Аналитическое исследование переходных процессов в электрическом амортизаторе

Аннотация

Кинетическая энергия вибрации при езде электромобиля по неровной дороге обычно переходит в тепловую энергию в механических амортизаторах и других средствах демпфирования и рассеивается, т. е. энергия расходуется расточительно. Применение электрического амортизатора позволяет преобразовать энергию вибраций в электрическую энергию и затем сохранить ее в аккумуляторе. Амортизатор состоит из цилиндрического линейного генератора с постоянными магнитами, пружины и аккумулятора электрической энергии. Генератор, работающий как демпфер и преобразователь, совместно с батарей являются основными частями амортизатора. Основная цель статьи — анализ характера переходного процесса при воздействии ступенчатой нагрузки.

Генератор постоянно работает в переходном режиме, описывающемся системой дифференциальных уравнений (ДУ) третьего порядка, которая характеризует переходной процесс в электрической цепи и колебания механической части амортизатора. В зависимости от коэффициентов ДУ переходной процесс может быть апериодическим или колебательным. Представлено аналитическое решение системы ДУ на основе операторного метода. Получено решение, которое позволяет исследовать переходные процессы при различных законах воздействия возмущающей силы. Приведены результаты расчета для перемещения и скорости вторичной части, а также тока генератора при воздействии ступенчатой силы. Показано, что для правильной работы амортизатора необходимо, когда ЭДС генератора будет меньше напряжения на аккумуляторе, обмотку генератора замыкать накоротко, а сам аккумулятор отключать от сети. При этом корни характеристического многочлена будут действительными и отрицательными, а колебания перемещения и скорости — апериодическими.