關于電能可以倍增的探討

能量守恒，眾所周知。然而在用直流脈動電源對電容器脈動充電時出現的結果卻令人意外，電能可以倍增。因我們水平，手段有限，給出的解釋未必正確。然而若其不謬，相信可為能源建設作些貢獻。

通常情況下直流恒壓電源（1）經開關（2），電阻（3）對電容器（4）充電的線路如圖1所示，其電源電壓為U，充電平均電流為I，充電時間

圖1 直流恒壓充電線路圖Figure1 DC constant votage charge circuit

為T，電容器由0被充電到某一電壓值為Uc。充電曲線如圖2所示，充電電流，電壓變化規律分別為：i=（U/R）*e∧（-t/RC），u=U-Ue∧（-t/RC），式中R為電阻，C為電容，t為時間。若該電源改用脈寬周期比（空度比）為1/N的脈動方式向同一電容器充電，脈沖寬度小于直流恒壓充電過程所用時間的寬度，由于電容器的充電特性，其充電曲線如圖3所示。此時充電平均電壓為U/N，充電平均電流為I/N，充電時間為NT，電容器電壓仍會由0被充電到同一電壓值Uc。

圖2 直流恒壓充電曲線Figure 2 Dc constant votage

由以上兩圖比較可知，圖1中的連續充電曲線在圖2中變為階段的充電曲線。圖2中的充電電流在無脈沖時降為零，電容器上的電壓保持斷電時的電壓值；在有脈沖時，電壓，電流曲線仍按原有規律進行變化。從以上兩圖可以看出，同一電容器由0被充電到相同電壓值Uc時，不同的充電方式其輸入電能也大不相同。

圖3 直流脈動充電曲線Figure 3 DC pulse charge curve charge curve

圖1中直流恒壓充電的輸入電能為U*I*T=UIT。

圖2中直流脈動充電的輸入電能為U/N*I/N*NT=UIT/N。

以上兩式表明，同一電容器被充電到相同電壓值時脈動充電的輸入電能為恒壓充電的輸入電能的1/N。對于電壓值為Uc的同一電容器來講它對外輸出的電能是一定的，而脈動充電的輸入電能又是減小的。這就是說在脈動充電的情況下，電容器的輸出電能最終會大于輸入電能。以上討論是不考慮各種電阻的理想情況。而在存有各種電阻的實際情況下，必然會增加部分能量的損耗。由于線路各種電阻基本為一固定值，所以只要脈寬周期比小于某一臨界值，仍可實現輸出電能大于輸入電能的目的。為減小輸入電能中電阻的能量損耗：減小充電電阻；電容器在電源電壓的較高位置上運行以減小充電電流，這些都有利于提高輸出與輸入之比。我們分別用正弦工頻全波，半波以及頻率為60Hz，脈寬周期比為1/3的方波對6000μ的電容器進行充電實驗，證明上述結論成立。數據如表1和表2。

表1 正弦全波，半波充電數據Table 1 Sine whole wave，half wave charge data

從上述列表可以看出，隨著脈寬周期比的遞減，電容器的輸出電能與輸入電能之比呈遞增。當脈寬周期比降到某一臨界值時，輸出電能與輸入電能之比會大于一。例如表2中當脈寬周期比為1/3時，二者之比大于一，電能實現了大于一的倍增。由于數據采集是普通萬用表，故而數據不太精確，誤差較大，但還是可以說明問題本質（也可以使用電能表直接測量電能值）。由此可以得出結論：直流脈動電源（可以是各種波形）對電容器脈動充電，當其脈寬周期比小于某一臨界值且電容器在電源電壓較高位置上運行時，電容器的輸出電能可以大于輸入電能，電能實現倍增。也就是說在電容器直流脈動充電的這一特定情況下能量是不守恒的。

表2 方波充電數據（脈寬周期比：1/3，頻率：60赫茲）Table 2 Square wave charge data（pulse duration ratio：1/3，f：60Hz）

根據上述原理很容易做成電能倍增裝置，可廣泛用于工業，交通，野外，民用等多種場合。此裝置多臺，多級組合還可實現大功率，大倍率的電能倍增。以上是我們的浮淺看法，錯誤頗多，真誠歡迎批評指正。

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