Investigation of energy indicators of the condensator discharge process for variable load | Исследование энергетических показателей процесса разряда конденсаторов на переменную нагрузку

English. Autonomous power supply of low-current consumers with the possibility of periodic replenishment of stored energy is usually carried out with chemical batteries usage. To date, such batteries are produced in a wide range and are characterized by a wide variety of chemical reactions used. Analysis of trends in the development of electric accumulator devices has shown that along with the use of chemical batteries, the sphere of application of capacitors of extra-large capacity (ionistors) is expanding. Such capacitors allow arbitrary discharge modes, are safe in operation, do not require additional precautions for disposal, withstand a large number of charge-discharge cycles, and their characteristics are practically independent of temperature. At the same time, these devices are able to accumulate energy of very low density, which determines the need to improve the methods of its selection. The use of parametric voltage regulators in capacitor discharge circuits has been found to be ineffective, since part of the accumulated energy with underestimated voltage is not used. When the voltage is too high, the internal resistance of the zener diode decreases, the current increases, and with it the heat losses increase. The article analyzes the energy distribution on various elements of the capacitor discharge circuit for parametric voltage stabilization. It is established that an increase in the difference between the initial and final values of the voltage on the capacitor leads to an increase in the amount of stored energy used. Voltage reduction graphs are located between the discharge curve of the capacitor without changing the resistance and a line that is tangent to this curve at the point where the discharge begins. It is shown that with an infinite decrease in the duration of the discharge interval, the voltage decrease curve tends to the tangent line. The following energy components have been singled out and calculated: the total energy stored by the capacitor; energy released by the capacitor; energy, useful for loading; the energy lost on the equivalent resistance (on the zener diode). It is concluded that in order to increase the efficiency of the use of capacitors, a different method of outfeed the accumulated energy is needed, which ensures a reduction in losses at a reduced voltage and the elimination of heat losses at higher voltages.

Russian. Автономное электропитание слаботочных потребителей с возможностью периодического пополнения запасенной энергии обычно осуществляется с помощью химических аккумуляторов. Анализ тенденций развития электронакопительных устройств показал, что расширяется сфера применения конденсаторов сверхбольшой емкости (ионисторов). Такие конденсаторы допускают произвольные режимы разрядки, безопасны в эксплуатации, не требуют дополнительных мер предосторожности при утилизации, выдерживают большое количество циклов "заряд-разряд", а их характеристики практически не зависят от температуры. В то же время эти устройства способны накапливать энергию весьма низкой плотности, что определяет необходимость совершенствования способов ее отбора. Использование параметрических стабилизаторов напряжения в цепях разряда конденсаторов неэффективно, так как часть накопленной энергии при заниженном напряжении не используется. При завышенном напряжении внутреннее сопротивление стабилитрона уменьшается, ток растет, а вместе с ним растут тепловые потери. В статье проанализировано распределение энергии на различных элементах цепи разряда конденсаторов при параметрической стабилизации напряжения. Увеличение разности между начальным и конечным значениями напряжения на конденсаторе приводит к росту используемого количества запасенной энергии. Графики снижения напряжения располагаются между кривой разряда конденсатора без изменения сопротивления и линией, являющейся касательной к этой кривой в точке начала разряда. При бесконечном уменьшении продолжительности интервала разряда кривая снижения напряжения стремится к линии касательной. Выделены и рассчитаны следующие энергетические составляющие: полная энергия, запасенная конденсатором; энергия, отданная конденсатором; энергия, полезно используемая нагрузкой; энергия, теряемая на эквивалентном сопротивлении (на стабилитроне). Для повышения эффективности использования конденсаторов необходим иной способ отбора накопленной энергии, обеспечивающий снижение потерь при пониженном напряжении и исключение тепловых потерь при повышенном.