Уткин Владимир. Секреты Николы Тесла. Использование реактивной мощности

СЕКРЕТЫ НИКОЛЫ ТЕСЛА

"Конденсатор - источник бесконечной энергии" - Никола Тесла

(Конденсатор можно заряжать резонансными токами не разрушая резонанс)

0x01 graphic

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ. СХЕМЫ. НАСТРОЙКА.

Рассмотрены почти все известные устройства

"Свободной энергии"

Владимир Уткин u.v@bk.ru

ВВЕДЕНИЕ

В статье речь пойдёт об электрических цепях, состоящих из катушек L и конденсаторов C. В этих цепях энергия периодически переходит из потенциальной (в конденсаторе) в кинетическую (в катушке), и наоборот. Возникает понятие реактивной мощности, когда ток и напряжение в цепи сдвинуты относительно друг друга на 90 градусов - Рис. 1.

0x01 graphic

Рис.1. Одиночный электрический колебательный контур без потерь, состоящий из идеальной катушки L и конденсатора C.

Если в такой цепи нет потерь (идеальный случай), то колебания будут проходить неограниченно во времени на частоте f₀

0x01 graphic

Если в цепи есть потери, то колебания затухнут, в соответствии с коэффициентом затухания - ї.

0x01 graphic

Рис.2. Колебания в контуре с потерями затухают.

Для поддержания колебаний в этом случае потребуется внешний источник энергии, за счёт которого потери и будут компенсироваться.

Откуда становится ясно, что попытки использования реактивной мощности (внесение потерь) неизбежно приведёт к возрастанию потребления энергии от источника. То есть, в конечном итоге будет потребляться энергия источника, а не реактивная мощность.

Тем не менее, в статье ставится именно такая "абсурдная" задача как использование реактивной мощности для получения активной мощности в нагрузке без разрушения колебательного процесса.

Решать эту задачу предлагается добавлением в первоначальную схему Рис.1 дополнительной резонансной катушки L₂, образующей с первоначальной катушкой L₁ связанные резонансные контуры. А также добавлением нерезонансной катушки L₃, как показано на рисунке ниже - Рис.3. При этом, будем считать, что катушки L2 и L3 имеют равное число витков (равные индуктивности), а катушка L1 расположена в середине между ними. Генератор будет использоваться как источник внешней энергии для поддержания незатухающих колебаний в связанных контурах L1 и L2 (на частоте колебаний ї₁ или ї₂, определяемой теорией связанных резонансных контуров).

0x01 graphic

Рис.3. Питание нагрузки на основе реактивной мощности связанных резонансных контуров L1 и L2 на частоте ї₁ или ї₂.

Есть надежда, что при таком подходе, сама реактивная мощность в нагрузку R_L поступать не будет. Где R_L обозначена любая активная нагрузка.

Добиваться такого результата будем путём выравнивания резонансных частот холостого хода (ХХ) и короткого замыкания (КЗ) указанной выше схемы для частот ї₁ и ї₂ при последовательном и встречном включения катушек L2 и L3. Результатом такого подхода будет приводимая в конце статьи схема "вечного" фонарика.

0x01 graphic

Что и как в этой схеме соединено расскажем позднее, а пока поясним, что такое связанные резонансные контуры.

ИНДУКТИВНО СВЯЗАННЫЕ РЕЗОНАНСНЫЕ КОНТУРЫ

Если взять две катушки с подключенными к ним конденсаторами, и поднести их друг к другу, по получим индуктивно связанные резонансные контуры. Такая конструкция хорошо известна и широко используется в радиотехнике для целей фильтрации сигналов. Теория связанных резонансных контуров также хорошо разработана и её описание можно легко найти в Сети.

Из теории связанных резонансных контуров известно, что они имеют резонанс на двух частотах ї₁ и ї₂, если связь между ними больше критической К>0,7. Частоты эти зависят от частоты первоначальной настройки контуров ї₀ и коэффициента взаимной связи контуров K. Если частоты первоначальной настройки контуров ї₀ совпадают, то справедливы соотношения:

0x01 graphic

Откуда следует, что при увеличении коэффициента связи K резонансная частота ї₂ стремится к бесконечности, а ї₁ изменяется несущественно в сторону уменьшения - Рис.4.

0x01 graphic

Рис.4. Резонансные кривые индуктивно связанных резонансных контуров в зависимости от коэффициента связи К.

Из теории связанных резонансных контуров также известно, что фазы колебаний первичного и вторичного контуров совпадают для частоты ї₁ и противоположны для частоты ї₂. Что является следствием того, что на частоте ї₂ направление электромагнитных полей катушек противоположное (встречное).

0x01 graphic

Рис.5. Фазовые соотношения для частот резонанса ї₁ и ї₂.

То есть, если связанные контуры возбуждать на частоте резонанса ї₂, то на вторичной катушке появится напряжение противоположное по знаку напряжению первичной катушки - Рис.5. Фактически вторичная катушка по отношению к первичной катушке начинает вырабатывать противо ЭДС на частоте резонанса ї₂. Покажем, как это явление используется для выравнивания частот ХХ и КЗ.

ВЫРАВНИВАНИЕ РЕЗОНАНСНЫХ ЧАСТОТ ХХ И КЗ ДЛЯ ї₂

ПРИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОМ ВКЛЮЧЕНИИ L2 и L3

Если посмотреть "пространственно" на схему Рис.3, то видно, что при ХХ противо ЭДС воздействует на L1 только со стороны катушки L2, катушка L3 бездействует. При КЗ противо ЭДС воздействует на L1 с двух сторон: со стороны L2 и L3. При этом, конденсатор С2 в резонансе не участвует (на нём нулевое напряжение). Резонансная частота определяется только параметрами контура L1C1.

Следовательно, параметрами резонансного контура L2C2 (величиной ёмкости конденсатора С2) можно пользоваться для настройки частоты ХХ, поскольку при КЗ он всё равно замкнут. Такое возможно потому, что теория связанных контуров утверждает, что настраиваться на резонансную частоту можно изменением только одного параметра. Чтобы "поймать" резонанс не обязательно чтобы оба контура первоначально были настроены на одну частоту.

Таким образом, изменение ёмкости конденсатора С2 вторичного контура при холостом ходе (либо перемещение L1 относительно L2 и L3) и лежит в основе выравнивания резонансных частот холостого хода и короткого замыкания схемы Рис.3 для последовательного включении катушек L2 и L3 и работе на частоте ї₂. Появляется надежда, что подключение нагрузки тоже не вызовет изменения резонансной частот и потребления от источника.

При этом, конструктивно катушки L1, L₂ и L₃ могут выглядеть как по-разному.

ВЫРАВНИВАНИЕ РЕЗОНАНСНЫХ ЧАСТОТ ХХ и КЗ ДЛЯ ї₁

ПРИ ВСТРЕЧНОМ ВКЛЮЧЕНИИ L2 и L3

Для резонансной частоты ї₁ и встречного включения катушек L2 и L3 ситуация иная. При резонансе на частоте ї₁ нет разворота фазы на 180 градусов в контуре L2C2. Поэтому может показаться, что на выходе схемы должно быть нулевой напряжение так как катушки L2 и L3 включены встречно. Однако, это не совсем так.

Если конденсатор С2 отсутствует, то на выходе действительно будет ноль (из-за встречного включения катушек L2 и L3). А если конденсатор присутствует и есть резонанс, то результат будет зависеть от коэффициента связи катушек.

Если связь с L1 слабая, то на катушках L2 и L3 наводится низкое напряжение. Однако, катушка L2 находясь в резонансе повысит напряжение (как приёмная катушка в детекторном приёмнике) и на выходе появляется разностное напряжение.

Если связь сильная, то на обоих катушках будет равное напряжение, не зависимо от наличия резонанса. И на выходе будет опять ноль.

Чтобы частоты резонанса ХХ и КЗ для данного случая совпадали надо помещать L1 в середине между L2 и L3 при слабой связи. В этом случае при КЗ результирующая индуктивность L2+L3 уменьшится (из-за их параллельного включения), что должно привести к повышению резонансной частоты. Однако, коэффициент связи с катушкой L1 увеличивается, что в соответствии с теорией связанных контуров должно привести к понижению резонансной частоты. В результате резонансная частота не должна измениться. Подстраивать ничего не придётся. Появляется надежда, что подключение нагрузки тоже не вызовет изменения резонансной частот и потребления от источника.

Конкретные варианты реализации зависят от конструктива L1, L2 и L3.

ВОЗМОЖНЫЙ КОНСТРУКТИВ

Схема Рис.3 может быть реализована различным образом. Например, на основе цилиндрических катушек (с сердечником или без), либо на основе конфигурации с использованием тора (с сердечником или без), либо как-то иначе

0x01 graphic

(А) - Конструктив на основе цилиндрических катушек (с ферритом или без)

0x01 graphic

(В) - Конструктив на основе ферритовых колец (одного или нескольких)

0x01 graphic

(С) - Конструктив на основе проволочных колец (плоский и объёмный)

0x01 graphic

(D) - Конструктив на основе нескольких ферритовых стержней

0x01 graphic

(E) - Конструктив на основе Ш-образного сердечника

0x01 graphic

(F) - Намотка в три провода ("трифиляр")

Возможные варианты конструктива схемы Рис.3.

Вполне вероятно, что возможны и какие-то другие конструктивы (что не принципиально). Далее рассмотрим известные конструктивы из возможных, где вероятнее всего технология выравнивания резонансных часто ХХ и КЗ используется.

ИЗВЕСТНЫЕ КОНСТРУКЦИИ

АЛЬФРЕД ХАББАРД

Наиболее раннее упоминание можно найти о разработках Альфреда Хаббарда. Альфред Хаббард был предшественником других последователей. И если верить одному из них (Дональду Смиту), то использовал первым эту технологию. Вот слова Смита об устройстве Хаббарда:

"Hubbard has a central "electromagnetic transmitter" surrounded by a ring of "receivers" closely coupled magnetically to the transmitter"...

То есть, "У Хаббарда есть центральный "электромагнитный передатчик", окруженный кольцом "приемников", тесно связанных магнитно с передатчиком" ...

При этом утверждается, что в устройстве Хаббарда присутствуют резонансные конденсаторы на передатчике и приёмных катушках. Что позволяет прийти к выводу, что передатчик и приёмник - это связанные резонансные контуры, резонирующие на частоте ї₁ или ї₂. Вероятнее всего ї₁, так как используются низкочастотные железные сердечники. Следовательно, катушки L2 и L3 включены встречно. Сами катушки L2 и L3 образованы за счёт деления чётного числа внешних катушек пополам (например, через одного). К одной половине которых подключён резонансный конденсатор. То есть, работа устройства основана на схеме Рис.3. и конструктиве, показанном ранее. Выравнивание частот холостого хода и короткого замыкания происходит автоматически на нужной частоте после подбора сердечников, числа витков и конденсаторов.

Потребитель подключается только после преобразования переменного тока в постоянный.

0x01 graphic

Схема подключения конденсаторов, приводимая в Сети скорее всего является неточной.

0x01 graphic

Конструкция резонансного трансформатора Альфреда Хаббарда.

При работе устройства напряжение возбуждения повышается, а затем после резонанса понижается до требуемого уровня с помощью входного и выходного трансформатора.

ДОНАЛЬД СМИТ

Дональд Смит был последователем Альфреда Хаббарда и не был первым кто пытался использовать реактивную мощность для получения активной мощности (полезной энергии). Однако, он оставил схемы. Вот одна из схем, которая ближе всего к описанному ранее принципу. И, возможно, наиболее достоверная.

0x01 graphic

ОБОЗНАЧЕНИЯ:

CW - Clockwise winding - Намотка по часовой стрелке;

CCW - Counter clockwise winding - Намотка против часовой стрелки;

CT - Center - Середина;

Tesla Coil - Катушка Тесла;

L₁ - первичная катушка;

L₂ - вся вторичная катушка, состоящая из двух равных половин.

HV - High voltage - Высокое напряжение на трансформаторе от микроволновой

печки, включённом на понижение напряжения.

Из обозначений видно, что конструкция основана на использовании пары индуктивно связанных резонансных контуров, работающих на частоте ї₁ поскольку катушки L2 и L3 включены встречно. Катушка L1 в середине конструкции, катушки L2 и L3 по бокам. Основа такого подхода - это всё та же схема Рис.3 и одни из возможных конструктивов (но, не обязательно только эти). Выравнивание резонансных частот автоматическое, либо небольшим перемещением катушки L1.

0x01 graphic

Для получения большой выходной мощности используется импульсное высоковольтное возбуждение (более подробно в следующем примере), на выходе стоит понижающий трансформатор. В качестве нагрузки понижающего трансформатора (после выпрямителя) используется конденсатор большой ёмкости на Две Фарады на 50В. Если использовать электролиты по 10000 мкф, то это 200 штук.

Есть у Дональда Смита и ещё одна конструкция на связанных резонансных контурах. В ней катушки L2 и L3 намотаны в одну сторону. Следовательно, работает схема на частоте ї₂.

0x01 graphic

Вот как Дональд Смит описывает устройство:

"Электроны вращаются вправо и создают ток. Электроны вращаются влево и создают напряжение".

0x01 graphic

О том, что часть вторичной катушки находится в резонансе с первичной катушкой на частоте ї₂ ни слова. А ведь такое поведение именно результат резонанса на частоте ї₂ связанных контуров.

Основа устройства всё та же схема Рис.3 и один из возможных конструктивов. Выравнивание резонансных частот ХХ и КЗ за счёт небольшого перемещения катушки L1, вместо подбора ёмкости конденсатора С2.

0x01 graphic

В качестве нагрузки используется высоковольтный конденсатор большой ёмкости: 32 мкф на 2000В. Который подключён к выходу двухполупериодного выпрямителя. Что наводит на мысль о том, что мостовой выпрямитель (как в конструкции ранее) подключить нельзя. Такое возможно если при выравнивании частот ХХ и КЗ при резонансе на частоте ї₂ на выходе L2+L3 нулевое напряжение. Поскольку на самих L2 и L3 напряжение противоположной полярности.

Потребитель подключается через дроссель, который используется и как трансформатор для подзарядки АКБ.

Раскачка идёт высоковольтными однополярными импульсами. Первичная резонансная катушка заряжается от импульсов как уединённый конденсатор, а затем разряжается на заземление. Так энергия источника эффективнее уходит в резонансную катушку. Этим пользовался ещё Тесла. Если делать наоборот: резонансную катушку подключать к заземлению и искрить на неё, то энергия импульсов уходит на заряд катушки как уединённого конденсатора, а не на раскачку резонанса. Таким образом, заземление используется как некая опора, помогающая эффективнее раскачивать колебательный контур.

Кроме чисто электрических резонансных устройств Дональд Смит демонстрировал и резонансное электромеханическое устройство. Состоящее из катушек, намотанных на магнитах и магнитопровода вращающегося между ними c помощью небольшого двигателя.

0x01 graphic

Катушки с разных сторон доски намотаны в разных направлениях (то есть встречно). Следовательно, чтобы при вращении магнитопровода на них возникала ЭДС магниты с двух сторон доски тоже должны быть направлены встречно. Ничего особенного в этом нет. Сама встречность здесь ничего не даёт.

А вот дальше возникает навязчивое ощущение, что в основе и этого устройства лежит всё та же схема Рис.3, работающая на резонансной частоте ї₁. Возникает оно потому, что в устройстве чётное число пар катушек, которые можно коммутировать необходимым образом с помощью контактной панели, входящей в состав устройства. Если пары катушек разделить пополам (например, через одного) и включить половины встречно, то на выходе будет ноль. Далее подключив резонансный конденсатор к одной половине и вращая магнитопровод двигателем с нужной резонансной частотой можно получить на выходе напряжение отличное от нуля, как и в схеме Рис.3. При этом вместо катушки L1 схемы Рис.3 будет использоваться вращающийся магнитопровод создающий переменное магнитное поле.

Чем выше скорость вращения магнитопровода, тем большая ЭДС наводится в катушках. Следовательно, чем на большую частоту настроен контур L2С2, тем больше энергии. Выше частота - выше энергия. Выравнивание резонансных частот ХХ и КЗ происходит автоматически.

Даже при замыкании выхода накоротко в этом устройстве не будет торможения вращения магнитопровода. При этом токи могут быть большие. Очень условно это можно показать так...

0x01 graphic

Подключение нагрузки только после преобразования переменного тока в постоянный? Дональд Смит об этом открыто не говорит, но показывает фото мощных диодов, которые у него есть. Добавляя: "Пара конденсаторов и пара диодов решают все проблемы"

СТИВЕН МАРК

Стивен Марк демонстрировал различные приборы генерации энергии, основанные на использовании тороидов, получивших название "Тороидальные Энергетические Устройства - TPU". Есть видео демонстрации. Приведём пару картинок.

0x01 graphic

Один из вариантов внешнего вида TPU Стивена Марка.

Однако, подробное описание конструкции отсутствует. Есть только догадки, основанные на высказываниях автора.

Для нас будет интересно предположение (только предположение), что работа устройств основана на связанных резонансных контурах. Сделать такое предположение позволяет картинка справа вверху, где видны два резонансных конденсатора и два дросселя. Из-за дросселей можно также предположить, что раскачка ведётся простейшей схемой для индукционного нагрева (в ней нужны два дросселя). Она обеспечивает автоподстройку частоты, но запускается сама только на частоте ї₁. Следовательно, работает устройств, скорее всего на частоте ї₁.

0x01 graphic

Сами катушки L₂ и L₃ намотаны на тороидальных сердечниках из пенопласта (феррита нет), включены встречно (поскольку резонанс на частоте ї₁. Сверху намотана первичная катушка L1.

И опять мы приходим к выводу, что и данное устройство основано всё на той же схеме Рис.3. и одном из вариантов конструктива из трёх колец, где одно кольцо без намотки удалено. Оно нужно только для работы на частоте ї₂, чтобы частота не уходила в бесконечность.

0x01 graphic

Плюсом такого подхода является то, что все электромагнитные поля находятся внутри устройства и не выходят наружу. Что подтверждается замерами внешнего поля на видео Стивена Марка.

Намёком на возможность такого решения также могут служить некие картинки в Сети, где используется подобный способ намотки катушек.

0x01 graphic

Выравнивание резонансных частот автоматическое.

Однако, в других устройствах Стивена Марка может быть использован другой конструктив, где поле выходит за пределы конструкции. В частности, Стивен Марк утверждал о том, что на идею создания устройства его подтолкнул патент Николы Тесла (приведённый ниже), где используются четыре катушки на тороидальном сердечнике. Здесь конструкция TPU будет другая.

0x01 graphic

Патент Николы Тесла.

В этом случае, если предположить, что речь идёт о связанных резонансных контурах, то две противоположные катушки могли быть использованы как первичная резонансная катушка L1. Одна боковая - как вторичная резонансная L2, и оставшаяся боковая L3 - в соответствии со схемой Рис.3. Расположение катушек показано ниже. Работа на частоте ї₂.

0x01 graphic

Возможная схема реализации на основе патента Николы Тесла.

То есть, фактически это опять схема на основе Рис.3 с использованием тороидального сердечника и одного из указанных ранее конструктивов. Такой подход может работать только на частоте ї₂. Связь между катушками очень сильная, и как следствие резонансная частота ї₂ высокая.

Выравнивание резонансных частот холостого хода и короткого замыкания возможно за счёт числа витков и резонансных конденсаторов.

Как подключается нагрузка не известно. Но, если используется технология связанных контуров, то съём энергии возможен только на постоянном токе.

ТАРИЭЛЬ КАПАНАДЗЕ

Тариэль Капанадзе демонстрировал различные устройства, утверждая, что главное в них это держать резонанс (читай как "выравнивать резонансные частоты ХХ и КЗ"). Добавляя, что в устройствах одновременно два резонанса. Таким образом, если предположить, что всё основано на связанных резонансных контурах, то опять же приходим к выводу, что в основе устройств лежит схема Рис.3 на базе одного из указанных ранее конструктивов. Одно из таких устройств показано на рисунке ниже.

0x01 graphic

Одно из устройств, разработанных Тариэлем Капанадзе.

Работа, скорее всего, идёт на частоте ї₁ (катушки расположены симметрично относительно середины, и включены встречно, индуктор смещён в сторону L2 чтобы раскачивать L1C1 и L2C2 одновременно). Выравнивание резонансных часто ХХ и КЗ автоматическое.

Для получения высоких напряжений используется индуктор и искровое высоковольтное возбуждение.

Нагрузка подключается либо после преобразования высокочастотного переменного тока в постоянный, либо в частоту 50 Гц. Хотя, однозначно утверждать сложно из-за множества созданных Капанадзе устройств.

ПРОСТЕЙШИЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ ДЛЯ ї₂

И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ВКЛЮЧЕНИЯ L2 И L3

Назначение простейших экспериментов (для различных конструктивов) состоит в выяснении возможности выравнивания резонансных часто холостого хода и короткого замыкания и влиянии этого процесса на потребление энергии от источника для различных конструктивов. Перед началом экспериментов напомним, что при резонансе на частоте ї₂ есть разворот фазы на 180 градусов на контуре L2C2. Исследуем только несколько конструктивов (в силу ограниченности статьи и ресурсов).

Конструктив (А)

(вариант с ферритом, L1 длинная, L2 и L3 короткие)

Возьмём два коротких ферритовых стержня от катушки индукционной плиты, склеим из них в один длинный (положив картон вдоль). Намотаем на нём обмотку монтажным проводом вдоль всей длины (чтобы меньше поместилось витков и меньше была индуктивность). Измерим индуктивность полученной обмотки (оказалась 165 мкгн) и намотаем проводом ПЭЛ (чтобы было компактно) по бокам две обмотки аналогичной индуктивности. Получим то, что показано ниже.

0x01 graphic

L2 и L3 включены последовательно. Подключим к L1 и L2 конденсаторы по 0,1 мкф и настроимся на резонансную частоту при КЗ. Она оказалась равной 62,2 кгц. Разомкнём выход и настроимся на резонансную частоту для ХХ. Она оказалась равной 60,7 кгц. То есть ниже чем при КЗ. Выровняем резонансные частоты КЗ и ХХ уменьшив С2 до 0,09 мкф. При выравнивании резонансных частот ХХ и КЗ на выходе напряжение близкое к нулю. Около 2В.

Повышение частоты ХХ приводит к понижению добротности системы. От источника требуется больше энергии на раскачку контуров.

Конструктив (А)

(вариант с ферритом, L1 короткая, L2 и L3 длинные)

Возьмём два ферритовых стержня от катушки индукционной плиты, склеим их продольно, наложив для жёсткости картон. Получим длинный стержень (всё как и ранее). Намотаем монтажным проводом по бокам стержня катушки L2 и L3 с равным числом витков. Измерим их индуктивность и намотаем проводом ПЭЛ на картонной оправке, помещённой в середине стержня, катушку L1 равной им индуктивности. Получим три катушки равной индуктивности. Результат показан ниже. Картонная оправка позволит перемещать катушку L1 вдоль стержня для выравнивания резонансных частот КЗ и ХХ. А провод ПЭЛ сделает её компактной.

0x01 graphic

Соединим L2 и L3 последовательно. Подключим к L1 и L2 конденсаторы по 0,1 мкф и настроимся на резонансную частоту при ХХ. Она оказалась равной 86 кгц.

Замкнём выход и настроимся на резонанс для КЗ. Резонанс оказался на частоте 79,8 кгц. То есть, частота для КЗ оказалась ниже чем для ХХ.

Выровняем частоты резонанса для КЗ и ХХ увеличив конденсатор С2 до 0,13 мкф. При этом, на выходе ноль: U^хх_вых=0В. При выравнивании резонансных частот ХХ и КЗ на выходе напряжение ноль.

F_xx=86кгц U^xx_L₁=12В U^xx_L₂=12,5В U^xx_L₃=7В

F_кз=79,8кгц U^кз_L₁=16,8В U^кз_L₂=1В U^кз_L₃=1В

Конструктив (B)

(вариант с тремя ферритовыми кольцами)

Возьмем три ферритовых кольца 33х19х11 проницаемостью 60 единиц (материал !26 железо) и на двух из них намотаем монтажным проводом обмотки до заполнения (31 виток) - это L2 и L3. Замерим индуктивность получившихся обмоток (по 80 мкгн), сложим кольца в стопку согласно конструктива и намотаем монтажным проводом на всех трех кольцах обмотку L1 аналогичной индуктивности (18 витков). Получим то, что показано ниже. Все три обмотки одинаковой индуктивности.

0x01 graphic

Подключаем к L1 и L2 конденсаторы по 0,1 мкф и настраиваемся на резонансную частоту при КЗ выхода. Она оказывается 93,9 кгц. Размыкаем выход и настраиваемся на резонансную частоту при ХХ. Она оказывается 87,7 кгц. То есть ниже чем при КЗ. Уменьшаем С2 до 0,075 мкф - резонансные частоты КЗ и ХХ выравниваются. При этом напряжение ХХ равно 2,7 В, а ток КЗ равен 47 мА. При выравнивании резонансных частот ХХ и КЗ на выходе напряжение близкое к нулю. Около 2В.

Конструктив (B)

(вариант с одним ферритовым кольцом)

Возьмём ферритовое кольцо 31х19х16 проницаемостью 600 единиц и намотаем три равных обмотки (под углом 120 градусов) по 24 витка эмалированным проводом 0,67 мм. Получим то, что показано ниже.

0x01 graphic

Подключим к L1 и L2 конденсаторы по 0,1 мкф и настроимся на резонансную частоту при КЗ. Она оказалась равной 103 кгц. Размыкаем выход и настраиваемся на резонансную частоту ХХ. Она оказалась 127 кгц, то есть выше чем при КЗ. Увеличиваем С2 до 0,3 мкф - частота понижается до 107 кгц. При выравнивании частот ХХ и КЗ на выходе напряжение равно нулю.

Понижение частоты ХХ приводит к повышению добротности системы. От источника требуется меньше энергии на раскачку контуров.

Конструктив (В)

(вариант с одним ферритовым кольцом)

Возьмём ферритовое кольцо 31х19х16 проницаемостью 600 единиц и намотаем обмотки по приведённой ниже схеме: для L1 11+11 на противоположных сторонах кольца и две по 22 витка между ними для L2 и L3 (схема слева). Это вариант с последовательным включением половинок L1. Возьмём другое кольцо и намотаем четыре обмотки по 22 витка (схема справа). Это вариант с параллельным включением половинок L1.

Получим то, что показано ниже.

0x01 graphic

Начнём с последовательного включения половинок L1 (схема слева). Подключим конденсаторы по 0,2 мкф к L1 и L2, замкнём выход и настроимся на резонансную частоту для КЗ. Она оказалась равной 120 кгц. Разомкнём выход и настроимся на резонанс для частоты ХХ. Частота ХХ резонанса оказалась равной 119 кгц. Выравнивать ничего не надо. Однако, на L1 при КЗ напряжение равно 7,47 В, а при ХХ равно 4,66 В.

То есть, раскачка двух контуров L1 и L2 требует больше энергии чем одного L1, что приводит к понижению добротности системы. На выходе напряжение ноль.

Эксперимент с параллельным включением половинок L1 (справа) проводить не будем из-за предсказуемости результата. Он будет аналогичен предыдущему.

Конструктив (C)

(катушки от индукционной плиты в стопке)

Возьмём три катушки от индукционной плиты (удалив предварительно ферриты) и разместим их в стопку на резьбовых шпильках М4 (как показано на рисунке снизу). Оставив зазор между конструктивами катушек около 1 мм (слева).

0x01 graphic

Катушка L1 в середине стопки, катушки L2 и L3 по бокам. Подключим к L1 и L2 конденсаторы по 0,1 мкф. Замкнём выход и настроимся на частоту резонанса для КЗ. Она оказалась равной 102 кгц. Разомнём выход и настроимся на частоту резонанса для ХХ. Она оказалась равной 109 кгц. То есть, резонансная частота ХХ выше КЗ. Выровняем резонансные частоты КЗ и ХХ увеличив С2 до 0,13 мкф. При выравнивании резонансных частот ХХ и КЗ на выходе напряжение равно нулю.

Понижение частоты ХХ приводит к повышению добротности системы. От источника требуется меньше энергии на раскачку контуров. При увеличении расстояния между катушками частота также понижается (справа).

Конструктив (С)

(вариант с проволочными кольцами)

Возьмём монтажный провод и на оправке 65 мм намотаем 14 витков (не принципиально). Снимем с оправки обмотку и обмотаем её изоляцией для жёсткости. Повторим так ещё два раза. Получим три кольцевые катушки из провода. Разместим их относительно друг друга способом, показанным ниже.

0x01 graphic

Подключим к L1 и L2 конденсаторы по 0,1 мкф и настроимся на резонансную частоту при КЗ. Она оказалась равной 122 кгц. Разомкнём выход и настроимся на резонанс при ХХ. Резонансная частота ХХ оказалась 133 кгц. То есть, резонансная частота ХХ выше частоты КЗ. Увеличим С2 до 0,2 мкф чтобы понизить частоту до 124 кгц и выровнять с частотой КЗ. При выравнивании резонансных частот ХХ и КЗ на выходе напряжение равно нулю.

Конструктив (C)

(вариант "пирамидка" из проволочных колец)

Возьмём кольца из предыдущего эксперимента. Разместим их относительно друг друга в виде равностороннего треугольника (то есть, под углом 120 градусов). Получим то, что показано ниже.

0x01 graphic

Подключим к L1 и L2 конденсаторы по 0,1 мкф и настроимся на резонансную частоту при КЗ. Она оказалась равной 114 кгц. Размыкаем выход и настраиваемся на частоту резонанса при ХХ. Она оказалась 116 кгц. То есть, выше чем при КЗ. Увеличиваем С2 до 0,12 мкф - резонансные частоты КЗ и ХХ выравниваются. При выравнивании частот ХХ и КЗ на выходе ноль.

Конструктив (D)

(вариант "треугольник" с соосными стержнями)

Возьмём три готовых дросселя индуктивностью 47 мкгн, намотанных на ферритовых гантелях 9х12 мм проницаемостью 600 единиц и расположим их соосно под углом 120 градусов, как показано ниже

0x01 graphic

Подключим к L1 и L2 конденсаторы по 0,1 мкф и настроимся на резонансную частоту при КЗ. Она оказалась равной 69,6 кгц. Размыкаем выход и настраиваемся на резонанс для ХХ. Резонансная частота оказалась равной 74,8 кгц. То есть, выше чем для КЗ. Увеличиваем С2 до 0,14 мкф - частоты КЗ и ХХ выравниваются. При выравнивании частот ХХ и КЗ на выходе ноль.

Конструктив (D)

(вариант "стопка" с плоскими стержнями)

Возьмём три ферритовых стержня (от катушки для индукционной плиты) и намотаем на них равное число витков. Получим три дросселя по 65 мкгн. Соберём стопку: в середине L1 по бокам L2 и L3, как показано ниже.

0x01 graphic

Подключим конденсаторы к L1 и L2 по 0,1 мкф и настроимся на резонанс при КЗ. Резонансная частота оказалась 63 кгц. Разомкнём выход и настроимся на резонанс при ХХ. Частота оказалась 67,8 кгц. То есть, выше чем при КЗ. Увеличивая С2 до 0,13 мкф выравниваем частоты резонанса КЗ и ХХ. На выходе при выравнивании частот ХХ и КЗ получаем ноль.

Конструктив (F)

(намотка в три провода - "трифиляр")

Обмотки L2 и L3 включены последовательно, то есть конец одной обмотки соединён с началом другой обмотки.

0x01 graphic

Конструктив не проверялся, но принципиально возможен для данного режима работы. Рабочие частоты будут очень высокие, токи большие. Всё будет зависеть от расстояния между обмотками.

Аналогом данного конструктива (версия (2)) является конструктив (С) с плоскими катушками от индукционной плиты (рассмотренный ранее). Рабочие частоты там были в районе 100 кгц (при расстоянии между плоскостями катушек около 10мм и конденсаторах около 0,1 мкф). Если расстояние сделать меньше (например, 5мм), то частоту можно будет удержать (при желании) на прежнем уровне за счёт увеличения ёмкости конденсаторов (токи возрастут).

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО ПРОСТЕЙШИМ ЭКСПЕРИМЕНТАМ ДЛЯ ї₂

-- Изменением ёмкости конденсатора С2 или перемещением L1 относительно L2 действительно можно выровнять частоты ХХ и КЗ для разных конструктивов.

-- Для большинства конструктивов при последовательном включении L2 и L3 частоту ХХ надо уменьшать относительно частоты КЗ - увеличивая С2 или отодвигая L1 от L2, (при условии, что первоначально контуры L1C1 и L2C2 настроены на одну частоту, или частота L2C2 выше L1C1). Если первоначальная частота L2C2 ниже L1C1, то L1 надо пододвигать ближе к L2.

-- При выравнивании частот по пункту 2 на выходе схемы Рис.3 нулевое напряжение.

-- При выравнивании частот по пункту 2 добротность системы возрастает. В других вариантах выравнивания добротность уменьшается.

ПОДКЛЮЧЕНИЕ НАГРУЗКИ ДЛЯ ї₂

Как было показано выше, при выравнивании частот ХХ и КЗ для последовательного включения L2 и L3 на выходе схемы Рис.3 получается нулевое напряжение. Поэтому подключить нагрузку непосредственно к выходу схемы Рис.3 не представляется возможным. Необходимо воспользоваться одной из нижеприведённых схем, получая в результате постоянное напряжение.

0x01 graphic

Самым эффективным, по идее, должен быть вариант "C".

Либо воспользоваться суммирующим трансформатором, если на выходе необходимо переменное напряжение (подключая в нужной полярности входные обмотки суммирующего трансформатора к L2 и L3).

Надежда на то, что подключение активной нагрузки после выравнивания резонансных частот ХХ и КЗ полностью не будет вызывать увеличения потребления от источника не подтвердилась. Влияние нагрузки лишь уменьшилось.

Подключение нагрузки (100 Ом) к любому испытанному конструктиву по любой из приведённых выше схем приводило к снижению добротности системы (потреблению энергии от источника).

Одним из подходов преодоления этого недостатка является использование нагрузки "похожей" на короткое замыкание выхода, например, конденсатора большой ёмкости (после выпрямителя). Что и отображают показанные схемы. Потребителя можно подключать к конденсатору через фильтр (дроссель).

Другим подходом является использование высокого напряжения для возбуждения резонансных катушек (с последующим снижением напряжения до нужного уровня).

ПРОСТЕЙШИЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ ДЛЯ ї₁

И ВСТРЕЧНОГО ВКЛЮЧЕНИЯ L2 И L3

Цель экспериментов выявить возможность выравнивания резонансных частот ХХ и КЗ для данного режима работы. Перед началом экспериментов напомним, что при резонансе на ї₁ разворота фазы на 180 градусов на контуре L2C2 нет. Опять исследуем только несколько конструктивов (в силу ограниченности статьи и ресурсов).

Конструктив (А)

(вариант без феррита, L1 снаружи)

Возьмём полиэтиленовую трубу диаметром 50 мм и намотаем на ней встречно 37+37 витка высоковольтным проводом. Это будут катушки L2 и L3. Измерим их индуктивности (оказались по 25 мкгн) и намотаем на пластиковой трубе 65 мм катушку L1 той же индуктивности. Получим то, что показано ниже.

0x01 graphic

Поместим L1 снаружи точно между L2 и L3. L2 и L3 соединим встречно. Подключим к L1 и L2 конденсаторы по 0,2 мкф и настроимся на резонансную частоту при ХХ. Она оказалась равной 63,1 кгц. Замкнём выход: частота резонанса практически не изменилась. То есть, частоты ХХ и КЗ можно выровнять. Напряжение ХХ около 10В, ток КЗ около 37мА. Замыкание и размыкание на добротность системы не влияют. Добротность среднего уровня.

Выравнивание резонансных частот ХХ и КЗ автоматическое. Главное, чтобы L1 была в середине.

Конструктив (А)

(вариант без феррита, L1 внутри)

Возьмём полиэтиленовую трубу диаметром 50 мм и намотаем на ней встречно 37+37 витка высоковольтным проводом. Это будут катушки L2 и L3. Измерим их индуктивности (оказались по 25 мкгн) и намотаем на трубе 32 мм катушку L1 той же индуктивности. Получим то, что показано ниже.

0x01 graphic

Поместим L1 внутрь точно между L2 и L3. L2 и L3 встречно. Подключим к L1 и L2 конденсаторы по 0,2 мкф и настроимся на резонансную частоту при ХХ. Она оказалась равной 42,9 кгц. Замкнём выход: частота резонанса практически не изменилась. То есть, частоты ХХ и КЗ можно выровнять. Напряжение ХХ около 10В, ток КЗ около 40мА. Замыкание и размыкание на добротность системы не влияют. Добротность среднего уровня.

Выравнивание резонансных частот ХХ и КЗ автоматическое. Главное, чтобы L1 была в середине.

Конструктив (А)

(вариант без феррита, L1 между L2 и L3)

Возьмём полиэтиленовую трубу диаметром 32 мм и намотаем на ней рядом три катушки по 10 витков высоковольтным проводом, как показано на рисунке ниже.

0x01 graphic

Это будут L2, L1 и L3 с равной индуктивностью 3,1 мкгн. L2 и L3 соединим встречно. Подключим к L1 и L2 конденсаторы по 0,2 мкф и настроимся на резонансную частоту при ХХ. Она оказалась равной 202 кгц. Замкнём выход: частота резонанса практически не изменилась. То есть, частоты ХХ и КЗ можно выровнять. Напряжение ХХ около 5В, ток КЗ около 90мА. Замыкание и размыкание на добротность системы не влияют, добротность низкая.

Выравнивание резонансных частот ХХ и КЗ автоматическое. Главное, чтобы L1 была в середине.

Конструктив (А)

(вариант с ферритом, L1 длинная, L2 и L3 короткие)

Все намоточные данные, как и ранее. L2 и L3 встречно. С1=С2=0,2 мкф.

0x01 graphic

L1=L2=L3=163 мкгн.

Fxx=Fкз=22.4 кГц. I_кз=68 мА. U_xx=12В. U_вх=16В

Выравнивание резонансных частот ХХ и КЗ автоматическое.

Конструктив (А)

(вариант с ферритом, L1 короткая, L2 и L3 длинные)

Намоточные данные, как и ранее. L2 и L3 встречно. С1=С2=0,2 мкф. L1 в середине между L2 и L3.

0x01 graphic

L1=L2 =L3=80 мкгн.

Fxx=Fкз=31,5 кГц . I_кз=66 мА. U_xx=8,2 В. U_вх=17,2 В

Выравнивание резонансных частот ХХ и КЗ автоматическое.

Конструктив (B)

(вариант на трёх ферритовых кольцах)

Все намоточные данные, как и ранее. L2 и L3 встречно. С1=С2=0,2 мкф.

0x01 graphic

L1=L2=L3=80 мкгн.

Fxx=Fкз=30,3 кГц. I_кз=45 мА. U_xx=9,6В.

Выравнивание резонансных частот ХХ и КЗ автоматическое.

Конструктив (B)

(вариант на двух ферритовых кольцах)

Удалим одно ферритовое кольцо без намотки из предыдущего конструктива.

Все намоточные данные, как и ранее. L2 и L3 встречно. С1=С2= 0,2 мкф.

0x01 graphic

L1= L2=L3=80 мк гн.

Fxx=Fкз=28,8 кГц. I_кз=43,5 мА. U_xx=9,4В.

Выравнивание резонансных частот ХХ и КЗ автоматическое.

Приведём осциллограммы при ХХ и КЗ

0x01 graphic

Слева ХХ, справа КЗ. Синий - напряжение на L1C1, жёлтый - напряжение на выходе. Некоторое искажение формы связано с использованием генератора прямоугольных импульсов со скважность 50% (другого не было).

Во всех остальных случаях (и ранее и позднее) осциллограммы аналогичные, поэтому для экономии места в статье не приводятся.

Конструктив (B)

(вариант с одним ферритовым кольцом)

Все намоточные данные, как и ранее. L2 и L3 встречно.

0x01 graphic

Конструктив не пригоден для данного режима работы из-за сильной связи катушек: на выходе ноль вольт.

Конструктив (В)

(вариант с одним ферритовым кольцом)

Все намоточные данные, как и ранее. L2 и L3 встречно.

0x01 graphic

Конструктив не пригоден для данного режима работы из-за сильной связи катушек: на выходе ноль вольт.

Конструктив (C)

(катушки от индукционной плиты в стопке)

Все намоточные данные, как и ранее. L2 и L3 встречно. С1=С2=0,2 мкф.

0x01 graphic

L1=L2=L 3=80 мкгн.

Fxx=Fкз=31,5 кГц. I_кз=108 мА. U_xx=5В. U_вх=10В

Выравнивание резонансных частот ХХ и КЗ автоматическое.

Если конденсаторы использовать 0,1 мкф, частота резонанса возрастает до 45 кгц, ток КЗ уменьшается до 75 мА, напряжение ХХ возрастает 7В. То есть, ток уменьшился, а напряжение на выходе возросло. Добротность возрастает.

Подстройка сохраняется для различных расстояний между катушками. Главное, чтобы L1 была в середине. Частота резонанса меняется.

Конструктив (С)

(вариант проволочных колец)

Все намоточные данные, как и ранее. L2 и L3 встречно. С1=С2=0,2 мкф.

0x01 graphic

L1=L2=L3= 22 м кгн.

Fxx=Fкз=68,3 кГц. I_кз=55,5 мА. U_xx=8,6В. U_вх=11В

Выравнивание резонансных частот ХХ и КЗ автоматическое.

Конструктив (C)

(вариант "пирамидка" из проволочных колец)

Намоточные данные, как и ранее. L2 и L3 встречно. С1=С2=0,2 мкф.

0x01 graphic

L1=L2=L3=22 мкгн.

Fxx=Fкз=72,4 кГц. I_кз=25,7 мА. U_xx=13,3В. U_вх=11В

Выравнивание резонансных частот ХХ и КЗ автоматическое.

Конструктив (D)

(вариант с тремя плоскими соосными стержнями)

Намоточные данные, как и ранее. L2 и L3 встречно. С1=С2 =0,2 мкф.

0x01 graphic

До сборки L2=L3=67 мкгн, L1=59 мкгн. После сборки L2=L3=95 мкгн, L1=106 мкгн.

Fxx=Fкз=28,7 кГц. I_кз=48 мА. U_xx=11В. U_вх=17,2 В.

Выравнивание резонансных частот ХХ и КЗ автоматическое.

Конструктив (D)

(вариант с двумя плоскими соосными стержнями)

Это упрощённый вариант конструктива без третьего стержня (пустого), который нужен только при работе на частоте ї₂, чтобы частота не стремилась к бесконечности.

Возьмём два ферритовых стержня (от катушки для индукционной плиты) и намотаем на них равное число витков (до заполнения) монтажным проводом. Получим два дросселя по 65 мкгн - это L2 и L3. Сдвинем дроссели вместе и измерим их индуктивность - 102 мкгн. Поверх намотаем L1 той же индуктивности (102 мкгн), как показано на рисунке ниже. Соединим L2 и L3 встречно.

0x01 graphic

Подключим конденсаторы по 0,2 мкф к L1 и L2. Настроимся на резонансную частоту ХХ - 42кгц. Замкнём выход и настроимся на частоту КЗ - 46 кгц. Выровняем частоты ХХ и КЗ - 32 кгц, увеличив С1 до 0,4 мкф. Ток КЗ составил 30 мА.

Автоматического выравнивания частот ХХ и КЗ нет. Для выравнивания ёмкость С1 надо увеличить примерно в 2 раза относительно С2.

Конструктив (D)

(вариант с соосными стержнями на ферритовых гантелях)

Все намоточные данные, как и ранее. L2 и L3 встречно. С1=С2 =0 ,2 мкф.

0x01 graphic

До сборки L1=L2=L3=47мкгн. После сборки L1=L2=L3=63 мкгн.

Fxx=Fкз=41,2 кГц. I_кз=33 мА. U_xx=16В.

Выравнивание резонансных частот ХХ и КЗ автоматическое.

Конструктив (Е)

(ш - образный ферритовый сердечник)

Возьмём Ш-образный сердечник (без зазора) 20х10х6 мм материала N87 (проницаемость 2200 единиц) и намотаем на каждом керне обмотки равной индуктивности L1=L2=L3 по 255 мкгн (16 и 13 и16 витков). Получим то, что показано ниже.

0x01 graphic

Соединим L2 и L3 так, чтобы на выходе был ноль при подаче сигнала на L1. Далее подключим к L1 и L2 конденсаторы C1=C2 по 0,2 мкф и настроимся на резонансную частоту при ХХ. Она оказалась равной 13,6 кгц. Замкнём выход: частота резонанса практически не изменилась. То есть, частоты ХХ и КЗ выравниваются без подстройки. Напряжение ХХ около 6В, ток КЗ около 21мА.

Выравнивание резонансных частот ХХ и КЗ автоматическое.

Конструктив (F)

(намотка в три провода - "трифиляр")

Обмотки L2 и L3 соединены встречно.

0x01 graphic

Конструктив скорее всего не пригоден для данного режима работы из-за сильной связи катушек: на выходе напряжение будет близко к нулю.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО ПРОСТЕЙШИМ ЭКСПЕРИМЕНТАМ ДЛЯ ї₁

-- При работе на частоте ї₁ действительно можно выровнять резонансные частоты ХХ и КЗ для большинства конструктивов. При расположении L1 в середине между L2 и L3 выравнивание происходит автоматическим (для L1=L2=L3 и C1=C2, либо в более общем виде L2=L3 и L1C1=L2C2).

-- Если автоматического выравнивания нет, то результата можно добиться перемещением катушки L1 относительно L2 и L3 (если позволяет конструктив), либо подбором конденсаторов.

-- Тем не менее, некоторые конструктивы не пригодны для работы в этом режиме из-за сильной связи катушек, что приводит к нулевому напряжению на выходе.

ПОДКЛЮЧЕНИЕ НАГРУЗКИ ДЛЯ ї₁

В данном случае на холостом ходу напряжение на выходе не равно нулю (как было для частоты ї₂) и проблем с подключением нагрузки не возникает. Однако...

Подключение нагрузки (100 Ом) к любому испытанному конструктиву приводило к снижению добротности системы (потреблению энергии от источника).

Одним из подходов преодоления этого недостатка является использование нагрузки "похожей" на короткое замыкание выхода, например, конденсатора большой ёмкости (после выпрямителя). Подключённого непосредственно к катушкам L2 и L3, либо после трансформатора (понижающего).

0x01 graphic

Что и отображают показанные схемы. Потребителя подключать к конденсатору можно через фильтр (дроссель).

Другим подходом преодоления недостатка является использование высокого напряжения для возбуждения резонансных катушек с последующим снижением напряжения до нужного уровня.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Все простейшие эксперименты проводились при возбуждении прямоугольными импульсами со скважностью 50 процентов и амплитудой около 10 В. Последовательно с контуром L1C1 включался "страховочный" резистор 100 Ом. При этом, на выходе были получены токи КЗ до 100 мА. Ток от источника был в районе 5-10 мА в зависимости от конструктива.

Если напряжение возбуждения увеличить, например, в 10 раз до 100 В, то ток КЗ возрастёт тоже в 10 раз до 1 Ампера, а потребление от источника возрастёт до 50-100мА. Если после этого напряжение вернуть к первоначальным 10 В (с помощью понижающего трансформатора), то ток КЗ возрастёт ещё в 10 раз до 10 Ампер, при этом потребление от источника не изменится. То есть, в общей сложности ток КЗ возрастёт в 100 раз, а потребление тока от источника только в 10 раз. Хотя потребление мощности от источника возрастёт тоже в 100 раз (10х10=100). Поэтому интересной остаётся эффективность высоковольтного возбуждения без существенного увеличения потребления мощности от источника.

В результате повышения напряжения чувствительность схемы к подключению нагрузки существенно снижается, в силу того, что она будет способна выдавать больше тока.

В виде блок-схемы - это можно отобразить следующим образом.

0x01 graphic

Наиболее просто осуществлять высоковольтное возбуждение с помощью искры на нужной частоте и с опорой в заземление. Однако, вероятно можно без искры и без заземления.

Чтобы воспользоваться высоким напряжением добротности контуров должны быть достаточно большими.

ВЕЧНЫЙ ФОНАРИК

Схема фонарика представлена на схеме ниже. В основе конструкции лежит LC генератор с трансформаторной обратной связью (L4 и L5) на транзисторе VT1. В качестве конструктива выбран вариант (А) с работой на частоте ї₁.

0x01 graphic

Соответственно катушки L2 и L3 включены встречно. Индуктивность L1=L2=L3, а ёмкость С1=С2. Катушка L1 играет также роль повышающего трансформатора за счёт большего числа витков по сравнению с L4 и L5.

0x01 graphic

На выходе стоят катушки L6 и L7 образующие понижающий трансформатор. С выхода которого через диодный мост заряжается конденсатор большой ёмкости С3, служащий источником энергии при отключении батарейки. Далее фильтр L8C5, где индуктивность L8 блокирует подключение омической нагрузки непосредственно к конденсатору С3. В качестве источника света используется светодиод, который одновременно играет роль стабилизатора напряжения.

НАСТРОЙКА

Не требует настройки, если верно включена полярность обратной связи L5.

Может использоваться как полевой, так и биполярный транзистор. В каждом конкретном случае потребуется оптимизация работы транзистора (с учётом литературы по LC генераторам с трансформаторной связью). Полевики JFET не требуют смещения.

Предложенная схема не является единственной. Возможны её бесконечные вариации, например, с целью упрощения или подгонки под нужное напряжение. Что не меняет сути происходящих процессов...

Замечания. Энергии запасённой в конденсаторах С3 и C5 может оказаться достаточно для повторного пуска без использования батарейки. Всё зависит от режима.

Если в качестве С3 использовать полуразряженный аккумулятор (без батарейки), то устойчивое свечение светодиода будет означать, что аккумулятор зарядился.

Возможны и другие конструктивы катушек, например, такие где магнитное поле не выходит наружу

0x01 graphic

В этом случае катушки L4 и L5 мотаются поверх катушки L1.

Такой конструктив подойдёт и для низких частот при включении в бытовую сеть 50 Герц

0x01 graphic

Если нужна большая мощность, то провода должны быть толстыми, резонансные конденсаторы С1 и С2 большой ёмкости, накопительный конденсатор С3 очень большой ёмкости, выпрямительный мост на большой ток. Лампочка (или бытовой нагреватель) EL используется для плавного старта, чтобы не перегорела бытовая сеть в момент подключения (потом можно замкнуть).

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Очень похоже, что все известные устройства "Свободной энергии" "сделаны по одному лекалу". Не смотря на различный внешний вид.

Все сделанные предположения о возможности выравнивания частот ХХ и КЗ на основе схемы Рис.3 подтвердились, как для частоты ї₁ так и для ї₂. Однако, питать активную нагрузки после выравнивания частот непосредственно резонансными токами схемы Рис.3 нельзя - это приводит к потреблению энергии от источника. Чтобы не было потребления от источника в качестве нагрузки схемы Рис.3 следует использовать конденсатор большой ёмкости после выпрямителя (то есть, надо заряжать конденсатор). Чем больше ёмкость конденсатора, тем лучше. Это аналогично возникновению режима короткого замыкания выхода, с которым схема Рис.3 отлично справляется. А саму активную нагрузку следует подключать к выходному заряжаемому конденсатору только через дроссель, чтобы она не влияла на процесс заряда. Вот так...

Однако, остался не исследованным вопрос эффективности высоковольтного возбуждения (в частности искрового). Не исследованной осталась так же часть конструктивов в силу ограниченности ресурсов.

ПРОСТЕЙШИЕ СОПУТСТВУЮЩИЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ

(для расширения кругозора, можно не читать)

РАЗВОРОТ ФАЗЫ НА 180 ВО ВТОРИЧНОЙ КАТУШКИ НА ЧАСТОТЕ ї₂

Проверим, действительно ли фаза колебаний вторичной катушки разворачивается на 180 градусов при резонансе на частоте ї₂

0x01 graphic

Изготовим резонансные контуры. Намотаем на оправке диаметром 50 мм по 14 витков провода в изоляции для каждого контура. Снимем намотку с оправки и обмотаем изоляцией для придания жёсткости. Подключим два резонансных конденсатора по 0,1 мкФ и генератор синусоидального сигнала Г6-27 через резистор 100 Ом к одному из контуров. Получим то, что показано ниже.

0x01 graphic

В таком положении катушек с небольшим их перекрытием или раздвинутыми (как на втором фото) и будем проводить эксперимент. Подключим двухлучевой осциллограф к катушкам, настроимся на резонансные частоты ї₁ затем ї₂ и пронаблюдаем осциллограммы. Результаты приведены ниже.

0x01 graphic

Красный - сигнал на первичной катушке, жёлтый - сигнал на вторичной катушке.

Слева резонанс на частоте ї₁ = 113 кГц. Справа резонанс на частоте ї₂ = 125 кГц. Красный - первичная катушка, жёлтый - вторичная катушка.

ВЫВОД

На частоте ї₂ фаза колебаний на вторичной катушке действительно отличается на 180 градусов (в обоих вариантах). Резонанс на этой частоте действительно разворачивает фазу на 180 градусов. Вторичная катушка фактически вырабатывает сигнал противо ЭДС. Резонансные частоты ї₁ и ї₂ отличаются незначительно из- за слабой связи катушек, что согласуется с теорией.

Изменим конструктив и посмотрим, как он влияет на результаты. Возьмем сантехническую трубу диаметром 50 мм и намотаем на ней 26 витков высоковольтным проводом (первичная катушка). Затем рядом ещё 26 витков (вторичная катушка). Основа для эксперимента готова.

0x01 graphic

Подключим к первичной и вторичной катушке резонансные конденсаторы по 0,1 мкФ и 0,11 мкФ, и двухлучевой осциллограф.

Подключим через 100 Ом генератор синусоидальных колебаний к первичной катушке. Настроимся в начале на частоту ї₁, а затем на частоту ї₂. Результаты в виде осциллограмм приведены ниже.

0x01 graphic

Слева резонанс на частоте ї₁ - 104 кГц. Справа резонанс на частоте ї₂ - 119 кГц. Красный - первичная катушка, жёлтый - вторичная катушка.

ВЫВОД

На частоте ї₂ фаза колебаний на вторичной катушке действительно отличается на 180 градусов. Вторичная катушка фактически вырабатывает сигнал противо ЭДС. Резонанс разворачивает фазу. Резонансные частоты ї₁ и ї₂ отличаются незначительно из- за слабой связи катушек. То есть, смена конструктива не привела к существенным изменениям результата. Всё, как и должно быть.

ТАКЖЕ ЗАМЕТИМ

Амплитуду колебаний вторичной катушки можно менять изменением конденсатора C₂, влияющего также на частоту резонанса ї₂. Увеличение С₂ приводит к снижению амплитуды на вторичной катушке и снижению частоты резонанса. Поэтому в эксперименте С₂ немного больше С₁, чтобы амплитуды сигналов совпадали, что более "эстетично" на экране.

Опять изменим конструктив. Резко увеличим коэффициент связи между резонансными катушками. Для чего намотаем их на противоположных сторонах ферритового кольца, сделав по 16 витков провода.

(А для будущих экспериментов намотаем между ними ещё катушку 8+8 витков в одну сторону, которая поможет фиксировать наличие поля в сердечнике в будущем). В результате получим то, что показано ниже.

0x01 graphic

К катушкам подключим резонансные конденсаторы по 0,1 мкФ и двухлучевой осциллограф, а на одну из катушек подадим синусоидальный сигнал через резистор 100 Ом. Настроимся на резонансы и пронаблюдаем сигнал. Ниже представлен результат наблюдения.

0x01 graphic

Слева резонанс на частоте ї₁ - 17 кГц. Справа резонанс на частоте ї₂ - 155 кГц. Красный - первичная катушка, жёлтый - вторичная катушка.

ВЫВОД

На частоте ї₂ фаза колебаний на вторичной катушке опять отличается на 180 градусов, не смотря на сильную связь между контурами. Вторичная катушка фактически опять вырабатывает сигнал противо ЭДС. Резонанс разворачивает фазу. Резонансные частоты ї₁ и ї₂ существенно отличаются друг от друга из- за сильной связи катушек, что согласуется с теорией.

Изменим схему подключения второго конденсатора. Подключим его не к второй катушке, а сразу к двум последовательно включённым катушкам.

0x01 graphic

Эксперименты проведём с использованием того же ферритового кольца, как и ранее. С теми же намоточными данными. Катушка возбуждения будет также из предыдущего эксперимента (где она не использовалась). Половины катушки возбуждения могут быть включены как последовательно (А1), так и параллельно (А2), что не является принципиальным.

Вся вторичная катушка (L₂ + L₃) и её половинка L₂ будут настроены на одну и ту же первоначальную частоту ї₀ за счёт использования конденсаторов 0,1 мкФ и 0,025 мкФ. Результаты наблюдения осциллограмм приведены ниже.

0x01 graphic

Слева - резонансная частота ї₁ = 15 кГц. Справа - резонансная частота ї₂ = 267 кГц.

Красный - на половинке, жёлтый - на всей катушке.

ВЫВОД

Фаза в контурах на частоте ї₂ отличается на 180 градусов.

ДАЛЕЕ ВАРИАНТ В

(Схема не приводится из-за тривиальности)

В этом варианте не используется возбуждающая катушка. Сигнал от генератора подаётся непосредственно на первый резонансный контур (или на второй). Результаты ниже.

0x01 graphic

Слева - резонансная частота ї₁ = 15 кГц. Справа - резонансная частота ї₂ = 267 кГц.

Красный - сигнал на половине катушки. Жёлтый - сигнал на всей катушке. Для частоты ї₂ полярность сигнала на всей катушке поменялась на противоположную.

ВЫВОД

Для схем (А) и (В) на резонансной частоте ї₂ полярности сигналов на половине катушки и на всей катушке стали противоположными. Что и ожидалось.

От катушек с электромагнитной связью перейдём к катушкам с электрической связью (как разновидности резонансно связанных контуров).

Намотаем одинаковые контура на двух отдельных ферритовых кольцах и реализуем разновидность схемы (А1), как показано ниже.

0x01 graphic

Для этого кольца сложим в стопку, а поверх намотаем катушку возбуждения. К одному кольцу подключим конденсатор 0,1 мкФ, а к двум сразу конденсатор 0,05 мкф в соответствии со схемой (А1). Подключаем двухлучевой осциллограф, генератор, настраиваемся на резонансную частоту и смотрим осциллограммы. Результаты приведены ниже.

0x01 graphic

Слева - резонансная частота ї₁ = 5,2 кГц. Справа - резонансная частота ї₂ = 12,2 кГц.

Красный - половина вторичной катушки (одно кольцо), жёлтый - вся вторичная катушка (два кольца).

РЕЗУЛЬТАТ

Осциллограммы показывают, что полярности сигналов на двух кольцах и на одном кольце противоположны для частоты ї₂. То есть, на частоте ї₂ происходит разворот фазы на одном из колец. Слабое отличие резонансных частот говорит о слабой связи между резонансными контурами.

ЗАМЕЧАНИЕ

Для рассмотренной модификации с раздельными кольцами также возможны варианты (В) без катушки возбуждения. Однако, исследовать их мы не будем в силу предсказуемости результата.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ

-- Чтобы наблюдать резонансы на частотах ї₁ и ї₂ не обязательно предварительно настраивать контуры на одну частоту ї₀. Разница в настройках приводит только к изменению значений резонансных частот, но не отрицает наблюдение самих резонансов.

-- Чем сильнее связь между контурами, тем больше частота ї₂ стремится к бесконечности, что согласуется с теорией.

-- На частоте ї₂ действительно происходит разворот фазы во вторичной катушке относительно первичной на 180 градусов. Что является следствием возникновения в ней поля эквивалентного противо ЭДС.

-- Разворот фазы на 180 градусов для ї₂ - это фундаментальное явление, и происходит при различных конструкциях связанных резонансных контуров.

На этом исследование фаз связанных резонансных контуров заканчивается

ОРИЕНТАЦИЯ ПОЛЕЙ ДЛЯ ЧАСТОТЫ
И ЧАСТОТЫ

ПРИ ИНДУКЦИОННОЙ СВЯЗИ КОНТУРОВ

Рассмотрим, как смена полярности сигнала на втором контуре влияет на поведение электромагнитного поля.

0x01 graphic

По идее, если вторичная катушка вырабатывает противо ЭДС на частоте

, то поля от первичной и вторичной катушки должны быть встречными для этой частоты. В отличие от однонаправленных для частоты

Для проверки этого предположения воспользуемся конструктивом из предыдущего эксперимента.

0x01 graphic

Здесь дополнительная катушка из 16 витков (ранее не использованная) будет играть роль детектирующей для поля внутри кольца.

Роль внешней детектирующей катушки, реагирующей на поле вне кольца, сыграет ранее использованная в других экспериментах катушка из 14 витков (обмотана белой изолентой).

Подключим к детектирующим катушкам светодиоды и соберём конструкцию, показанную ниже. То есть, на подставку размешаем вертикально внешнюю детектирующую катушку, а внутри нее кладём ферритовое кольцо с его катушками.

Если результирующее поле будет внутри ферритового кольца, то будут гореть светодиоды, подключенные к детектирующей катушке на кольце. Если результирующее выйдет из кольца, то будут гореть другие светодиоды (подключённые к внешней детектирующей катушке).

Результаты приведены ниже.

0x01 graphic

Слева резонанс на частоте

- 17 кГц - горят светодиоды, подключённые к детектирующей катушке на кольце. Справа резонанс на частоте

- 155 кГц - горят светодиоды, подключённые к внешней детектирующей катушке.

ВЫВОД

На частоте резонанса

поле находится внутри ферритового кольца. При резонансе на частоте

поле выходит наружу между резонансными контурами. Что является следствием того, что фаза сигнала второго контура меняется на противоположную, и создаётся встречное поле для первого контура. То есть, это как бы две катушки, включённые встречно.

Далее рассмотрим другие варианты связи резонансных контуров.

ПРИ СМЕШАННОЙ СВЯЗИ КОНТУРОВ

Помимо рассмотренных выше вариантов индукционно связанных резонансных контуров возможны и электрические связи. Например, на основе отдельных индуктивностей или отдельных емкостей (конденсаторов) Подробнее о них можно прочитать по ссылке в конце статьи. Здесь только небольшая иллюстрация.

0x01 graphic

Кроме того, возможны и комбинированные виды связи. В них связь частично осуществляется за счёт индукции, а частично подсоединением конденсаторов и индуктивностей. Комбинированных схем связи может быть множество. Однако, вести себя они должны одинаково: двугорбая резонансная кривая и разворот фазы на частоте

. Нас же будет интересовать ориентаций полей для частоты

и частоты

По идее всё должно быть аналогично случаю чисто индукционной связи, рассмотренному ранее. Вот это мы и проверим.

Из множества вариантов возьмём представленные на рисунке ниже - варианты A, B, C. Нагрузку не используем, поэтому C и D тождественны.

0x01 graphic

Эксперименты будут проводиться с использованием того же ферритового кольца, как и ранее. С теми же намоточными данными.

0x01 graphic

Цель экспериментов показать, что для приведённых схем резонансное поле будет оставаться внутри сердечника для резонансной частоты

.И проходить по диаметру (выходя наружу) для резонансной частоты

. И

При реализации варианта (А) возможно, как последовательное, так и параллельное включение половинок катушки возбуждения - варианты (А1) и (А2).

0x01 graphic

Что не принципиально, но мы проверим оба варианта.

ВАРИАНТ А1

Катушка возбуждения состоит из двух равных обмоток по 8 витков, расположенных на противоположных сторонах кольца (тип и размеры кольца, как и ранее) и включённых последовательно.

Вся вторичная катушка и её половинка настроены на одну и ту же первоначальную частоту

за счёт использования конденсаторов 0,1 мкФ и 0,025 мкФ. Результаты наблюдения осциллограмм приведены ниже.

0x01 graphic

Слева - резонансная частота

= 15 кГц. Справа - резонансная частота

= 267 кГц.

Красный - на половинке, жёлтый - на всей катушке. На резонансной частоте

полярности сигналов на половине катушки и на всей катушке стали противоположными. Что и ожидалось.

Результаты наблюдения выхода поля из сердечника, на основе внешней детектирующей катушки, приведены ниже.

0x01 graphic

Слева - резонансная частота

= 15 кГц, поле внутри сердечника (диоды не светятся). Справа - резонансная частота

= 267 кГц, поле вышло из сердечника перпендикулярно возбуждающим катушкам (диоды светятся). Сильное отличие в резонансных частотах говорит о сильной связи между катушками.

ВЫВОД

Не смотря на то, что схема создания связанных контуров отличается, резонансное поле на частоте

также выходит из сердечника и ориентировано по диаметру, перпендикулярно первичной катушке. То есть, как и ранее, поле при резонансе выходит за пределы кольцевого сердечника. Для частоты резонанса

поле остаётся внутри сердечника. Поведение аналогичное двум индукционно связанным контурам.

ВАРИАНТ А2

Параллельное включение половинок возбуждающей катушки. Результаты полностью аналогичны варианту (А1) при их последовательном включении, поэтому не приводятся.

ВАРИАНТ В

В этом варианте не используется возбуждающая катушка. Сигнал от генератора подаётся непосредственно на резонансный контур. Результаты ниже.

0x08 graphic
0x01 graphic

Слева - резонансная частота

= 15 кГц. Справа - резонансная частота

= 267 кГц.

Красный - сигнал на половине катушки. Жёлтый - сигнал на всей катушке. Для частоты

полярность сигнала на всей катушке поменялась на противоположную.

Результаты наблюдения выхода поля из сердечника, на основе детектирующих катушек (одна на кольце, вторая внешняя), приведены ниже. В виде свечения светодиодов.

0x01 graphic

Слева - резонансная частота

= 15 кГц, поле внутри сердечника (светятся диоды от детектирующей катушке на кольце). Справа - резонансная частота

= 267 кГц, поле вышло из сердечника (светятся диоды от внешней детектирующей катушки). Сильное отличие в резонансных частотах

говорит о сильной связи между катушками, что согласуется с теорией.

ВЫВОД

Не смотря на то, что схема создания связанных контуров отличается, полярность сигнала на частоте

также меняется на противоположную. Резонансное поле на частоте ї₂ также выходит из сердечника и ориентировано по диаметру. Для частоты резонанса

поле остаётся внутри сердечника.

ВАРИАНТ С

Результаты вариантов С и D не приводятся, поскольку они аналогичны варианту В.

ВАРИАНТ А1-1

Здесь вернёмся к варианту А при чисто емкостной связи. Катушки не будут связаны между собой индукционно. Это будут катушки на отдельных ферритовых кольцах, показанные на фото слева.

0x01 graphic

Результирующий контур получим за счёт складывания колец в стопку и подключения резонансных конденсаторов 0.1 мкф и 0.05 мкф соответственно. В результате половина контура и весь контур будут настроены на одну частоту. Катушку возбуждения наматываем вокруг обоих колец. В результате получим то, что показано на фото справа.

Цель эксперимента показать, что и в данном случае существует резонансная частота

при которой также осуществляется разворот полярности поля на половине резонансного контура, не смотря на то, что индукционная связь отсутствует.

Чтобы показать это подключаем двухлучевой осциллограф, генератор, настраиваемся на резонансную частоту и смотрим осциллограммы. Результаты приведены ниже.

0x01 graphic

Слева - резонансная частота

= 5,2 кГц. Справа - резонансная частота

= 12,2 кГц.

Красный - половина вторичной катушки (одно кольцо), жёлтый - вся вторичная катушка (два кольца).

РЕЗУЛЬТАТ

Осциллограммы показывают, что полярности сигналов на всей вторичной катушке (двух кольцах) и на половине вторичной катушки (одном кольце) противоположны для частоты

. То есть, на частоте

происходит разворот фазы на одном из колец (там, где резонансный конденсатор). Слабое отличие резонансных частот говорит о слабой связи между резонансными контурами.

ВЫВОД

Все закономерности, выявленные ранее остаются справедливыми и для этого варианта.

ЗАМЕЧАНИЕ

Выхода поля на частоте

здесь не наблюдается. Поле всегда остаётся внутри колец. Просто меняется направление поля в одном из колец (которое с конденсатором).

ВНУТРЕННЕЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ СОЗДАННОГО ИСТОЧНИКА

Из электротехники известно, что у любого реального источника напряжения есть внутренне сопротивление, которое ограничивает максимальный ток, который способен выдать данный источник энергии. Будь то гидростанция или простейший гальванический элемент.

Чтобы определить внутреннее сопротивление в нашем случае нужно измерить ток короткого замыкания и напряжение холостого хода. Затем поделить значение напряжения на значение тока. В результате получим внутреннее сопротивление созданного источника энергии.

Если есть желание получить максимум энергии в нагрузке, то следует выбрать определённое значение сопротивления нагрузки. Сопротивление нагрузки должно быть равно внутреннему сопротивлению источника, что известно из электротехники. При этом, половина напряжения падает на внутреннем сопротивлении, а половина на нагрузке. Больше выжать энергии из любого источника нельзя, это максимум.

ПРОБЛЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Из вышеприведённого варианта подключения нагрузки следует, что можно подключать любую нагрузку. То есть, от холостого хода до короткого замыкания. На работоспособность схемы это не влияет, и не вызывает дополнительного потребления энергии от источника. Однако, это влияет на выходное напряжение и на энергию, выделяемую в нагрузке. При холостом ходе и коротком замыкании эта энергия равна нулю.

Возникает вопрос: "Как определить сопротивление нагрузки при котором выделяемая энергия максимальна?" Чтобы ответить на этот вопрос надо знать внутреннее сопротивление источника. Выделяемая в нагрузке энергия максимальна если её сопротивление равно внутреннему сопротивлению источника (известно из электротехники).

В этом случае половина напряжения источника падает на внутреннем сопротивлении, а половина на сопротивлении нагрузки. То есть, если на холостом ходу источник даёт 100 вольт, то при подключении нагрузки напряжение на ней должно быть 50 вольт. В этом случае в нагрузке выделяется максимум энергии от этого источника.

Это справедливо как для громадных электростанций, так и для крошечных гальванических элементов.

Чтобы определить внутреннее сопротивление конкретного источника нужно измерить ток короткого замыкания и напряжение холостого хода. Затем поделить значение напряжения на значение тока. В результате получим внутреннее сопротивление конкретного источника энергии.

Если желания выжимать максимум энергии от источника нет, то просто важно помнить, что выходное напряжении в указанных схемах зависит от сопротивления нагрузки. И при необходимости применять различные схемы стабилизации напряжения.

ДРУГИЕ ВАРИАНТЫ ПОДКЛЮЧЕНИЯ НАГРУЗКИ

ПОДКЛЮЧЕНИЕ С УДВОЕНИЕМ ВИТКОВ

На рисунке ниже показано как можно подключить нагрузку к индуктивно связанным контурам при работе на частоте ї₁ или частоте ї₂, чтобы она не влияла на резонанс. Слева - для частоты

, справа - для частоты

. Отличаются они только направлением намотки первичного и вторичного контура.

0x01 graphic

Идея подключения нагрузки заключается в том, чтобы при нулевом сопротивлении нагрузки (коротком замыкании) два контура, настроенные первоначально на одну частоту, включились параллельно. В этом случае частота резонанса не должна измениться.

Чтобы достигнуть этого результата вторичная катушка должна иметь в два раза больше витков чем первичная. И как следствие в четыре раза большую индуктивность. При этом, чтобы частота первоначального резонанса для контуров совпадала ёмкость конденсатора вторичного контура должна быть в четыре раза меньше ёмкости конденсатора первичного контура.

Кроме того, для частоты вторичная катушка мотается встречно по отношению к первичной. А для частоты вторичная катушка мотается в том же направлении, что и первичная (резонанс на частоте развернёт фазу во вторичной катушке на 180 градусов).

ЭКСПЕРИМЕНТЫ НА ЧАСТОТЕ

Изготовим катушки резонансных контуров. Намотаем на оправке диаметром 50 мм 14 витков провода в изоляции для первичного контура. Снимем намотку с оправки и обмотаем изоляцией для придания жёсткости. Повторим тоже для вторичного контура, намотав 28 витков. В результате получим то, что показано ниже для "несоосного" и "соосного" взаимного положения катушек (для разнообразия). Для этих двух вариантов конструктива и проведём эксперимент.

0x01 graphic

Начнём с первого варианта (слева). Возьмём для первичного контура конденсатор 0.01 мкф, а для вторичного 0.0025 мкф (в четыре раза меньше), чтобы резонансные частоты контуров совпадали. Соберём нижеприведённую схему для частоты

0x01 graphic

Далее настроимся на частоту (которая будет 383 кГц) и посмотрим осциллограммы для различных нагрузок. Двухлучевой осциллограф подключим к первичному контуру и нагрузке. Результаты приведены ниже.

Из осциллограмм видно, что подключение нагрузки практически не влияет на колебания в первичной катушке. Однако, фаза напряжения на нагрузке смещена примерно на 90 градусов относительно первичной катушки.

Если повторить эксперимент для второго варианта конструктива (справа), то осциллограммы будут аналогичными. Поэтому отдельно не приводятся.

Ниже показано как светятся нагрузочные светодиоды для обоих конструктивов. Что говорит о том, что в нагрузке выделяется реальная энергия.

Иллюстрация подключения светодиодов (два встречно/параллельных).

ВЫВОД

Подключение нагрузки или даже короткое замыкание выхода не влияет на резонансную частоту для обоих вариантов конструктива.

ТАКЖЕ ЗАМЕТИМ

Подключение нагрузки или короткое замыкание выхода увеличивает добротность колебательной системы (немного возрастаем амплитуда колебаний). То есть, прямо противоположно тому, что бывает при использовании одного колебательного контура.

Результат интересный. Однако, посмотрим зависит ли он от конструктива (т. е. от конструкции катушек).

Возьмём сантехническую трубу диаметром 50 мм и намотаем на ней первичную катушку из 26 витков высоковольтного провода. Рядом намотаем в два слоя вторичную катушку из 52 витков того же провода.

Подключим вторичную катушку к первичной так, чтобы намотка в них была встречная. Cобираем схему, приведённую ранее использовав конденсаторы 0.1 мкф и 0.025 мкф. Двухлучевой осциллограф подключаем к первичной катушке и месту подключения нагрузки. Всё, как и ранее. Далее смотрим осциллограммы для частоты

, которая оказалась равной 329 кгц (ну, что получилось, то получилось). Результаты приведены ниже для холостого хода, нагрузки и короткого замыкания выхода.

0x01 graphic

Слева - нагрузки нет, центр - нагрузка в виде светодиодов, справа - короткое замыкание. Красный - первичная катушка, жёлтый - место подключения нагрузки.

0x01 graphic

Иллюстрация подключения светодиодов (два встречно/параллельных),

=329 кГц.

ВЫВОД

Смена конструктива катушек не привела к принципиальным изменениям результата.

Как и ранее, подключение нагрузки или короткое замыкание выхода увеличивает добротность колебательной системы (немного возрастаем амплитуда колебаний).

Далее опять резко изменим конструктив.

Резко увеличим коэффициент связи между резонансными катушками. Для чего намотаем их на противоположных сторонах ферритового кольца. Кольцо возьмём произвольное. На нём 8+8 витков - это первичная катушка. А между ними 16+16 витков - это вторичная катушка. В результате получим то, что показана ниже.

0x01 graphic

Соберём ранее указанную схему с использованием конденсаторов 0.1 мкф и 0.025 мкф соответственно. И посмотрим осциллограммы при различной нагрузке для частоты

=17 кгц.

ВЫВОД

Посмотрели и пришли к выводу, что очередная смена конструктива не дала принципиально новых результатов, кроме того, что резко понизилась резонансная частота. Поэтому картинки не приводим.

Приходим к выводу, что приведённая схема для частоты

сохраняет работоспособность не зависимо от конструктива.

Ток в нагрузке в любом случае мизерный.

ЭКСПЕРИМЕНТЫ НА ЧАСТОТЕ

Повторим эксперимент с теми же конструктивами, но для частоты

. При этом, конденсаторы возьмём 0.02 Мкф и 0.005 Мкф (выдержав соотношение 1 к 4), просто для разнообразия (это не принципиально).

Подключим катушки так как показано на схеме ниже. Намотка катушек в одном направлении, и подключены они последовательно (не встречно).

0x01 graphic

Настроимся на резонансную частоту ї₂ при нулевой нагрузке. Частота оказалась 320 кГц (ну, что получилось, то получилось). Подключим двухлучевой осциллограф к первичной катушке и нагрузке (как и в эксперименте ранее) и посмотрим осциллограммы. Затем посмотрим осциллограммы для нагрузки, соответствующей двум светодиодам, и наконец для короткого замыкания выхода. Результаты для частоты

приведены ниже.

0x01 graphic

Слева - нагрузки нет, центр - нагрузка в виде светодиодов, справа - короткое замыкание. Красный - первичная катушка, жёлтый - место подключения нагрузки. Осциллограммы тождественны для обоих вариантов конфигурации поэтому отдельно не приводятся.

Напряжение на нагрузке, как и ранее, отличается примерно на 90 градусов от напряжения первичной катушки.

0x01 graphic

Иллюстрация свечения светодиодов (два встречно/параллельных). Что говорит о том, что в нагрузке выделяется реальная энергия. Результаты тождественны для "сдвинутых" относительно друг друга и соосных "раздвинутых" с помощью прокладки катушек.

ВЫВОД

Подключение нагрузки или даже короткое замыкание выхода не влияют на резонансную частоту

для обоих вариантов конфигурации.

ТАКЖЕ ЗАМЕТИМ

Приходим к общему выводу, что схемы для частот

ведут себя сходным образом.

Далее опять посмотрим, что будет если изменить конструктив.

Возьмём конструктив на сантехнической трубе (из предыдущих опытов), содержащий 26 и 52 витка. И включим катушки последовательно, согласно указанной ранее схеме. Конденсаторы используем 0.01 мкф и 0.0025 мкф. Настроимся на частоту

=380 кгц (так получилось) и посмотрим осциллограммы при различных условиях нагрузки. Результаты приведены ниже.

0x01 graphic

Иллюстрация подключения светодиодов (два встречно/параллельных),

=380 кГц.

ВЫВОД

Изменение конструктива не привело к принципиальным изменениям результата.

Далее опять резко изменим конструктив.

Резко увеличим коэффициент связи между резонансными катушками. Для чего воспользуемся катушкой, использованной в предыдущих опытах.

0x01 graphic

=155 кгц (так получилось)

ВЫВОД

Осциллограммы посмотрели и пришли к выводу, что принципиально в результатах эксперимента ничего не изменилось. Поэтому картинки не приводим.

Ток в нагрузке в любом случае мизерный.

ОБЩИЙ ВЫВОД

Схемы для частот

ведут себя аналогичным образом не зависимо от конструктивного исполнения катушек.

На этом эксперименты с данным видом подключения заканчиваем.

ЛИТЕРАТУРА

-- Гоноровский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для ву- зов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь,. 1986. 512 с.: ил. ни.

Скачать учебник можно по ссылке:

https://raw.githubusercontent.com/rf-slf-4x1/site_materials/main/radio_electronics/%D0%A0%D0%B0%D0%B4%D0%B8%D0%BE%D1%82%D0%B5%D1%85%D0%BD%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B5%20%D1%86%D0%B5%D0%BF%D0%B8%20%D0%B8%20%D1%81%D0%B8%D0%B3%D0%BD%D0%B0%D0%BB%D1%8B%20-%20%D0%93%D0%BE%D0%BD%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B2%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9%20%D0%98.%20%D0%A1..pdf

СТАТЬЯ НЕ ЗАКОНЧЕНА 0x01 graphic

Комментарии: 9, последний от 03/03/2026. © Copyright Уткин Владимир (u.v@bk.ru) Размещен: 28/01/2024, изменен: 19/04/2026. 109k. Статистика. Статья: Естествознание Иллюстрации/приложения: 604 шт. Скачать FB2		Оценка: *9.285** Ваша оценка:
Аннотация: Описывается принцип подключения нагрузки к резонансному контуру не разрушающий резонанс. Приводятся схемы и простейшие эксперименты. Интересно для широкой аудитории читателей.

Уткин Владимир Секреты Николы Тесла. Использование реактивной мощности

Уткин Владимир
Секреты Николы Тесла. Использование реактивной мощности