Forschungswebsite von Vyacheslav Gorchilin
2019-05-16
Die parametrische Kapazität, wie elektrostatische Pumpe
Zuvor prüften wir Aufgabenstellung für die elektrostatische Pumpe (ЭСН) und einige notwendige Daten auf unserem Planeten. Denn es ist seine Oberfläche verwenden wir als Quelle der elektrischen Ladungen. In diesem Abschnitt besprechen wir die parametrische und deren Kapazität Switching für die Lösung der gestellten Aufgabe.
Betrachten Sie das Elektromechanische ausführungsbeispiel Kapazität, das ist die einfachste und verständliche, wenn auch nicht sehr effektiv. Aber wir müssen bei der Aufgabe in der Bedingung sagt nichts über den Wirkungsgrad. Zukünftig müssen wir hinzufügen, dass wir später übernehmen und die Effizienz der realen Anlagen.
Die parametrische Kapazität
Unsere parametrische Kapazität zeigt die Abbildung (1a). Es besteht aus zwei klingen aus leitfähigen Materialien (A, B), die sich anderes relativ zueinander mittels des Motors M. Seine Achse, und die Achse mit Schaufeln AB, Nichtleiter unterteilt, um den versorgungskreis des Motors arbeiten kann, unabhängig vom Rest der Pumpe. Elektrisch Klinge verbunden. Bei der gegenseitigen Drehung (Abb. 1b) ändert sich Ihre gesamte abgeschiedene Kapazität: im Falle, wenn die Klinge relativ zueinander eingesetzt, die Kapazität maximal ist, und bezeichnet man mit \(C_0\), und wenn die Klinge kombiniert Sie die Speicherkapazität ist minimal und wird durch \(C_1\). Schaltsymbol dieser beiden Bestimmungen spiegelt sich in den Abbildungen (1d) und (1e) bzw. Dort bot eine perfekte Variante der nichtlinearen Kapazität, bestehend aus mehreren Platten, was kann zur Verbesserung der Effizienz des gesamten Gerätes.
Нелинейная ёмкость. Её конструкция и условные обозначения
Abb.1. Nichtlineare Kapazität. Mögliche Entwurf und Konventionen
Die perfekte Wahl für einen solchen Kondensator wäre die Unterbringung von Schaufeln unter der Kuppel, und noch besser — mit выкачанным von dort auf dem Luftweg (Abb. 1c). Genau auf solch ein perfektes Fall werden wir zurückgreifen, wenn weitere Berechnungen. Ohne eine solche Kuppel noch weitere Verluste auf die Ionisierung der Umgebungsluft, die wir noch nicht berücksichtigt werden. Jetzt für uns wichtiger zu erhalten ist das Prinzip.
Algorithmus für die Arbeit der ЭСН
Unter Verwendung der Legende (Abb. 1d-1e) versuchen Sie sich vorzustellen Prozess pumpt Ladungen von der Erde in der Zeit. Dazu werden parametrische Kondensator Cs, wie in den Abbildungen gezeigt (2a-2b), und werden die Synchronisation der Drehung der Schaufeln und der Schalter SW1 so, dass bei maximaler Kapazität Cs kurzgeschlossen werden Kontakte SW1.1 und offen — SW1.2, und bei geringer — im Gegenteil: geschlossen Kontakte SW1.2 und offen — SW1.1. Erdung auf diesen Schemen dargestellt ist ein klassischer Weg, das ist unsere Verbindung zur Quelle der elektrischen Ladungen.
Алгоритм работы электростатического насоса. Некоторые схемотехнические решения
Abb.2. Algorithmus für die Arbeit der ЭСН. Einige schaltungslösungen
Algorithmus für die Arbeit der Installation von teilen auf zwei Halbwelle. In der ersten — Yacht Kapazität Cs am höchsten und mit der Erde verbunden (Abb. 2a), so dass es enthält in sich die Ladung — genauso wie alle Körper auf der Oberfläche des Planeten. Offensichtlich wird er proportional zur Fläche der Platten des Kondensators: \[q_0 = k\, \sigma\, S_0 \qquad (2.1)\] wobei \(k\) — Koeffizient der Verhältnismäßigkeit, \(\sigma\) — Oberflächendichte Ladungen Erde nach der Formel (1.1) aus dem vorherigen Abschnitt, a \(S_0\) — maximale Fläche der Cs. Eigentlich ist der Ausdruck sollte schwieriger sein, aber wenn man bedenkt, dass die maximale Kapazität Cs auf viele Größenordnungen kleiner als die Kapazität der Erde, wir betrachten die Formel (2.1) durchaus akzeptabel.
In der zweiten halbe Periode Cs wird von der Erde und die Klinge des Kondensators gedreht, wodurch eine minimale einsames Kapazität. Aus der Physik wissen wir, dass bei einer Reduzierung der Kapazität des Kondensators, bei demselben seine Ladung (und es bei uns noch nicht überall aufgebraucht), es steigt proportional die Spannung. Und wenn ja, dann zwischen der Erde und Schaufeln und Cs bildet sich eine Potentialdifferenz, die wir bereits verwenden können. Aber für die Berechnung gehen wir den anderen Weg und stellen wir uns vor was passiert, wenn jetzt XS1 verbinden mit der Erde? Der Planet wird versuchen, aus dem Gleichgewicht ausrichten und kompensieren extra Platz für eine solche Ladung der Platten, was bedeutet, dass ein überschuss fließt über eine Brücke in das Land. Überladung berechnet offensichtlich so: \[\Delta q = k\, \sigma (S_0 - S_1) \qquad (2.2)\] wobei \(S_1\) — minimale Fläche der Platten Cs. Aber lassen wir dieses Delta nicht zurück in die Erde, und durch den Kontakt SW1.2 in der speicherkondensator C1, dessen Kapazität sollte viel mehr Kapazität Cs (Abb. 2b). Dies ist notwendig, um die gesamte überschüssige Ladung schimmerten und sammelte sich gerade in C1.
In der nächsten halbperiode Kontakt SW1.2 öffnet, und Cs, durch den Kontakt SW1.1, mit der Erde verbunden. Klinge Cs wieder entfalten und erhöhen Ihre einsames Kapazität. Jetzt stellt sich heraus, dass Sie nicht genug Ladungen (proportional zu seiner neuen größeren Fläche). Der Planet wieder versuchen, dies zu kompensieren Gleichgewichtszustand, aber jetzt, im Gegensatz zu предыдушего halbperiode, die Ladungen fließen aus der Erde in den Kondensator Cs. Weiter, immer wieder wiederholen. So, wir перекачиваем elektrische Ladungen von der Erde in den Auffangbehälter C1, wobei als Pumpe dient die parametrische Kapazität Cs.
Lassen Sie uns zu schätzen, welche Leistung wir von einer solchen Anlage. Dazu nehmen wir an, dass \(k=1\), Fläche der Schaufeln in den beiden Indikationen im Zusammenhang beträgt jeweils 2 und 1 Quadratmeter (\(S_0=2 , S_1=1\)), die Kapazität des speicherkondensators \(C_1=5\cdot 10^{-10}\) Farad, und die Verluste sind nicht vorhanden. Dann die Energie, die in einen Vorratstank von jeder Periode wird sich so \[W = {(\Delta q)^2 \over 2 C_1} = {\left[ k\, \sigma (S_0 - S_1) \right]^2 \over 2 C_1}, \qquad (2.3)\] und wird numerisch gleich 1.3 наноджоулей. Es ist ein sehr kleiner Wert. Wenn wir davon ausgehen, dass die Schaufeln drehen sich mit einer Frequenz von 1000 umdrehungen pro Sekunde, also die Leistung am Ausgang wird gleich nur 1.3 Mikrowatt: \[P = W\,f \qquad (2.4)\] wobei gilt: \(P\) — die Kapazität der Anlage, \(f\) hat eine Frequenz, die der Drehzahl der Schaufeln Cs. Es ist offensichtlich, dass die Kosten für die Drehung der Schaufeln um Größenordnungen übersteigen Gehaltserhöhung. Aber die Wirksamkeit der von uns noch nicht gebraucht wurde, haben wir beschlossen, die Aufgabe — Pumpe entwickelt, um elektrische Ladungen.
Effizienzsteigerung ЭСН
Hierzu gibt es verschiedene Möglichkeiten: erhöhen parametrische Kapazität, erhöhen die Drehzahl der Rotorblätter oder — sammeln mehr Energie durch eine größere Potentialdifferenz. Die ersten beiden Methoden sind sehr teuer und bringen ungerechtfertigt elektrische und mechanische Verluste bei höheren Werten der Spannung oder dem Platz.
Die Dritte Methode setzt Voraus, dass ein überladen durch die Formel (2.2) nicht nur ansammelt, sondern beteiligt sich in der nächsten Periode (Zyklus), erstellt eine größere als die aspirierten Ladungen durch die Schaffung größerer Potentialdifferenz. Diese Methode zeigt die Abbildung (2c), wo das PSA-Kapazität ist in die Lücke die Erdungs-und kann jetzt vergleichbar in seiner Bedeutung die maximale Kapazität Cs. Für die Ausführung dieser Regelung ist erforderlich, den ursprünglichen Impuls oder Ladung des speicherkondensators C1. Dann, jeder Periode alle weiteren Ladung, wird mehr als die Vergrößerung der Potentialdifferenz, die wiederum wird dazu beitragen, eine größere Anzahl von засасываемых Ladungen in der nächsten Periode. D.h. es stellt sich heraus, dass die Ladung hier exponentiell, begrenzt nur von den Parametern von kondensatoren, mechanische und elektrische Verluste. Es ist sogar möglich, dass in einem Stromkreis die Erdung muss einschränkend Strom varistoren. Schießen überladung (Ausgangsleistung) auf высокоомную Belastung Rn mit Vorlagebehälter, Sie können mit einem Ableiter FV1 oder eines anderen schwellenwerteinrichtung (Abb. 2d).
Die folgende Lösung ist in der Zeichnung dargestellt (2e), wo sind zwei parametrische Kondensator CS1 und CS2. Hier die mechanik der Drehung der Schaufeln dieser kondensatoren so synchronisiert, dass Sie arbeiten müssen gegenphasig: wenn bei CS1 Kapazität maximal ist, dann CS2 sollte es minimal sein, und Umgekehrt. L1 und L2 sind zwei identische TESLA-Transformator mit einem Unterschied: bei L2 zusätzliche senkende Wicklung. Durch Sie, die Last Rn, wird der überschüssige Strom abgenommen wird. L1 und L2 müssen induktiv verbunden und arbeiten in gegenphase, und Ihre Resonanzfrequenz muss gleich der Frequenz der umdrehungen der Schaufeln. Das Prinzip dieser Schaltung ist die gleiche, und was im Schema in der Abbildung (2c), aber im Gegensatz zu Ihr, die Ladung hier Reichert sich in zwei индуктивностях.