Свободная энергия конденсатора при его заряде через индуктивность.

Классический подход к оценке энергетических процессов в импульсных преобразователях опирается на гипотезу о равенстве энергий, накапливаемых в индуктивности и ёмкости. В данной работе это допущение проверяется методом прямого измерения энергии накопительных элементов: по ёмкости и напряжению — для конденсатора и по индуктивности и току — для катушки. Проведённый сравнительный анализ выявил наличие режимов, в которых коэффициент эффективности (COP) превышает единицу.

Краткое описание схемы: Исследование проведено на основе обратноходового преобразователя. Схема содержит последовательную цепь из источника питания, управляемого внешним генератором ключа (MOSFET) и индуктивности. Ключевой особенностью является подключение накопительного конденсатора через диод Шоттки таким образом, что конденсатор заряжается исключительно импульсами ЭДС самоиндукции, возникающей при разрыве тока, в то время как источник питания напрямую в процессе зарядки конденсатора не участвует.


Фаза накопления энергии (ключ замкнут):

• Источник питания → MOSFET → Индуктивность L
• Ток в индуктивности линейно (для IGBT) нарастает: I = (V_in/L) × t
• Диод Шоттки закрыт (обратное смещение)
• Конденсатор изолирован от цепи
• Фаза передачи энергии (ключ разомкнут):

Цепь питания разрывается

• Возникает ЭДС самоиндукции: ε = -L × di/dt
• Диод Шоттки открывается под действием ε
• Энергия передается в конденсатор C

Ключевые особенности для COP > 1:

• Источник питания не участвует напрямую в зарядке C
• Энергия в C поступает исключительно от ЭДС самоиндукции.
• Это создает принципиальную возможность COP > 1

При разрыве тока в цепи индуктивность перестаёт быть пассивным накопителем и становится самостоятельным источником питания, генерирующим импульс ЭДС самоиндукции. Величина данной ЭДС определяется скоростью изменения тока (ε = -L·di/dt). Создаваемое этой электродвижущей силой электрическое поле совершает работу по перемещению зарядов, что приводит к увеличению энергии, запасённой в конденсаторе.


На представленной далее осциллограмме (бордовый луч — напряжение на стоке транзистора) показана методологическая несостоятельность расчёта энергии по формуле W = V_DS × I × t для топологии с нижним ключом.

Системная методологическая ошибка:

• В открытом состоянии ключа: V_DS ≈ 0 В → расчетная W ≈ 0
• В закрытом состоянии: V_DS > 0, но ток через ключ отсутствует
• Реальная энергия источника не учитывается

Особенности измерений:
Осциллограмма показывает импульс ЭДС самоиндукции образуется именно на стоке транзистора, поэтому проводить измерения напряжения в других участках цепи методологически неверно.

Таким образом, для корректной оценки энергозатрат источника питания необходимо использовать не показания амперметра и вольтметра в его цепи, а выполнить расчёт полной энергии, накопленной в магнитном поле индуктивности за период нарастания тока по формуле W_source = W_L = (L × I_peak²)/2. Данный подход, основанный на фундаментальном принципе сохранения энергии в классической электродинамике, обеспечивает физически обоснованную методологию для выявления аномалий в энергетическом балансе системы.


Формула ЭДС самоиндукции ε = -L * (di/dt) указывает на возможность генерации высокого напряжения путем изменения скорости тока. Классическая электродинамика не накладывает ограничений на минимальное время Δt, поэтому ключевым фактором становится физическая достижимость экстремально высоких значений |di/dt|.

Проектируем источник питания с COP>1, при которой энергия в конденсаторе будет на 50% выше, чем затраты источника питания, Необходимо определить индуктивность L, которую следует использовать в данной схеме.

• Генератор с частотой 1 кГц управляет ключом (транзистором).
• Транзистор открывается на 50 мкс в каждом периоде (скважность 5%).
• В схеме используется дроссель (катушка индуктивности) и конденсатор 10 мкФ.
• За время 466 мс конденсатор заряжается до напряжения 170 В.

Измерения:

• Ток измеряется через шунт 2A/75мВ.
• Осциллограф фиксирует линейное нарастание напряжения
• Максимальный ток в импульсе: Imax=75мВ 264мВ×2A=7.04A.

Условие задачи:

Спроектировать источник питания с COP>1, в котором энергия в конденсаторе будет на 50% выше, чем затраты источника питания, Необходимо определить индуктивность L, которую следует использовать в данной схеме. Энергетические расчеты будут проводиться через величину энергии магнитного поля, накопленной в индуктивности: W_L = (L × I_peak²)/2, что в соответсвии с принципом сохранения энергии равно энергии источника питания.

Энергия, накопленная в конденсаторе:
W_C = (C × U_C²)/2 = (10 × 10⁻⁶ × 170²)/2 = 0.1445 Дж

Энергия, передаваемая за один импульс:
W_imp = W_C/N = 0.1445/466 ≈ 3.10 × 10⁻⁴ Дж

Требуемая энергия от источника за импульс для COP = 1.5:
W_L = W_imp/1.5 ≈ 2.067 × 10⁻⁴ Дж

Расчет индуктивности:
Из формулы W_L = (L × I_peak²)/2: L = (2 × W_L)/I_peak² = (2 × 2.067 × 10⁻⁴)/7.04² ≈ 8.35 мкГн

Верификация расчета:
Энергия в индуктивности: W_L = (8.35 × 10⁻⁶ × 7.04²)/2 ≈ 2.067 × 10⁻⁴ Дж
Общая энергия источника: W_source = 2.067 × 10⁻⁴ × 466 ≈ 0.0963 Дж
Коэффициент преобразования: COP = 0.1445/0.0963 = 1.5

• Показания амперметра и вольтметра в импульсных системах не отражают реальные энергозатраты источника.


• Для реализации целевого режима COP = 1.5 требуется индуктивность L ≈ 8.35 мкГн. Управляя длительностью импульса, необходимо обеспечить достижение максимального тока через индуктивность I_peak = 7.04 А, контролируя его по падению напряжения на токовом шунте.


• Практическая длительность импульса, определяемая по достижению заданного тока через шунт, может отличаться от 50 мкс и должна устанавливаться экспериментально.

Полученное значение COP > 1 следует рассматривать как отправную точку для дальнейшего научного анализа, а не как окончательный вывод. Ключевая значимость результата заключается не в констатации превышения эффективности, а в обнаружении физического эффекта, требующего:

• Системной верификации методологии измерений и расчётов
• Углублённого изучения природы наблюдаемого явления
• Строгой научной интерпретации в рамках фундаментальных законов

Данное наблюдение открывает перспективу для исследования новых физических принципов преобразования энергии в импульсных системах с резкой коммутацией тока. Последующий анализ должен быть направлен на выявление и количественную оценку всех факторов, способных повлиять на энергетический баланс системы.

amischuk пишет:

Рассматриваемая схема не отличается новизной, проверена если не всеми, то многими. Весь вопрос в нюансах, на которые хотелось бы обратить внимание, а именно, энергии на конденсаторе образовано на 55% больше, чем затратил источник питания.

всё это бред. возьми зарядку сотика и попробуй получи больше потребления

Юрий М пишет:

amischuk пишет:

Рассматриваемая схема не отличается новизной, проверена если не всеми, то многими. Весь вопрос в нюансах, на которые хотелось бы обратить внимание, а именно, энергии на конденсаторе образовано на 55% больше, чем затратил источник питания.

всё это бред. возьми зарядку сотика и попробуй получи больше потребления

Оно всплыло, оно не потопляемое.
Тебе отвели "местечко"

купи индуктивность 68 мкг с этого сайта www.smd.ru/katalog/katushki/induktivnosti/0604/

напруга на кондере еще подскачет

Тут в схемке не очевидный косяк. Отсутствует диод в источнике питания. Я понимаю ОЭДС от катушки идет через диод зарядки в кондер, и потери на нем тоже надо учитывать и скорость его срабатывания.


мысли в слух... я пока не видел энергию из ничего...

Юрий М пишет:

amischuk пишет:

Рассматриваемая схема не отличается новизной, проверена если не всеми, то многими. Весь вопрос в нюансах, на которые хотелось бы обратить внимание, а именно, энергии на конденсаторе образовано на 55% больше, чем затратил источник питания.

всё это бред. возьми зарядку сотика и попробуй получи больше потребления

Глупостями есть кому и без меня заняться, для этого есть Вы. Если топтаться в районе напряжения источника питания, то там, кроме COP, (коэффициента преобразования) потенциальной энергии в электрическую меньше единицы, нет ничего. "Порции тока" изымаемые от источника питания всегда одинаковы. Заряд конденсатора растет линейно, энергия квадратично. СЕ проявляет себя при высоком напряжении. Что непонятного?

KIT пишет:

Тут в схемке не очевидный косяк. Отсутствует диод в источнике питания. Я понимаю ОЭДС от катушки идет через диод зарядки в кондер, и потери на нем тоже надо учитывать и скорость его срабатывания.


мысли в слух... я пока не видел энергию из ничего...

В статье указал, после источника питания, перед дросселем, стоит фильтр Юрия Глебова, убирает все пульсации, с диодом или без него, разницы я не увидел. Откройте осциллограмму заряда, там показан уже свершившийся факт - наличие заряда конденсатора и время в течении которого этот заряд был получен. Все потери уже учтены. Касательно разряда конденсатора на нагрузку, схема в работе.

Xrom пишет:

купи индуктивность 68 мкг с этого сайта www.smd.ru/katalog/katushki/induktivnosti/0604/

напруга на кондере еще подскачет

Не все индуктивности годятся, надо отслеживать кривую заряда конденсатора, но пробовать можно.

Трансмутация FE55 в FE56. Старо, как дыра в полу. Связно с магнитными усилителями.

amischuk пишет:

Не все индуктивности годятся, надо отслеживать кривую заряда конденсатора, но пробовать можно.

ну берёш нам и показываеш. должно работать вечно

эт как тигр2007 для дурачков показывал как с блокинга сделать самозапит. а всё должно решаться просто если есть лишка достаточно поставить 1 диод и всё