2016-08-04
Персональный сайт Вячеслава Горчилина
Все статьи
Ламповый метод повышения КПД второго рода
Метод доступен для совместного патентования
Этот метод основан на движении электронов в вакууме, в постоянном электрическом поле. В таком поле заряды создают электронное облако, направление движения которого можно периодически менять, тем самым увеличивая КПД второго рода — \(\eta_2\). По-другому этот подход можно назвать методом утилизации электронной плазмы. Этот принцип и отражает следующий рисунок на котором представлены:
  • VL1 — вакуумная лампа с анодом и катодом, расстояние между которыми равно \(l\);
  • SW1 — переключатель имеющий два положения SW1.1 и SW1.2;
  • R — активное сопротивление;
  • V1, V2 — источники напряжения. V1 — напряжение работы лампы в прямом включении, V2 — напряжение в обратном включении.
Ламповый метод повышения КПД второго рода
Работа устройства достаточно простая. В первый момент времени замкнут переключатель SW1.1 и отрицательное напряжение через R1 поступает на катод лампы. С катоды вырываются электроны и разгоняясь с ускорением \(a_1\) достигают анода. Как только первые из них подлетают к аноду переключатель переходит в положение SW1.2 и на катод, относительно анода, подаётся плюс. Между анодом и катодом возникает обратное электрическое поле, и заряды начинают обратное движение, проходя в этот раз через активное сопротивление \(R\). Ускорение электронов в этот раз также может быть другое, обозначим его \(a_2\).
Увеличение \(\eta_2\) обозначаем коэффицентом \(K_{\eta2}\) и находим его так: \[ K_{\eta2} = {W_R \over W_1 + W_2} \] где: \(W_R\) — энергия проходящая через \(R\), \(W_1\) — энергия затраченная на перемещение зарядов в период замкнутого SW1.1, \(W_2\) — энергия затраченная на обратное перемещение зарядов в период замкнутого SW1.2. \(K_{\eta2}\) имеет сложную зависимость, но в наиболее простом виде её можно выразить так: \[ K_{\eta2} = 3{I_2 \, R \over V_1 + V_2 - I_2 \, R } \] где: \(I_2\) — ток через \(R\) во второй период времени, когда замкнут SW1.2.
Если обозначить ток через VL1 в первый момент времени (замкнут SW1.1), как \(I_1\), то соотношение между токами можно будет выразить так: \[ {I_2 \over I_1} = \sqrt {a_2 \over a_1} \] Ускорения будут находиться по формулам: \[ a_1 = {e \, V_1 \over m \, l}, \quad a_2 = {e \over m \, l} (V_2 - I_2\,R) \] где: \(e\) — заряд электрона, \(m\) — его масса, \(l\) — длина между анодом и катодом лампы. Из этого следует, что: \[ I_2 = {I_1^2 \, R \over 2 \, V_1} \left[ \sqrt {1 + 4{V_1\,V_2 \over I_1^2 \, R^2} } - 1 \right] \] Уравнение достаточно запутанное, тем более, что \(a_2\) должно быть больше нуля, а значит \(I_2\,R\) должно быть меньше \(V_2\). Поэтому, для упрощения формулы введём коэффициенты \(g\) и \(k\): \[ g = {I_1^2\,R^2 \over V_1\,V_2} = {k^2 \over 1 - k}, \quad k \lt 1 \] \[ k = {I_2\,R \over V_2} = {g \over 2} \left[ \sqrt {1 + {4 \over g}} - 1 \right] \] Тогда формула для тока сильно упростится: \[ I_2 = {k \, V_1 \over R} \] а общая формула станет куда более понятной: \[ K_{\eta2} = {3 \, k \over 1 - k + V_2/V_1} \] Рассмотрим самый простой в плане схемотехнической реализации случай, когда \(V_2 / V_1 = 1\), при этом \(k = 0.9\). Тогда \(K_{\eta2}\) увеличивается в 2.45 раза. Активное сопротивление при этом находится так: \(R = 2.85{V_1 \over I_1}\).
Далее, рассмотрим для примера ещё один вариант, когда \(V_2 / V_1 = 0.5\), при этом \(k = 0.9\). Тогда \(K_{\eta2}\) увеличивается уже в 4.5 раза. Активное сопротивление при этом находится так: \(R = 4{V_1 \over I_1}\). И т.д.
Безусловно, здесь мы не учитываем обычный КПД и энегрию на разогрев катода, поэтому реальные значения \(K_{\eta2}\) будут немного меньше. С другой стороны, для этого метода могут быть разработаны специальные вакуумные лампы, у которых будет достаточное большое расстояние анод-катод при относительно небольших напряжениях, а также, у которых будет достигнуто оптимальное соотношение между \(V_2\) и \(V_1\). Это будет способствовать менее сложной схемотехнике переключателей и большому значению \(K_{\eta2}\).

Горчилин Вячеслав, 2016 г.
* Перепечатка статьи возможна с условием установки ссылки на этот сайт и соблюдением авторских прав

« Назад
2009-2017 © Vyacheslav Gorchilin