2018-12-24
Науково-дослідний сайт В'ячеслава Горчіліна
Всі статті
Взаємна індукція бифилярных котушок при резонансі першого та другого роду
Незвичайні, з точки зору класичної електродинаміки, результати можна отримати, якщо порівнювати передачу потужності між бифилярными котушками для класичного резонансу і резонансу другого роду (РВР). При деяких умовах, така передача може здійснюватися не тільки через магнітний зв'язок і взаимосцепление, але і за допомогою хвильових процесів. Описані експерименти дозволяють зробити однозначний висновок про те, що існує принципова різниця між класичним резонансом і РВР у разі передачі енергії між котушками. У другому випадку можна підібрати оптимальний зазор між ними, при якому передаюча котушка не відчуває навантаження, яке підключається до адміністратора.
Для першого досвіду, як передавальної і приймальної котушки, ми будемо використовувати два бифиляра: L1 і L2 відповідно. Для другого досвіду візьмемо дві приймальні котушки (L2.1 і L2.2) і розташуємо з обох кінців від передаючої. Відстань між ними (зазор) визначає параметр d, а зовнішній вигляд однієї з котушок зображений на наступному фото.
Схема першого досвіду представлена на малюнку 1. Зліва — розташування котушок, праворуч — схема підключення. У досвіді беруть участь дві бифилярные котушки: L1 — передавальна, L2 — цілодобово. Між котушками зроблений повітряний зазор, довжина якого може змінюватися. Також, змінюється і опір активного навантаження Rn, по напрузі на якому ми будемо визначати передану потужність і взаємну індукцію.
Рис.1. Расположніе бифилярных котушок і схема підключення для першого досвіду
Генератор GG1 формує прямокутні імпульси на передавальній котушці L1, яка настроюється в резонанс (класичний або РВР) спільно з конденсатором C1, ємність якого в даному досвіді склала 33нФ. Коефіцієнт заповнення імпульсів становить 50%, а частота знаходиться так: для класичного резонансу — за формулою Томпсона [1], для РВР — за формулою (1.7).

Схему генератора GG1 можна взяти по одній з наступних посилань: генератор 1-150кГц, генератор 10-500кГц (рис. 4, 5), або застосувати будь-який інший — з схожими характеристиками. Потрібно зауважити, що в якості ключового транзистора потрібно вибирати MOSFET з маленьким опором відкритого каналу і максимальним напруженням закритого — не нижче 500В. Оптимально підходить 47N60. Можливо також, що паралельно його стоку-джерела знадобиться встановити конденсатор 400-1000пФ для мінімізації самозбудження схеми.

ЕРС з приймальної котушки L2 надходить на діодний міст VD1, згладжується конденсатором Cn і подається на активний опір Rn, на якому ми і будемо вимірювати напругу Un. Нижче наводиться таблиця значень для цього експерименту в якій зведені такі поля:
  • Рід — рід резонансу: I — резонанс першого роду (класичний), II — РВР;
  • f, кГц — частота імпульсів генератора GG1 в кілогерцах;
  • PGG1 — потужність споживання генератора GG1 у ватах;
  • Rn — активний опір Rn килоомах;
  • Un — напруга на Rn у вольтах.

Відстань між котушками — 0мм

Рід f, кГц PGG1, Вт Rn, кОм Un,
I 123 5 10 120
I 123 15.7 1 106
II 30 5 10 124
II 30 10.1 1 80
Відстань між котушками — 10мм
I 123 5 10 88
I 123 10.6 1 75
II 30 5 10 87
II 30 6.1 1 73
Відстань між котушками — 20мм
I 123 5 10 66
I 123 7.7 1 53
II 30 5 10 62
II 30 4.8 1 36
У першій таблиці ми не спостерігаємо нічого незвичайного, за винятком того, що передаюча котушка менше реагує на навантаження у випадку з РВВ, але при цьому і потужність на ній також менше. Слід звернути увагу на другу таблицю, в якій наводяться дані при зазорі 10мм. У ній уже видно явна різниця в реакції первинки на зміну навантаження на вторинці: при класичному резонансі навантаження змінюється в 10 разів, а потужність споживання GG1 змінюється майже у 2 рази; при РВР — навантаження змінюється в 10 разів, а потужність споживання GG1 змінюється всього на 22%. При цьому потужності, що розсіюється на Rn майже однакові! У третій таблиці, при РВР, зменшення опору навантаження призводить до зменшення потужності споживання GG1, що ніяк не може бути пояснено класикою, правда і потужність на Rn також падає.
У другому досвіді автор розташував дві приймальні котушки по обидва боки від передаючої. Це відображено на рисунку 2. Там же представлена і схема їх з'єднання.
Рис.2. Расположніе бифилярных котушок і схема підключення для другого досвіду
При такому вмиканні котушок автору не вдалося досягти яких-небудь цікавих результатів, але тенденція зменшення впливу навантаження приймальної котушки на передавальну, при РВР, тут також збереглася.
Висновки
Вплив навантаження приймальної котушки на передавальну у випадку з класичним резонансом повністю вкладається в математичну модель електротехніки. Зменшення цього навантаження завжди призводить до збільшення споживаної потужності задає генератором.
У випадку з РВР такий же однозначної залежності не спостерігається. Можна підібрати оптимальне значення зазору між передавальної і приймальної котушки, при якому зміна навантаження не буде впливати на потужність задаючого генератора. Автор робить припущення, що в цьому випадку енергія між котушками передається не тільки за допомогою взаємного магнітного потокозчеплення, але в процесі також бере участь і хвильова передача. Тому, при певному зазорі відбувається відбиття хвилі від приймальної котушки з частковою рекуперацією.
Для побудови оптимальної передачі енергії між котушками, по всій видимості, необхідний підбір не тільки оптимального зазору, але і конструкції самої котушки.
Використовувані матеріали

© Горчилин В'ячеслав, 2018 р.
* Передрук статті можлива за умови встановлення посилання на цей сайт та додержанням авторських прав

2009-2019 © Vyacheslav Gorchilin