Симметричный трансформатор (неонник)

Цель опыта получить резонансный трансформатор, где вторичная обмотка будет двойная и полностью сбалансированная, что позволяет реализовать диполь, т.е. два вида тока создать во вторичном контуре, т.е. электронный и позитронный токи одновременно, в результате чего обратное воздействие такого контура (обратная эдс) на источник уменьшается, за счет сбалансированности магнитных полей, в результате прямое усиленное напряжение сердечником может быть использовано для усиления напряжения на выходе, а значит использовано для усиления энергии.

Причем это качественное усиление энергии, из источника мы берем ток, количество зарядов, а из среды добавляем напряжение, за счет этого и получается усиление энергии.

Для опыта взял три одинаковые катушки, намотаны в навал (.т.е. обычным бубликом, как попало) эмалированным проводом длиною около 8 метров каждая катушка, сечением провода 0,5 мм (измеренное), диаметр намотки 2,5 см (на чем мотал).

Измеренные индуктивности составили, без сердечника:

L1= 0,272 мГн

L2= 0,286 мГн

L3= 0,292 мГн

Обмотки выбрал так, чтобы получить максимально сбалансированную вторую обмотку (L2 и L3), а L1 первичная.

Сердечник от ТВС использовал. Осциллограф без заземления корпуса использовался при измерении. 

Проведу измерение вторичной суммарной индуктивности (L2+L3), для этого расположу обмотку L1 в центре, а сбоку L2 и L3, как показано ниже на рис. 1 ,т.е. так как система будет работать. И проведу измерение L2+L3= 0,523 мГн, как видим, это близко к удвоенному значению от одной обмотки.

На рисунке (L) показан прибор, измеряющий индуктивность катушки. Чтобы обеспечить передачу энергии из первичной обмотки во вторичную необходим резонанс контуров. Необходимо ориентировочную (расчетную) емкость вторичной обмотки подобрать из пропорции:

L1C1= (L2+L3)C2

Для первичной обмотки возьму емкость 1,5 мкФ и посчитаем расчетную индуктивность необходимую для вторичной обмотки, когда схема в резонансе.

C2= L1C1/(L2+L3)= 0,272*1,5/0,523=0,78 мкФ

Что очень хорошо, близко к требуемому значению 1,5/2=0,75 мкФ, так как для качественного усиления необходимо повысить в два раза напряжение на выходе и при этом уменьшить в два раза емкость. В идеале такой принцип дает удвоение мощности.

Поэтому для вторичной обмотки беру две последовательно емкости по 1,5 мкФ, т.е. суммарная емкость вторичной цепи равна 0,75 мкФ. И  дальше смотрю, как разряжается первичная емкость, при этом заземляя вторичную обмотку в центре для симметрии (хотя на практике разницы не заметил, т.е. обмотки хорошо сбалансированы и так). ИПН подключается, емкость С1 заряжается и затем оба провода питания убираются (чтобы не влиять никаким образом на схему) и затем конденсатор С1 разряжается на первичную обмотку L1, через ключ К, что у меня было просто замыкание провода руками.

Мы видим на графике ВЧ колебания, это два тока встречных в обмотках бегают именно этот режим нам интересен, для передачи энергии из первичной С1 в C2+C3. На этом графике мы видим после разрядки минусовую область (-2В), это необходимо устранить, чтобы в этот момент напряжение было нулевое, чтобы емкость С1 всю энергию отдала вторичному контуру.

Методом эксперимента добавил параллельно С1 емкость 1 мкФ, итого получил С1= 2,5 мкФ. Ниже полученный график, схема измерения аналогична для рис.1.

Мы видим, что емкость С1 полностью разрядилась на вторичную катушку. Напряжение на конденсаторе перед разрядкой на этой осциллограмме чуть выше, чем до этого (осциллограмма 1). Так происходит из-за того, что емкость С1 быстро относительно разряжается, т.е. имеет высокие потери. Поэтому коммутирую тут и далее в течении 5 сек после зарядки, чтобы иметь один результат!  По быстрым затуханиям ВЧ колебаний видно, что схема имеет большие потери, т.е. низкую добротность.

И мы видим отклонение от расчетного резонанса, думаю так происходит от того, что индуктивность (L2+L3) мы измеряли прибором, т.е. электронным током, в резонансе же имеем во вторичной обмотке электронно-позитронные токи, создающие дополнительную внутреннюю емкость, через которую часть энергии замыкается, не проявляясь в выходном конденсаторе. Отсюда требуется компенсировать первичный контур, что конечно создает потребление энергии из источника.

И дальше смотрим напряжение на выходной емкости, двумя каналами осциллографа это делаем, чтобы симметрию схему не нарушать, как показано ниже на рисунке. Общая точка осциллографа (тёмная стрелка), имеющая большую емкость садится на среднюю точку трансформатора.

Посмотрю одновременно вход и выход, чтобы быть уверенным, что когда ноль напряжения на С1 на С2+С3 напряжение в максимуме, как показано на рис. 4.

Такое подключение разбалансирует плечи трансформатора, поэтому выходное напряжение на L3  падает (жёлтый график, на голубом должно подрасти напряжение), но этот график показывает, что при нулевом напряжении С1 (голубой график) имеем максимум напряжения на выходе (желтый график), т.е. вся энергия из первичной обмотки перешла во вторичную. После мы видим затухающие колебания, нас не интересующие.

И теперь считаем энергию конденсаторов, до разрядки С1 энергия была, напряжение около 8,2 В. Измеренная прибором емкость  2,64 мкФ:

Wc1=1/2CU²=1/2*2,64*8,2²=88,76 мкДж.

Посчитаем энергию в пике заряженного конденсатора во вторичной обмотке, где напряжение составило 15,8 В (осциллограмма 3, считаем сумму желтого и голубого графика в пике), а измеренное значение емкости получили 0,77 мкФ:

Wc1=1/2CU²=1/2*0,77*15,8²=96,11 мкДж.

На выходе получается больше энергии, кпд устройства 108%!!! И это без натяжек, с потерями в катушках и конденсаторах. А конденсаторы использовал совсем плохие, особенно на высоких частотах, старые советские К73-17В (1,5 мкФ) и К73-11 (1 мкФ). Феррит от ТВС тоже так себе, по нынешним меркам, имеет низкие показатели. Провод катушек тоже достаточно тонкий, а на выходе, при точных подсчетах всё равно получается больше!

В идеале, такая схема должна удваивать энергию, но как видим идеала не получается, главным образом, как мне думается, из-за добавочной емкости 1 мкФ в первичной цепи, т.е. не получается качественного усиление, количественно ток меняется, нарушается резонанс, как мне думается из-за того, что во вторичной цепи, где одна катушка плюсовая, другая минусовая получаем емкость, через которую ток начинает замыкаться, что приводит к необходимости увеличивать емкость первичной цепи и это нарушает принцип качественного усиления, возникает дополнительный ток, который тянет потребление энергии из источника.

Конечно, можно сделать первичную обмотку короткую, т.е. повышающий трансформатор реализовать, подстроив емкостью С1 в резонанс, но думаю кпд устройства сильно от этого не поднимется. И конечно, необходимы хорошие детали, емкости, катушки, сердечник. А ещё лучше делать такую систему без сердечника, как это делал Д. Смит, где использовался неонник в первом каскаде (на его выходе должна стоять емкость), с сердечником, работающий на вторичный трансформатор, где сердечник не использовался и мало того катушки двойные были разнесенные, чтобы иметь минимальную емкость между собой, чтобы максимально реализовывать принцип качественного усиления. Ниже показана схема Смита, про которую речь.

Во вторичной системе емкость так же должна быть на выходе двойных катушек. Схема с диодами дает дополнительное усиление при зарядке емкости на выходе, это уже было рассмотрено.