движения плиты будет прямо противоположно направлению ее движения за счет г ебня.
Чтобы пл а плита в действительпости совершала эти ьолебания, зе размер по вертикали а„должен быть достаточно велик и составлять не менее 2,5 Л (где А — амплитуда поверхностной волны). Это условие определяется необходимостью иметь достаточную смоченную поверхность плиты во время прохождения ложбины волны. При его выполнении поит лезная электрическая мощность преобразователя у ося, т.
е. мы получим ие 1,55, а около 3,1 Вт. я удво- 4Ф 51 Фактически мощность была даже несколько больше при меньшей амплитуде поверхностных волн. Увеличение мощности произошло благодаря некоторым нелинейным эффектам, не учтенным в расчете в. Речь идет прежде всего о силе притяжения магнитов РЗМ к сердечнику преобразователя из трансформаторного железа. Сила эта достаточно велика; она не подчиняется закону синуса и зависит от многих параметров, в том числе от положения магнитов относительно сердечника.
Существенную нелинейность вносит тангенциальная составляющая этой силы, изменяющаяся пл направлению и величине от нуля до максимума при колебаниях перемычки с магнитами РЗМ под действием волн. Максимальная величина тангенциальной составляющей силы притяжения при применении двух магнитов РЗМ достигает 40 кг; цифра эта достаточно велика для маленького макета. Она сравнима по своей величине с силой давления волн на плиту, которая также не подчиняется гармоническому закону. Оценим величину силы давления волн 'на плиту по формуле Р= Кр„Я„г'з, где Р— суммарная сила давления волн, кг; К=1 — коэффициент обтекания плиты (приближенное значение); р„=102 кгс'/ме — массовая плотность воды; Я„=0,5 мв— площадь плиты; е',=1 м/с — горизонтальная составляющая волновой скорости; 7=1 102 0,5 1'=50 кг.
Расчет силы давления соответствует моменту, когда гребень волны набегает на плиту, стоящую неподвижно в положении равновесия. Принимается, что перед набеганием волны плита висит вертикально под действием силы тяжести и силы притяжения магнитов РЗМ к торцам сердечника; в этот момент тангенциальная составляющая силы притяжения магнитов равна нулю. Расчет показывает, что при принятых параметрах величина силы волнового давления близка к силе статического притяжения магнитов. Если сила в"лнового давления по какой-либо причине уменьшится до 40 кг, то плита не в Смл Верюинснив В.
В., Сидоренко А. А., Деесисюн И. В. Волновая электростанция с качающвмся гснвратором. — В кв: Методы првобравованвя опсргкн океана. Владивосток; Т011 ДВНЦ АН СССР, 1983, с, 81 — 96. сдвинется заметным образом от положения равновесия и акта индукции не произойдет. Это может случиться, например, при прохождении ложбины волны, так как смоченная площадь плиты будет значительно меньше, чем во время прохождения гребня. Это свидетельствует о том, что у преобразователя имеется порог срабатывания по орбитальной скорости поверхностных волн; если горизонтальная составляющая орбитальной скорости и соответственно давление волн на плиту становятся ниже некоторой величины, то колебания плиты прекращаются. Поэтому Рнс.
7. Осцнлтограммы электрического напряження, возвикжощего на нагрузке при колебаниях плиты под действием волн процесс возбуждения электрических колебаний имеет существенно нелинейный характер, что подтверждается осциллограммой, приведенной на рис. 7. Осциллограмма показывает электрическое напряжение, зарегистрированное на омической нагрузке преобразователя во время его испытаний на морском причале. Импульсы электрического напряжения на нагрузке весьма далеки от синусоидальной формы кривой; они имеют сложную форму, причем ббльшие импульсы чередуются с малыми, что объясняется сложной игрой нелинейных сил. Па осциллограмме, соответствующей одному периоду поверхностной волны, можно увидеть всего четыре относительно больших импульса электрического напряжения.
Первый импульс (считая слева направо) соответствует выходу магнитов из-под торцов сердечника под давлением. гребня подошедшей волны; максимальное значение напряжения достигает 3 В. После прохождения гребня давление волны на плиту ослабевает и она возвращается в положение равновесия; магниты входят под торцы сердечника. Процесс' этот совершается быстрее их выхода, поэтому индуцируемое напряжение достигает примерно 4,5 В. Третий импульс'соответствует второму выходу магнитов за счет прохождения ложбины волны, его максимальное значение напряжения достигает лишь 2,5 В.
По 52 83 окончании прохождения ложбины плита и связанная с ней перемьгпта с магнитами снова возвращаются в положение равновесия, при этом возбуждается четвертый импульс величиной около 4 В. Большие импульсы напряжения получаются, когда магниты входят в рабочий аазор сердечника. В этом случае направление момента тангенциальной составляющей силы притяжения магнитов совпадает с моментом силы тяжести плиты и штанги; кроме того, при окончании любой фазы волны (т.
е. гребня или ложбины) направление момента силы давления от начинающейся новой фазы совпадает с моментами этих двух сил. Поэтому возрастает скорость движения магнитов, увеличивается скорость изменения магнитного потока через магнптопровод, возрастает индуцируемая ЭДС и напряжение на нагрузке. Пики напряжения меньшей величины всегда наблюдались при выходе перемычки с магнитами из положения равновесия. В этом случае момент тангенциальной составляющей силы притяжения противоположен моменту силы волнового давления. Естественно, что скорость движения магнитов меныпе, меньше индуцируемая ЭДС и напряжение на нагрузке.
На осциллограмме рис. 7 после второго импульса можно увидеть еще два импульса малой амплитуды; нх происхождение, возможно, связано с отраженными от берега вол- НОМИ. Во время проведения экспериментов отмечено влияние собственной частоты колебаний плиты иа генерируемую мощность. При более строгом анализе процесса преобразования энергии необходимо также учесть так называемую пондеромоторную силу (или силу Ампера).
Она вызвана взаимодействием индуцированного тона в обмотках с магнитным полем возбуждающих магнитов. Пондеромоторную силу можно оценить по формуле Р, = 1,02 ВЕЕ 10 ' кг, где  — магнитная индукция в зазоре, Гс; 1 — суммарная длина провода обмотки, см; Х вЂ” ток через обмотку,'А, Расчет показывает, что в нашем случае значение силы )г, не превосходит 0,25 кг, поэтому в ориентировочном расчете ею можно' пренебречь. Незначительность этой величины свидетельствует, в ч.стностн, о том, что у пре оорззователя имеются значительные возможности в смысле 'увеличения генерируемой мощности.
Этого можйо достигнуть различными путями. Например, для увеличения генерируемой мощности в 10 раз можно увеличить магнитный поток в ~)10, т. е. примерно в 3,16 раза; для этого потребуются два магнита РЗМ площадью по 6 л смз. При выполнении этого условия легко получить мощность в 30 — 40 Вт. Такой мощности вполне достаточно для обеспечения энергоснабжения навигационного оуя или буя дчя передачи информации о гидрофизических параметрах океана. Для увеличения мощности в 100 раз, т.
е. для получения 300 — 400 Вт, магнитный поток при всех остальных неизменных данных потребуется увеличить в 10 раз; этого можно доонться применением нескольких пар магнитов РЗМ вместэ одной. Такой способ удобнее, так как позволяот ввести автоматическую компенсацито силы статического притяжения магнитов, что облегчит условия работы преобразователя и позволит говорить о соаданин генераторов такого типа мощностью до нескольких десятков киловатт.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
