2018-10-20
Научно-исследовательский сайт Вячеслава Горчилина
Все заметки
Получаем медленные магнитные волны
После публикации двух предыдущих подразделов у читателей появилось много вопросов о том, как получить необычные, с классической точки зрения, магнитные волны в обычной катушке индуктивности. Они обладают уникальным свойством: на относительно низких частотах (килогерцы), при более-менее постоянном распределении электрического поля, в катушке возникает несколько магнитных полюсов. Как оказалось, их уникальность на этом не заканчивается. Если катушку разбить на две половинки, у одной из которых будет левосторонняя, а у второй — правосторонняя намотка, то независимо от их соединения, магнитные волны всё равно образуются. Правда, в зависимости от соединения, будет меняться распределение магнитного поля (МП), которое лучше всего измерять при помощи индикатора, предложенного здесь на рисунке (3).
Катушку для исследований возьмём такую: на каркас диаметром 50мм и длиной 22см наматывается провод в изоляции, толщина медной жилы которого 1.5мм. Каркас разбивается примерно пополам и на одну его половинку наматывается правосторонняя, а на вторую — левосторонняя обмотка (рис. 1). Они могут соединяться как встречно, так и последовательно, в зависимости от чего мы будем получать разный результат (рис. 2, 3). Внутрь каркаса нужно вставить сердечник из феррита: здесь можно применить стержни от средневолновых приёмников, болванки от фильтров питания, кольца и др. Потом всё то же самое можно проделать и без него, сердечник лишь усиливает эффект и позволяет индикатору лучше на него реагировать. Нужно сказать, что в общем случае такая катушка может иметь и другую конструкцию, число витков и диаметр, но для проявления необходимого эффекта будут возможны не любые соотношения. На этом мы остановимся в следующей главе.
Исследуемая катушка индуктивности, состоящая из двух половинок c левой и правой намоткой
Рис.1. Исследуемая катушка индуктивности L1, состоящая из двух половинок: LL — левая намотка LR — правая намотка
Распределение пучностей продольной и поперечной составляющей МП в катушке при последовательном соединении обмоток
Рис.2. Распределение пучностей продольной и поперечной составляющей МП в катушке L1 при последовательном соединении обмоток
Распределение пучностей продольной и поперечной составляющей МП в катушке при встречном соединении обмоток
Рис.3. Распределение пучностей продольной и поперечной составляющей МП в катушке L1 при встречном соединении обмоток
Стенд для исследований можно взять классический: генератор прямоугольных импульсов и ключ с драйвером. Мы же будем опираться на хорошо зарекомендовавшую себя схему конструктора, в котором задействуем генератор GG1 и драйвер с ключом CM1. Конструктор блочный, поэтому каждый его элемент можно в любой момент заменить. Так например, вместо GG1 можно задействовать стационарный генератор импульсов, а вместо CM1 — полумостовую или даже полномостовую схему. Но для начала рекомендуем использовать именно такой коммутатор.
Принципиальная схема генератора импульсов GG1 на TL494
Рис.4. Принципиальная схема генератора импульсов GG1
Принципиальная схема коммутатора импульсов CM1 на TC4420
Рис.5. Принципиальная схема коммутатора импульсов CM1
Детали для схем такие. Микросхема DA1 для генератора импульсов GG1 — TL494. Драйвер ключа для коммутатора CM1 — TC4420 или TC4452. Сам ключ VT1 выполняется на mosfet-транзисторе IRFP360 или IRFP460. Можно пробовать и другие транзисторы, но тогда придётся подбирать гасящий конденсатор C2 (рис. 6). Требования к mosfet простые: низкое сопротивление открытого и максимальное напряжение для закрытого канала, которое должно быть больше напряжения питания схемы минимум в 10 раз.
Подключение блоков конструктора к выводам катушки
Рис.6. Схема подключения блоков конструктора к выводам катушки L1 (рис. 2, 3)
Осцилограмма напряжения на стоке и тока в катушке при последовательном соединении обмоток
Рис.7. Осциллограмма напряжения на стоке VT1 и тока в L1 при последовательном соединении обмоток
Осцилограмма напряжения на стоке и тока в катушке при встречном соединении обмоток
Рис.8. Осциллограмма напряжения на стоке VT1 и тока в L1 при встречном соединении обмоток
Схема подключения блоков конструктора представлена на рисунке (6). На ней стоит обратить внимание на дополнительные конденсаторы: C1 — резонансный, C2 — гасящий. Резонансный конденастор, вместе с индуктивностью и активным сопротивлением катушки определяет рабочую частоту всей схемы. Обращаем ваше внимание, что это не классический резонанс, о чём говорят осцилограммы процесса на рисунках 7 и 8. Кроме того, такой резонанс не рассчитывается по формуле Томпсона. C1 нужно рассчитывать на напряжение не ниже 400В, а также он должен иметь хорошие частотные характеристики. Хорошо себя зарекомендовали конденсаторы серии MKP10 или подобные — от индукционных плит. C2 гасит возможное самовозбуждение схемы, причины появления которого пока не выяснены.
После сборки схемы нужно подключить обмотки катушки L1 так, как это изображено на рисунке 2. Генератор GG1 должен давать прямоугольные импульсы с частотой около 5-6кГц и скважностью 50%. Подбирая эту частоту, на осциллографе нужно добиться устойчивых импульсов на стоке VT1 — таких, как на фото 7 (зелёный график). Амплитуда этих импульсов может быть больше напряжения питания в 8-9 раз. Токовым трансформатором можно дополнительно измерить ток в катушке: он представлен на жёлтом графике этого рисунка. После этого нужно индикатором (рис. 3) проверить распределение МП вдоль катушки. Оно должно быть таким, как показано на рисунке 2. К слову, такое подключение обмоток оказывается равносильно тому, как если бы вся катушка была намотана в одну сторону.
Ещё одна уникальная особенность медленных магнитных волн проявляется, если включить обмотки L1 встречно, так, как это изображено на рисунке 3. При этом меняется распределение МП вдоль катушки, но сами поля не становятся меньше, хотя по классическим представлениям во встречно включённых обмотках должна происходить взаимная их компенсация. Осцилограмма процесса здесь также изменяется (рис. 8), как и резонансная частота процесса. Для представленной здесь катушки она может составить 9-10кГц.
Выводы из этих исследований очевидны. Медленные магнитные волны образуются благодаря совершенно новому и малоизученному виду резонанса, который не подчиняется классическим законам. Например, более детальные исследования показали, что увеличение ёмкости C1 в 4 раза приводит к уменьшению резонансной частоты в 1.4-1.5 раза, а не в два, что соответствовало бы формуле Томпсона. На эту частоту, кроме всего прочего, влияет как активное сопротивление катушки, ёмкости и ключа, так и напряжение питания. Также, при классическом резонансе должен образовываться сдвиг фаз между током и напряжением на 90 градусов, чего мы здесь совершенно не наблюдаем (рис 7, 8). Всё это позволяет строить генераторы электрической энергии на совершенно новых принципах.
 
1 2 3 4

© Горчилин Вячеслав, 2018 г.
* Перепечатка статьи возможна с условием установки ссылки на этот сайт и соблюдением авторских прав

2009-2018 © Vyacheslav Gorchilin