Forschungswebsite von Vyacheslav Gorchilin
2017-06-06
Alle Artikel
Einige algorithmen Umschaltung zwei einsamen Behälter
In diesem Artikel zeigen wir einige algorithmen der Kommutierung von zwei einsamen Kapazitäten zur Erhöhung der Effizienz der zweiten Art. Die gesamte Technik dieser verbindungen basiert auf einem Modell der Ladung, der Vektor-Charakter und unterscheidet sich von Ihr energetische Modell, das skalarer Ausdruck. Auf moderner Tat, diese Manipulation mit verschiedenen Ebenen der Raum-Zeit, die Sie geben können System Energie gewinnen. Als gewisse entfernte Analogie können Sie ein Beispiel für die Freisetzung von Energie beim übergang eines Elektrons von einer atomaren Umlaufbahn auf eine andere, niedrigere.
Weit klettern in der wildnis werden wir nicht, sondern nur daran erinnern, diese beiden Modelle aus dem Schulkurs Physik [1]. \[Q = C\,U, \quad Q_0 = Q_1 + Q_2 + ...\qquad (4.1)\] Das Modell der Ladung. Sie zeigt, dass die Ladung gleich dem Produkt der Kapazität auf die Spannung. Die zweite Ihrer Eigenschaft, — die Ladung lässt sich teilen in mehrere kleinere, aber wie würden wir Sie nicht geteilt haben, in der Summe wird es noch \(Q_0\). \[W = {Q^2 \over 2\,C} \qquad (4.2)\] Das Modell der potentiellen Energie des Kondensators. Es zeigt квадратичную Abhängigkeit der Energie von der Ladung und der umgekehrten Proportionalität zur Kapazität. Da Lesen wir wenden diese Modelle zur Kapazität der einsamen [2], so wird die Vereinigung von zwei solcher kondensatoren, von denen einer geladen ist, und der zweite nicht, wird eine einfache Umverteilung der Ladung zwischen Ihnen: \[Q_0 = Q_1 + Q_2 \qquad (4.3)\] wobei: \(Q_0\) — die anfängliche Ladung auf einem der kondensatoren vor Ihrer Vereinigung, \(Q_1\), \(Q_2\) — die Ladungen der kondensatoren nach deren Verbindung. Basierend auf all den oben genannten kommen wir algorithmen zur Verbindung von zwei Behältern, die in der folgenden Abbildung dargestellt:
Модель двух алгоритмов коммутации двух ёмкостей
Aus der Zeichnung unmittelbar ersichtlich, dass für die übertragung von Energie von der Hochspannungsquelle HV Rn zur Last, verbindungen einsamen Kapazitäten C1 und C2 können mindestens zwei wichtige Algorithmus für uns. Die erste ist, wenn zunächst schließt der Schlüssel SW1, nach seiner Eröffnung — Schlüssel SW2, und nach seiner Eröffnung — geschlossen-Schlüssel SW3. Der zweite Algorithmus: das ursprüngliche одновременое Kurzschluss-Schlüssel SW1 und SW2, und nach deren Unterbrechung — Kurzschluss-Schlüssel SW3. Diese zwei algorithmen, die wir weiter betrachten.
Der erste Algorithmus der Verbindung
In diesem Fall, nach Schaltung SW1 lädt sich die Kapazität C1 und nach Schaltung SW2 Ladung verteilt sich zwischen C1 und C2. Lassen Sie diese Verteilung, ausgedrückt durch den Koeffizienten von \(k = Q_1/Q_2\), wo: \(Q_1\), \(Q_2\) — Ladungen auf C1 und C2 jeweils nach Schaltung SW2. Dann Gemeinschafts-Ladung \(Q_0\), die im C1 nach Schaltung SW1 wird so ausgedrückt werden: \[Q_0 = Q_1 + Q_2, \quad Q_0 = Q_1 (1 + 1/k) = Q_2 (1+k) \qquad (4.4)\] Nach dem auftrennen der SW2 auf C2 noch Energie mit der potentiellen Energie \(W_1\), die bei einer späteren Schließung SW3 an die Last weitergegeben werden Rn: \[W_2 = {Q_2^2 \over 2\,C_2} = {Q_0^2 \over 2\,C_2 (1+k)^2} \qquad (4.5)\] Nach Abschluss des vollen Zyklus, das müssen wir wieder aufladen C1 auf irgendeine Ladung, wird der Unterschied zwischen \(Q_0\) und \(Q_1\): \[\Delta Q = Q_0 - Q_1 = {Q_0 \over 1+k}\qquad (4.6)\] Und dies wiederum setzt Voraus, dass über die Erhebung aufgewendet wird folgende Energie: \[\Delta W = {\Delta Q^2 \over 2\,C_1} = {Q_0^2 \over 2\,C_1 (1+k)^2}\qquad (4.7)\] Zur Berechnung der Energie-Gewinn durch diesen Algorithmus jetzt Vergleich liefert genug Energie auf C2 nach Unterbrechung der SW2 mit der Energie aufgewendet zu laden: \[K_{\eta2} = {W_2 \over \Delta W} = {C_1 \over C_2} \qquad (4.8)\] Wie wir sehen, ist dieser Algorithmus zu einer Erhöhung der Effizienz der zweiten Art die einfachen Verhältnis der beiden Kapazitäten, völlig unabhängig vom Verteilungskoeffizienten \(k\) und andere Parameter.
Der zweite Algorithmus für die Verbindung
Dieser Algorithmus unterscheidet sich vom ersten dadurch, dass die Tasten SW1 und SW2 geschlossen und öffnet sich gleichzeitig. Dies bedeutet, dass gleichzeitig jetzt wieder aufgeladen und zwei kondensatoren, folglich ist die Formel (4.7) wird es wie folgt Aussehen: \[\Delta W = {\Delta Q^2 \over 2\,(C_1+C_2)} = {Q_0^2 \over 2\,(C_1+C_2) (1+k)^2}\qquad (4.9)\] und Energie-Gewinn wird so Aussehen: \[K_{\eta2} = {W_2 \over \Delta W} = {C_1+C_2 \over C_2} \qquad (4.10)\] allem Anschein Nach, der zweite Algorithmus die Verbindung erweist sich als effektiver als die erste. Und noch mehr verstärken die Wirkung kann durch die Konstruktion einer bestimmten Oberfläche der Kapazität C2. Darüber kann man Lesen Sie hier.
Die Umsetzung des Algorithmus
Die naheliegendste Realisierung des ersten Algorithmus wird der Ersatz der Schalter SW1-SW3 auf die Ableiter. Nachteile einer solchen Vorrichtung ist so sofort sichtbar: die Komplexität der Anpassung der Abstände bei Ableitern, deren schädliche Strahlung und geringere Standzeiten sowie — notwendige und gleichzeitig hoher Widerstand Hochvolt-Belastung.
Реализация алгоритма коммутации двух уединённых ёмкостей
Eine perfekte Implementierung des Algorithmus ist auf der linken Seite gezeigt. Als высоковольного Quelle der Ladung zum Kondensator C1 ist hier ein L1 — TESLA-Transformator (TT). Diode VD1 hier ist für die Trennung von Ladungen und kann sich nicht nur präsentieren, Festkörper-Säule, sondern auch die Vakuum-Diode; auch gibt es andere nicht-Standard-Optionen für seine Ausführung. Auf Induktor TT am besten servieren Sie kurze Impulse.
Ableiter FV1 hier dient als Analogon des Schlüssels SW2 und umgesetzt werden kann, ist unterschiedlich, direkt vom Ableiter bis Zwischenschichten Ionen zwischen den kondensatoren. Der Kondensator C2 und der Spule L2 bilden den zweiten Zulauf TT, mit Untersetzungsgetriebe und die Wicklungen erfolgt die Entnahme von Energie an die Last Rn. Es ist offensichtlich, dass die öffnungszeiten der Ionenkanal in den Ableiter FV1 muss намого kleiner Zeitkonstante der Schaltung L2C2, d.h. \[t_i \lt \sqrt{L_2\,C_2} \qquad (4.11)\]
 
1 2 3 4 5