2016-08-12
Науково-дослідний сайт В'ячеслава Горчіліна
Всі статті
2. Коаксіальний конденсатор і электрофорная машина
Раніше ми показали, що перерозподіл зарядів по поверхні конденсатора залежить від її типу, і при певних умовах впливає на зміни ККД другого роду. Далі ми розглянемо трехобкладочный коаксіальний конденсатор, одна з обкладок корогого має нерівну поверхню, а також проаналізуємо схему його включення разом з электрофорной машиною [1].
Трёхобкладочный коаксиальный конденсатор Вибір такої конструкції конденсатора обумовлений своєю простотою, а ось його параметри ми обговоримо нижче. На малюнку зображена така конструкція (вигляд зверху), і позначення такого конденсатора в подальших принципових схемах. По суті, це три циліндра різних діаметрів вставлені один в інший. Поверхню двох внутрішніх — гладка, а зовнішнього — нерівна, тому вона умовно зображена переривчастою лінією. Система утворює два конденсатори — \(C_1\) \(C_2\), ємність яких обчислюється за формулами: \[ C_1 = { 2\,\pi\,\varepsilon\,\ell \over \ln (r_2/r_1) } \] де: \(\varepsilon\) — постійна діелектрична проникність, \(\ell\) — довжина будь-якого з циліндрів, \(r_1, r_2\) — радіуси внутрішнього та середнього циліндра відповідно. \[ C_2 = { 2\,\pi\,\varepsilon\,\ell \over \ln (r_3/r_2) } \] Тут \(r_2, r_3\) — радіуси середнього і зовнішнього циліндра. Хоча нерівність поверхні зовнішнього циліндра внесе невеликі корективи, поки ми її враховувати не будемо, оскільки хочемо показати більше якісний, ніж кількісний результат.
Схема включения коаксиального конденсатора На малюнку показана можлива схема включення такого пристрою. Від высоковольного джерела напруги, через верхній замкнутий контакт перемикача SW, заряджається конденсатор \(C_1\). Потім ключ SW короткочасно замикає свій нижній контакт і велика частина заряду перетікає в \(C_2\), а дросель \(L_1\) перешкоджає проходженню струму навантаження в цей момент. Через проміжок, рівний постійної часу ланцюга, дросель починає пропускати струм в \(R_n\).
З попередньої частини ми вже знаємо, що коефіцієнт приросту ККД можна приблизно підрахувати за формулою: \[ K_{\eta2} \approx {C_1 \over \ C_2}, \, g \gg 1 \] де(g\) — коефіцієнт відношення форм поверхонь конденсаторів. Підставляючи всі в попередню формулу можна отримати остаточний результат для цієї схеми: \[ K_{\eta2} \approx {\ln (r_3/r_2) \over \ \ln (r_2/r_1)}, \, g \gg 1 \] Для того, щоб отримати \(g \gg 1\) потрібно зробити поверхню зовнішньої обкладки конденсатора нерівною. Як варіант, можна використовувати сітку: кривизна складових її прутиків може бути достатньою для отримання потрібного співвідношення.
Тестатіка
Чи можна в попередній схемі замінити джерело високої напруги HV электрофорной машиною (ЕМ)? Її відмінність буде полягати в тому, що при кожному оберті на конденсатор буде надходити відносно малий заряд, що схема повинна обов'язково утилізувати, інакше накопичившись він може гальмувати обертовий диск. Крім того, для правильної роботи схеми — потрібний перемикач, тому в звичайному вигляді ЕМ не підходить, доведеться її доопрацювати.
На нижньому малюнку зліва зображений такий підхід. Там у вигляді сектора представлений пелюстка ЕМ, з якого знімається заряд за допомогою щіток. Але в даній конструкції їх дві: перша (по ходу руху сектора) скидає заряд на внутрішній конденсатор \(C_1\), потім слідує невеликий проміжок в якому обидва контакту щіток замкнуті між собою, а отже заряд перетікає на зовнішній конденсатор \(C_2\), після чого починає працювати дросель \(L_1\) пропускаючи заряд на навантаження \(R_n\). Як бачимо, відмінність цієї конструкції від класичної ЕМ — наявність на одному з її полюсів двох щіток замість однієї. Тестатика На малюнку праворуч представлений симетричний варіант схеми, коли задіяні щітки зворотного боку диска, несучі протилежні заряди. Її принципова відмінність — відсутність заземлення.
Необхідно зупинитися на дроселі \(L_1\) (\(L_2\)). Справа в тому, що навантаження \(R_n\) при класичних напругах ЕМ повинна бути дуже высокоомной, що нам не дуже підходить. Для її зменшення необхідно трансформувати напруга в общеприменимое, наприклад, в 220 Вольт. Це можна зробити різними способами, ми ж пропонуємо такий: \(L_1\) (\(L_2\)) повинен з себе представляти трансформатор Тесла (ТТ) [2], який може працювати, як дросель, та який без праці впорається з високим вхідним напругою і з його трансформированием. Тут потрібно згадати, що ТТ є четвертьволновой довгою лінією, а тому на одному з її кінців буде максимум напруги, на іншому — максимум струму. При реальних обертах машини він вийде досить громіздким, але цілком допустимим. Наприклад, для обертів 1400 об/хв, 36 секторах на диску і проводі в 0.1 мм, ТТ може бути висотою в 50 см і діаметром 40 див. Вариант схемы с одной щёткой Потрібно зауважити, що для такого способу потрібно гарне узгодження параметрів схеми з параметрами цього трансформатора.
Цікавим видається ще один варіант схеми, коли внутрішній конденсатор накопичує заряд з усіх секторів ЕМ, але він перетікає на зовнішній тільки один раз за весь оборот диска. У цьому випадку знімання заряду здійснюється лише однією щіткою, але додатково потрібно встановити замикає контакт в якійсь частині диска ЕМ. Замість контакту можна застосувати розрядник, який буде спрацьовувати по досягненню певного напруження. У будь-якому разі, в цій схемі буде потрібно інша согласовка з вихідним трансформатором (TV1), в якому є сенс застосувати сердечник з фериту або навіть з трансформаторної сталі. У ньому умовно верхня частина працює, як дросель, а нижня — як трансформатор. Симетричний варіант схеми робиться аналогиным чином.
Розуміючи принцип створення таких пристроїв можна придумати свої схеми включення коаксіального конденсатора і ЕМ.
 
1 2 3 4 5

Горчилин В'ячеслав, 2016 р.
* Передрук статті можлива за умови встановлення посилання на цей сайт та додержанням авторських прав

« Назад
2009-2018 © Vyacheslav Gorchilin