2017-06-12
Персональный сайт Вячеслава Горчилина
Все статьи
Алгоритмы коммутации, электрофорная машина и вилка Авраменко
В предыдущей заметке был описан алгоритм коммутации для двух уединённых ёмкостей. Вполне логично будет заменить вторую уединённую ёмкость на двухполюсную. Это может дать экономию пространства для реальных конструкций, а некоторых случаях и снизить потенциал высоковольного напряжения во всём устройстве. Интересно, что первый алгоритм коммутации ёмкостей не меняется. Его и будем рассматривать далее.
На рисунке изображён процесс преобразования схемы с двумя уединёнными ёмкостями в схему с одной уединённой (C1) и одной двухполярной (C2) ёмкости. Причём уединённая — образуется внешним цилиндром C1, а двухполярная возникает между обкладками двух цилиндров: внутреннего и внешнего. По сути, это — коаксиальный конденсатор, с тем отличием, что его внешняя обкладка образует уединённую ёмкость. Коэффициенты приращения энергии будут находиться по формуле из предыдущей части (4.8): \[K_{\eta2} = {C_1 \over C_2} \qquad (5.1)\] Чтобы прикинуть более реальный \(K_{\eta2}\) по первому алгоритму, напомним формулы для нахождения уединённой ёмкости цилиндра и ёмкости коаксиального конденсатора. \[C_1 = {2\,\pi\,\varepsilon\,\ell \over \mathrm{arcsh}{\frac{\ell}{r_1}} + \sqrt{\frac{r_1^2}{\ell^2} + 1} + \frac{r_1}{\ell}} \qquad (5.2)\] где: \(\varepsilon\) — диэлектрическая постоянная, \(\ell\) — длина цилиндра, \(r_1\) — радиус внешнего цилиндра. \[C_2 = {2\,\pi\,\varepsilon\,\ell \over \ln{\frac{r_1}{r_2}}} \qquad (5.3)\] где: \(r_2\) — радиус внутреннего цилиндра. А поскольку длины двух цилиндров равны, приращение энегии можно считать по формуле: \[K_{\eta2} = {\ln{\frac{r_1}{r_2}} \over \mathrm{arcsh}{\frac{\ell}{r_1}} + \sqrt{\frac{r_1^2}{\ell^2} + 1} + \frac{r_1}{\ell}} \qquad (5.4)\] Если же длина цилиндра намного превышает его радиус, то формулы (5.2) и (5.4) можно упростить: \[C_1 \approx {2\,\pi\,\varepsilon\,\ell \over \ln{\frac{\ell}{r_1}}} \quad => \quad K_{\eta2} \approx {\ln{\frac{r_1}{r_2}} \over \ln{\frac{\ell}{r_1}}} \qquad (5.5)\]
Первый алгоритм и электрофорная машина
Такой вариант представлен на следующем рисунке (a), где заряд снимается со щёток электрофорной машины (ЭМ) и поступает на большую ёмкость C1. После накопления определённого заряда он частично переходит на C2 с помощью разрядника FV1, который, не забываем, в общем случае является прерывателем. Высоковольный дроссель L1 служит для разделения времени между зарядом C2 и съёмом в нагрузку, и фактически является заменой ключу SW3. Если это будет трансформатор Тесла (ТТ), то ко всему прочему, он будет трансформировать высоковольтное напряжение в необходимое для нагрузки Rn.
На рисунках (b) и (c) показаны различные варианты схем подключения согласно описанному алгоритму. На двух нижних — C1 и C2 представляют из себя коаксиальный конденсатор: две трубы разного диаметра, вставленные друг в друга.
Реализация алгоритма коммутации двух ёмкостей для электрофорной машины
На рисунке (c) в качестве разрядника выступает кнопка, которая срабатывает один раз за весь оборот колеса ЭМ, а в качестве L1 — трансформатор Тесла. Ёмкость C2, очевидно, должна быть примерно равна ёмкости одной пластинки ЭМ умноженной на их общее число. Автор предлагает читателям самостоятельно придумать симметричную схему первого алгоритма для ЭМ по аналогии с приведенной здесь.
Первый алгоритм и вилка Авраменко
Совсем неочевидным решением в реализации описанного в предыдущей заметке алгоритма является включение C1 и C2 с вилкой Авраменко (см. следующий рисунок). Заметим, что C1 и C2 в этой схеме, в общем случае, могут из себя представлять несимметричный конденсатор. В качестве ключа SW1 здесь выступает высоковольтный диод VD1, а в качестве SW2 — диод VD2. Ключ SW3 здесь заменяют разрядники FV1 и FV2, которые в общем случае могут являться прерывателями.
Реализация алгоритма коммутации двух ёмкостей и вилки Авраменко
Высокое напряжение HV в первый полупериод положительное относительно земли, поэтому заряжает систему конденсаторов C1 и C2 через диод VD1. Ёмкость этой системы соответствует уединённой ёмкости C1, т.к. внутри внешнего цилиндра поля в этот момент нет. Во второй полупериод, через диод VD2, отрицательно заряжается внешний цилиндр. Ёмкость этой заряжаемой системы также будет равна уединённой ёмкости C1. Образованный таким образом потенциал на коаксиальном конденсаторе C2, через разрядники FV1 и FV2, разряжается в нагрузку Rn.
На правом рисунке представлена более совершенная схема, в которой задействован трансформатор L1. Он преобразовывает высокое напряжение для согласования с нагрузкой Rn. Применение в качесте L1 трансформатора Тесла здесь является очевидным решением. Если же ТТ выполнить в половину длины волны задающего генератора, то разрядники могут и вовсе не понадобится. Только в этом случае уединённая ёмкость обмотки самого ТТ должна быть намного меньше ёмкости C2.
С первого взгляда кажется, что маленькие ёмкости и отсутствие гальванической цепи, не дадут на выходе этой схемы большую мощность. Давайте подсчитаем. За один период колебаний высоковольтного генератора HV в нагрузку можно снять энергию равную \[W = {C_2\,U_a^2 \over 2}\] где: \(U_a\) — амплитудное значение напряжения источника HV. Следовательно, мощность будет такая: \[P = f\,W = f {C_2\,U_a^2 \over 2} \qquad (5.6)\] где \(f\) — частота колебаний. Если теперь возьмём следующие данные: \[\quad C_2= 20 (пФ) \quad U_a= 10 (кВ) \quad f= 1(МГц) \] и подставим в формулу (5.6), то получим выходную мощность в 1кВт! Интересным может быть получение той же выходной мощности при уменьшение частоты в 100 раз и увеличении амплитуды напряжения всего в 10 раз: \[\quad C_2= 20 (пФ) \quad U_a= 100 (кВ) \quad f= 10(кГц). \] Безусловно, здесь нужно учесть потери, которые могут составить 60-70%, но порядок мощностей не может не радовать искателей свободной энергии :)
 
1 2 3 4 5

Горчилин Вячеслав, 2017 г.
* Использование материалов сайта возможно с условием установки соответствующих ссылок и соблюдения авторских прав

2009-2017 © Vyacheslav Gorchilin