Скажем сразу, что в этой статье представлена гипотеза, которая хоть и имеет под собой веские основания, но всё же требует обязательной проверки. Идея метода заключается в разделении взаимного влияния двух источников напряжения с помощью линии задержки, и последующего суммирования мощности на её выходе.

На рисунках (1.1) и (1.2) показаны эти два источника напряжения — U1 и U2, переключатель SW, линия задержки DL и активная нагрузка — R. Сначала опишем свойства элементов U1, U2 и DL, а затем — работу схемы. Главное требование от источников U1 и U2 — малое внутреннее сопротивление. Линия задержки DL имеет входное импедансное сопротивление Z, очень малое проходное сопротивление (мы его не будем учитывать) и время задержки — \(\tau\). Главной особенностью этих схем является время переключения SW — оно должно быть меньше или равно \(\tau\), а входное сопротивление Z считаем согласованным с нагрузкой: \(|Z| = R\).

На рисунке (1.1) представлен токовый метод. Цепь по постоянному току U1-DL-R работает неразрывно всё время, создавая ток \(I_1\). Периодически, через ключ SW, в эту цепь подключается источник U2; он создаёт дополнительный ток \(I_2\). Поскольку источник U1 отделён от остальной схемы дросселем L, то кратковременные подключения источника U2, длительностью меньше либо равные \(\tau\), на него не влияют. Сам же источник U2 при подключении испытывает только входное сопротивление линии задержки — Z. По истечении времени \(\tau\) на нагрузке R появляется суммарный ток \(I_g = I_1 + I_2\). Этот момент мы и рассмотрим.

Поскольку источники напряжения работают независимо, то их затрачиваемые мощности в период, когда ключ SW замкнут, такие: \[P_1 = I_1^2\,R \qquad P_2 = I_2^2\,|Z| = I_2^2\,R \qquad (1)\] К слову, мощность \(P_1\) не зависит от времени и постоянна на всём протяжении. Получаемая же на нагрузке мощность такая: \[P_g = I_g^2\,R = (I_1 + I_2)^2\,R \qquad (2)\] Тогда, сравнивая эти мощности, находим приращение КПД второго рода: \[K_{\eta2} = {P_g \over P_1 + P_2} = {(I_1 + I_2)^2 \over I_1^2 + I_2^2} \qquad (3)\] Например, если \(I_1 = I_2\), то \(K_{\eta2} = 2\). Токовый метод и будет рассмотрен в схеме эксперимента ниже.

Этот метод представлен на рисунке (1.2). В отличие от предыдущего — источники U1 и U2 периодически, на короткие промежутки времени \(\tau\), включаются последовательно. Поэтому всё те же расчёты ведутся уже через напряжения: \[P_1 = U_1^2/R \qquad P_2 = U_2^2/|Z| = U_2^2/R \qquad (4)\] \[P_g = U_g^2/R = (U_1 + U_2)^2/R \qquad (5)\] \[K_{\eta2} = {P_g \over P_1 + P_2} = {(U_1 + U_2)^2 \over U_1^2 + U_2^2} \qquad (6)\] По аналогии с предыдущим методом, если \(U_1 = U_2\), то \(K_{\eta2} = 2\).

Нельзя забывать, что временной промежуток \(\tau\) может быть малым по сравнению с общим периодом \(T\), а значит общее приращение КПД будет меньшим, чем в (3), (6). Это можно исправить, и даже увеличить эти значения, если источник U1 сделать переменным, с частотой обратной \(T\), а цепочку с постоянным током U1-DL-R ввести в реактивный режим. Но этот вариант выходит за рамки данной статьи, а здесь мы рассматриваем сам принцип.

На рынке предлагается довольно много промышленных линий задержки электрических импульсов. Но здесь мы рассмотрим самодельные DL, которые помогут отразить принцип работы схем (1.1) и (1.2). Начнём с очевидной — с коаксиального кабеля. Все необходимые нам параметры указываются в таблицах, пример [1]. Нам нужно только рассчитать время задержки \(\tau\) исходя из длины кабеля и скорости распостранения волны в нём. Также, нужно учесть максимальную мощность и напряжение.

Менее очевидным вариантом является использование симметричных длинных линий. Их расчёт более сложен, но для самодельной DL этот вариант может быть более подходящим [2].

И уж совсем неочевидным решением будет применение в качестве DL — катушки индуктивности. На самом же деле её нужно сделать по-возможности безиндуктивной, иначе она будет работать, как обычный фильтр верхних частот, что нам здесь совсем не нужно. Но раз это катушка, то можно ли её совместить с дросселем L по схеме (1.1)? Вот здесь мы остановимся подробнее.

Катушку сделать относительно безиндуктивной можно разными способами, а самый простой из них — намотать один слой по часовой стрелке, затем изменить направление, и в обратную сторону уже мотать против часовой стрелки (DL1). Но в этом случае начало и конец этих слоёв будут иметь сильную ёмкостную связь, и короткий импульс может проходить на нагрузку минуя DL. Можно пойти по другому пути и начало-конец обмоток разнести в разные стороны катушки (DL2). Этот вариант куда лучше, но мы по-прежнему не решаем задачу совмещения DL и L из рисунка (1.1). Это можно сделать, если часть катушки отдать под дроссель, а часть — под DL. Другими словми, часть катушки должна быть индуктивной, а часть — безиндуктивной. Короткие импульсы из U2 в этом случае мы должны будем подавать на X3, X4 (LDL1). А сделать минимальной ёмкостную связь между входом и выходом можно, если чуть усложнить конструкцию и сделать безиндуктивную намотку в виде пирамиды (LDL2).

С учётом всех предыдущих выкладок теперь можно составить схему для эксперимента. На схеме не нарисовано, но в индуктивную часть катушки может вставляться ферритовый сердечник для увеличения индуктивности и, как следствие, уменьшение взаимного влияния источников напряжения.

Расчёт таких конструктивов довольно сложен, т.к. помимо далеко нелинейных свойств распостранения волн в длинных линиях, здесь накладывается модель безиндуктивной катушки. На данный момент таких расчётов не существует и пока главенствует его величество — эксперимент. Чем больше будет наработок и данных по подобным конструкциям, тем быстрее появится математическая модель для практических расчётов.