Науково-дослідний сайт В'ячеслава Горчіліна
2017-06-12
Всі статті
Алгоритми комутації, электрофорная машина і вилка Авраменко
У попередній замітці був описаний алгоритм комутації для двох відокремлених ємностей. Цілком логічно буде замінити другу окрему ємність на двухполюсную. Це може дати економію простору для реальних конструкцій, а деяких випадках і знизити потенціал высоковольного напруги у всьому пристрої. Цікаво, що перший алгоритм комутації ємностей не змінюється. Його і будемо розглядати далі.
На малюнку зображено процес перетворення схеми з двома відокремленими ємностями в схему з однієї відокремленої (C1) і однієї двухполярной (C2) ємності. Причому відокремлена — утворюється зовнішнім циліндром C1, а двухполярная виникає між обкладками двох циліндрів: внутрішнього і зовнішнього. По суті, це — коаксіальний конденсатор, з тією відмінністю, що його зовнішня обкладка утворює окрему ємність. Коефіцієнти приросту енергії будуть перебувати за формулою з попередньої частини (4.8): \[K_{\eta2} = {C_1 \over C_2} \qquad (5.1)\] Щоб прикинути більш реальний \(K_{\eta2}\) за першим алгоритмом, нагадаємо формули для знаходження відокремленого ємності циліндра і ємності коаксіального конденсатора. \[C_1 = {2\,\pi\,\varepsilon\,\ell \over \mathrm{arcsh}{\frac{\ell}{r_1}} + \sqrt{\frac{r_1^2}{\ell^2} + 1} + \frac{r_1}{\ell}} \qquad (5.2)\] де: \(\varepsilon\) — діелектрична постійна, \(\ell\) — довжина циліндра, \(r_1\) — радіус зовнішнього циліндра. \[C_2 = {2\,\pi\,\varepsilon\,\ell \over \ln{\frac{r_1}{r_2}}} \qquad (5.3)\] де: \(r_2\) — радіус внутрішнього циліндра. А оскільки довжини двох циліндрів рівні, прирощення енегіі можна вважати за формулою: \[K_{\eta2} = {\ln{\frac{r_1}{r_2}} \over \mathrm{arcsh}{\frac{\ell}{r_1}} + \sqrt{\frac{r_1^2}{\ell^2} + 1} + \frac{r_1}{\ell}} \qquad (5.4)\] Якщо ж довжина циліндра набагато перевищує його радіус, формули (5.2) і (5.4) можна спростити: \[C_1 \approx {2\,\pi\,\varepsilon\,\ell \over \ln{\frac{\ell}{r_1}}} \quad => \quad K_{\eta2} \approx {\ln{\frac{r_1}{r_2}} \over \ln{\frac{\ell}{r_1}}} \qquad (5.5)\]
Перший алгоритм і электрофорная машина
Такий варіант представлений на наступному малюнку (a), де заряд знімається зі щіток электрофорной машини (ЕМ) і надходить на велику ємність C1. Після накопичення певного заряду він частково переходить на C2 з допомогою розрядника FV1, який, не забуваємо, в загальному випадку є переривників. Высоковольный дросель L1 служить для поділу часу між зарядом C2 і зніманням в навантаження, і фактично є заміною ключу SW3. Якщо це буде трансформатор Тесла (ТТ), то до всього іншого, він буде трансформувати високовольтна напруга в необхідне для навантаження Rn.
На малюнках (b) і (c) показані різні варіанти схем підключення згідно з описаним алгоритмом. На двох нижніх — C1 і C2 представляють із себе коаксіальний конденсатор: дві труби різного діаметру, вставлені один в одного.
Реализация алгоритма коммутации двух ёмкостей для электрофорной машины
На малюнку (c) як розрядника виступає кнопка, яка спрацьовує один раз за весь оборот колеса ЕМ, а в якості L1 — трансформатор Тесла. Ємність C2, очевидно, повинна бути приблизно дорівнює ємності однієї платівки ЕМ помноженої на їх загальне число. Автор пропонує читачам самостійно придумати симетричну схему першого алгоритму для ЕМ за аналогією з наведеною тут.
Перший алгоритм і вилка Авраменко
Зовсім неочевидним рішенням у реалізації описаного в попередній замітці алгоритму є включення C1 і C2 з вилкою Авраменко (див. наступний малюнок). Зауважимо, що C1 і C2 в цій схемі, в загальному випадку, можуть з себе представляти несиметричний конденсатор. В якості ключа SW1 тут виступає високовольтний діод VD1, а в якості SW2 — діод VD2. Ключ SW3 тут замінюють розрядники FV1 і FV2, які в загальному випадку можуть бути переривачів.
Реализация алгоритма коммутации двух ёмкостей и вилки Авраменко
Висока напруга HV в перший напівперіод позитивне щодо землі, тому заряджає систему конденсаторів C1 і C2 через діод VD1. Місткість цієї системи відповідає відокремленій ємності C1, т. к. всередині зовнішнього циліндра поля у цей момент немає. У другий напівперіод, через діод VD2, заряджається негативно зовнішній циліндр. Ємність цієї зарядженої системи також буде дорівнює відокремленій ємності C1. Утворений таким чином потенціал на коаксіальному конденсаторі C2, через розрядники FV1 і FV2, розряджається навантаження Rn.
На правому малюнку представлена більш досконала схема, в якій задіяний трансформатор L1. Він перетворює високу напругу для узгодження з навантаженням Rn. Застосування в якості L1 трансформатора Тесла тут є очевидним рішенням. Якщо ж ТТ виконати в половину довжини хвилі задаючого генератора, то розрядники можуть і зовсім не знадобиться. Тільки в цьому випадку відокремлена ємність обмотки самого ТТ повинна бути набагато менше ємності C2.
З першого погляду здається, що маленькі ємності і відсутність гальванічної ланцюга, не дадуть на виході цієї схеми велику потужність. Давайте підрахуємо. За один період коливань високовольтного генератора HV в навантаження можна зняти енергію рівну \[W = {C_2\,U_a^2 \over 2}\] де: \(U_a\) — амплітудне значення напруги джерела HV. Отже, потужність буде така: \[P = f\,W = f {C_2\,U_a^2 \over 2} \qquad (5.6)\] де(f\) — частота коливань. Якщо тепер візьмемо наступні дані: \[\quad C_2= 20 (пФ) \quad U_a= 10 (кВ) \quad f= 1(МГц) \] і підставимо в формулу (5.6), то отримаємо вихідну потужність в 1 квт! Цікавим може бути отримання тієї ж вихідної потужності при зменшення частоти в 100 разів і збільшення амплітуди напруги всього в 10 раз: \[\quad C_2= 20 (пФ) \quad U_a= 100 (кВ) \quad f= 10(кГц). \] Безумовно, тут треба врахувати втрати, які можуть становити 60-70%, але порядок потужностей не може не радувати шукачів вільної енергії :)
 
1 2 3 4 5