Науково-дослідний сайт В'ячеслава Горчіліна
2020-02-24
Всі статті/Експерименти
Короткі імпульси, струми зміщення і незвичайна поведінка феромагнетиків. Ми продовжуємо серію експериментів з короткими імпульсами і котушками індуктивності, проте тут ми зосередимося на токах зміщення і відгуках феромагнітних осердь при коротких імпульсах, які дозволять нам отримати нові некласичні ефекти. При цьому ми будемо використовувати готовий генератор , стандартний джерело живлення, осцилограф, три котушки індуктивності і кілька додаткових деталей. . У подальших експериментах будуть брати участь три різні котушки, з технічними характеристиками яких можна ознайомитися нижче. Дві перші — не мають вторинної обмотки, а їх підключення в дослідах відображено на рисунках ; третя котушка має вторинну обмотку і всі зв'язки будуть проводиться саме до неї . .
. Нижче ми наведемо основні параметри котушок індуктивності, які будуть задіяні в наших дослідах. Провід для намотування всіх котушок використовувався однаковий: мідний, у лаковій ізоляції, з діаметром жили 0.6 мм, але параметри дроти не сильно впливають на якісні результати подальших експериментів. . Котушка №1 на феритовому кільці. . Котушка №2 на сердечнику від рядкового високовольтного трансформатора . . Котушка №3 на феритовому кільці . . Вплив короткого імпульсу. Для початку перевіримо реакцію котушок на вплив досить короткого імпульсу. При цьому активна навантаження буде відсутній, а буде підключений тільки осцилограф OS1. Його зелений промінь підключається до затвору ключа генератора GG1 та показує збудливий імпульс, а жовтий промінь, з дільником 1:100, підключається за схемою на рисунку . Осцилограми відгуку котушок відображені на фото . Там же наводиться частота імпульсів впливу і напруга джерела живлення . Тривалість збуджуючого імпульсу скрізь — близько 100-200 нс, причому вид осцилограм практично не змінюється, якщо тривалість цього імпульсу збільшити аж до 1 мкс. .
. Тут цікаво, що частота коливань відгуку в кілька разів перевищує максимальну робочу частоту феритів. Але головний висновок, який потрібно зробити з цих осцилограм — відповідь котушки породжує далеко не синусоїдальні коливання. Це свзязано як з нелінійною характеристикою магнітної проникності [1], так і з магнітною пам'яттю феромагнітних матеріалів [2]. Саме це властивість ми будемо використовувати надалі, а поки спробуємо підключити активне навантаження за відповідними схемами: перші дві котушки — по малюнку , а третя — по малюнку . При цьому ми будемо вимірювати зміна струму в ланцюзі живлення амперметром I1, залежно від її опору. . Струм споживання не залежить від навантаження. Можна переконатися в тому, що якщо тривалість збуджуючих імпульсів не більше 100 нс, то величина навантаження ніяк не впливає на струм споживання, причому ця закономірність спостерігалася в самому широкому діапазоні живлячих напруг; у автора максимальне U1 становило 100 Ст. Закономірність сохранятеся аж до повного закорочування HL1, а у випадку — навіть без діода VD1, тобто при замиканні вторинної обмотки L1. . Таким чином, коли ми працюємо тільки з струмами зміщення, ми можемо досягти практично повної незалежності потужності споживання схеми від опору навантаження. Але якщо про струм зміщення ми все-таки трохи знаємо [3], то наступний експеримент може стати одкровенням для багатьох радіоінженерів :). Половинна частота у відгуку котушки. Цілком очевидно, що отримати кратні гармоніки у відгуку котушки не являє собою ніякої складності, вони виходять автоматично навіть при звичайному порушення. А як отримати відгук субгармонику, тобто частоту кратно меншу від задаючої? Адже субгармоніки відкривають нові енергетичні можливості у сфері електричних перетворень і було б дуже добре навчитися їх отримувати. . Підключимо котушку №1 без навантаження , подамо на неї імпульси з частотою 150 кГц, оберемо напругу живлення і подивимося на осциллограмму . Як ми бачимо, котушка віддає коливання з частотою в два рази меншою, ніж задає! Але тут, на відміну від класичного резонансу, потрібно підібрати мінімум два параметра: задає частоту і напругу живлення. Наприклад, в даному випадку, при підвищенні напруги U1, починає проявлятися ще одне коливання, розташоване між двома сусідніми, та, при U1 = 35, відгук стає класичним, тобто частота відгуку стає рівною задає частоті. Є ще один нюанс у цьому ефекті: коли знайдені оптимальні значення частоти і напруги, струм споживання схеми знижується . Також з'ясувалося, що оптимальне значення цієї частоти досить точно відповідає резонансу другого роду. .
. Для котушки №2 дані резонансу і осцилограма наведені на рисунку , для котушки №3 — на малюнку . Нагадуємо, що в третій котушці осцилограф підключений до вторинної обмотки . Тривалість збуджуючого імпульсу може перебувати в діапазоні від 80 нс до 1 мкс, і підбирається індивідуально для котушки. . Деталі. Як було сказано вище, GG1 — це добре перевірений генератор коротких імпульсів, у якому положення перемикачів виставлені так: SA1 — «1111» і SA2 — «0000». Але підійде і такий генератор. Діод VD1 — SF56 або SF58, або інший високовольтний ультрафаст. Світлодіодна матриця HL1 — з параметрами 12 і 10 Вт, або подібна їй. До речі, в даних дослідах замість такої матриці можна підключати будь-світлодіод, але все ж краще, якщо його навантажувальна здатність як можна вище. Конденсатор C1 — будь-керамічний. Параметри котушок були представлені вище. . Висновки. При впливі досить коротких імпульсів на котушку індуктивності з феромагнітним осердям ми спостерігали відразу кілька ефектів. . 1. Відгук котушки являє собою несинусоїдальні коливання, обумовлені нелінійністю проникності сердечника від напруженості магнітного поля в ньому, і ще однією властивістю — намагніченістю. . 2. При роботі котушок на токах зміщення, які в даних експериментах проявлялися при тривалості збуджуючого імпульсу менш як 100 нс, спостерігалася практично повна незалежність потужності споживання від опору навантаження, аж до її повного корочения. . Для створення перетворювачів на цьому принципі необхідні генератори коротких імпульсів з ще більш якісними характеристиками по тривалості фронту і спаду, а також, котушки з низькою власній і прохідний ємністю. Дослідження в цьому напрямку тільки починаються. . 3. При певних співвідношеннях між частотою збуджуючих імпульсів і напруги живлення, виникає ефект появи субгармонік при відгук котушки. Це важливе явище можна використовувати для створення високоефективних перетворювачів і підсилювачів потужності. Структурна схема такого перетворювача наведена на малюнку , де G1 являє собою схему , але в якій, розрив з навантаженням, встановлюється смуговий фільтр FT1, завдання якого — пропускати тільки половинну частоту. . Таким чином, якщо розглянути енергетику огинаючої на виході такого фільтра , то виявиться, що в першому полупериоде фільтр навантажує котушку L1 і, відповідно, джерело живлення, а в другому полупериоде, навпаки, віддає частину своєї енергії, тобто сам є генератором. Такий процес був би неможливий, якби ми застосували класичну схему, де частота збудження дорівнювала б частоті фільтра з навантаженням. .
. Як бачиться автору, для поліпшення параметрів готового пристрою, в якості сердечника котушки L1, необхідно застосування феромагнітних матеріалів з кращими параметрами. Такими є, наприклад, сплави пермаллоя або більш сучасні метаматеріали [4]. . Продовження. Стиснення магнітного імпульсу. Ці експерименти продовжив італійський інженер Antonio Cimminiello і отримав фантастичні результати. Тут вже мова йде про технології стиснення магнітного імпульсу, що відкриває прямий шлях до вільної енергії. Ось, що пише сам Antonio: Сьогодні я перевірив можливість отримання субгармонік більш низького порядку і знайшов спосіб, використовуючи збудження в імпульсному режимі. Я встановлюю базову частоту імпульсів на 450 кГц , і частота повторення пачки встановлюється рівною частоті субгамоники, яку ви хочете отримати. Кількість імпульсів пачки задається з метою гасіння верхніх гармонік. При цьому амплітуда імпульсу 25 кГц і 12.5 кГц послідовно зростає в порівнянні з одиночним імпульсним збудженням. При такій техніці здається, що енергія всіх гармонік підсумовується в один імпульс. . . Нижче представлені деякі осцилограми з цих дослідів. Синій промінь відображає збуджуючі імпульси, жовтий промінь — стислий імпульс. .
. Більш докладний звіт Antonio знаходиться тут. .  . 1 2 3 . .
Увага! Вміст цієї сторінки платне. Для отримання доступу до платного контенту необхідно авторизуватися і оплатити абонемент на місяць або на рік, а потім обновити цю сторінку. Якщо ви ще не зареєстровані, то зробіть це прямо зараз.