2018-12-24
Научно-исследовательский сайт Вячеслава Горчилина
Все заметки
Взаимная индукция бифилярных катушек при резонансе первого и второго рода
Необычные, с точки зрения классической электродинамики, результаты можно получить, если сравнивать передачу мощности между бифилярными катушками для классического резонанса и резонанса второго рода (РВР). При некоторых условиях, такая передача может осуществляться не только через магнитную связь и взаимосцепление, но и с помощью волновых процессов. Описанные здесь эксперименты позволяют сделать однозначный вывод о том, что существует принципиальная разница между классическим резонансом и РВР в случае передачи энергии между катушками. Во втором случае можно подобрать оптимальный зазор между ними, при котором передающая катушка не «чувствует» нагрузки, которая подключается к приёмной.
Для первого опыта, в качестве передающей и приёмной катушки, мы будем использовать два бифиляра: L1 и L2 соответственно. Для второго опыта возьмём две приёмные катушки (L2.1 и L2.2) и расположим с обоих концов от передающей. Расстояние между ними (зазор) определяет параметр d, а внешний вид одной из катушек изображен на следующем фото.
Схема первого опыта представлена на рисунке 1. Слева — расположение катушек, справа — схема подключения. В опыте участвуют две бифилярные катушки: L1 — передающая, L2 — приёмная. Между катушками сделан воздушный зазор, длина которого может меняться. Также, меняется и сопротивление активной нагрузки Rn, по напряжению на котором мы будем определять передаваемую мощность и взаимную индукцию.
Рис.1. Расположние бифилярных катушек и схема подключения для первого опыта
Генератор GG1 формирует прямоугольные импульсы на передающей катушке L1, которая настраивается в резонанс (классический или РВР) совместно с конденсатором C1, ёмкость которого в данном опыте составила 33нФ. Коэффициент заполнения этих импульсов составляет 50%, а частота находится так: для классического резонанса — по формуле Томпсона [1], для РВР — по формуле (1.7).

Схему генератора GG1 можно взять по одной из следующих ссылок: генератор 1-150кГц, генератор 10-500кГц (рис. 4, 5), либо применить любой другой — с похожими характеристиками. Нужно заметить, что в качестве ключевого транзистора нужно выбирать MOSFET с маленьким сопротивлением открытого канала и максимальным напряжением закрытого — не ниже 500В. Оптимально подходит 47N60. Возможно также, что параллельно его стоку-истоку понадобится установить конденсатор 400-1000пФ для минимизации самовозбуждения схемы.

ЭДС с приёмной катушки L2 поступает на диодный мост VD1, сглаживается конденсатором Cn и подаётся на активное сопротивление Rn, на котором мы и будем измерять напряжение Un. Ниже приводится таблица значений для этого эксперимента в которой сведены такие поля:
  • Род — род резонанса: I — резонанс первого рода (классический), II — РВР;
  • f, кГц — частота импульсов генератора GG1 в килогерцах;
  • PGG1 — мощность потребления генератора GG1 в ваттах;
  • Rn — активное сопротивление Rn в килоомах;
  • Un — напряжение на Rn в вольтах.

Расстояние между катушками — 0мм

Род f, кГц PGG1, Вт Rn, кОм Un, В
I 123 5 10 120
I 123 15.7 1 106
II 30 5 10 124
II 30 10.1 1 80
Расстояние между катушками — 10мм
I 123 5 10 88
I 123 10.6 1 75
II 30 5 10 87
II 30 6.1 1 73
Расстояние между катушками — 20мм
I 123 5 10 66
I 123 7.7 1 53
II 30 5 10 62
II 30 4.8 1 36
В первой таблице мы не наблюдаем ничего необычного за исключением того, что передающая катушка меньше реагирует на нагрузку в случае с РВВ, но при этом и мощность на ней также меньше. Следует обратить внимание на вторую таблицу, в которой приводятся данные при зазоре 10мм. В ней уже видна явная разница в реакции первички на изменение нагрузки на вторичке: при классическом резонансе нагрузка меняется в 10 раз, а мощность потребления GG1 изменяется почти в 2 раза; при РВР — нагрузка меняется в 10 раз, а мощность потребления GG1 изменяется всего на 22%. При этом мощности рассеиваемые на Rn почти одинаковые! В третьей таблице, при РВР, уменьшение сопротивления нагрузки приводит к уменьшению мощности потребления GG1, что никак не может быть объяснено классикой, правда и мощность на Rn также падает.
Во втором опыте автор расположил две приёмные катушки по обеим сторонам от передающей. Это отражено на рисунке 2. Там же представлена и схема их подключения.
Рис.2. Расположние бифилярных катушек и схема подключения для второго опыта
При таком включении катушек автору не удалось добиться каких-либо интересных результатов, но тенденция уменьшения влияния нагрузки приёмной катушки на передающую, при РВР, здесь также сохранилась.
Выводы
Влияние нагрузки приёмной катушки на передающую в случае с классическим резонансом полностью укладывается в математическую модель электротехники. Уменьшение этой нагрузки всегда приводит к увеличению потребляемой мощности задающим генератором.
В случае с РВР такой же однозначной зависимости не наблюдается. Можно подобрать оптимальное значение зазора между передающей и приёмной катушками, при котором изменение нагрузки не будет влиять на мощность задающего генератора. Автор делает предположение, что в этом случае энергия между катушками передаётся не только при помощи взаимного магнитного потокосцепления, но в процессе также участвует и волновая передача. Поэтому, при определённом зазоре происходит отражение волны от приёмной катушки с частичной рекуперацией.
Для построения оптимальной передачи энергии между катушками, по всей видимости, необходим подбор не только оптимального зазора, но и конструкции самой катушки.
Используемые материалы

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

2009-2019 © Vyacheslav Gorchilin