Глава Пет
Методи за зареждане и разтоварване на кондензатора
През последните 8 години в интернет се обсъди голямото количество информация относно методите на зареждане и разтоварване на кондензатор в SG веригите. С цел да се премахне колкото се може повече от объркването, съпътстващо тази материал, ще е полезен кратък преглед на тези идеи.
Началото:Всички методи за зареждане и разтоварване на кондензатора произлизат от оригиналната диаграма в патента на Джон, показана тук. Тя показва кондензатор (#24), зареждан от изолирана изходна намотка (#13с) мостов изправител на пълни вълни (#23). След това кондензаторът се разтоварва посредством въртящ се комутатор и четков механизъм, който създава и разваля връзката между кондензатора и батерията при ПОЛОЖИТЕЛНАТА жица (свързана с положителния терминал).
Един от вариантите на тази машина работеше без спиране за повече от 10 седмици през зимата на 2002г. Кондензаторът беше 330,000uf, зареждан до 3 волта над батерията и разтоварван горе-долу веднъж в секунда. Четките имаха сребърни контактори, а комутаторното колело се състоеше от част от меден проводник, вкаран в Delrin колело (това изглежда е марка лагери и зъбни колела, бел.прев), като колелото е намалено на струг, за да се покаже медта, както е показано на снимката долу. Делрина придаде на четката много ниско триене, а комбинацията сребро/мед доведе до много ниско съпротивление в момента на контакт. Жицата по пътя на разтоварването на кондензатора беше калибър 8, също за да е ниско електрическото съпротивление.
SG колелото се въртеше в режим "нарочно отблъскване", управлявано от ключа на Бедини-Кол, монтиран върху черната топлинна мивка в долната част на снимката горе. Въпреки че обясних в предната книга, че "самовъзбуждащата се" система, работеща на режим "привличане", е по-ефективна, този по-ранен модел все пак беше способен да работи на собствени сили повече от 10 седмици, като разменяхме първата и втората батерия веднъж на 12 часа.
Идеята е тази. Има множество начини това да проработи, но всяка система, която съм виждал да работи на собствени сили, зареждаше батерията чрез верига за разтоварване на добавен кондензатор.
Така че, нека обобщим този дизайн. Има изолирана намотка при изхода. Има мостов изправител на пълни вълни между намотката и кондензатора. Разтоварителната верига създава и разваля връзката между кондензатора и положителния терминал на батерията. Контакта за разтоварването се осъществява с въртящ се комутатор и четков механизъм. Разтоварителният път се състои от жица с голям диаметър, за да се поддържа ниско електрическо съпротивление. Кондензаторът е относително голям (300,000uf) и честотата на разтоварване е горе-долу веднъж в секунда.
Този пример ясно дефинира петте главни компонента, нужни за зареждане и разтоварване на кондензатора. Те са:
1. Веригата, нужна да се поеме енергията от намотката и да се подаде към кондензатора.
2. Веригата, нужда да се изведе енергията от кондензатора, и да се прехвърли в батерията.
3. Методът на включване и изключване, чрез който да се разтоварва кондензаторът.
4. Методът за тайминг, който да управлява ключ-механизма за разтоварване.
5. Размерът на кондензатора и честотата на разтоварването му.
Джон е изпробвал поне 300 вариации на всички тези параметри и е отсял определена спецификация, която на ден днешен използва редовно. През годините много хора експериментираха с дузини идеи, така че е трудно от този източник да се открие най-добрия метод. за да се изясни най-добрия начин за постигане на всичко това, бих искал да разгледаме идеите по-подробно.
Вериги за зареждане на кондензатора:Картинката горе в ляво показва веригата, която зарежда кондензатора (#24) от изолирана изходна намотка (#13c) през мостов изправител на пълни вълни (#23). От гледна точка на електрическата ефикасност, този метод е най-неефикасния. Мостовия изправител изисква изходния пулс да мине през два диода, всеки от които има волтово спадане от около 0.6 волта. Второ, когато изходният пулс се създава в различна намотка от онази, от която оригинално е произлязъл, също води до около 2% загуба заради индукция.
Така че, изглежда очевидно, че събирането на изходния пулс от Главната намотка (МС) и употребата на единствен диод (D2), който да насочи този импулс към кондензатора (С) е по-ефикасно.
Ако целта е да се зареди кондензатора и да се разтовари във втора батерия, както е показано, има много малко причини да не се използва втория метод. Ако целта ви е да съберете тази енергия и да я направите достъпна, за да измести смученето от първата батерия, тогава събирането й от изолирана намотка прави тази цел много по-лесно достижима. (Примерна верига не е показана) Но тъй като изходящият пулс е изначално DC по природа, рядко се налага мостовия изправител на пълни вълни да се ползва през цялото време, тъй като единичен диод е достатъчен да изолира пулса и да го съхрани в кондензатора.
Вериги за разтоварване на кондензатора:От най-ранните диаграми до рисунките, използвани в Наръчника за начинаещи, винаги сме показвали веригата за разтоварване на кондензатора с ключ, инсталиран върху ПОЛОЖИТЕЛНАТА линия. Класическата теория на електрическите вериги обикновено обикновено оставя отрицателните или заземяващите линии непрекъснати навсякъде из веригата, и тук Джон също проведе експерименти.
Само че, когато Джон започна сериозно да изследва ефектите, които разтоварването на кондензатора имаше върху батерията, той откри, че ако се оставят положителните линии непрекъснати, а се превключват ОТРИЦАТЕЛНИТЕ линии, това също си има ползите. След продължително тестване, Джон на ден днешен почти винаги слага ключа върху ОТРИЦАТЕЛНАТА линия.
Новата теория, подкрепяща това мислене, предполага, че като се позволява на високоволтовите пулсове, идващи от намотката, да се натрупат в кондензатора, но също така като се позволява да оказват влияние и върху положителния терминал на батерията, се получават по-добри резултати. Теорията е, че тази верига позволява на положителната плоча на батерията да се "свръх-потенционизира" дори преди токовия изблик, пуснат от ключа, да подейства на вътрешната й химия.
Превключването и на положителната и на Отрицателната връзка между кондензатора и батерията по едно и също време също си има ползите, но този вариант все още не е напълно изследван. Това би осигурило пълна изолация на кондензатора от батерията и може да е полезно при определени условия.
Методи на превключване:Обсъдихме веригите за разтоварване на кондензатора. Сега ще обсъдим различните налични начини, по които да прекъснем и възстановим веригата. Като цяло и ма три основни начина за това. Те включват механични методи, електрични методи, и хибридни методи, които и двете черти.
Механичните методи като цяло използват четков тип комутатор като онзи, показан по-горе, или стандартен механичен ключ (като например за домашно осветление, тип копче бел.прев). Електронните типове като цяло ползват или би-полярни транзистори, MOSFET-и , или SCR-и. Хибридните методи може да ползват стандартен механичен ключ (тип копче), за да задействат транзистор или устройство.
(Бел.прев: MOSFET - метало-оксидно-полупроводников полево-ефективен транзистор; SCR - силиконо-контролируем токоизправител)
Виждате, че тук има много варианти. Така че нека прегледаме всеки от тях в повече детайли.
Механични методи:И така, ето отново картинка на базовия механичен ключ, който Джон използва в много от ранните модели. Черното колело се завърта от Енергетизаторното колело с механично намалена честота. направено е от Delrin и в него е вкарана медна пръчка. След това и двете са намалени на струг, за да се покаже малка част от медта.
(Бел.прев: Delrin - поли-окси-метилен, познато и като ацетал. Синтетичен полимер, който се произвежда от много химически фирми, като всяка ползва леко различна химическа формула. Затова съществуват множество продуктови наименования на същото това вещество, Delrin е едно от тях, други са Celcon, Ramtal, Duracon, Kepital, Hostaform...)
И двете четки правят контакт с повърхността на Делрина, и когато медният участък се завърти към тях, се получава контакт между четките. Това създава електрическа връзка между кондензатора и батерията, и така енергийният заряд на кондензатора се разтоварва в батерията.
Този метод си има предимствата и недостатъците. Основното предимство е, че е механичен, така че може да се направи без знания относно сложните електрически вериги. Изисква обаче някои специални инструменти, като струг, но находчивите личности вероятно могат да измислят как да направят нещо подобно с обикновени подръчни инструменти.
Един от недостатъците може да се види на средната картинка. Би трябвало да можете да забележите, че медта е набраздена по долния ръб. Това е първият ръб, който влиза в контакт с четките и е мястото, където първоначалният токов наплив от кондензатора стопява и износва медта. Така че има известна степен на физическо износване на ключа, което създава нужда от периодична поддръжка.
Другият основен недостатък е, че четките правят контакт с ключа за много по-дълъг период от време, отколкото е нужно, за да се разтовари кондензатора до изравняване с волтажа на батерията, а кондензатора не може да започне да се зарежда отново, докато ключа не прекъсне връзката.
Другият метод за разтоварване на кондензатора с механичен ключ включва малък механизъм на колело с по-ниска предавка, и механизмът се използва, за да задейства вторичен, затворен моментен контактов ключ (тип копче, бел.прев).
Този тип ключ, изобразен тук, може да се намери като готов артикул в много комерсиални магазини. Много от тези се продават с тяхна си "ролка", прикрепена към задействащото рамо, което също така има и пружина, която да го изключи OFF, след като ролката се превърти.
Този метод може лесно да се използва от начинаещи, които нямат достъп до машинни инструменти, като стругове и подобни машини.
Електрически методи:Електронните методи за разтоварване на кондензатора са много по-сложни. Повечето от тях използват подобна електрическа верига, за да управляват устройството, което дефакто извършва превключването.
Ето един пример на верига, която е публикувана в дискусионните форумни теми от много години. Подчертал съм в
ЧЕРВЕНО онази част от веригата, която дефакто позволява разтоварването на кондензатора в батерията.
Виждате, че веригата включва също и таймер-чип (555), както и опто-изолаторен чип (H11D1) и по-малък NPN транзистор (2N3440), който да включи ON главните транзистори (MJ15024).
Това е много близо до веригата, използвана в този малък уред, изобразен тук, наречен "Истинският МакКой" ["Real McCoy"]. Малките жълти кондензатори, с общо 6.6uf, бяха зареждани до около 100 волта и разтоварвани около веднъж в секунда. Това можеше да зареди всякакъв тип батерия от 2V до 24V.
Тъй като уредът беше напълно затворен в тази стара кутия за CDта, трябваше само да стартира, когато се включи към захранване. Поради тази причина използваше режима на нарочното отблъскване и "Бедини-Кол" ключа, за да контролира осцилатора.
Ето примерна верига за разтоварване на кондензатора чрез MOSFET транзистор. Разтоварителинят път от веригата е подчертан с
ЧЕРВЕНО. Секцията от веригата която зарежда кондензатора идва от (+) и (-) терминалите в горния десен ъгъл. Сигналът, който контролира тайминга на разтоварването идва от горния ляв ъгъл, който също не е показан. Тези могат да са същите като в диаграмата, илюстрираща NPN транзисторната верига на предната страница.
Най-накрая, ето пример на разтоварителна верига, ползваща SCR. Разтоварителният път е маркиран с
ЧЕРВЕНО. Отново, Джон е ползвал 555 таймер-чип, опто-изолатор, и друг малък транзистор, за да задейства SCR, както процедираше и за MOSFET и NPN транзистора.
Първите две транзисторни вериги показват, че се превключва положителната линия, а третата, SCR веригата, показва че отрицателната линия се превключва. Въпросът е, че методите за превключване и на двете линии са много сходни.
Предимствата и недостатъците на всяко от тези устройства са следните. NPN транзистора има най-голямото волтажно спадане през кръстовището си, така че е по-подходящ за системи, при които кондензаторът се зарежда до по-високи волтажи. SCR-а има най-ниското волтажно спадане през кръстовището си, но след като веднъж е активиран, няма да се изключи OFF, докато волтажите на кондензатора и батерията не се изравнят. MOSFET-а има средно спадане на волтажа през кръстовището си, горе-долу наполовина на NPN и SCR. но може да се превключва OFF и ON волево, като NPN-а. Поради тази причина, MOSFET-а обикновено е устройството, което се избира за тези системи, докато волтажите в кондензатора са с умерени стойности, което означава под 20 волта повече от батерията.
Хибридни методи:Тези методи за разтоварване на кондензатора използват черти и от механичното и от електронното превключване. На тази картинка можете да видите как намалянето на скоростта се управлява с ремък, подобно на показаното на стр.28.
Това управлява въртящия се четков ключ, който на свой ред задейства транзисторите, показани в пластмасовата кутия долу в средата на втората картинка. След това задействането на транзистора разтоварва кондензатора, за да се зареди батерията.
И така, това илюстрира трите основни начина да се разтовари кондензатора към батерията. Както виждате, много дузини различни начини са измислени и тествани през годините. Работейки в близки отношения с Джон през този период от развитието, постоянно се сблъсквах с "Метода на Джон". Тоест, той никога не се задоволяваше, когато някой експеримент работеше, дори и когато работеше екстремно добре. Винаги гледаше отвъд настоящето, за да види какво още е възможно. И... той никога не предполагаше! Винаги го построяваше, и провеждаше тестове!
По едно време, Джон тестваше различни контролни вериги за активиране на разтоварването и направи над 30 вариации на една и съща верига в рамките на две седмици. Тази снимка показва част от онези тестови вериги, все още в кутия и прибрани на полицата в работилницата му. Той също така никога не изхвърляше нищо, и никога не разваляше един експеримент, за да направи нов със същите части. Всяка една от веригите в тази кутия все още работи!
При Джон винаги нещата бяха в името на ученето и пътя на откривателя. Никога не ставаше дума "да се открие самозадвижваща се машина", най-вече понеже той вече го беше направил през 1984г и множество пъти след това. Той търсеше специфични, частични напредъци, които можеше да добави към вече широкото поле на познанията си.
В 20те си години Джон работил за TRW, производител на полупроводникови устройства. Там той научил, че всеки вид устройство, като MOSFET или SCR, може да бъде оперирано извън нормативните си характеристики, ако човек знае как по безопасен начин да го напъне в такава посока. Заради това си разбиране, Джон може да накара веригите да правят неща, които останалите електрически дизайнери не успяват. Така че, когато Джон говори за "обърнати вериги", той по принцип говори за това да се използват един или повече компоненти във веригата по начин, който е или различен, или напълно противоположен на стандартните методи на употреба.
Например, Джон е разработил начини да се задействат SCR-та на ON и OFF волево, дори когато волтажите през кръстовищата никога не се изравняват. В стандартната практика, това не може да се направи, и повечето електрически дизайнери не знаят как да го постигнат. Но Джон знае как и е използвал този метод по множество разнообразни начини.
Методи за тайминг:Най-простите методи за тайминг са механичните. Тук наблюдаваме страничен изглед на един от ранните апарати. Смъкването на предавката от този ремък е поне 20-към-1, така че главния ротор извършва 20 оборота за всеки един оборот на тайминг-колелото. С 10 магнита на колелото, това означава, че 200 пулса зареждат кондензатора, преди четковият механизъм да го разтовари в батерията.
Следващият метод за контролиране на тайминга е чисто електронен. Ето увеличен мащаб на тайминг-секцията от диаграмата на стр.35. Показва мощност (12V) идваща от Захранващата батерия в ляво (+ и -). Това захранва 555 таймер-чип, настроен да създава импулс между 0.2 и 20 пъти в секунда, [selectable on the 100K trim pot.] (съжалявам, тук не мога да разбера за какво става дума, но явно 100К се отнася за някаква характеристика на чипа, или е някакъв размер, или е скала, или са Ohm, бел.прев). Изходната енергия от 555 чипа захранва LED секцията на H11D1 опто-изолаторния чип. Този чип позволява на таймера, който се захранва от захранваща батерия, да контролира разтоварването на кондензатора, който няма връзка със захранващата батерия. Изходната енергия на H11D1 чипа след това контролира задействането на 2N3440 транзистора, който на свой ред контролира основното устройство, ползвано за разтоварване на кондензатора.
Отново, видовете устройства, които могат да се ползват за разтоварване на кондензатора, могат да включват NPN транзистори, PNP транзистори, MOSFET-и, SCR-та или дори Triac.
Третият метод за контролиране на тайминга за разтоварване на кондензатора използва верига, която може да усети (да измери) волтажа, който се насъбира в кондензатора, и да го разтовари, когато волтажът достигне предварително определено ниво. Тези "автоматични" методи за задействане на разтоварването варират от прости до сложни. Един от простите методи е илюстриран тук, при него неонова крушка се използва за задействане на SCR, когато волтажът в кондензатора достигне до около 100 волта. Този метод работи наистина добре за около 20 часа, след което неоновата крушак се "поляризира" и спира да дава сигнали. Това беше първият метод, с който Джон експериментира през 2003г.
Други прости методи включват използването на SCR, задействан от Zener диод или пък Zener диод, активиращ малък транзистор, който активира SCR.
(Бел.прев: Zener диода е пълноценен нормален диод, който провежда електричеството само в една посока, само че за разлика от обикновените диоди го провежда и в обратната посока, когато волтажа на електричеството се покачи до определено ниво, това се нарича zener-коляно, zener-волтаж, лавинен момент, върхов обратен волтаж.)
Стойността на Zener диода ще определи колко над батерията ще се покачи волтажа в кондензатора, преди да се разтовари.
Тези SCR вериги работят само тогава, когато кондензаторът се зарежда с периодични пулсове, като изходните пулсове на Бедини SG, понеже SCR може да не си затвори резето отново, ако кондензаторът се зарежа по метода на непрекъснатия ел.поток.
Други, по-сложни вериги, може да ползват комбинация от Zener диоди, OP-AMP чипове, и регулатори на волтажа, за да следят волтажа на кондензатора и автоматично да регулират разтоварването му. Джон е развил отлични вериги, работещи на този принцип. Може би ще искате да закупите един от готовите комплекти за разтоварителни вериги за кондензатора на SG Енергитезатора, или да си направите свои собствени.
Този тип вериги са чудесни, защото автоматично могат да се нагодят към по-бърза честота на разтоварването с увеличаването на зарядната честота на кондензатора.