作者: O. Krishevich, V. Peretyachenko
解释与范围说明
系统类别:受经典定律支配的开放电动力学系统。 介质:耦合和边界介质,而非可消耗源。 验证优先:技术成熟度等级阶段工作;本文档中无公开性能声明。 披露控制:实施细节仅通过独立验证途径披露。 术语:该设备是能量转换(转导)系统;”发生器”在专利/行业命名意义上使用,并不意味着能量创造。证据分类
本文档构成运行状态验证证据。
本文所述的流程、测量和方法仅用于：
- 确认可重复运行状态的存在，
- 在受控实验室条件下评估运行状态的稳定性，
- 验证受限行为并排除简单线性解释。
本协议不构成性能验证，也不建立能量平衡、效率或输出能力的结论。
所有与性能相关的结论均明确延后至后续验证阶段， 并须接受独立的综合功率与热测量协议的验证。
非主张内容的明确界定
本验证协议明确排除以下解释和主张：
- 净能量增益或能量放大；
- 自维持或自主发电运行；
- 效率大于一；
- 将介质或环境视为能量来源；
- 以示波器或积分功率测量替代量热或综合功率测量；
- 仅基于示波器或频谱数据得出的结论。
任何超出运行状态存在性、稳定性和可重复性范围的解释， 均不属于本文档的适用范围， 并在缺乏专门且独立验证的情况下被视为无效。
能量来源(无神话)
该系统不依赖燃料,不从空气中提取能量,不声称超一性运行,不声称创造能量。除了作为经典电动力学下开放电动力学系统与其环境的相互作用外,没有引入可消耗能源。 在严格的工程术语中,该系统是一种能量转换(转导)架构,通过闭合开放电动力学系统的测量外部能量平衡来提供电力。 在经典电动力学中,”源”不是定义为燃料或储层,而是定义为开放系统的完整外部能量平衡。对于在具有内部循环和反馈的非线性谐振机制中运行的系统,能量交换不仅必须通过有线输入来核算,还必须通过电磁边界相互作用来核算。 端口(2)作为操作边界接口术语引入,用于闭合能量平衡。它表示通过坡印廷定理描述的跨系统边界的边界介导能量交换,不得解释为离散能源、发生器声明或二次电池。术语”外部”指的是跨系统边界发生的能量交换(相对于系统边界而言的外部),而非已识别的外部源。 线性输入-输出模型在此情境中失效,因为它们忽略了内部能量循环和相位稳定反馈。在这种机制中,有用的输出功率是通过维持稳定的能量平衡来维持的,而不是通过与输出成比例的连续直接有线输入。 实施细节、内部参数和建设性解决方案被视为受保护的专有技术,并有意从本文档中排除。验证使用标准工程格式执行:密封模块验证和保密协议下的受控披露。在两种格式中,独立实验室使用自己的仪器测量外部输入和输出,并应用控制措施以排除寄生耦合路径。实施特定细节的披露与验证和认证里程碑相关联。0. 文档状态、可重复性和声明限制
本文档是工程验证简报。其目的是定义可验证的能量行为,形式化能量平衡,并指定独立计量测试协议。 本文档不声称具有开放可重复设计的完整学术出版物的地位:部分建设性实施构成专有技术,并受专利组合保护。独立验证需要两种可接受的格式:- 受控披露(保密协议下):独立实验室严格出于验证目的获得对选定关键节点的访问权限。
- 密封模块验证:提供集成模块(包括接口元件(2),如果技术上不可分离)密封,所有测量由独立方使用自己的设备执行。
密封模块下的方法状态
本文档定义可测量参数、验收标准和测试条件。 对于以密封模块格式提供的配置,测试方法可能包括作为专有技术受保护的要素。在这种情况下,测试报告包含测量量、使用的测量仪器、测试条件和验收标准的描述,但不包含内部设计或与端口(2)相关的边界接口实施的完整描述。 验证重点严格是计量性的:可测量量、不确定度和控制测试——而非内部构造的披露。 密封模块设计的完整披露缺失不影响测试结果的有效性,前提是满足本文档第9节中定义的所有标准。0.1 方法论边界和解释限制
本文档是用于验证系统能量行为的工程规范,不断言通过模式B中端口(2)核算的边界介导能量交换的物理性质。 特别是:- 本文档不声称通过端口(2)核算的边界介导能量交换是由任何特定物理场、相互作用或环境参数(E、H、T、ρ等)引起的。
- 本文档不假定存在新的基本相互作用或违反已知物理定律。
- 本文档不要求验证方承认超出实验测量能量平衡之外的任何能量产生机制。
- 有线输入(端口(1)),
- 内部储能元件,
- 系统自身损耗的再循环,
- 已知的寄生路径(导电、基于电网或射频),包括未跟踪的返回路径、屏蔽/接地伪影和测量参考误差。
1. 定义和能量平衡
1.1 定义和系统能量平衡
VENDOR系统通过坡印廷定理和标准电路能量分析描述为具有通过定义端口和边界接口进行外部能量交换的开放系统。1.1.1 端口(1):有线能量接口
端口(1)的平均有功功率测量为: \[ P_{\mathrm{elec,avg}} = \frac{1}{T}\int_{0}^{T} v_{\mathrm{ext}}(t)\, i_{\mathrm{ext}}(t)\, dt, \] 其中测量包括与端口(1)相关的所有返回电流路径、参考导体、屏蔽和电缆组件。1.1.2 端口(2):边界耦合接口(安装接口)
定义说明:在本文档中,”端口(2)”表示跨系统边界的能量交换的边界/接口类(安装依赖性耦合),而非对专用电连接器的要求。 端口(2)是引入的操作边界接口术语,用于闭合开放电动力学系统的能量平衡。它不代表能源声明。相反,它核算通过安装装置和电磁边界条件发生的边界介导能量交换。 边界介导交换的形式表示通过坡印廷通量表达: \[ P_{\mathrm{field,avg}} = \oint_{\partial V} \langle \mathbf{S} \rangle \cdot d\mathbf{A}, \qquad \mathbf{S} = \mathbf{E} \times \mathbf{H}. \] 计量说明:在本规范中,与端口(2)相关的边界贡献通过坡印廷定理以经典形式表示;然而,在实际协议内,它可以操作性地确定为测量能量平衡的残差,受第9.2.2节中的强制性控制测试和不确定度界限约束。当直接近场通量积分对脉冲系统不实用时,这是标准的工程方法。 与端口(2)相关的能量交换的物理性质超出本文档的范围,专门通过计量验证来处理。不对其物理载体或基础相互作用机制做出先验假设。 重要核算说明:端口(2)是操作核算接口,不一定是直接仪器化的物理连接器。它表示根据第9节中指定的控制测试闭合测量能量平衡所需的边界介导贡献。 端口(2)不得解释为仅内部簿记伪影。特别是,边界项不归结为:- 内部能量再循环,
- 重复使用系统自身的辐射或无功损耗,
- 仅由失谐或储存能量的瞬态放电引起的表观输出,
- 由于未跟踪的返回路径、接地、屏蔽或参考导体引起的测量伪影。
1.1.3 内部量
- \(P_{\mathrm{load,avg}}\) — 输送到负载的有用功率。
- \(P_{\mathrm{loss,avg}}\) — 总损耗(热、介电、辐射等)。
- \(E_{\mathrm{buf}},\; P_{\mathrm{buf,avg}} = \left\langle \frac{dE_{\mathrm{buf}}}{dt} \right\rangle\) — 内部缓冲器的能量和功率(如果存在)。
- \(U_{\mathrm{circ,max}}\) — 循环场/电路中最大可恢复储能(从\(L,\; C,\; V_{\mathrm{peak}},\; I_{\mathrm{peak}}\)估算的上限)。
1.1.4 完整平衡
平均功率的完整平衡: \[ P_{\mathrm{elec,avg}} + P_{\mathrm{field,avg}} = P_{\mathrm{loss,avg}} + P_{\mathrm{load,avg}} + P_{\mathrm{buf,avg}}. \] 关于缓冲器的稳态: \[ P_{\mathrm{elec,avg}} + P_{\mathrm{field,avg}} = P_{\mathrm{loss,avg}} + P_{\mathrm{load,avg}}. \] “非功率银行”标准:在任何声称的自主运行模式中,必须满足以下条件: \[ \int_{0}^{T} P_{\mathrm{load}}\, dt \gg \left|\Delta E_{\mathrm{buf}}\right| + U_{\mathrm{circ,max}} \] 同时控制\(P_{\mathrm{elec,avg}} \approx 0\)。在这些条件下,持续输送的能量必须归因于根据协议分类(端口(2))的外部边界项,而非内部存储,前提是满足所有排除控制。 注:\(U_{\mathrm{circ,max}}\)代表任何时刻可恢复内部场能的绝对上限,因此限制了任何可能的基于存储的解释。1.2 为什么线性分析导致错误结论
典型批评者的论点: “从地球静电场可以提取多少功率?计算显示 \(P \sim 10^{-12}\ \mathrm{A/m^2} \times \text{面积}\),这是可以忽略不计的。因此,该系统是不可能的。” 这种批评回答了这个问题: “全球大气场能否通过空气电导率直接为有用负载供电?” 但系统提出了不同的问题: “维持具有内部循环的机制并在受控条件下向负载输送功率所需的总外部平衡\(P_{\mathrm{in,avg}}\)是什么?” 这些是不同的问题。批评者隐含地将环境建模为直接功率源,而在正确的模型中,内部流(包括反馈)是设备内能量的重新分配,不形成额外的外部输入。外部平衡完全由以下定义: \[ P_{\mathrm{in,avg}} = P_{\mathrm{loss,avg}} + P_{\mathrm{load,avg}} + P_{\mathrm{buf,avg}} \] (在稳态中,最后一项\(\to 0\))。2. 谐振LC电路:能量和数学
2.1 理想无损LC电路
在理想(无电阻)LC电路中,电荷和电流振荡: \[ \omega_{0}=\frac{1}{\sqrt{LC}}, \qquad f_{0}=\frac{1}{2\pi\sqrt{LC}} \] \[ q(t)=q_{0}\cos(\omega_{0}t), \qquad i(t)=\frac{dq}{dt}=-q_{0}\omega_{0}\sin(\omega_{0}t) \] 电容器和电感器的能量: \[ U_{C}(t)=\frac{q(t)^{2}}{2C}, \qquad U_{L}(t)=\frac{1}{2}L\,i(t)^{2} \] 总储能保持恒定: \[ U_{\mathrm{tot}}=U_{C}+U_{L}=\frac{q_{0}^{2}}{2C}=\mathrm{const} \] 物理意义:能量以频率\(f_{0}\)在电容器的电场和电感器的磁场之间周期性转移。 关于符号和相位的说明:\(i(t)\)表达式中的符号取决于所选的电流方向;物理上相关的是幅度和\(q(t)\)与\(i(t)\)之间的\(\pi/2\)相位偏移。2.2 带损耗和外部电压的真实RLC电路
实际上,存在损耗并通过等效电阻\(R\)建模: \[ \frac{d^{2}q}{dt^{2}}+\frac{R}{L}\frac{dq}{dt}+\frac{q}{LC}=\frac{1}{L}v_{\mathrm{drive}}(t) \] 其中\(v_{\mathrm{drive}}(t)\)是外部驱动电压(在实际电路中,它通过适当的连接拓扑由端口\(v_{\mathrm{ext}}(t)\)形成)。 对于弱阻尼机制\(\left(R \ll \sqrt{\frac{L}{C}}\right)\),能量近似指数衰减: \[ U(t)\approx U_{0}\exp\!\left(-\frac{t}{\tau}\right), \qquad \tau \approx \frac{2L}{R} \] 品质因数(Q因数)决定衰减率和能量效率: \[ Q \equiv 2\pi \times \frac{\text{储存能量}}{\text{每周期损耗}}=\frac{\omega_{0}L}{R}\approx \pi f_{0}\tau \] 高\(Q\)意味着缓慢衰减:能量在完全耗散之前循环多次。2.3 瞬时功率的频谱结构
在LC电路中,电流和电压在基本谐振频率\(f_{0}\)处振荡: \[ i(t)=i_{0}\cos(\omega_{0}t), \qquad v_{C}(t)=V_{0}\sin(\omega_{0}t) \] 每个时刻的能量: \[ U_{C}(t)=\frac{1}{2}C V_{0}^{2}\sin^{2}(\omega_{0}t) =\frac{C V_{0}^{2}}{4}\left[1-\cos(2\omega_{0}t)\right] \] \[ U_{L}(t)=\frac{1}{2}L i_{0}^{2}\cos^{2}(\omega_{0}t) =\frac{L i_{0}^{2}}{4}\left[1+\cos(2\omega_{0}t)\right] \] 电流和电压具有基频\(f_{0}\),而瞬时能量包含直流分量和双频\(2f_{0}\)的分量。 对耦合电路的意义:在耦合电路中,能量传递由瞬时功率\(p(t)=v(t)i(t)\)决定;对于谐波分量\(v \sim \sin(\omega_{0}t)\)、\(i \sim \cos(\omega_{0}t)\),它们的乘积包含\(0\)和\(2\omega_{0}\)的分量。因此,在分析谐振器中的功率和损耗时,即使电流/通量由\(f_{0}\)主导,也必须考虑\(2f_{0}\)的分量。2.4 具有反馈和耗散通道的系统中启动和维持振荡的条件
要在具有反馈的系统中启动振荡,通过端口(1)在周期\(T\)内输送到电路的能量必须超过损耗: \[ E_{\mathrm{ext,in}}(T) > E_{\mathrm{loss}}(T) + E_{\mathrm{load}}(T) \qquad \text{(启动阶段)} \] 其中\(E_{\mathrm{ext,in}}(T)\equiv \int_{0}^{T} p_{\mathrm{ext}}(t)\, dt\)。 在稳态(极限环)中: \[ E_{\mathrm{ext,in}}(T)=E_{\mathrm{loss}}(T)+E_{\mathrm{load}}(T) \] 在此机制中,幅度稳定在由系统非线性(放电器、饱和、击穿二极管)确定的水平。这在第7节中描述。3. VENDOR发生器架构
3.1 系统组件
根据专利WO2024209235A1:- 基于端口的能量接口/模式启动节点(1) — 物理定义的双向端口,通过该端口在启动期间和稳态操作中进行基于端口的能量交换。在实际实施中,端口(1)可以通过BMS连接到电池缓冲器,允许向系统输送能量和在存在反向流时接收能量以重新充电(回收)。
- 放电节点储能元件(3) — 从端口(1)充电的电容器。
- 多个放电器(14、15、16) — 具有不同击穿电压和频谱特性的电晕放电器。
- 初级绕组(4)变压器(5)的。
- 次级绕组(7)+电容器(8) — 形成谐振LC电路。
- 反馈路径(内部耦合路径) — 将谐振电路的部分能量返回到储能元件(3),实现能量重新分配并维持自振荡机制。
- 输出提取级(如专利中所述) — 通过隔离提取拓扑将能量传输到负载(13)。
3.2 操作序列
阶段1:储能元件充电
通过端口(1),输送外部功率\(P_{\mathrm{ext}}\),将电容器(3)充电到超过一个或多个放电器击穿电压的电压。阶段2:放电和脉冲进入初级
放电器击穿;电容器(3)通过初级绕组(4)快速放电。产生具有高\(di/dt\)的电流脉冲,由电容\(C_{3}\)、寄生电感和放电器的放电动力学决定。该脉冲通过磁变压器耦合在次级绕组(7)上感应电压。阶段3:次级电路的谐振振荡
次级绕组(7)与电容器(8)一起形成LC电路。感应电压激励该电路,在高品质因数\(Q\)下,电路振荡多个周期。变压器的磁场携带这些振荡。阶段4:反馈和机制动力学
来自次级电路的部分能量(通过内部耦合路径)流入储能元件(3)。此反馈:- 作为维持机制的正反馈机制,
- 提供储能元件和谐振器之间的能量重新分配,
- 将系统维持在极限环机制中(见第7节)。
阶段5:向负载提取功率
输出提取级将能量传输到负载。负载接收功率\(P_{\mathrm{load}}\),其大小反映在总体品质因数\(Q_{\mathrm{tot}}\)的降低和所需总外部能量流入\(P_{\mathrm{in,avg}}\)的增加中,如第6.3节所述。3.3 多个放电器的作用和频谱稳定性
放电器具有不同的击穿电压和频谱特性,频率偏移。 工程目的:- 当操作条件变化(湿度、温度、由于侵蚀的微间隙)时,一个放电器可能失去最佳特性。
- 然后另一个具有相邻击穿电压的放电器激活并维持机制。
- 集体作用减少了对参数漂移的敏感性。
- 这是工程冗余,而非”神奇”机制。
4. 电晕放电作为非线性自适应元件
4.1 电晕放电的物理学
当电极附近的局部电场强度达到足以电离气体的值时,会发生电晕放电;阈值由几何形状(曲率半径)、压力、气体成分和操作机制(电晕vs.流光)决定。 电离机制:- 高电场梯度电离电极尖端附近的空气分子。
- 形成弱电离等离子体云。
- 等离子体表现出有效电导率\(\sigma(t,E)\),取决于电场强度和时间。
- 这种电导率是非线性和非稳态的。
4.2 机制自适应性
具有不同击穿电压的多个并联电晕放电器形成自适应系统:- 在低场水平下,一些放电器保持在弱电离状态。
- 在更高的场水平下,其他放电器触发并吸引电流。
- 整体机制在广泛的条件下保持稳定。
5. 环境介质作为边界条件和可重复性因素
5.1 环境参数的影响
大气的电参数(电导率\(\sigma\)、湿度、压力、温度)影响:- 击穿阈值和机制转换 — 对于均匀间隙,帕邢型依赖性\(U_{\mathrm{br}} = f(pd)\)作为参考;然而,对于尖锐电极,局部场增强和发射条件变得决定性。
- 电晕放电稳定性 — 脉冲的频谱特性取决于压力和气体成分;湿度可以显著修改击穿阈值和放电稳定性。
- 寄生损耗 — 空气中的介电损耗、污染表面的泄漏和感应电流。
5.2 在测试协议中的作用
在VENDOR中,大气专门被视为放电过程的工作和边界介质,而非能源。 独立验证协议必须:- 记录和控制环境参数(\(P, T, RH\))。
- 评估协议内其变化对机制的敏感性(第9.5节)。
6. 带负载的谐振系统中的品质因数和能量平衡
6.1 谐振器中的Q因数和功率损耗
对于具有储能\(U\)和角频率\(\omega_{0}\)的谐振器,在内部损耗中耗散的功率为: \[ P_{0} = \frac{\omega_{0} U}{Q_{0}} \] 其中\(Q_{0}\)是等效空载品质因数,包括所有耗散通道: \[ \frac{1}{Q_{0}} = \frac{1}{Q_{R}} + \frac{1}{Q_{C}} + \frac{1}{Q_{\mathrm{rad}}} \] 这里,\(Q_{R}\)对应于欧姆损耗,\(Q_{C}\)对应于介电损耗,\(Q_{\mathrm{rad}}\)对应于辐射损耗。6.2 负载作为额外的耗散通道
当连接负载(提取级)时,负载与谐振器的电磁场相互作用,并作为从谐振器提取能量的额外通道(能量在负载处转换为有用功)。这相当于引入负载品质因数: \[ Q_{L} = \frac{\omega_{0} U}{P_{\mathrm{load}}} \] 系统的总品质因数为: \[ \frac{1}{Q_{\mathrm{tot}}} = \frac{1}{Q_{0}} + \frac{1}{Q_{L}} \]6.3 存在负载时所需的外部功率
要在连接负载的谐振器中维持指定的储能水平\(U\),需要补偿总损耗和向负载提取能量。相应的总外部平均功率定义为: \[ P_{\mathrm{in,avg}} = \frac{\omega_{0} U}{Q_{\mathrm{tot}}}, \qquad P_{\mathrm{in,avg}} \equiv P_{\mathrm{elec,avg}} + P_{\mathrm{field,avg}}. \] 有用负载功率\(P_{\mathrm{load}}\)的增加相当于总品质因数\(Q_{\mathrm{tot}}\)的降低,并需要总外部能量流入\(P_{\mathrm{in,avg}}\)的增加。对\(P_{\mathrm{in,avg}}\)的贡献可能来自有线基于端口通道或边界(场)项,取决于操作机制和系统与其环境的电动力学耦合配置。 因此,负载的增加不一定需要有线端口功率\(P_{\mathrm{elec}}\)的增加;它需要总外部平衡的增加,如完整系统能量核算所确定。6.4 储能水平作为设计参数
谐振器中储能水平\(U\)由技术设计决定: \[ U = \frac{1}{2} C_{8} V_{8}^{2} = \frac{1}{2} L_{7} I_{7}^{2} \] 其中\(C_{8}\)和\(L_{7}\)是电路参数。增加\(U\)需要增加电压\(V_{8}\)(具有严格的绝缘要求)或增加电感(更多匝数,更大的物理结构)。 这不是增加输出功率的独立自由度。\(U\)的水平和所需的外部功率\(P_{\mathrm{in,avg}}\)通过第6.3节中给出的关系联系起来。7. 非线性动力学和极限环机制
7.1 具有正反馈的闭合系统
具有反馈的闭合谐振系统的方程: \[ \frac{dx}{dt} = f(x) + k \cdot g(x) \] 其中:- \(f(x)\) — 自然动力学(损耗、阻尼),
- \(g(x)\) — 反馈信号,
- \(k\) — 耦合系数。
- \(k = 0\)(无反馈):轨迹收敛到平衡(振荡指数衰减)。
- 小\(k\):阻尼减慢。
- 临界\(k\):系统进入极限环 — 具有固定幅度和频率的周期机制。
7.2 极限环和能量平衡
在极限环中,系统自我调节其幅度,使得在周期\(T\)内通过端口(1)供应的能量等于损失和输送到负载的能量: \[ E_{\mathrm{ext}}(T) = E_{\mathrm{loss}}(T) + E_{\mathrm{load}}(T) \] 其中 \[ E_{\mathrm{ext}}(T) \equiv \int_{0}^{T} v_{\mathrm{ext}}(t)\, i_{\mathrm{ext}}(t)\, dt. \] 当通过BMS存在电池缓冲器时,量\(E_{\mathrm{ext}}(T)\)被解释为通过端口(1)的总能量流,而非单向电池放电。在稳态(\(P_{\mathrm{buf,avg}} \approx 0\))中,由于内部能量重新分配和回收路径,可能存在部分缓冲器重新充电的间隔,而不违反总体能量平衡 \[ P_{\mathrm{ext,avg}} = P_{\mathrm{loss,avg}} + P_{\mathrm{load,avg}}. \] 幅度既不增长也不衰减 — 系统驻留在相平面上的平衡点。这不违反能量守恒定律;它只是一个稳定的操作点,其中能量输入与能量支出平衡。7.3 VENDOR中非线性的作用
非线性元件(放电器、变压器饱和、击穿二极管)用于:- 限制幅度 — 防止电压的指数增长,
- 同步机制 — 固定频率和相位,
- 适应负载 — \(Q_{L}\)的变化导致幅度变化,而机制保持稳定。
8. 稳态操作中的能量平衡:严格公式
8.1 完整功率平衡
在稳态(极限环)中,对于整个系统(在间隔\(T\)上平均): \[ P_{\mathrm{ext,avg}} = P_{\mathrm{Joule,avg}} + P_{\mathrm{dielectric,avg}} + P_{\mathrm{radiation,avg}} + P_{\mathrm{erosion,avg}} + P_{\mathrm{load,avg}} + P_{\mathrm{buf,avg}} \] 或以紧凑形式: \[ P_{\mathrm{ext,avg}} = P_{\mathrm{loss,avg}} + P_{\mathrm{load,avg}} + P_{\mathrm{buf,avg}} \] 其中 \[ P_{\mathrm{loss}} = P_{\mathrm{Joule}} + P_{\mathrm{diel}} + P_{\mathrm{rad}} + P_{\mathrm{erosion}} + \ldots \] 是总损耗功率,并且 \[ P_{\mathrm{buf,avg}} = \left\langle \frac{dE_{\mathrm{buf}}}{dt} \right\rangle \] 是平均缓冲器功率。 在关于SoC的稳态中,\(P_{\mathrm{buf,avg}} \approx 0\),因此: \[ P_{\mathrm{ext,avg}} = P_{\mathrm{loss,avg}} + P_{\mathrm{load,avg}}. \] 左侧代表通过端口(1)和其他外部输入(包括本规范中定义的边界项)进入的能量。 右侧代表能量支出和缓冲的所有通道。8.2 测试协议中寄生输入的控制
测试协议必须包括控制寄生耦合(机械、热、电磁)和评估其贡献的措施。目标是证明测量的平衡 \[ P_{\mathrm{ext,avg}} \approx P_{\mathrm{load,avg}} + P_{\mathrm{loss,avg}} + P_{\mathrm{buf,avg}} \] 在外部条件的受控变化下保持,并且不能通过寄生输入来解释。第9节提供了详细的协议。9. 计量验证协议
理论分析表明,VENDOR架构在经典电动力学框架内在物理上是一致的。最终验证需要独立的实验室验证。9.1 测试场地分类和低电磁标准
为了排除与”50/60 Hz收集”相关的解释,必须对测试场地进行定量表征。9.1.1 电网背景指标(50/60 Hz)
可测量指标\(B_{50}\)定义为在控制点处50/60 Hz(以及第3次谐波\(B_{150}\))的磁通密度幅度,使用校准的感应环和频谱分析仪/FFT记录仪测量。 建立阈值低电磁标准:- 测试场地的\(B_{50}\)和\(B_{150}\)不得超过参考”城市”水平的1%,使用相同的设备组在典型城市实验室(参考场地)测量,在相同高度和相同环路方向。
9.1.2 场地资格和电网基础设施记录
测试场地必须同时满足:- 基于测量的\(B_{50}\) / \(B_{150}\)背景和映射的场地资格;记录与电网基础设施的距离,但接受由低电磁标准和场扫描确定,而非固定半径;
- 在通过\(B_{50}\)初步扫描识别的半径内没有未计入的地下电力电缆或变压器,通过场地映射和仪器日志确认。
9.2 主要测试:能量平衡
9.2.1 测量量
在测试期间,确定以下时间平均量: \[ P_{\mathrm{elec,avg}} = \frac{1}{T}\int_{0}^{T} v_{\mathrm{ext}}(t)\, i_{\mathrm{ext}}(t)\, dt \] — 端口(1)的平均有线电功率,包括所有返回和参考路径。 \[ P_{\mathrm{buf,avg}} = \left\langle \frac{dE_{\mathrm{buf}}}{dt} \right\rangle \] — 内部缓冲器能量的平均变化率,通过缓冲器端子的能量审计和/或独立充电状态(SoC)估计确定。 \[ P_{\mathrm{load,avg}} = \frac{1}{T}\int_{0}^{T} v_{\mathrm{out}}(t)\, i_{\mathrm{out}}(t)\, dt \] — 输送到负载的平均有功功率。 \[ P_{\mathrm{loss,avg}} \] — 平均损耗功率,通过热和/或量热平衡确定,包括局部热点和总散热。9.2.1.1 测量设备要求和”外部端子(黑盒)方法”
由于系统以非正弦、脉冲波形运行,功率测量必须使用可证明适合宽带、瞬态机制的仪器和方法执行。目标是在外部端子上获得计量上可辩护的有功功率,而无需访问内部节点。 (a) 允许的测量方法(选择一个或组合):- 宽带功率分析仪方法(如果针对测量的波形类证明了仪器能力),或
- 基于示波器的方法,使用校准探头同时采集电压和电流,并记录瞬时功率\(p(t)=v(t)\cdot i(t)\)的处理。
- 所选方法必须证明足够的带宽、采样和动态范围,以表示测量的波形而不会出现混叠或前端饱和。
- 测量链必须包括记录的探头传递函数(幅度和相位,如果适用)或制造商校准数据,足以限制在实质上有助于有功功率的频率范围内的幅度和相位误差。
- 电压和电流通道之间的去偏/时间对齐是强制性的,具有记录的程序和产生的残余时序不确定性。
- 实验室必须为\(P_{\mathrm{elec,avg}}\)和\(P_{\mathrm{load,avg}}\)提供测量不确定度预算,与本协议中定义的总体能量平衡不确定度一致。
- 端口(1)端子,包括所有返回路径、屏蔽和参考导体;
- 输出/负载端子。
9.2.2 能量平衡方程
在所有操作机制中,平均能量平衡必须成立: \[ P_{\mathrm{elec,avg}} + P_{\mathrm{field,avg}} \approx P_{\mathrm{loss,avg}} + P_{\mathrm{load,avg}} + P_{\mathrm{buf,avg}}. \] 重要核算说明:分解为\(P_{\mathrm{elec,avg}}\)和\(P_{\mathrm{field,avg}}\)是总外部平衡的核算分解,而非关于两个独立或加性源的陈述。它代表跨不同接口类型(有线vs.边界介导)的能量交换的计量分区,两者都有助于开放系统的总外部平衡。 直接测量坡印廷矢量通量积分 \[ \oint \langle \mathbf{S} \rangle \cdot d\mathbf{A} \] 在脉冲近场系统中是复杂的计量任务。因此,\(P_{\mathrm{field,avg}}\)可以确定为能量平衡的残差项,受第9.2.3-9.2.7节中列出的强制性控制测试约束。9.2.3 隐藏能量存储的控制(“能量压力测试+负面检查”)
由于申请人不披露电路拓扑、元件命名法(BOM)或原理图实施细节(受保护的专有技术),验证设备不包含隐藏的储能源(电池、原电池、燃料电池、超级电容器或等效物)必须使用两阶段协议执行: 阶段A — 能量压力测试(持续时间要求) 设备必须在定义的负载下连续运行,输出稳定,使得输送的能量\(E_{\mathrm{out}}\)超过物理上可能适合设备外壳的任何合理内部储能的保守上限。 \[ E_{\mathrm{out}}=\int_{0}^{T_{\mathrm{test}}} P_{\mathrm{load}}(t)\,dt \] 最小测试持续时间\(T_{\mathrm{test}}\)必须选择使得: \[ E_{\mathrm{out}} \ge K_{\mathrm{safety}}\cdot E_{\mathrm{max,storage}} \] 其中:- \(E_{\mathrm{max,storage}}\)是密封体积内最大物理合理储能的保守上限估计,基于已知存储技术(原电池、可充电电池、超级电容器、燃料盒等)的既定体积能量密度界限。
- \(K_{\mathrm{safety}}\)是安全系数(建议\(K_{\mathrm{safety}}\ge 2\),除非实验室证明更高的值)。
- 在受控条件下目击打开外壳,或
- X射线/CT检查,当无法打开时(例如,完全灌封/封装)。
- 检查员仅被授权搜索禁止的内含物:电池/原电池、燃料盒、电化学堆栈、超级电容器组、隐藏的电源模块或其他储能子系统。
- 申请人可以删除元件标记,使用不透明灌封,并在PCB组件上应用保护罩。
- 无逆向工程:无追踪或记录PCB拓扑,无测量R/L/C值,无尝试溶解或去除保护化合物,无要求BOM或原理图。
- 照片/视频仅限于足以确认不存在禁止能量存储的角度(概览文档)。旨在捕获PCB布线、元件放置细节或绕组几何形状的宏观摄影或成像是禁止的。
- 图像解释仅限于识别储能设备特有的结构(电池几何形状、电极卷/堆栈、电解质体积、超级电容器罐等)。
- 不允许为重建PCB层、走线布线或超出负面检查目的的内部构造而进行的分析。
9.2.4 排除有线和寄生能量输入
在自主测试模式中,必须满足以下条件:- 通过端口(1)的有线输入被抑制并测量: \[ P_{\mathrm{elec,avg}} \le \varepsilon_{\mathrm{elec}}; \]
- 没有隐藏或未计入的有线路径,包括接地、屏蔽、信号和参考线;
- 通过独立频谱监测在实验室定义的适合场地和设备类的范围内确认不存在主动无线功率注入,结果包含在测试报告中。
9.2.5 残余能量项\(P_{\mathrm{field,avg}}\)的状态
将\(P_{\mathrm{field,avg}}\)确定为能量平衡的残差项不构成新物理相互作用的证明。 \(P_{\mathrm{field,avg}}\)必须解释为边界贡献,其物理性质超出本工程规范的范围,并接受单独的基础研究。 任何离开系统且未通过定义的外部接口返回的能量都归因于\(P_{\mathrm{loss,avg}}\),不能包含在\(P_{\mathrm{field,avg}}\)中。9.2.6 操作模式分类
模式A(有线输入): \[ \left| P_{\mathrm{elec,avg}} – \left(P_{\mathrm{loss,avg}} + P_{\mathrm{load,avg}} + P_{\mathrm{buf,avg}}\right) \right| \le \delta_{A}. \] 模式B(通过端口(2)分类的边界介导操作): 必须同时满足以下所有条件:- \(P_{\mathrm{elec,avg}} \le \varepsilon_{\mathrm{elec}}\);
- \(\left|P_{\mathrm{buf,avg}}\right| \le \varepsilon_{\mathrm{buf}}\);
- \(P_{\mathrm{load,avg}} \ge P_{\mathrm{min}}\);
- 第9.2.3-9.2.7节中的控制测试成功完成。
9.2.7 容差的数值
| 参数 | 值 |
|---|---|
| \(\delta_{A}\) | 5 % |
| \(\varepsilon_{\mathrm{elec}}\) | ≤ 1 % 的 \(P_{\mathrm{load,avg}}\) |
| \(\varepsilon_{\mathrm{buf}}\) | ≤ 0.5 % 的 \(E_{\mathrm{buf,max}}\) 在 \(T_{\mathrm{test}}\) 上 |
| \(P_{\mathrm{min}}\) | 10 W |
9.3 谐振特性
谐振频率: \[ f_{0}^{\mathrm{meas}} = \arg\max_{f} \left| \mathrm{FFT}\{i_{2}(t)\} \right| \] 预期: \[ \left| f_{0}^{\mathrm{meas}} – \frac{1}{2\pi\sqrt{L_{7}C_{8}}} \right| < 10\%. \] Q因数: \[ Q_{\mathrm{meas}} = \frac{f_{0}^{\mathrm{meas}}}{\Delta f_{3\mathrm{dB}}}, \] 其中\(\Delta f_{3\mathrm{dB}}\)是−3 dB水平的带宽。9.4 通过品质因数进行负载验证
\(Q_{\mathrm{tot}}\)针对不同的负载电阻值\(R_{L}\)测量: \[ \frac{1}{Q_{\mathrm{tot}}} = \frac{1}{Q_{0}} + \frac{1}{Q_{L}}, \qquad Q_{L} = \frac{\omega_{0}U}{P_{\mathrm{load}}}. \] 预期:负载表现为从谐振器提取能量的额外通道(加载Q),而非外部源。\(Q_{\mathrm{tot}}(R_{L})\)和所需功率\(P_{\mathrm{in,avg}}(R_{L})\)的图应线性遵循理论。9.5 环境影响控制
- 压力变化(在可用的受控室范围内,例如500-1000 mbar):测量\(\Delta f_{0}\)、\(\Delta U_{\mathrm{br}}\)、\(\Delta P_{\mathrm{loss}}\)。
- 湿度变化(20-90% RH):验证击穿电压的漂移。
- 长期测试(≥ 24 h):固定负载下的机制稳定性和缓冲器SoC监测。
- 与寄生场隔离:法拉第屏蔽,验证电网场不存在感应。
9.6 排除额外的能量输入
- 机械振动 — 振动隔离系统;测量加速度。
- 热梯度 — 在±2 °C内控制温度;排除塞贝克和珀尔帖效应。
- 电磁感应 — 屏蔽;在源(1)断开时验证残余场。
- 缓冲器充电状态监测 — 确认在稳态中 \[ P_{\mathrm{buf,avg}} = \left\langle \frac{dE_{\mathrm{buf}}}{dt} \right\rangle \approx 0 \] 在整个测试中,确认不存在隐藏的能源。
9.7 测试数据管理
9.7.1 主要数据以以下周期连续记录:
- \(P_{\mathrm{elec}}, P_{\mathrm{load}}\):至少每分钟一次;
- \(B_{50}, B_{150}\):至少每秒一次;
- 缓冲器SoC和温度:至少每5分钟一次。
9.7.2 数据以CSV格式存储,包含元数据,包括日期、时间、设备识别和校准信息。
9.7.3 主要数据的最短保留期为测试完成后5年。
9.7.4 数据备份至少每天执行一次到独立存储介质。
10. 安全要求和限制
10.1 设备分类
I类设备(保护接地)。10.2 最大工作电压
在特定配置的技术数据表中指定。10.3 污染等级
等级2(正常大气环境)。10.4 臭氧控制
连续监测臭氧浓度\( \mathrm{O_3} \),如果浓度超过\(0.05\ \mathrm{mg/m^3}\),则自动关闭系统。10.5 电磁兼容性
按照EN 55011,A类(工业设备)进行测试。10.6 应用限制
该设备专门用于受控条件下的工业用途。不适用于家庭或住宅应用。结论
VENDOR发生器是一个开放的电动力学系统,其行为在经典电动力学和非线性谐振系统理论的框架内描述。系统的完整能量核算包括外部能量交换的有线(基于端口)和边界耦合项,其中”外部”指的是跨系统边界的能量交换,而非已识别的外部源。 在稳态操作中,平均功率平衡采取以下形式: \[ P_{\mathrm{elec,avg}} + P_{\mathrm{field,avg}} = P_{\mathrm{loss,avg}} + P_{\mathrm{load,avg}} + P_{\mathrm{buf,avg}}, \] 其中\(P_{\mathrm{buf,avg}} \approx 0\)。 因此,输送到负载的有用功率由开放电动力学系统的总外部能量平衡维持。在模式B分类中,与端口(2)相关的边界耦合贡献被视为根据第9节中的强制性控制测试闭合测量平衡所需的残差项。这不构成离散”源”的声明,并且在本规范内不断言任何物理载体。 本文档范围内的功率等级(瓦特/数百瓦特/千瓦特)是受第9节验证约束的参数;任何数值仅在模式A/B中进行独立能量审计并成功完成第9.2节中指定的控制测试后才被视为声明。参考文献
- Peretyachenko V. G., Krishevich O. K. Generator for Electrical Energy Production . 专利 WO2024209235A1, 申请于 2024年4月。
- Dorf R. C., Bishop R. H. Modern Control Systems . 第13版。Pearson, 2017。 — (非线性动力学、正反馈、稳定性)
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- Jackson J. D. Classical Electrodynamics . 第3版。Wiley, 1998。 — (麦克斯韦方程、能量、坡印廷矢量)
