Как сделать из магнитов генератор тока

Как сделать из магнитов генератор тока Как сделать из магнитов генератор тока
Как сделать из магнитов генератор тока
Как сделать из магнитов генератор тока
Как сделать из магнитов генератор тока

 

 

 

 

Правильный ремонт и перемотка электродвигателя экономит электроэнергию. Резонансный электродвигатель без противо ЭДС применяют для снижения потребляемой мощности от электросети. Он потребляет из сети совсем небольшую электрическую мощность, которая в 100 раз меньше мощности, потребляемой обычным стандартным электрическим двигателем.

 

Резонансный электрический двигатель и его схему подключения для радикального снижения потребляемой электрической мощности из сети можно описать в двух словах:

 

>   обмотки электродвигателя - это индуктивность, если последовательно (или может параллельно) к ним добавить конденсатор - получится последовательный резонансный колебательный контур (или соответственно параллельный резонансный колебательный контур),

 

>   частота сети 50 Гц, зная индуктивность обмотки и подобрав емкость конденсатора , получим резонанс в этом Колебательном контуре и следовательно кратное увеличение напряжения ( тока ) в обмотках , что и должно привести к увеличению выходной мощности электродвигателя, если бы не противоЭДС.

 

Противо ЭДС или явление электромагнитной самоидукции состоит в том что: всякое изменение внешнего магнитного потока сквозь замкнутый проводящий контур приводит к возникновению в последнем электродвижущей силы и вторичного индукционного тока такого направления, что его магнитное поле противодействует изменению внешнего магнитного потока.

 

Таким образом, в современных электродвигателях практически вся мощность, подводимая для питания, расходуется на преодоление противодействующей ЭДС.

 

Например, серийный электродвигатель постоянного тока типа 4ПН 200S имеет следующие характеристики: 60 кВт; напряжение 440 В; ток 149 А; частота вращения 3150/3500 об/мин; кпд 90,5%; длина статора 377 мм; диаметр ротора 250 мм, напряжение потерь 41,8 В; напряжение на преодоление индуцированной ЭДС 398,2 В; мощность на преодоление потерь 6228 Вт; вращающий момент (3500 об/мин) 164,6 Нм.

 

Получается, если мы избавимся от противоЭДС, то для питания электродвигателя потребуется источник напряжения не 440 вольт, а только 42 вольта, при том же токе в 150А. Поэтому потребляемая мощность при полной нагрузке составит 6,3 кВт при механической выходной мощности на валу 60 кВт.

 

Теория всем известна и не требует пояснений: например, токи внутри параллельного резонансного колебательного контура могут быть намного больше токов в источника. Можно называть эти токи "реактивными" и считать, что они полезной работы не могут делать. Однако, именно эти токи создают поле, а взаимодействие полей обеспечивает вращение ротора в электродвигателе! Это замечательное заявление вызывало огромный резонанс у первых экспериментаторов с переменным током на заре развития электротехники, электроприводов. Ж.Клод-Ва.Оствальд писал в книге "Электричество и его применения в общедоступном изложении" Типография И.Н.Кушнерев, Москва, 1914 год. стр.463.

контур

 

Рис.1 Из книги "Электричество и его применения в общедоступном изложении" Типография И.Н.Кушнерев, Москва, 1914 год. стр.463

 

Подобно тому, как это происходит в гидравлической модели, явление резонанса протекает и в соответствующей электрической цепи: если параллельно соединенные друг с другом самоиндукция и емкость находятся под действием переменной электродвижущей силы, то общий ток, протекающий через эту систему, равен не сумме, а разности токов, проходящих по двум указанным разветвлениям.... включите по амперметру в общую цепь (М) и в каждое из разветвлений (Р и N). Тогда, если Р покажет 100, а N - 80 Ампер, то М обнаружит, что общий ток равен не 180, а только 20 Ампер. Итак, переменный ток понимает "сложение" по-своему, и так как не в наших силах переучивать его по-нашему, приходится нам самим применяться к его обычаям. Начнем понемногу изменять самоиндукцию, вдвигая железный сердечник. Добьемся того, чтобы ток через катушку сделался равным 80-ти Амперам, то есть такой же величины, которую мы наблюдаем одновременно в ветви с конденсатором. Что произойдет при этих обстоятельствах? Вы, конечно, догадываетесь: так как общий ток равен разности токов, проходящих по ветвям, то он будет равен теперь нулю. Совершенно невероятная картина: машина дает ток, равный нулю, но распадающийся на два разветвления, по 80-ти Ампер в каждом. Не правда ли, недурной пример для первого знакомства с переменными токами?"

 

О максимальном эффекте от применения резонанса можно сказать, что это вопрос конструирования с целью повышения добротности колебательного контура. Слово «добротность» здесь имеет смысл не только «хорошо сделанного» колебательного контура. Добротность контура - это отношение тока, протекающего через реактивный элемент, к току, протекающему через активный элемент контура. В качественно выполненном колебательном контуре можно получить величину добротности от 30 до 200. При этом, через реактивные элементы: индуктивность и емкость протекают токи, намного больше, чем ток первичного источнка. Эти большие «реактивные» токи не покидают пределов контура, так как они противофазны, и сами себя компенсируют, но они реально создают мощное магнитное поле, которое может «работать», например в электродвигателях. Эффективность зависит от резонансного режима работы электродвигателя.

 

Можно настроить в резонанс любой электродвигатель, имеющий индуктивность, и получить энергосберегающий эффект. Но, к сожалению, обычные электродвигатели не могут показать хорошую добротность, так как резонанс в них стараются подавить конструктивно, еще на стадии разработки и проектирования. Резонанс может привести к скачкам напряжения и вывести электромотор из строя. Для того, чтобы получить электродвигатель, потребляющий, 1 кВт в резонансе, а работающий на все 10 кВт, его надо сконструировать для работы в резонансных условиях. Тем не менее, стандартные асинхронные электродвигатели большой мощности (от 10 кВт и более), особенно крановые электроприводы, подходят для экспериментов в данной области.

 

Усилитель мощности. Патент 2201001.

 

Авторы: Гусев П.Г., Богослов А.В., Крюковский В.Б. Патентообладатели: Гусев Петр Геннадьевич, Богослов Алексей Владимирович, Крюковский Виктор Борисович, Открытое акционерное общество "Полимерсинтез" Приоритеты: подача заявки: 2000-04-20 публикация патента: 20.03.2003

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электротехнических устройствах, а именно в электромагнитах, электромагнитных устройствах, электронагревателях, приводных системах переменного и постоянного тока, импульсных трансформаторах. Техническим результатом является создание усилителя магнитного потока, позволяющего достигнуть существенной экономии потребляемой энергии промышленного тока. Усилитель магнитного потока в электротехническом устройстве выполнен в виде силового резонансного по току колебательного контура, с собственной частотой колебаний, равной частоте колебаний тока в питающем его источнике, и включающего параллельно соединенные катушку индуктивности с трансформаторным сердечником, емкость, с образованием общего магнитопровода - приемника/преобразователя усиленного магнитного потока. Параметры катушки индуктивности, сердечника и емкости выбраны из расчета установления в общем магнитопроводе магнитной индукции, близкой к пределу его полного магнитного насыщения в диапазоне нагрузок от холостого хода до номинальной мощности электротехнического устройства. 2 табл., 10 ил.

 

Изобретение относится к конструкции усилителя магнитного потока и к электротехническим устройствам на основе этого усилителя мощности, таким как электромагниты и электромагнитные устройства, электронагреватели, приводные системы переменного и постоянного тока, импульсные трансформаторы. Указанные силовые электротехнические устройства работают на принципе преобразования электрической энергии промышленного переменного частотой 50-60 Гц или постоянного тока через генерирование электромагнитного потока, образующегося в катушке индуктивности с сердечником этих устройств и преобразования его в механическую энергию (приводные системы), в тепловую энергию (индукционные электронагреватели), в энергию усилия-притяжения/отталкивания (электромагниты), либо изменяют напряжение переменного импульсного тока (импульсные трансформаторы). Эффективность работы этих силовых электротехнических устройств во многом зависит как от их генерирующих магнитный поток элементов конструкции, так и от конструкции приемников/преобразователей магнитного потока для обеспечения полезной нагрузки на указанные электротехнические устройства. В приводных системах такими приемниками/преобразователями являются роторы/якори электродвигателей, в электромагнитных устройствах это сердечник с якорем, в индукционных нагревателях - нагреваемый элемент, в импульсных трансформаторах - вторичная обмотка с нагрузкой. Пределы эффективности элементов конструкций, генерирующих магнитный поток и его преобразователей/приемников далеко еще не достигнуты. Поэтому совершенствование конструкции генераторов и преобразователей магнитного потока в силовых электротехнических устройствах остается актуальной задачей для промышленности. Изобретатели активно работают над этой проблемой и добиваются определенных положительных результатов (см. например, журнал "Приводная техника", 3-4, 1999 г., с.21-22).

 

Уровень техники

 

известны генераторы/усилители магнитного потока в силовых электроагрегатах, таких как электроприводы переменного и постоянного тока, которые состоят из цепей питания от источника тока, соединенных с цепью питания обмоток возбуждения электродвигателей с сердечником и приемника/преобразователя магнитного потока- ротора или якоря. В индукционном электронагревателе таким приемником служит нагреваемый элемент с достаточной магнитной проницаемостью.

 

Общими недостатками известных конструкций генераторов/усилителей магнитного потока в электроагрегатах переменного тока являются:

- невысокий зависимый от нагрузки коэффициент мощности (Cos Ф),

- относительно низкий КПД использования мощности источника питания,

- перегрузка источника питания реактивной ЭДС,

- свободная нереализованная мощность по магнитной индукции сердечника.

 

Общими недостатками известных конструкций генераторов/усилителей магнитного потока в электроагрегатах постоянного тока, которые также проявляются в их низкой экономичности, являются:

 

- отсутствие, либо низкая эффективность подзарядки источника постоянного тока, большой разброс по амплитуде подзарядного тока, пониженная работоспособность источника тока, искрение и подгорание контактов переключателей.

 

На повышение пускового момента, уменьшение пускового тока и повышение коэффициента мощности направлены изобретения по международной заявке WO 88/01803 от 10.03.88 г. и заявке на патент ФРГ 4125927. В конструкции электродвигателя по международной заявке WO 88/01803 к обмоткам статора одновременно (квази) параллельно и (квази)последовательно подключены конденсаторы с образованием колебательных контуров и (квази)параллельного и (квази)последовательного резонанса токов. Это позволяет, по мнению авторов изобретения, увеличить коэффициент мощности до 0,96-1,0 и при всех режимах нагрузок почти полностью разгрузить сеть переменного тока от реактивных токов, образующихся в обмотках статора электродвигателя. В соответствии с заявкой на патент ФРГ 4125927 предложена конструкция компенсированного электродвигателя, практически не потребляющего из сети реактивной мощности. В таком электродвигателе в пазы статора уложены две 3-х фазные обмотки - рабочая и компенсационная. При этом в цепь компенсационной обмотки последовательно с ее фазами включены конденсаторы. На статоре обмотки расположены со взаимным сдвигом, угол которого выбирают так, чтобы компенсационная обмотка загружалась в основном реактивным током, а рабочая - активным.

 

Недостатками вышеуказанных конструкций компенсированных электродвигателей являются увеличенный расход материалов (меди, электротехнической стали) на единицу полезной мощности и пониженные технико-экономические показатели. Этот недостаток обусловлен тем, что размещение на статоре дополнительных обмоток, занимающих более 20% общего объема электромагнитной машины, приводит к снижению токовой нагрузки на рабочую обмотку и соответственно к снижению активной мощности машины. Кроме того, основные и дополнительные обмотки имеют различное число витков в фазах и выполнены из проводников с разной площадью поперечного сечения, что, в свою очередь, усложняет технологический процесс изготовления машины и приводит к увеличению ее стоимости

 

Недостатком известных конструкций вихревых индукционных нагревателей ВИН, работающих на промышленной частоте переменного тока 50 Гц (они включают в себя катушку индуктивности и нагреваемый элемент, который служит здесь одновременно и сердечником катушки), является низкий КПД, высокое потребление реактивной мощности от источника питания (низкий коэффициент мощности), значительные потери на рассеяние магнитного потока, большой расход меди для изготовления катушки индуктивности, тяжелый тепловой режим ее работы.

 

Недостатками высокочастотных индукционных нагревателей, которые включают в себя высокочастотный преобразователь и колебательный контур радиотехнической частоты, являются чрезвычайно низкий КПД, сложность эксплуатации, электрическая и экологическая опасность.

 

Известен электропривод постоянного тока малой мощности изобретателя Гусева П.Г., который включает источник постоянного тока, электродвигатель постоянного тока, подключенный обмоткой возбуждения к одной из клемм источника тока, а также включенные в цепь между электродвигателем и другой клеммой источника параллельно диод и катушку индуктивности с сердечником (патент РФ 2017317 от 04.02.1993 г)

электропривод постоянного тока малой мощности изобретателя Гусева П.Г

При подаче тока к электродвигателю вследствие его большой индуктивности в цепи наводится значительная ЭДС самоиндукции, направленная против рабочего тока и приводящая к возникновению встречного тока. Наличие дросселя 5 и диода 6 снимает возможные пики тока, так как встречный ток проходит через обмотку 4 дросселя 5 и намагничивает сердечник 7, обеспечивая накопление электромагнитной энергии в дросселе 5. Аккумулятор 3 защищен от воздействия встречного тока диодом 6. Электрическая дуга на контактах и искрение в коллекторе при пуске электродвигателя 1 гасятся в самом начале их образования. Затем накопленная в дросселе 5 электромагнитная энергия расходуется на питание электродвигателя 1. Потери электроэнергии на дуговые разряды, искрение и нагрев элементов конструкции значительно уменьшены. При размыкании прерывателя 2 в цепи возникает ЭДС самоиндукции, создающая дополнительный ток, направленный так же, как и рабочий ток. Этот дополнительный ток, проходя через дроссель, приводит к намагничиванию сердечника 7 и к накоплению энергии в дросселе 5. В результате исключаются дуговые разряды на контактах, а накопленная в дросселе 5 энергия идет в дальнейшем на питание электродвигателя 1. Работа аккумуляторного электропривода транспортных и грузоподъемных средств характеризуется частым включением и выключением, поэтому эффективность предложенного электропривода здесь проявляется особенно наглядно: ресурс работы электропривода увеличивается в 1,5-2 раза.

 

Недостатком этого электропривода является низкая эффективность подзарядки источника постоянного тока ввиду того, что импульсы тока, посылаемые через диод на подзарядку источника питания, имеют большой разброс по амплитуде. Это снижает работоспособность аккумулятора (источника тока). Малая продолжительность и низкая амплитуда подзарядных импульсов, обусловленная малой индуктивностью дросселя по отношению к индуктивности электродвигателя, также снижает эффективность подзарядки.

 

Известен электропривод постоянного тока изобретателя Гусева П.Г., включающий цепь питания от источника постоянного тока, электродвигатель постоянного тока, подключенный обмоткой возбуждения к одной из клемм цепи питания, и включенные в цепь питания между электродвигателем и другой клеммой цепи питания первичную и вторичную катушки индуктивности с общим сердечником (заявка на патент СССР 4867701 от 19.09.1990 г. Электропривод с повторно-кратковременным режимом работы ).

 

Электропривод с повторно-кратковременным режимом работы изобретателя Гусева П.Г

 

Недостаток этой конструкции - отсутствие подзарядки источника питания.

 

Наиболее полно эффект резонансного усиления магнитного потока в колебательном контуре используется в несиловой радиотехнике, работающей на высоких частотах колебаний напряжения, тока и магнитного потока. В стандартном радиоприемнике магнитный усилитель состоит из цепи питания от источника переменного тока, генерируемого принимающей антенной, катушки индуктивности с сердечником и емкости, которые параллельно включены в цепь питания от источника переменного тока, а также - приемника/преобразователя усиленного магнитного потока в звуковой сигнал.

 

Ограниченностью этого усилителя мощности, наиболее близкого по технической сущности к заявляемому нами, является использование его только в пределах высоких частот тока и магнитного потока от 1кГц до 3 МГц и неспособность работать в режиме промышленной силовой энергетики на переменном токе частотой в диапазоне 50-60 герц. Не случайно поэтому в силовой энергетике явления как параллельного, так и последовательного резонансов считаются негативными, т.к. ведут к резким скачкам тока и напряжения, не исключающие трагических случаев. Не случаен поэтому и тот факт, описанный выше, что изобретатели по WO 88/01803 остановили свое решение на КВАЗИ-резонансе и ограничились лишь увеличением коэффициента мощности, практически не затронув экономичности заявленного электродвигателя.

 

Недостатками известных конструкций импульсных трансформаторов являются повышенный расход материалов на единицу мощности и зависимость коэффициента мощности от нагрузки.

 

Сущность изобретения

 

В основу изобретения положена актуальная задача - создать усилитель магнитного потока, позволяющий достигнуть существенной экономии потребляемой энергии промышленного тока с частотой 50 Гц по сравнению с существующим уровнем электротехники. Эта задача включает в себя частные задачи по созданию высокоэкономичных, технически более совершенных промышленных конструкций силовых электротехнических устройств, которые воплощали бы найденный нами усилитель магнитного потока, таких как электронагреватели переменного тока, электроприводы постоянного тока малой, средней и большой мощности, электромагнитные устройства переменного тока, такие как собственно электромагниты, электромагнитные пускатели, насосы, клапаны, муфты, вибрационные устройства, ударные инструменты, тормоза, электрокраны, электромагнитные столы, асинхронные электродвигатели, а также - импульсные трансформаторы.

 

Под "переменным током" здесь понимается как переменный ток по значению напряжения и силы тока (пульсирующий, одного направления), так и переменный синусоидальный ток, который изменяется как по величине напряжения и силы тока, так и по их направлению на 180 или на "Пи радиан".

 

Поставленные задачи решаются тем, что предлагаемая принципиальная конструкция усилителя магнитного потока силовых промышленных и бытовых электротехнических устройств выполнена в виде силового колебательного контура, состоящего из цепи питания от источника переменного тока, параллельно подключенных в цепь катушки индуктивности с сердечником и емкости, и с образованием общего магнитопровода - приемника/преобразователя усиленного магнитного потока для обеспечения полезной нагрузки на электротехническое устройство. При этом, согласно изобретению, катушка индуктивности имеет сердечник по типу трансформаторного и они вместе с емкостью выбраны из расчета установления в общем магнитопроводе величины магнитной индукции, близкой к пределу полного магнитного насыщения в диапазоне нагрузок от холостого хода до номинальной мощности электротехнического устройства.

 

Требуемая величина магнитной индукции в общем магнитопроводе может устанавливаться различными способами:

 

- выбором числа витков и сечения провода катушки индуктивности колебательного контура и катушки индуктивности приемника, если в последнем она имеется.

- выбором материала, формы и размеров элементов общего магнитопровода, таких как сердечник катушки индуктивности, воздушные зазоры, толщина листов ферромагнетика и изоляционного материала между листами и зазора между листами.

 

Согласно изобретению катушка индуктивности в усилителе мощности магнитного потока содержит сердечник по типу трансформаторного. Трансформаторный сердечник отличается тем, что он выполняется из магнитомягкого материала и является сборным. В качестве магнитомягких материалов для изготовления сердечника усилителя можно использовать электротехнические стали и магнитные сплавы, а также современные ферриты, рассчитанные на частоту промышленного переменного тока 50 Гц. Основными требованиями при выборе материала для сердечника усилителя являются: высокая магнитная проницаемость, узкая петля гистерезиса и высокая магнитная индукция насыщения, а также экономическая целесообразность применения данного материала. Методы изготовления и формы сердечника усилителя - обычные для изготовления силовых трансформаторов. В качестве сердечника могут быть использованы сердечники современных промышленных и бытовых электротехнических устройств: магнитопроводы электродвигателя (статор и ротор), электромагнитов (ярмо и якорь), а также обычные трансформаторные сердечники, конструктивно приспособленные к заявленным электротехническим устройствам.

 

Согласно изобретению принципиальным условием образования колебательного контура усилителя мощности является выбор величины магнитной индукции магнитопровода, которая должна быть близкой к пределу его полного магнитного насыщения в диапазоне нагрузок от холостого хода до номинальной мощности электротехнического устройства.

 

Под "пределом магнитного насыщения магнитопровода" здесь понимается область перегиба кривой (так называемое "колено") намагничивания ферромагнитных частей магнитопровода. Выше "колена" - ферромагнетик насыщен и магнитная индукция при этом мало увеличивается при значительном увеличении напряженности магнитного поля или силы намагничивающего тока. Ниже "колена" - область пропорциональности, в которой магнитная индукция увеличивается пропорционально росту напряженности магнитного поля или силы намагничивающего тока.

 

Нами обнаружено, что создание силового колебательного контура согласно изобретению в условиях величины магнитной индукции, близкой к пределу полного магнитного насыщения магнитопровода, позволяет нам развить в колебательном контуре усиленный магнитный поток и реактивную мощность, которые участвуют здесь в обеспечении номинальной мощности электротехнического устройства при минимальном потреблении тока от источника питания. При этом обнаружено, что "выращивание" резонансного тока, магнитного потока и реактивной мощности согласно изобретению не вызывает пропорционального увеличения нагрева магнитопровода и катушки индуктивности выше допустимых пределов, что позволяет намного увеличить номинальную мощность.

 

Существенным является также тот факт, что значение коэффициента мощности при этом достигает значений 0,98-1,0 и становится независимым от нагрузки, в несколько раз увеличивается магнитное сцепление составляющих частей магнитопровода, когда они образованы с воздушными зазорами. Существенно экономятся материалы на изготовление катушки индуктивности и магнитопровода, уменьшается стоимость электротехнических устройств на единицу мощности. Выдающимся является тот факт, что КПД заявляемых устройств вырастает на 10-300% и более в зависимости от электротехнического устройства, в котором применяется усилитель магнитного потока.

 

Верхний предел магнитного насыщения магнитопровода определяется необходимым запасом его магнитной проницаемости для пропускания магнитного потока, обеспечивающего максимально допустимую мощность (нагрузку) электротехнического устройства, и рабочей температурой магнитопровода.

 

Нижний предел магнитного насыщения магнитопровода определяется экономической целесообразностью: чем меньше нижний предел - тем ниже экономическая эффективность силового колебательного контура согласно изобретению. Пределы магнитного насыщения сердечника для отдельных электротехнических устройств могут отличаться по абсолютному значению.

 

Выбор емкости, которой снабжен заявляемый усилитель мощности, определяется известными условиями образования резонансного колебательного контура, такими как:

- обеспечение требуемой мощности по резонансному току,

- равенство индуктивного и емкостного сопротивлений в резонансном колебательном контуре,

- условиями использования колебательного контура в конкретном электротехническом устройстве. В этой связи величина емкости может быть постоянной, переменной и переменно-дискретной.

 

Для использования усилителя магнитного потока в электронагревателе, который включает катушку индуктивности и нагреваемый элемент, имеющий магнитное сцепление с катушкой индуктивности, согласно изобретению, электронагреватель дополнительно содержит сердечник по типу трансформаторного и емкость, включенную в сеть параллельно катушке индуктивности. При этом катушка индуктивности, сердечник и емкость выбраны из расчета образования ими колебательного контура в соответствии с вышеописанными условиями конструирования усилителя магнитного потока и дополнительного условия - магнитопровод имеет механический разрыв и в указанный разрыв вмонтирован, с образованием магнитной цепи, нагреваемый элемент из материала с высокой магнитной проницаемостью и высоким омическим сопротивлением, а также, преимущественно, с большой площадью петли магнитного гистерезиса.

 

В качестве магнитопровода для электронагревателя переменного тока, согласно изобретению, используют сердечник с механическим разрывом, который образуют известными способами сборки механически незамкнутых сердечников. Механический разрыв сердечника по размеру и форме определяется конструкцией нагреваемого элемента и назначением электронагревателя. Сердечник может быть П-образным, U-образным, Ш-образным или специальной формы в зависимости от конструкции электронагревателя и его назначения. Общее правило таково, что механический разрыв должен располагаться как можно дальше от катушки индуктивности при стремлении к минимальной длине магнитопровода. Для сокращения длины магнитопровода между катушкой индуктивности и нагреваемым элементом можно помещать различные теплоизоляционные материалы. Размер механического разрыва сердечника устанавливают в зависимости от размеров нагреваемого элемента и заданной мощности нагревателя.

 

Размер и форма нагреваемого элемента определяется заданной мощностью нагревателя и областями его использования. Нагреваемый элемент должен быть преимущественно монолитный с тем, чтобы обеспечить прохождение через него усиленного магнитного потока и его частичное преобразование в кольцевые токи Фуко. Он может иметь развитую внешнюю поверхность, в частности ребристую. При этом целесообразно ориентировать ребра поверхности перпендикулярно линиям магнитного потока, что приводит к формированию непосредственно в них токов Фуко, как и в основной толще нагреваемого элемента, и, соответственно, к росту КПД. Такой элемент рекомендуется использовать для нагрева путем помещения его в нагреваемую среду. Нагреваемый элемент может быть также полым, тогда нагреваемая среда может пропускаться через внутреннюю полость/полости нагреваемого элемента с развитой внутренней поверхностью, или одновременно через внутренние полости и снаружи нагреваемого элемента. При этом одним из существенных отличий заявляемого нагревателя является возможность использования его для нагрева воды в бытовых или промышленных условиях с одновременным ее омагничиванием. Каких-либо ограничений по применению электронагревателя для различных сред не обнаружено, кроме тех, которые диктуются их химической агрессивностью по отношению к контактируемой со средой поверхностью материала.

 

В качестве материала для изготовления нагреваемого элемента, согласно изобретению, используют ферромагнетики с высокой магнитной проницаемостью и высоким омическим сопротивлением и желательно с большой площадью петли магнитного гистерезиса. Среди таких материалов - электротехнические стали, углеродистые стали, чугуны, ферриты. При этом выбор конкретного материала определяется также экономическими соображениями.

 

Согласно изобретению в качестве нагреваемого элемента могут выступать промышленные конструкции или их отдельные части, когда они изготовлены из ферромагнитных материалов и когда необходим нагрев этих конструкций или их частей непосредственно на месте их расположения, в том числе без разборки и передвижения. К таким конструкциям можно отнести различные емкости, внешние покрытия различных сооружений, детали оборудования.

 

На фиг.2 приведена принципиальная схема электронагревателя с П-образным сердечником и снабженного заявленным усилителем магнитного потока с монолитным нагреваемым элементом.

принципиальная схема электронагревателя с П-образным сердечником и снабженного заявленным усилителем магнитного потока с монолитным нагреваемым элементом

 

На фиг.2а приведена принципиальная схема электронагревателя с П-образным сердечником и снабженного заявленным усилителем магнитного потока с полым нагреваемым элементом.

принципиальная схема электронагревателя с П-образным сердечником и снабженного заявленным усилителем магнитного потока с полым нагреваемым элементом

 

Обозначения на фиг.2 и фиг.2а.

 

1 - источник переменного тока,2 - катушка индуктивности,

3 - трансформаторный П-образный сердечник,

4 - емкость,

5 - монолитный (фиг.2) или полый (фиг.2а) нагреваемый элемент, в том числе промышленная конструкция (деталь) на месте ее расположения,

6 - штуцер для подвода холодной воды,

7 - штуцер для отвода горячей воды,

8 - теплоизоляция.

 

Работа усилителя магнитного потока в системе заявленного электронагревателя (фиг.2 и фиг.2а) состоит в нижеследующем.

При подключении электронагревателя к источнику переменного тока (1) ток проходит через катушку индуктивности (2) и емкость (4), наводя в контуре (2, 3 и 4) заданный его параметрами резонансный ток. Последний, в свою очередь, создает переменное магнитное поле и соответственно - изменяющийся магнитный поток в сердечнике (3). Усиленный в сердечнике (3) магнитный поток пронизывает нагреваемый элемент (5), который замыкает магнитопровод (3-5). Проходя через нагреваемый элемент (5), усиленный магнитный поток наводит в нем токи, которые вместе с усиленным магнитным потоком нагревают элемент (5) до заданной температуры. В табл. 2 приводятся результаты сравнительных испытаний заявляемого электронагревателя (образец 3) в сравнении с индукционным (образец 1) и индукционным нагревателем с сердечником без силового колебательного контура (образец 2).

Результаты сравнительных испытаний индукционного электронагревателя с усилителем магнитного потока. Испытания проводились на частоте 50 герц в сравнении с обычным индукционным нагревателем промышленной частоты 50 герц (образец 1) и с электронагревателем, имеющим сердечник и нагревательный элемент, но не имеющим усилителя магнитного потока (образец 2). В качестве источника питания использовали источник переменного синусоидального тока. Размеры образца 3 даны на фиг.2. Размеры образца 2 идентичны размерам образца 3. Во всех трех образцах в качестве нагреваемого элемента использовалась чугунная плита размером 325х140х23 мм3 и массой 7,1 кг.

таблица

Из табл. 2 видно, что применение усилителя магнитного потока, согласно изобретению, позволяет:

- увеличить КПД от 18,4-40,0% до 89-90%,

- снизить затраты цветных металлов (меди) в 2,5 раза и более,

- увеличить коэффициент мощности в сети от 0,3-0,6 до 1,0 и полностью разгрузить сеть от реактивных токов.

 

 

Для использования усилителя магнитного потока в электроприводе малой мощности постоянного тока, который включает источник постоянного тока, электродвигатель постоянного тока, подключенный обмоткой возбуждения к одной из клемм источника тока, включенные в цепь между электродвигателем и другой клеммой источника тока параллельно диод и катушку индуктивности с сердечником, в него введена дополнительно включенная в цепь параллельно диоду и катушке индуктивности емкость, и катушка индуктивности, сердечник и емкость выбраны из расчета образования ими колебательного контура в соответствии с вышеописанными условиями конструирования усилителя магнитного потока и дополнительного условия - индуктивность катушки индуктивности с сердечником выбрана в диапазоне от 0,1 до 2 индуктивности электродвигателя. Отнесение заявляемого электропривода к "малой мощности" здесь чисто условное и определяется тем обстоятельством, что источник постоянного тока (как правило, это аккумулятор) и электродвигатель с усилителем магнитного потока находятся на одной платформе типа электрокар, электромобиль. При этом напряжение источника питания обычно составляет не более 110 вольт, в отличие от электроприводов средней и большой мощности, где источник постоянного тока и электродвигатель находятся на различных платформах, и напряжение источника тока обычно составляет 500-600 вольт и 1500-3000 вольт соответственно.

 

Согласно изобретению при использовании заявляемого усилителя магнитного потока в системе электропривода малой мощности в него введен дополнительно диод. Выполнение усилителя магнитного потока, согласно изобретению, с параллельным подключением катушки индуктивности, емкости и диода а также подключение к катушке индуктивности образованного колебательного контура электрической нагрузки позволяет:

 

- выровнять импульсы подзарядки источника тока по напряжению и по силе тока,

- повысить емкость аккумулятора и, как следствие, увеличить длительность его эксплуатации не менее чем в 1,5-2 раза, увеличить пробег с одной зарядки батареи в 2-2,5 раза и более,

- увеличить мощность электродвигателя за счет ликвидации искрения на коллекторе и других потерь - на 15-20% и более, увеличить ресурс работы электродвигателя и контактных групп,

- увеличить эффективность подзарядки источника тока благодаря тому, что катушка индуктивности с сердечником выбрана в диапазоне 0,1-2,0 индуктивности электродвигателя, что дает увеличение подзарядных импульсов по амплитуде и продолжительности не менее чем в 1,5-2 раза.

 

В качестве диода заявляемого усилителя мощности могут быть использованы стандартные силовые диоды, рассчитанные на рабочий ток и напряжение, соответствующие резонансному току и напряжению, развиваемым в колебательном контуре усилителя. Диод также должен быть рассчитан на рабочую частоту не ниже собственной частоты колебаний контура усилителя.

 

Согласно изобретению усилитель мощности может содержать как постоянную, так и переменно-дискретную емкость. Постоянную емкость целесообразно устанавливать, когда электродвигатель работает преимущественно в постоянном рабочем режиме. Переменно - дискретную емкость целесообразно устанавливать на электропривод, который имеет дискретный переключатель скоростей вращения электродвигателя. В этом случае дискретность емкости согласуется с дискретностью переключателя скоростей.

 

Другим условием выбора емкости является мощность электропривода, в котором будет установлен усилитель. Емкость должна быть рассчитана на напряжение не ниже номинального резонансного напряжения на катушке индуктивности в усилителе мошности. Емкость по частоте и сопротивлению выбирают исходя из частоты колебаний контура усилителя, сопротивления диода и индуктивного сопротивления. Собственную частоту колебательного контура усилителя устанавливают равной средней частоте импульсов тока соответствующей данному режиму работы электропривода. Для 4-х скоростного электропривода в усилителе могут быть установлены 4 постоянные емкости, соответствующие этим скоростям, либо может быть применена емкость с плавной регулировкой. Решение обусловливается областью применения электропривода и экономическими соображениями. Например, для использования электроприводов в детских игрушках целесообразно применять постоянную либо дискретную емкость, для промышленных приводов - дискретную или плавно регулируемую емкость.

 

Согласно изобретению соотношение индуктивности катушки колебательного контура и индуктивности двигателя выбирают исходя из нижеследующего

 

- областью и условиями эксплуатации электропривода: чем меньше необходимы габариты электропривода, тем меньше соотношение индуктивностей;

- при соотношении индуктивностей меньше 0,1 резко уменьшается эффективность подзарядки, амплитуда и мощность подзарядного импульса;

- верхний предел - емкостью источника тока и экономическими соображениями - соотношением стоимости аккумулятора, электродвигателя и усилителя, а также габаритами усилителя.

 

Для использования усилителя магнитного потока в электроприводе средней мощности, включающем цепь питания от источника постоянного тока, электродвигатель постоянного тока, подключенный обмоткой возбуждения к одной из клемм цепи питания, включенные в цепь между электродвигателем и другой клеммой цепи питания первичную и вторичную катушки индуктивности с общим сердечником, в нем, согласно изобретению, на базе первичной катушки индуктивности образован, с дополнительным параллельным подключением к ней емкости, колебательный контур в соответствии с вышеуказанными условиями конструирования усилителя магнитного потока и дополнительными условиями:

 

- вторичная катушка индуктивности соединена с цепью питания через диод, подключенный между вторичной катушкой индуктивности и клеммой питающей цепи или неразветвленным участком колебательного контура

- отношение числа витков первичной катушки индуктивности к числу витков вторичной катушки индуктивности равно Uk/Uп, где: Uk - напряжение в колебательном контуре, вольт, Uп - напряжение источника тока, вольт

- индуктивность первичной катушки индуктивности с сердечником выбрана в диапазоне от 0,1 до 2 индуктивности электродвигателя.

 

В качестве диода в системе электропривода средней мощности могут быть использованы стандартные силовые диоды, рассчитанные на рабочий ток и напряжение в цепи вторичной катушки индуктивности, равное напряжению источника тока, с учетом коэффициента трансформации.

 

Для использования усилителя магнитного потока в электроприводе большой мощности, включающем цепь питания от источника постоянного тока, электродвигатель постоянного тока, подключенный обмоткой возбуждения к одной из клемм цепи питания, включенные в цепь между электродвигателем и другой клеммой цепи питания первичную и вторичную катушки индуктивности с общим сердечником, в нем, согласно изобретению, на базе первичной и вторичной катушек индуктивности образованы, с дополнительным параллельным подключением к ним емкостей, колебательные контуры в соответствии с вышеуказанными условиями конструирования усилителя магнитного потока и дополнительными условиями:

 

- параллельно вторичной катушке индуктивности и емкости в цепь включен диод,

- отношение числа витков первичной катушки индуктивности к числу витков вторичной катушки индуктивности равно Uм/Up, где Uм - максимальное напряжение на первичной катушке индуктивности в момент разрыва цепи, Up - рабочее напряжение диода и конденсатора, вольт,

- индуктивность первичной катушки индуктивности с сердечником выбрана в диапазоне от 0,1 до 2 индуктивности электродвигателя. Согласно изобретению при использовании заявляемого усилителя в системе электропривода большой мощности в него параллельно вторичной катушке подключен диод. В качестве диода могут быть использованы стандартные силовые диоды, рассчитанные на рабочий ток и напряжение, соответствующие резонансному току и напряжению, развиваемым в колебательном контуре усилителя, к которому подключен диод.

 

Согласно изобретению при использовании усилителя в системе электропривода средней и большой мощности его колебательный контур может содержать, как и электропривод малой мощности и в тех же условиях, постоянную или переменную емкость. При выборе граничных значений индуктивности катушки колебательного контура для электропривода средней мощности здесь исходят из тех же условий, которые были описаны выше для электропривода малой мощности за исключением того, что стоимость источника постоянного тока здесь не рассматривается. Для электропривода большой мощности указанные выше условия выбора граничных значений индуктивности относятся к первичной катушке индуктивности. Для использования усилителя магнитного потока в электромагнитном устройстве переменного тока, состоящего из катушки индуктивности с сердечником, в нем, согласно изобретению, на базе катушки индуктивности, с дополнительным параллельным подключением к ней емкости, образован колебательный контур в соответствии с вышеуказанными условиями конструирования усилителя магнитного потока. Выбор элементов усилителя производится здесь как это описано в общей части по конструированию усилителя магнитного потока. Каких-либо особенностей при использовании заявляемого усилителя в электромагнитах не имеется. Применение заявляемого усилителя в электромагнитных устройствах позволяет:

 

- увеличить мощность их исполнительных механизмов без увеличения потребления электроэнергии из питающей сети в 3-4 раза и более при увеличении материалоемкости всего на 5-10%, либо

- при сохранении заданной мощности действующих электромагнитных устройств снизить потребление электроэнергии в 3-4 раза и более в зависимости от качества изготовленного резонансного колебательного контура, то есть увеличить КПД в 3-4 раза и более,

- снизить материалоемкость в 2-3 раза и более на единицу мощности,

- увеличить их коэффициент мощности до 1,0 на любых нагрузках.

 

Для использования усилителя магнитного потока в импульсных трансформаторах, состоящих из цепи питания от источника импульсного тока, первичной и вторичной обмоток с общим сердечником, в нем дополнительно, согласно изобретению, на базе первичной катушки, с дополнительным параллельным подключением к ней емкости, образован колебательный контур в соответствии с вышеуказанными условиями конструирования усилителя магнитного потока и дополнительным условием: в выходную цепь вторичной катушки последовательно подключен диод.

 

Для использования усилителя магнитного потока в системе асинхронного электродвигателя, состоящего из цепи питания от источника переменного тока, статора с рабочими обмотками, образующими параллельные колебательные контуры, и ротора, имеющего магнитное сцепление со статором, в нем, согласно изобретению, на базе его статорных обмоток образованы колебательные контуры в соответствии с вышеуказанными условиями конструирования усилителя магнитного потока. Принципиальные схемы образования колебательных контуров в системе многофазного индукционного электродвигателя приведены на фиг.6-9. Все элементы усилителя выбираются исходя из вышеописанных общих условий образования колебательного контура усилителя. Каких-либо особенностей в выборе этих элементов не требуется, кроме тех, которые диктуются особенностями общей конструкции электродвигателя.

 

Для получения дополнительного прироста КПД силовых электромеханических устройств можно использовать дополнительно к усилителю фазосдвигающий прерыватель (преобразователь). Для этого, например, в системе электродвигателя, каждую фазу источника питания синусоидального тока промышленной частоты подключают к колебательным контурам электродвигателя, образованным согласно с вышеописанными условиями конструирования усилителя, через коллекторно-щеточный контакт прерывателя или прерыватель иной конструкции, рассчитанный на частоту прерываний, кратную числу полупериодов источника питания. Выбор кратности частоты прерывателя по отношению к частоте источника питания определяется исходя из величины желаемого прироста напряжения и мощности. Наиболее оптимальное время разрыва равно времени длительности пика напряжения при разрыве цепи. Каждый разрыв прерывателя обеспечивает увеличение напряжения источника питания, причем момент разрыва для каждой фазы подбирается так, чтобы пик усиленного напряжения разрыва совпадал с пиком реактивного тока в колебательном контуре, либо начало разрыва совпадало с пиком напряжения источника питания.

 

Для расчета параметров усилителя магнитного потока, для которого первичным источником энергии является источник питания с прерывателем-преобразователем, применяются вышеуказанные условия конструирования усилителя магнитного потока с учетом напряжения, полученного силовым колебательным контуром от прерывателя магнитного потока в системе асинхронного 3-х фазного электродвигателя переменного тока состоит в нижеследующем (фиг.6-9).

 

На фиг.6 и 7 приведены принципиальные схемы образования заявленного усилителя магнитного потока в асинхронном 3-х фазном двигателе, обмотки возбуждения которого соединены по схеме ЗВЕЗДА для линейного номинального напряжения источника питания.

принципиальные схемы образования заявленного усилителя магнитного потока в асинхронном 3-х фазном двигателе, обмотки возбуждения которого соединены по схеме ЗВЕЗДА для линейного номинального напряжения источника питания

принципиальные схемы образования заявленного усилителя магнитного потока в асинхронном 3-х фазном двигателе, обмотки возбуждения которого соединены по схеме ЗВЕЗДА для линейного номинального напряжения источника питания

 

На фиг.8 и 9 приведены принципиальные схемы образования заявленного усилителя магнитного потока в асинхронном 3-х фазном двигателе, обмотки возбуждения которого соединены по схеме ТРЕУГОЛЬНИК для линейного пониженного напряжения.

принципиальная схема образования заявленного усилителя магнитного потока в асинхронном 3-х фазном двигателе, обмотки возбуждения которого соединены по схеме ТРЕУГОЛЬНИК для линейного пониженного напряжения

принципиальная схема образования заявленного усилителя магнитного потока в асинхронном 3-х фазном двигателе, обмотки возбуждения которого соединены по схеме ТРЕУГОЛЬНИК для линейного пониженного напряжения

 

Обозначения на фиг.6, 7, 8 и 9.

1 - источник 3-х фазного переменного тока,

2 - обмотки возбуждения - катушки индуктивности контуров,

4 - емкость.

 

При подключении электродвигателя в 3-х фазную сеть переменного тока (1), ток проходит через обмотки возбуждения (2) электродвигателя, которые являются здесь катушками индуктивности силового колебательного контура, и через емкости (3) (элементы силового колебательного контура), наводя в контурах заданный их параметрами, согласно изобретению, резонансный намагничивающий ток. Этот ток, в свою очередь, создает переменное магнитное поле и соответственно - изменяющийся усиленный результирующий магнитный поток в сердечнике статора и ротора, уже на холостом ходу имеющий величину магнитной индукции, близкую к области полного магнитного насыщения магнитопровода и обеспечивающий механическую мощность на валу электродвигателя.

 

Использование предлагаемой конструкции заявляемого усилителя магнитного потока в системе асинхронного электродвигателя по нашим данным позволит:

- без увеличения материалоемкости и габаритов достичь увеличения номинальной мощности на 30-50% и более, либо уменьшить в 1,3-1,5 раза материалоемкость и, соответственно, себестоимость конструкций на единицу мощности,

- получить стабильный косинус "фи" не менее 0,98-1,0 на всех режимах нагрузки (на холостом ходу - 0,94-0,97),

- уменьшить скольжение в 2,5-3,5 раза против номинального на всех режимах нагрузки до максимальной, при перегрузке в 2-2,4 раза выше номинальной получить скольжение не выше номинального до модернизации, что свидетельствует о большом магнитном сцеплении ротора и статора,

- в 1,7-2 раза и более увеличить пусковой момент,

- в 2-2,5 раза и более увеличить максимальный момент,

- увеличить КПД на 2-10%, получить максимальный КПД в диапазоне нагрузок от номинальной до максимальной,

- в 3-5 раз увеличить магнитное сцепление ротора и статора и повысить надежность конструкций, работающих в режиме предельно допустимых перегрузок.

- применение фазосдвигающего прерывателя позволит дополнительно вышеуказанным достижениям получить увеличение КПД на 30-60% и более.

 

 

Перечень фигур чертежей

 

 

На фиг.3 приведена принципиальная электрическая схема электропривода постоянного тока малой мощности (напряжение питания до 100-120 вольт) - электрокары, электромобили, с заявленным усилителем магнитного потока.

принципиальная электрическая схема электропривода постоянного тока малой мощности (напряжение питания до 100-120 вольт) - электрокары, электромобили, с заявленным усилителем магнитного потока

Обозначения на фиг.3.

 

1 - источник постоянного тока,

2 - катушка индуктивности колебательного контура,

3 - сердечник (магнитопровод контура),

4 - емкость,

5 - обмотка возбуждения электродвигателя,

6 - ротор электродвигателя,

7 - выключатель (контактор),

8 - диод,

10 - щеточный контакт электродвигателя.

11 - сопротивление (переключатель скоростей).

 

На фиг. 4 и 4а приведены принципиальные электрические схемы (варианты) электропривода постоянного тока средней мощности (для напряжения 400-600 вольт, например, для трамваев, троллейбусов) с заявленным усилителем магнитного потока.

принципиальные электрические схемы (варианты) электропривода постоянного тока средней мощности (для напряжения 400-600 вольт, например, для трамваев, троллейбусов) с заявленным усилителем магнитного потока

принципиальные электрические схемы (варианты) электропривода постоянного тока средней мощности (для напряжения 400-600 вольт, например, для трамваев, троллейбусов) с заявленным усилителем магнитного потока

 

 

На фиг. 5 приведена принципиальная электрическая схема электропривода постоянного тока большой мощности (для напряжения 1500-3000 вольт, например, для электровозов) с заявленным усилителем магнитного потока.

принципиальная электрическая схема электропривода постоянного тока большой мощности (для напряжения 1500-3000 вольт, например, для электровозов) с заявленным усилителем магнитного потока

 

Обозначения на фиг.4, 4а и 5.

 

1 - источник постоянного тока,

2 - катушка индуктивности колебательного контура усилителя,

3 - сердечник (магнитопровод контура),

4 - емкость,

5 - обмотка возбуждения электродвигателя,

6 - ротор электродвигателя,

7 - выключатель (контактор),

8 - диод,

9 - вторичная (фиг.4 и 4а) или первичная (фиг.5) катушка индуктивности,

10 - щеточный контакт ротора электродвигателя (6),

11 - сопротивление (переключатель скоростей).

 

 

На фиг. 10 приведена принципиальная схема образования заявленного усилителя магнитного потока в системе импульсного трансформатора.

принципиальная схема образования заявленного усилителя магнитного потока в системе импульсного трансформатора

 

Обозначения на фиг.10.

 

1 - импульсный источник питания,

2 - первичная катушка индуктивности,

3 - трансформаторный сердечник,

4 - емкость колебательного контура,

5 - вторичная катушка индуктивности,

6 - диод.

 

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

 

В соответствии с изобретением конструкция усилителя магнитного потока, предназначенного для использования в силовых электротехнических устройствах индукционного типа, состоит из цепи питания от источника (1) переменного или постоянного тока, резонансного по току колебательного контура, включающего катушку индуктивности с трансформаторным сердечником (3) и подключенную параллельно катушке индуктивности емкость (конденсатор) (4) и в ряде (указанных на фигурах) применений - диод, и с образованием общего магнитопровода - приемника/преобразователя усиленного за счет резонанса токов магнитного потока для выполнения полезной работы/нагрузки. При этом указанный приемник/преобразователь усиленного магнитного потока в зависимости от его использования в конкретных электротехнических устройствах имеет различную конструкцию:

 

Для электромагнитного устройства (фиг. 1) - это сердечник (3) и якорь (5), образующие через воздушный зазор общий замкнутый магнитопровод.

 

Для электронагревателя (фиг. 2 и 2а) - это сердечник (3) и нагреваемый элемент (5), образующие общий замкнутый магнитопровод.

 

Для электроприводов постоянного тока (фиг.3, 4, 4а и 5) - это сердечник (3), имеющий, в свою очередь, соответствующую конструкцию в зависимости от мощности электропривода.

 

Для электродвигателя переменного тока (фиг.6, 7, 8 и 9) - это сердечник статора и сердечник ротора (не показаны), образующие через воздушный зазор общий магнитопровод, и обмотка ротора.

 

Для импульсного трансформатора (фиг.10) - это трансформаторный замкнутый сердечник (3) и вторичная обмотка (5).

 

В составе силовых электротехнических устройств предлагаемый усилитель мощности магнитного потока служит генератором дополнительной и в ряде применений (электромагнитное устройство, электропривод постоянного тока) - основной мощности этих устройств, повышая их технический уровень, конкурентоспособность и экономические показатели.

 

Работа усилителя магнитного потока в системе электромагнита (фиг.1) состоит в нижеследующем.

 

На фиг. 1 приведена принципиальная схема электромагнитного пускателя с Ш-образным сердечником и снабженного заявленным усилителем магнитного потока.

принципиальная схема электромагнитного пускателя с Ш-образным сердечником и снабженного заявленным усилителем магнитного потока

Обозначения на фиг.1.

 

1 - источник переменного тока,

2 - катушка индуктивности,

3 - сердечник Ш-образный,

4 - емкость,

5 - якорь.

 

При подключении электромагнита к источнику переменного тока (1) ток проходит через катушку индуктивности (2) и емкость (4), наводя в контуре (2, 3 и 4) заданный его параметрами резонансный ток, насыщающий сердечник и рассчитанный на номинальную мощность электромагнита. Резонансный ток, в свою очередь, создает переменное магнитное поле и соответственно - изменяющийся магнитный поток в сердечнике (3), который намагничивает сердечник и якорь (5) с образованием различных магнитных полюсов в местах их сближения. Образовавшиеся разноименные магнитные полюсы сердечника (3) и якоря (5) притягиваются друг к другу с заданной силой, обусловленной величиной максимального магнитного потока и резонансного тока в колебательном контуре.

 

Принципиальный расчет заявленного усилителя в системе электромагнита приводится ниже на примере модернизации электромагнитного пускателя ПМЕ-211.

 

Исходные данные пускателя до модернизации:

Sm=2,7х10-4 м2- эффективная площадь сечения сердечника,

Lm=0,15 м - длина средней линии магнитопровода,

L3=0,048 мм - длина воздушного зазора между якорем и сердечником,

f=50 Гц - частота источника питания,

U=220 V - напряжение источника питания,

Вm=1,29 Тл - исходная магнитная индукция в сердечнике,

m0=4•3,14•10-7 - магнитная постоянная.

- Выбираем магнитную индукцию в сердечнике, близкую к насыщению по кривой намагничивания для используемой марки электротехнической стали Э4 (электротехнический справочник под ред. В.Г. Герасимова, М., Энергоатомиздат, 1985 г.) Вm=1,53 Тл и соответствующую ей напряженность магнитного поля в сердечнике Н(Вm)=2500А/м.

- Вычислим число витков катушки индуктивности из соотношения

- Рассчитаем напряженность магнитного поля в воздушном зазоре Н3(Вm)= Вm/m0=1,53/12,56•10-7=12,56•105 А/м.

- Намагничивающая сила в магнитопроводе Um=HmLm+H3 L3 = 2500•0,15 + 12,56•105 • 4,8•105=433,5 A

- Определим силу тока в контуре Ik=Um/w=433,5/2400=0,181 А.

- Определим сечение провода в катушке индуктивности

Экспериментально определяем Cos Ф=0,2 и силу тока Ik=0,185 А в катушке индуктивности без емкости с сердечником при рабочем, замкнутом положении якоря.

- Выбираем емкость, необходимую для образования колебательного контура, из соотношения

Результаты сравнительных испытаний приведены в табл.1. Результаты сравнительных испытаний магнитного пускателя с использованием усилителя магнитного потока.

Приведенные в табл. 1 данные сравнительных испытаний магнитного пускателя без усилителя и с усилителем показывают, что:

- коэффициент мощности демонстрируемой магнитной системы повышается до 0,99 против стандартного значения 0,4,

- потребляемая из сети мощность не изменяется,

- сила притяжения якоря (механическая мощность) при сохранении значения потребляемой из сети мощности возросла в 3 раза

 

См. Патент 2201001. Усилитель магнитного потока и силовые электротехнические устройства на его основе.

 

 

 

Ротовертер Канарева

 

Носителем электрической энергии является электрон. Носителем тепловой энергии является фотон.

 

Модель электрона представлена в виде полого тора с вращением относительно центральной оси и относительно кольцевой оси Тора.

 

Если рассмотреть движение электрона в проводе, то мы показываем один электрон, а их там намного больше. Проверить куда они движутся очень легко. Кладём на этот провод магнитный компас, в момент замыкания стрелка отклонится, по отклонению стрелки мы увидим, что вот это магнитное поле направлено против часовой стрелки, если смотреть отсюда.Если поменять полярность этого провода, то поменяется и направление магнитного поля. Электроны в этот момент повернутся назад на 180 градусов. Из этой схемы видно, что электроны движутся от + к -.

 

А как будут вести себя электроны в проводе когда ток переменный с частотой 50 Гц? Вполне естественно, что направление электронов будет меняться на 180 градусов с частотой 50 герц.

 

Известно, что при таком воздействии на электрон он излучает фотон. И нас сразу интересует вопрос: у электрона масса 9,1 10-31 кг. А за какое время электрон излучит количество фотонов равное массе самого электрона?

 

Посчитать это очень легко. Если мы будем рассматривать движение электронов по спирали лампочки, которая накалена и излучает световые фотоны. Возьмём фотон из середины светового спектра. Вот его масса. Он зелёный. Разделим на 50 герц и получается, что через 1 час массы электрона не станет и он должен потерять всю свою структуру. Но в реальности этого не происходит и электрон, двигающийся по проводам и излучающий фотоны, никуда не пропадает.

 

Гипотеза тут одна - электрон после излучения фотонов поглощает субстанцию, которая окружает его. Что может поглотить электрон? Эта субстанция давно известна, раньше она называлась ЭФИР, сейчас ее называют темная материя. Это очень напряжённая субстанция. Электрон должен поглотить ее часть, чтобы восстановить свою массу.

 

Когда мы имеем такую модель, то сразу видим, что могут формироваться кластеры электронов. Они соединяются разноименными полюсами , а одноименное магнитное поле ограничивает их сближение.

 

Каждый из Вас встречался с этим надевая или снимая нейлоновую рубашку. Мы видим искры и слышим треск. В этот момент кластеры образуются или разрываются, а электроны в этот момент излучают фотоны.

 

Возникает вопрос: откуда появляется треск? Свет - это фотоны, а треск? Если мы возьмём параметры электрона и фотона, то фотон в несколько раз больше электрона, поэтому в зоне формирования искры образуется повышенное давление и мы слышим треск.

 

Если мы возьмём природную молнию, то там кластеры формируются не только из электронов, а главным образом из ионов. Но в любом случае из этих кластеров электроны излучают фотоны. За счёт того , что излучается большое количество фольтонов мы слышим громовой разряд.

 

Где еще в природе мы можем видеть, что электрон излучая фотоны восстанавливает свою массу? Возьмём наше Солнце.

 

Солнце непрерывно излучает фотоны. Возьмём для примера возьмем зелёный фотон светового спектра, а точнее массу зелёного фотона

 

Фотон, который движется от Солнца к Земле с постоянной скоростью имеет такую энергию

 

E = m c2 / 2

 

Если мы Джоули разделим на секунду, то получим Ватты.

 

Известно, что Солнце излучает на 1м2 земной поверхности 0,14 Ватта. Зная эту величину и зная мощность фотона , мы можем определить количество излучаемых фотонов на 1 м2 в секунду.

 

Ошибки математиков и новый закон формирования электрической мощности импульса

 

Анализ показал, что ошибку допустили математики ещё 100 лет назад, когда разрабатывали формулу для величины средней мощности импульса.

 

Вот эта формула

Формула для определения величины средней мощности импульса при непрерывной подаче тока и напряжения

 

Если функции напряжения и тока непрерывны, т.е. когда напряжение и ток подаются непрерывно, то интегрируя ее в интервале периода мы получим величину, которую покажут все приборы.

 

А когда они подаются периодически, то мы уже не можем по этой формуле определить среднюю мощность. Возникает необходимость разработки нового метода. Математики эту проблему решили таким образом: они разработали графо-аналитический метод определения средней мощности. В результате , формула упростилась и приняла вот такой вид.

Формула для определения средней мощности импульса при периодической подаче тока и напряжения

 

Когда импульсами подаётся напряжение, то надо амплитуду импульса напряжения умножить на амплитуду импульса тока и разделить на скважность.

 

А теперь возьмём аккумулятор, подключим к нему лампочку и будем в лампочку подавать напряжение импульсами. Как только выключается импульс, то ток I конечно сразу равен нулю, а напряжение U в аккумуляторе восстанавливается до своей номинальной величины. Но это напряжение уже не участвует в формировании мощности. Когда начинается следующий импульс опять участвуют ток I и напряжение U.

Формула для определения средней мощности импульса при периодической подаче тока и напряжения

 

Но последняя формула нас убеждает, что напряжение U участвует в формировании мощности весь период. Но мы же видим, что это не так. В результате эта старая формула завышает расход мощности в количество раз равное скважности импульса напряжения. Значит мы должны амплитуду напряжения тоже разделить на скважность импульса. Тогда новая формула будет соответствовать тому факту, что у нас напряжение не участвует в формировании мощности.

Новая формула Канарева для определения средней мощности импульса при периодической подаче тока и напряжения

 

Мы на графике убедились, что старая формула завышала потребляемую мощность в количество раз равное скважности импульса. А у нас были эксперименты со скважностью 100, а это значит , что счетчик врёт в 100 раз, и потребляемая нами мощность завышена в 100 раз!!!

 

Теоретические вычисления мощности импульса нужно подтверждать экспериментом. Идея эксперимента очень простая: надо взять электромотор, подсоединить к нему электрогенератор, но чтоб цепи электрические у них были разные.

 

Но оказалось, что это устройство на холостой ход тратит 150 Ватт, а лишь 30 Ватт идёт на рабочий процесс, т.е. КПД=16%.

Ротовертер Канарева для проверки

 

Конечно при помощи такого несовершенного прибора не проверить новую формулу для расчета мощности импульса.

 

Как уменьшить затраты на холостой ход показывает анализ следующей осциллограммы.

 

Очень просто. При встрече полюсов статора и ротора вначале они сближаются, а потом когда магнитный полюс у ротора уходит, то сила их держит и в результате образуются два полюса : положительный и отрицательный, один вращает ротор, а другой тормозит. Конечно мы не можем управлять магнитным полем постоянного магнита и нужно ввести вместо постоянных магнитов - электромагнит. И тогда мы легко сможем отрицательный импульс обрезать и оставить только положительные импульсы, при этом ротор должен вращаться без какого-либо постороннего привода (ему не нужен посторонний электромотор).

 

Зацаринин Сергей Борисович сделал новую модель ротовертера (http://www.sergey-osetrov.narod.ru/Resonant/zacarinin-asimmetrija_ehlektromagnitnoj_indukcii.pdf), но для гарантии поставил снизу электродвигатель (вдруг ротор не будет вращаться сам?). Звонит мне через некоторое время: вращается! Таким образом мы получили первый в Мире самовращающийся мотор-генератор для которого не нужен посторонний привод. Потребляя энергию вращается ротор , а на статоре образуется генерируется электрическая энергия.

 

Что же нам дала новая модель прибора. Там мы тратили на холостой ход 150 Ват, а на новом приборе - 10 Ватт. Например, дисковый электросчетчик начинает вращаться при потреблении 18 Ватт, а при 10 он не вращается.

 

Перед вами первый в Мире самовращающийся электрогенератор.

Первый в Мире мотор-генератор - ротовертер

 

Роль мотора у него выполняет ротор, а роль генератора статор. Пока он питается от сети, но может и от аккумулятора. Статор генерирует два рабочих электрических импульса. Один из них используется на технологический процесс электролиза воды, а второй - питает лампочку, но может и заряжать аккумулятор. В результате образуется автономный источник энергии равный сроку службы аккумулятора.

 

Осциллограммы. В обмотку возбуждения ротора мы подаем импульс возбуждения и импульса тока возникает в обмотке возбуждения ротора. Какая только мы прекращаем подачу напряжения в обмотку возбуждения ротора, то моментально возникает импульс ЭДС самоиндукции обратной полярности (до 400 вольт). И ток у него есть. /p>

Смотрим как отреагирует обмотка статора. В ней также есть импульсы ЭДС самоиндукции, но они чуть шире, со скважностью больше 20%.

 

Мы знаем, что всю жизнь инженеры и электрики боролись с импульсами ЭДС самоиндукции, т.к. при этом при включении или выключении нагрузки возникает искра или дуга. Но мы решили не бороться, а использовать эти импульсы и подключили их к электролизеру. И тут случилось чудо! Длительность импульса тока увеличилась пропорционально скважности в 20 раз.! Импульсы тока начали генерироваться с амплитудой до 100 Ампер, а средний ток до 20 Ампер (вот почему вы видите как бурно выделяются пузырьки газа)

 

Давайте проанализируем мощность ЭДС индукции на статоре и ЭДС самоиндукции. Они не сильно отличаются и почти равны. Мы можем использовать эти две мощности по своему усмотрению.

 

Но наша задача состоит в том, чтобы проверить две формулы для расчета мощности импульса. Питание будем подавать от ограниченного источника энергии - аккумулятора, а не от сети.

 

Зацаринин С.Б. изготовил вторую модель электромотора-генератора МГ-2, который питается от аккумулятора. Первый аккумулятор мы подключаем к обмотке возбуждения ротора, а импульсом ЭДС индукции со статора заряжаем второй аккумулятор, а к импульсу ЭДС самоиндукции статора подключаем ячейку электролизера и эти процессы идут одновременно. В результате получается полностью автономный источник электроэнергии со сроком службы равным сроку службы аккумуляторов.

 

Эксперимент длился 3часа 10 минут. Напряжение на клеммах питающего аккумулятора упало на 0,3 вольта, скорость падения напряжения составила 0,1 Воль в час, но для нас самым важным было - записать осциллограммы на клеммах аккумулятора. По осциллограмме мы можем проверить сколько энергии забрал наш мотор-генератор от аккумулятора. По старой формуле 37 Ватт, а по новой формуле 9 Ватт. Какая же из них правильная?

 

Проверим на практике. Для этого к питающему аккумулятору подключим не МГ-2, а электролампы с мощностью 37 Ватт. Прошел 1 час и напряжение на аккумуляторе упало до 4 вольт. Продолжили эксперимент и через 3 часа 10 минут аккумулятор сдох. Сразу стало ясно, что энергия от аккумулятора отбиралась по новой формуле. В результате мы экспериментально доказали ошибочность старой формулы, которая была заложена математиками ещё 100 лет назад !

 

Третья модель МГ-3 изготовлена Зацаринин С.Б. и проводятся испытания. Как видно из таблицы при параллельном включении обмоток возбуждения ротора механическая мощность мотор-генератор увеличилась в 2 раза. А сумма электрической и механической мощности больше, чем на входе.

 

 

 

Резонансный ротовертер

 

Рассмотрим подробно способы получения автономного режима работы в конструкциях с асинхронными электромоторами. Схемы и фото взяты из книги Партика Кили, Practical Guide to Free-Energy Devices которая содержит 2500 страниц на сайте www.free-energy-info.com Широкое развитие в среде энтузиастов альтернативной энергетики получила схема резонансного мотор-генератора с названием «РотоВертер», которая собрана их двух трехфазных электродвигателей. По заявлениям авторов, система Ротовертер производит примерно в 10 раз больше мощности, чем потребляет. Детали схемы показаны на рисунке.

ротовертер

 

 

Ротовертер на выходе имеет генератор переменного тока, который приводится в действие трехфазным электродвигателем мощностью от 3 л.с. до 7.5 л.с. Оба этих устройства могут быть стандартными асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором. Приводной электродвигатель запускается в действие не обычным образом, а с помощью резонанса. Поэтому входное напряжение для данного двигателя должно всегда быть меньше его номинального эксплуатационного напряжения, например 110 Вольт на каждую фазу, вместо 220 Вольт. Необходимый прирост напряжения даст резонанс, созданный нами в обмотках приводного электродвигателя.

 

Виртуальная третья фаза создается, за счет использования конденсатора, который создает 90 градусный сдвиг фаз между прикладываемым напряжением и током.

 

Цель состоит в том, чтобы подобрать нужный конденсатор для обмоток электродвигателя, и получить резонансный режим. Конденсатор запуска подключается, используя кнопочный выключатель, чтобы довести двигатель до скорости, на которой выключатель размыкается, позволяя двигателю работать с конденсатором намного меньшей емкости. Хотя работающий конденсатор показан на схеме, как постоянное значение, сначала конденсатор должен быть отрегулирован во время работы двигателя, чтобы получить резонансный режим. Для этого обычно строится конденсаторный настроечный блок, см рисунок, где каждый конденсатор снабжен собственным выключателем, для того, чтобы различные комбинации дали широкий диапазон различных суммарных значений емкости конденсатора. С этими шестью конденсаторами, показанными выше, может быть быстро подобрано любое значение емкости от 0.5 микрофарад до 31.5 микрофарад, чтобы найти резонанс. Конденсаторы должны быть мощными с масляной изоляцией. Мощность велика, поэтому настройка проходит не без определенной степени опасности.

Схема подключения ротовертера

 

Этот метод может дать эффект автономного режима генерирования энергии, но это опасно в случае точной настройки, быстрого роста напряжения и мощности,вплоть до того, что обмотка двигателя выйдет из строя.

 

Перейдем к практическим деталям сборки этой системы. Двигатель (переменного тока), который, по мнению американских авторов проекта, считается лучшим для этого устройства, является «Baldor EM3770T» 7.5 л.с. Тип двигателя 07H002X790, напряжение включения 230 Вольт или 460 Bольт, для выбора рабочего напряжения в конструкции есть шесть независимых обмоток. Их можно соединить попарно последовательно, или парами параллельно. Ток в обмотках 19 А или 9.5 А, в зависимости от соединения обмоток. Частота вращения 1770 оборотов в минуту, коэффициент мощности 81. Мотор-привод, включаемый на низкое входное напряжение, имеет обмотки, соединенные по две параллельно. Это дает большое омическое сопротивление и возможность выдерживать резонансное повышение напряжения до 460 Вольт, хотя от первичного источника подается всего 110 Вольт с частотой 50 Гц

 

Генератор имеет обмотки, соединенные параллельно, что дает возможность уменьшить активное сопротивление и обеспечить большую силу тока на выходе. Первичный привод может стартовать от DC/AC инвертора, работающего от батареи 12VDC. Система нуждается в настройке, которая заключается в поиске лучшего стартового конденсатора, который используется в течение нескольких секунд при запуске, и точно подобранного для постоянной работы резонансного конденсатора.

 

Авторы конструкции РОТОВЕРТЕР заявляют: «Это устройство использует вход 110 Вольт, малой мощности, а производит электрический выход более высокой мощности, который может использоваться для того, чтобы снабжать энергией больших по мощности потребителей. Выходная мощность намного больше чем входная. Это и есть свободная энергия, какое бы название Вы бы не употребили».

 

Авторы не показывали, как они замыкали цепь первичного возбуждения и цепь генерирования мощности, поэтому их устройство можно назвать «усилителем мощности», но не автономным генератором электроэнергии. Преимущество, которое необходимо подчеркнуть, состоит в том, что в проекте РОТОВЕРТЕР очень немного нужно конструировать, так как используются готовые двигатели. Кроме того, не требуется знание электроники, что делает этот проект одним из самых легких по сборке устройств свободной энергии, доступных в настоящее время. Один небольшой недостаток заключается в том, что настройка резонансного режима зависит от величины нагрузки, так как у большинства потребителей существуют различные уровни потребляемой мощности в различное время.

 

Итак, параллельный резонанс можно применить для уменьшения тока потребления, а последовательный резонанс позволяет во много раз увеличить напряжение в колебательном контуре.

 

Уменьшение потребляемой мощности резонансным электродвигателем в 10 раз возможно только в том случае, если в его обмотках не будет возникать противоЭДС или генераторной ЭДС, которая возникает согласно закону Ленца во вращающемся роторе и противодействует питающему напряжению, и заставляет нас значительно поднимать питающее напряжение, что и обуславливает увеличение потребляемой мощности в обычном электродвигателе.

 

Эта противоЭДС возникает при вращении ротора электродвигателя, согласно закона Ленца, и всегда направлена навстречу питающему напряжению, и обусловлена током, возникающим в обмотках электродвигателя при взаимном перемещении полюсов ротора и статора.

 

Проще говоря, обычные конструкции электродвигателей создают такое магнитное поле, большая часть которого препятствует вращению его ротора и потребляемая из сети мощность тратится на преодоление этого противодействия.

 

 

Возникновение противо ЭДС различно у различных типов машин. У одних они проявляются на индукторе, у других на статоре, и могут принимать как механическую, так и электрическую форму. Так известно, что противо ЭДС возникают у асинхронных двигателей на статоре- индукторе, а у двигателей постоянного тока и генераторов постоянного тока на роторе-якоре. Применяя способы устранения противо ЭДС к данным электрическим машинам, мы можем получить машины без противо ЭДС.

 

Асинхронный электрический двигатель без противо ЭДС. Так применяя указанный выше способ устранения противо ЭДС к асинхронным двигателям, мы, получаем асинхронный двигатель без противо ЭДС на статоре-индукторе, потребляющий в десять раз меньше электрической энергии для выработки одной единицы механической мощности, чем обычный асинхронный двигатель с КПД<1. Этот двигатель может быть построен несколькими различными способами.

 

Вышеописанная ситуация с патентами указывает на то, что «авторы» патентов не являются истинными изобретателями, а скорее всего «подсмотрели» его воплощение у какого-то практика - обмотчика асинхронных двигателей, но не сумели развить реальное применение эффекта.

 

Русский параметрический электродвигатель Н.С. Яловеги, который представляет классический 3х фазный электродвигатель, но со схемой включения обмоток "Звезда + Треугольник", т.е. вместо 3х обмоток лежит 6, что позволяет снизить потребление. РПЭДЯ, при выполнении аналогичной с трехфазными АД работы, потребляют в 3 - 4 раза меньше, а в отдельных случаях в 5 - 6 раз меньше электроэнергии http://kopen.narod.ru/product_1.html

 

https://youtu.be/11v4c0Mi1BI

 

Двигатель постоянного тока без противо ЭДС.

На рис. 1 показана одна из конструкций электромоторов, предложенных Н. Н. Громовым. Принцип действия электромоторов, построенных по магнитоэлектрической схеме, состоит в том, что с помощью постоянного тока, проходящего по неподвижной обмотке (4) расположенной вокруг ротора (рис. 1), в роторе создаётся вертикальная составляющая напряжённости магнитного поля, перпендикулярная направлению напряжённости магнитного поля, создаваемой в роторе постоянным магнитом (1). Поэтому направление намагничивания магнитных доме- нов ротора (совпадающее с результирующим направлением напряжённости магнитного поля в роторе) отклоняется на некоторый угол от направления на полюсные наконечники (2) постоянного магнита (1), что приводит к повороту ротора в сторону сближения магнитных полюсов ротора с полюсными наконечниками (2) постоянного магнита (1). «Однако в силу свойств электротехнической стали, сердечник 3 по мере поворота будет сохранять направление магнитного потока Фрез и значение электромагнитного момента Мэл в масштабе доменной структуры материала. Сердечник 3 будет постоянно набирать обороты до тех пор, пока момент сопротивления на его валу Мс не сравняется с электромагнитным моментом Мэл» [16]. То есть при повороте ротора, направление его намагничивания относительно полюсных наконечников не изменяется.

Рисунок 1 1 - постоянный магнит; 2 – полюсный наконечник; 3 – ротор; 4 – неподвижная обмотка с током; Фпм – силовые линии магнитного потока постоянного магнита; Фр – силовые линии магнитного потока, создаваемого током, проходящим по обмотке 4; Фрез – результирующее направление собственного магнит- ного поля ротора; Мэм – тангенциальный электромагнитный момент.

Можно сказать, что коммутация происходит на уровне магнитных доменов ротора, а не при помощи коллектора и щёток, как это происходит в электромоторе постоянного тока. Таким путём достигается непрерывное вращение ротора. Расчёт, проделанный Громовым Н. Н., показывает, что электродвигатель с вращающимися полюсами без коллектора и инвертора, потребляет электрической мощности в 190 раз меньше, чем вырабатывает механической [16].

 

На рис. 2 приведён один из возможных вариантов замены неподвижной обмотки с током (4) (рис. 1) двумя постоянными маг- нитами (3) показанными на рис. 2.

Рисунок 2 1– постоянный магнит; 2 – ротор; 3 – постоянные магниты.

 

Между концевыми частями магнитов (3) и поверхностью ротора (2) предусмотрен воздушный зазор, чтобы намагничивание ротора (2) магнитами (3) не приводило к появлению значительного магнитного потока между полюсами магнитов (3) и ротором (2). Магниты (3). Схема расположения полюсных наконечников двух постоянных магнитов), показанные на рис. 2, создают в роторе (2) такое же магнитное поле, как и неподвижная обмотка с током (4), изображённая на рис. 1.

 

 

1. Громов Н. Н. Новые электрические машины с обмоткой Грамма. Нижний Новгород. 2006

3. Громов. Н. Н. Электрическая машина с вращающимися полюсами в магнитной цепи возбуждения (2-я редакция). Нижний Новгород. 2006 г.

 

Стандартный двигатель постоянного тока превращаем в электрический двигатель без противоЭДС ссылка

 

https://m.youtube.com/watch?v=rTA9etczdKw

 

Акула0083. На двигателе можно получить 140% КПД Видео Схема проверки

 

Акула0083. Полезная работа обратной ЭДС в катушке. Видео Схема подключения

 

Акула0083. Самозапит на ротовертере с КПД=130% Видео Забьем кол теоретикам.

 

Акула0083. Проверка мощности Ротовертер Видео Потребление 24 Вольта, 1,5 Ампера, т.е 36 Ватт. На выходе двигатель выдает 29 Ватт. И у нас 2 лампочки по 4 вата каждая. 29 + 8 = 37 Ватт.

от Акулы

 

 

 

 

Н.Н. Громов Электрическая машина с вращающимися полюсами в магнитной цепи возбуждения

 

Предлагаемые конструкции электрических машин являются необратимыми электродвигателями широкого применения в приводе практически всех классов машин и механизмов. Они могут быть использованы в малой и большой энергетике, как альтернативная замена водяных, паровых и газовых турбин, как двигатели транспортных средств и т.д.

 

Принцип действия предлагаемых электрических машин настолько прост, что у подготовленного инженера вызывает улыбку и после прочтения первых предложений текста чтение заменяется беглым просмотром с выводом о том, что это все давно известно и ничего нового в работе нет.

 

Попытаюсь доказать обратное. Обратим внимание на электромеханические системы, построенные по магнитоэлектрической схеме, в которых вращающий момент рамки с указателем создается взаимодействием между полем постоянного магнита с соответствующей арматурой и одним или несколькими проводниками (на рамке) с током

 

схема электрического двигателя без противоЭДС отправлено Громова Н Н

 

Рис. 1. Магнитоэлектрические приборы изготавливаются с подвижной рамкой, но есть конструкции и с подвижным магнитом.

 

Измерительный механизм прибора магнитоэлектрической системы состоит из двух частей. Неподвижная часть состоит из постоянного магнита 1, его полюсных наконечников 2 и неподвижного сердечника 3. В зазоре между полюсными наконечниками и сердечником существует сильное магнитное поле. Подвижная часть измерительного механизма состоит из легкой рамки 4, обмотка которой навивается на алюминиевый каркас, и двух полуосей 5, неподвижно связанных с каркасом рамки.

 

Концы обмотки припаяны к двум спиральным пружинам 6, через которые в рамку подводится измеряемый ток. К рамке прикреплены стрелка 7 и противовесы 8.

 

Рамка устанавливается в зазоре между полюсными наконечниками и сердечником. Ее полуоси вставляются в стеклянные или агатовые подшипники. При прохождении тока по обмотке рамки, она стремится повернуться, но ее свободному повороту противодействуют спиральные пружины. И тому углу, на который рамка все же развернется, соответствует определенная сила тока, который протекает по обмотке рамки.

 

Иными словами, угол поворота рамки пропорционален силе тока. Значит, присутствует момент вращения, причем постоянный, и определяется он только силой протекающего через рамку тока и магнитной индукцией в зазорах магнитной системы. Наверное, никто не будет возражать против утверждения, что если ось рамки зафиксировать, то магнитная система придет в движение и повернется на такой же угол только в обратном направлении.

 

Предположим, что неподвижный сердечник 3 является подвижным (свободно вращающимся вокруг собственной оси). Что произойдет? Вот на этот вопрос нет ответа ни в учебниках, ни в монографиях маститых ученых, ни в популярных статьях. Хотя, что-то должно происходить. Вернемся к этому в дальнейшем.

 

Таким образом, выяснено, что рамка с током, имеющая свободу вращения в зазоре магнитной системы подвержена влиянию пары сил с ее стороны, а сама магнитная система находится под влиянием такой же пары сил со стороны рамки с током.

 

Выясним теоретически с помощью графического изображения и классических физических законов, какие силы воздействуют на элементы механизма прибора изготовленного по магнитоэлектрической схеме

 

Для этого воспользуемся упрощенным фронтальным изображением поперечного разреза магнитоэлектрического прибора Рис. 2. Обозначения элементов 1 – 4 соответствуют обозначениям, приведенным на Рис.1.

 

поперечный разрез магнитоэлектрической прибора Громова Н Н

 

При обесточенной рамке -4, сердечник -3 намагничивается магнитным потоком постоянно-по магнита Фпм с полюсами, которые определяются листками Ампера -5. На сердечник -3 действуют только радиальные силы со стороны полюсных наконечников. Тангенциальных составляющих эти силы не имеют. Сердечник -3 имеет возможность свободного вращения вокруг своей оси. В процессе вращения он сохраняет положение магнитных полюсов, которое определяет поток Фпм постоянного магнита в соответствии с законом Ампера.

 

поперечный разрез магнитоэлектрической прибора Громова Н Н

 

При прохождении тока Iр по рамке 4 Рис. 3, он возбуждает магнитный поток Фр. в сердечнике 3 ортогональный магнитному потоку Фпм. Магнитный поток Фр. замыкается через полюсные наконечники 2 и полюсы намагничивания сердечника 3 за счет своих листков Ампера. В сумме происходит смещение полюсов намагничивания сердечника 3 относительно направления магнитного потока Фп.м В результате к сердечнику 3 будет приложен тангенциальный электромагнитный момент Мэ.м. который будет стремиться совместить направление результирующего магнитного потока Фрез = Фп.м. + Фр. с направлением магнитного потока Фп.м. На рамку с током Iр в зазорах с магнитной индукцией В будет действовать пара сил имеющих значение Fр = B · n · Iр · l , где n – количество витков, l – длина зазора. Направление дей- ствия этих сил определяется по правилу левой руки.

 

На полюсные наконечники магнитной системы 2 будет действовать пара сил Fпн направленная в сторону противоположную действию пары сил Fр и равная им по значению.

 

Таким образом, выяснено:

 

1. При неподвижной магнитной системе 1 – 3 рамка с током 4 приходит во вращение с целью совмещения направления магнитного потока Фрез с направлением магнитного потока Фпм. Угол поворота рамки ограничивается противодействием пружины 6 и зависит от значения тока Iр. В отсутствие пружины рамка с током повернется на 90 градусов и центры лепестков Ампера 5, индуцированные магнитными потоками Фпм и Фр, на поверхности сердечника 3 совместятся. Рамка займет положение устойчивого равновесия.

 

2. При неподвижной рамке с током 4 приходит во вращение магнитная система 1 – 3 с целью совмещения направления магнитного потока Фрез с направлением магнитного потока Фпм. Угол поворота магнитной системы ограничивается противодействием пружины 6 и зависит от значения тока Iр. В отсутствие пружины магнитная система повернется на 90 градусов и центры лепестков Ампера 5, индуцированные магнитными потоками Фпм и Фр, на поверх- ности сердечника 3 совместятся. Вся система займет положение устойчивого равновесия.

 

3. При неподвижных рамке с током 4 и элементами магнитной системы 1 – 2, под действием электромагнитного момента Мэл, который зависит от значения тока Iр, приходит во вращение сердечник 3 с целью совмещения направления магнитного потока Фрез с направлением магнитного потока Фпм. Однако в силу свойств электротехнической стали, сердечник 3 по мере поворота будет сохранять направление магнитного потока Фрез и значение электромагнитного момента Мэл в масштабе доменной структуры материала. Сердечник 3 будет постоянно набирать обороты до тех пор, пока момент сопротивления на его валу Мс не сравняется с электромагнитным моментом Мэл. Возвращаясь к ранее заданному вопросу: «Что произойдет?» можно сделать вывод о том, что: «В процессе этой работы открыто, и экспериментально установлено, неизвестное ранее свойство: заключающееся в том, что в электромеханических системах, построенных по магнитоэлектрической схеме, свободновращающийся сердечник рамки с током, при фиксации ее и постоянного магнита возбуждения с арматурой, находится под воздействием постоянного электромагнитного момента за счет чего вращается и увеличивает скорость вращения до тех пор, пока момент сопротивления на его валу не сравняется с электромагнитным моментом.»

 

Открытие этого свойства электромеханических систем, построенных по магнитоэлектрической схеме, позволило разработать высокоэффективные бесконтактные универсальные не-обратимые электрические двигатели постоянного тока с незначительным потреблением электрической мощности.

 

При неподвижной рамке с током 4 и элементами магнитной системы 1 – 2 вращающийся сердечник -3 не индуцирует в обмотке рамки противоЭДС, противодействующей протеканию тока через обмотку.

 

При работе в известных и используемых на практике режимах работы магнитоэлектрических механизмов в режиме электродвигателя осуществляется либо движение рамки с током, связанной с сердечником, либо движение просто рамки с током при неподвижной магнитной системе, либо движение магнитной системы относительно рамки с током, связанной с сердечником и т.д. Во всех случаях получения вращательного движения ротора есть два сценария:

 

1. Движение рамки с током относительно неподвижного магнитного поля с коммутацией обмоток для сохранения ортогональности магнитных полей возбуждения и якоря.

 

2. Движение магнитной системы с источником возбуждения (либо самого источника возбуждения с неподвижной системой замыкания магнитного потока) относительно неподвижной рамки с током с такой же коммутацией обмоток якоря.

 

В любом случае в обмотках якоря индуцируется противоЭДС, направленная против напряжения внешнего источника питания. По мере увеличения числа оборотов ротора (действительной или кажущейся линейной скорости движения проводника относительно магнитного поля возбуждения) ток в обмотках под действием этой ЭДС уменьшается, соответственно уменьшается, и вращающий момент. Для его увеличения приходится повышать напряжение (мощность) питания электродвигателя. В современных электродвигателях практически вся мощность, подводимая для питания, расходуется на преодоление противодействующей ЭДС.

 

Например, серийный электродвигатель постоянного тока типа 4ПН 200S имеет следующие характеристики: мощность 60 кВт; напряжение 440 В; ток 149 А; частота вращения 3150/3500 об/мин; кпд 90,5%; длина статора 377 мм; диаметр ротора 250 мм, напряжение потерь 41,8 В; напряжение на преодоление индуцированной ЭДС 398,2 В; мощность на преодоление потерь 6228 Вт; вращающий момент (3500 об/мин) 164,6 Нм.

 

В магнитоэлектрической машине, работающей в открытом новом режиме, при вращении ротора с неподвижной обмоткой и неподвижной магнитной системой 1 – 2 противоЭДС, противодействующая протеканию тока через обмотку, не индуцируется. В этом случае питающему напряжению требуется преодолеть только активное (оммическое) сопротивление обмотки для создания в ее проводниках необходимой плотности тока и этот ток, а с ним и потребляемая мощность будут неизменны при любой скорости вращения ротора

 

схема одного из вариантов моментного электродвигателя постоянного тока без противоЭДС от Громова Н Н

 

На Рис. 4 представлена схема одного из вариантов моментного электродвигателя постоянного тока без коллектора и инвертора , выполненного по магнитоэлектрической схеме с неподвижной магнитной системой возбуждения (обмотки возбуждения 1, ярмо 2 и полюсные наконечники 3), неподвижной обмоткой якоря 4 и подвижным сердечником якоря (ротором) 5. В этом электродвигателе в обмотке якоря не индуцируется противоЭДС, противодействующая протеканию тока якоря, который определяет значение электромагнитного момента. Электромагнитный момент ротора численно равен моменту, прилагаемому к обмотке якоря, и рассчитывается по закону Ампера и правилу левой руки.

 

Электродвигатель постоянного тока без коллектора и инвертора по магнитоэлектрической схеме можно выполнить с вращающимися полюсами в магнитной цепи возбуждения, схема поперечного разреза такого двигателя приведена на Рис. 5. Он будет иметь характеристики такие же, как и у двигателя, схема которого приведена выше. Отличие заключается в том, что сердечник якоря 5 с обмоткой 4 у него неподвижен, а полюса магнитной системы 6 выполнены в виде вращающихся цилиндров. Наличие двух роторов в некоторых случаях может оказаться полезным.

 

схема электродвигателя постоянного тока без противоЭДС с двумя роторами от Громова Н Н

 

Обмотка возбуждения 1, ярмо 2 и полюсные наконечники пояснений не требуют.

 

Сердечник якоря 5 может быть как с зубцами, так и без них. В нем нет потерь на перемагничивание при питании чисто постоянным током. Проходящие через него магнитные потоки неподвижны. Однако при питании двигателя переменным, пульсирующим или током с широтно-импульсной модуляцией для регулировки момента вращения сердечниках не якоря необходимо делать шихтованным. Более того, шихтованный сердечник технологичней в изготовлении. Вращающиеся полюса 6, также необходимо делать шихтованными с хорошей изоляцией между пластинами. При вращении с большой скоростью в их теле могут наводиться значительные по величине униполярные ЭДС, которые вызывают появление вихревых токов.

 

На Рис. 5 изображена схема электродвигателя, у которого имеется существенный недостаток – большие потоки рассеяния магнитного поля возбуждения. Этот недостаток легко устраняется путем размещения обмоток возбуждения совместно с полюсными наконечниками Рис.6. Обозначения элементов на этой схеме соответствуют обозначениям, принятым на прежнем рисунке.

 

схема электродвигателя постоянного тока без противоЭДС с двумя роторами без потерь в сердечнике от Громова Н Н

 

На Рис. 7 приведена схема электродвигателя с вращающимися полюсами и возбуждением от постоянных магнитов 1. Остальные обозначения соответствуют обозначениям, принятым на Рис. 5.

 

На Рис. 8 приведена схема электродвигателя с вращающимися полюсами, имеющего повышенную площадь полюсов в нерабочем зазоре. Такая схема применима для уменьшения магнитного сопротивления в магнитной системе возбуждения и машина имеет несколько меньшие габаритные размеры. Возбуждение от постоянных магнитов 1, остальные обозначения соответствуют обозначениям, принятым на Рис. 5.

 

схема электродвигателя постоянного тока без противоЭДС с двумя роторами без потерь в сердечнике от Громова Н Н

 

Электромагнитные моменты, прилагаемые к роторам, во всех рассмотренных схемах электродвигателей с вращающимися полюсами рассчитываются по закону Ампера и правилу левой руки.

 

Проведем инженерную оценку параметров двигателя с вращающимися полюсами с возбуждением постоянными магнитами исходя из габаритных размеров. Выберем реальные размеры вращающихся полюсов и скорость их вращения, не противоречащие физическому смыслу.

 

Исходные данные.

 

Радиус вращающегося полюса - 0,05м, длина рабочего зазора – 0,15 м, площадь под обмотку на якоре на одну сторону – 6 см2 (600 мм2), провод ПЭЛ- 1,26 сечением - 1,094 мм2, коэффициент заполнения сечения проводом – 0,794, средняя толщина якоря – 0,04 м, магнитная индукция в рабочем зазоре 0,7 Тл, сила тока (для длительной непрерывной работы) - 11 А, подшипники стандартные на 12000 об/мин (200 об/с).

 

Расчет.

 

Количество проводников в рабочем зазоре n = 600х0,794 = 476 шт. Длина провода на якоре L = [(0,15х2) + (0,04х2)]х493 = 187,34 м. Сопротивление провода R = 0,0175х187,34/1,094 = 3 Ом. Электромагнитная сила в одном зазоре F = 0,7х11х476х0,15 = 549,78 Н. Момент вращения на один полюс М = 549,78х0,05 = 27,489 Нм. Мощность одного вала Р = 2хПи х 27,489х200 = 34543,7 Вт. Общая мощность 2Р = 69087 Вт. Напряжение питания U = 11х3 = 33 В. Потребляемая электрическая мощность Рэл = 33х11 = 363 Вт.

 

Электродвигатель с вращающимися полюсами без противоЭДС потребляет электрической мощности в 190 раз меньше, чем вырабатывает механической.

 

Таким образом, на основе, поведенной инженерной оценки параметров электродвигателя с вращающимися полюсами без противоЭДС, можно сделать вывод о том, что в процессе его работы существует возможность отбора части механической мощности и преобразования ее в электрическую мощность для обеспечения собственных нужд.

 

Таким образом, в процессе этой работы открыто и экспериментально установлено неизвестное ранее объективно существующее свойство материального мира, заключающееся в том, что в электромеханических системах, построенных по магнитоэлектрической схеме, и выполненных с вращающимися полюсами (роторами) в магнитной цепи возбуждения роторы находятся под воздействием постоянных электромагнитных моментов за счет чего вращаются и увеличивают скорость вращения до тех пор, пока моменты сопротивления на их валах не сравняются с электромагнитными моментами.

 

Открытие этого свойства электромеханических систем, построенных по магнитоэлектрической схеме, позволило разработать высокоэффективные бесконтактные универсальные необратимые электрические двигатели постоянного тока с незначительным потреблением электрической мощности.

 

Если мощность с обоих роторов необходимо суммировать, то это производится с помощью редуктора. Более того, применяя редуктор можно разгонять роторы до предельных значений скорости вращения по прочности. Учитывая простоту геометрической формы ротора, окружные скорости на его поверхности могут быть значительно выше, чем у роторов других типов электродвигателей.

 

Электрические моторы , построенные на принципе работы без противоЭДС, будут иметь рекордные показатели по удельной мощности Вт/кг и Вт/дм3.

 

В сочетании с малой потребляемой мощностью они будут необходимы в малой и большой энергетике, как альтернативная замена водяных, паровых и газовых турбин, в автомобилестроении, малой и большой авиации, судостроении и т.п. Они будут востребованы при реализации Концепции "Электрический самолет". Более того, эти электродвигатели могут заменить в турбовентиляторных установках самолетов и вертолетов силовые агрегаты.

 

При использовании электродвигателей в различных устройствах и механизмах можно выделить два основных режима работы:

 

- непрерывное вращательное движение с плавными колебаниями момента вращения около некой средней величины при постоянной скорости вращения (в основном это механизмы для выработки электрической мощности);

 

- динамическое вращательное движение с изменяемым моментом вращения от нуля до максимального значения и изменением скорости вращения также от нуля до максимального значения (сюда можно отнести тяговые двигатели транспортных средств, грузоподъемных механизмов и т.п.).

 

Исходя из этих положений, к вопросу отбора мощности для собственных нужд необходимо подходить разными способами.

 

В случае продолжительной работы агрегата (механизма) с некой средней мощностью в квазистационарном режиме существует возможность непосредственного отбора требуемой

 

https://youtu.be/OBD87g566i4

 

http:// www.001-lab.com/ 001lab/ index.php?topic=1356.0

 

 

Асинхронный электродвигатель в резонансном режиме

 

Асинхронный двигатель можно загнать в резананс. Но резананс - это не правильное название, а правильное - рекуперация энергии. Что происходит при рекуперации - реактивное сопративление исчезает, а так как акитивное сопративление мало то и потредляемая энергия мала, т.е. потребляемый ток падает в разы, но все не так просто и много нюансов...

 

Асинхронный электрический двигатель переменного тока по принципу действия подобен трансформатору . Как и в трансформаторе, энергия первичной обмотки двигателя – статора передаётся во вторичную – ротор посредствам магнитного поля..

 

Асинхронный двигатель в резонансном режиме можно рассматривать как обычную индуктивность, номинал которой, к тому же, меняется от нагрузки на валу. Зная значение индуктивности, легко подбираем конденсатор для этого последовательного колебательного контура по формуле

Собственная частота колебательного контура

 

 

При помощью программы SW CAD III экспериментальные данные полностью совпадат с симуляцией на этой программе.

 

На сайте www.linear.com в апреле 2004г. в разделе Software появилась новая версия программы SwCAD III. Несложная и считает быстрее в сравнении с ORCADом или Micro СAPом. Неплохая библиотека моделей. Один недостаток. Нельзя напрямую добавлять модели новых элементов. Нужно потрудится. http://www.linear.com /software / LTspice/ SwitcherCAD III (4MB) Apr 13, 2004.

 

 

Вывод

 

Наиболее рациональной формой сверхъединичных систем являются резонансные электродвигатели без противо-эдс и сверхъединичные резонансные трансформаторы. Так как они легко соединяются со всей современной техникой, легко управляемые, имеют уже существующую техническую базу создания, которую не нужно создавать. И устройства эти достаточно мощные, чтобы удовлетворить все потребности человека в энергии

 

 

 

 

Эффективный источник питания индуктивной нагрузки, например, электродвигателя или индукционного отопительного котла.

 

Тема взята с сайта www.skif.biz

 

Итак, ставилась следующая задача. Запитать индуктивность нашего будущего электродвигателя таким образом, чтобы при каждом насыщении ее энергией забирать эту энергию (точнее ее большую часть, за минусом потерь) за счет использования ЭДС самоиндукции, так называемой "Противо ЭДС" или Back EMF (как вам это больше нравится). Напомню, что Противо ЭДС возникает в любой катушке индуктивности в тот момент, когда ее поле начинает коллапсировать, т.е. когда на катушку прекращается подача тока. По сути дела, ЭДС самоиндукции и есть мера индуктивности катушки. Также, в момент прекращения подачи тока на катушке меняется полярность напряжения (т.к. она в этот момент сама становится источником энергии), но НАПРАВЛЕНИЕ протекающего тока в цепи НЕ ИЗМЕНЯЕТСЯ. Для нас это очень важно.

 

Также, схема должна обеспечивать:

 

1. Питание индуктивности мощными импульсами с возможностью плавной регулировки частоты их следования от 0 до 100 Гц.

 

2. Сбор обратной ЭДС в широком диапазоне нагрузок двигателя (т.е. изменения индуктивности обмотки в процессе его работы).

 

3. Возможность сбора генераторной ЭДС в будущем.

 

При этом каким-то образом необходимо измерить количество полученной механической работы, которую способно совершить создаваемое таким образом магнитное поле. После того, как схема была собрана, результат превзошел все ожидания.

 

В качестве катушки индуктивности использовался сердечник от трансформатора ТС 280 с одной катушкой.

 

Параметры катушки: 530 витков провода ПЭВ 0.6 мм.

 

Сопротивление 5.5 Ом.

 

Индуктивность: при сжатом полностью сердечнике (замкнутом магнитном потоке) 350 мг.

 

при отсутствии сердечника около 2 мг.

 

при зазоре 1 мм 60 мг.

 

при зазоре 0.2 мм 180 мг.

 

Данные по индуктивности примерные. Измерение проводилось прибором VC 9808+. Под нагрузкой, понятное дело, значения индуктивности будут отличаться.

 

Самый важный параметр: вес сердечника около 1.5 кг (обоих половинок вместе). Материал: электротехническая сталь в виде пластин толщиной 0.35 мм загнутых в П-образную форму.

 

При работе установке наблюдается очень мощный шум от ударов половинок сердечника друг об друга. При этом создается значительная вибрация. Трансформатор ползает по столу, вибрация распространяется также по полу и стене. Такое впечатление, что работает перфоратор. Усилие, с которой стягиваются половинки сердечника такое, что в полностью притянутом состоянии разорвать их руками невозможно. Если расстояние 1 мм сила притяжения их друг к другу составляет около 2 кг.

 

При этом от батареи 12 V потребляется ток, не превышающий 0.5 A при максимальной (около 70 Гц.) частоте следования импульсов. На основании всего вышесказанного я делаю следующий вывод:

 

Такой способ питания катушки индуктивности эффективен и требует дальнейшего изучения. На данный момент не существует серийно выпускаемых устройств, использующих эффект сбора обратной ЭДС для последующего его использования.

 

Чтобы развеять сомнения скептиков и сомневающихся привожу фото и схему установки, осциллограммы. Также описание работы схемы. Информация предоставляется в полностью открытом виде - ничего не скрывается.

 

.

.

Описание схемы.

 

На вложенном рисунке - упрощенная (без тиристоров) схема силовой части. Это действующая модель для понимания процессов происходящих в реальном устройстве. Работает схема следующим образом. Напряжение из электросети, через лампу, которая выполняет функцию защиты от КЗ попадает на умножитель, где на выходе получается около 550 вольт. Напряжение особо не важно, но лучше больше т.к. лучше ощущается эффект механической работы магнитного поля. Сначала нажимаем кнопку "заряд" и доводим напряжение на С3 до нужного значения. Далее, отпускаем кнопку заряда и нажимаем кнопку "Импульс". При этом переключатель "Такт" должен стоять так, чтобы образовывалась цепь:

 

- С1. - Кнопка. - Диод с переключателем, меняющий полярность диода. - ИНДУКТИВНОСТЬ. - С2.

 

При нажатии кнопки "Импульс" происходит следующее. С1 разряжается через диод на индуктивность. Вокруг индуктивности создается магнитное поле, которое МОЖЕТ совершить механическую работу. В нашем случае - громко щелкают половинки сердечника. Далее, магнитное поле начинает разрушаться т.к. энергия С1 иссякла, но при этом, оно (поле) никуда пока не делось и начинается процесс генерации ЭДС самоиндукции катушки, который приводит к тому, что С2 начинает заряжаться. После того, как энергия поля иссякла окончательно на С2 присутствует около 80% от начального напряжения на С1 причем с тем же знаком (это главная фишка этой схемы). Поскольку не вся энергия конденсатора С1 была поглощена индуктивностью (увы, наш мир несовершенен) что-то на нем еще осталось - это примерно 15-20% от исходного напряжения на С1 этот заряд можно сбросить куда-нибудь (лучший вариант - назад в батарею) или просто замкнуть на землю. Для чего в схеме сделана кнопка "Сброс".

 

Далее, поворачиваем тумблер "Такт" в другое положение и нажимаем снова кнопку "Импульс". Происходит обратный процесс. С2 разряжается на ИНДУКТИВНОСТЬ, которая своим Контр ЭДС заряжает С1 до 50% (не менее) от напряжения питания. И при этом, как и в первом случае, поле МОЖЕТ СОВЕРШИТЬ ПОЛЕЗНУЮ МЕХАНИЧЕСКУЮ РАБОТУ!

 

Таким образом, источник питания не питает напрямую нагрузку, а лишь обеспечивает подкачку контура порциями энергии, необходимыми для его работы. А теперь представьте, что коммутация происходит 50 - 100 раз в секунду что, собственно, и честно делает основная схема. Процесс этот я называю таймингом.

 

Почувствовали, куда я клоню? Или дальше будем крутить Фарадеевы рамки с током? Хватит, наверное, уже.

 

Я не верю в OU устройства! НО.

 

1. Так (пока) не питает индуктивную нагрузку никто.

 

2. Все существующие двигатели вообще не способны собирать обратный ЭДС с обмоток.

 

3. Данная схема (при некоторой доработке) позволит собрать еще генераторную ЭДС.

 

Все эти вещи должны дать очень интересные результаты. И требуют дальнейших исследований...

 

Модель силовой цепи

 

Рис. 6 Модель силовой цепи

 

Теперь, собственно, описание схемы. Зная принцип коммутации (см. выше) можно рассказать о самой схеме. Несколько слов о ТИРИСТОРАХ.

 

Эти электронные приборы уникальны тем, что открыв их ИМПУЛЬСОМ закрыть их уже невозможно, пока протекает ток через анод-катод тиристора. Это очень важное свойство! В схеме осуществляется только их "поджиг" (аналогично трубкам Грея) через импульсные трансформаторы ТИ1 - ТИ4 что, обеспечивает такты работы устройства. Закрываются тиристоры САМИ при истощении источника энергии, т.е. при прекращении тока в цепи. Второе важное свойство тиристоров - они способны пропускать ток только в ОДНОМ направлении. Это предотвращает возникновение гармонических колебаний, которые нам испортили бы всю "малину". Еще момент. Все устройство - импульсное.

 

Устройство представляет собой три отдельных блока:

 

1. Силовая часть, коммутирующая индуктивную нагрузку.

 

2. Инвертор DC-DC 12 > 500 (500 В это на холостом ходу).

 

3. Блок управления, формирующий необходимые тайминги.

 

Рассмотрим каждый блок отдельно. Силовая часть уже рассмотрена, следует добавить, что номера тиристоров даны в соответствии с порядком тактов коммутации, т.е. тиристор 1 это первый такт, далее пауза, затем тиристор 2, 3 и 4. Далее снова 1 и так по кругу. Обмотки импульсных трансформаторов должны быть включены между КАТОДОМ и управляющим электродом тиристора, причем важно добиться того, чтобы импульс положительной полярности (при его поступлении с блока управления) попадал на управляющий электрод тиристора, а не на катод, т.е. начала обмоток (точки) должны соответствовать схеме. Диоды, шунтирующие зарядный и разрядный конденсаторы нужны для предотвращения всякого рода выбросов, связанных с тем, что в схеме МОГУТ все же возникнуть гармонические колебания (на начальной фазе открытия тиристора). Подстроечный резистор в цепи тиристоров 2-4 нужен для рассевания мощности выделяемой при сбросе остатка заряда конденсаторов - без него может выйти из строя тиристор от превышения импульсного тока (один у меня уже сдох от этого). В схеме не ставилась цель сбора этой энергии, схема учебная, поэтому стоит резистор. Вместо него подойдет лампа на 220V 40-75 Вт. В реальной схеме контроллера двигателя, естественно, нужно ставить обратноходовый преобразователь для грамотной утилизации этой ЭДС.

 

Тумблер "Контроль" (на фото он над микроамперметром), неонка, сам микроамперметр предназначены для мониторинга работы устройства. Поскольку мы имеем дело с импульсами одной полярности, выпрямительный диод в цепи микроамперметра не требуется. Следует учитывать, что напряжение будет показываться примерно среднее между min и max. Резистор, обозначенный ограничивает ток в цепи микроамперметра. Назначение амперметра и предохранителя надеюсь всем понятно. Тумблеры "Генератор" и "Высокое" нужны для управления устройством.

 

Инвертор 12 Вольт --> 500 Вольт

Инвертор 12 Вольт -> 500 Вольт

Данное устройство представляет собой высокоэффективный импульсный преобразователь, работающий на частоте около 100 кГц. В схеме приняты меры для повышения КПД до максимально возможного. Измерения показали, что КПД этого преобразователя составляет не менее 95% при нагрузке не более 15 Вт. При увеличении нагрузки до 40 Вт КПД падает где-то до 75-80%, но нам это не страшно т.к. устройство "поедает" от батареи 0.5 А максимум, что соответствует мощности 12.6 В 0.5 А = 6.3 Вт, не больше. На основании этого, можно считать, что схема преобразователя оптимальна. Преобразователь выполнен на микросхеме TL494. Микросхема представляет собой универсальный ШИМ контроллер широкого применения, в частности, эта микросхема применяется в АТХ блоках питания компьютеров. Ее низкая стоимости, возможность внешнего управления шириной импульсов (разными способами) делает ее применение целесообразным в данной конструкции.

 

Обвязка микросхемы заставляет ее генерировать нужные импульсы, которые поступают на затворы мощных полевиков IRF1010. Многим может показаться, что биполярные транзисторы в цепи затворов полевиков это драйверы, однако это не так. Эти транзисторы сбрасывают потенциал емкости затвора полевика при прекращении импульса, что важно т.к. такие полевики обладают значительной емкостью затвора. Однако их сопротивление канала составляет всего 12 миллиом, что для нас очень важно т.к. мы имеем дело с низким напряжением батареи - всего 12 вольт, поэтому каждый миллиом на счету.

 

Цепь, подключенная к выводу 4, задает ширину импульсов преобразователя, что позволяет в широких пределах управлять выходным напряжением (резистор "Мощность"), а значит - и мощностью всего устройства. Подача на вывод 4 этой лог. 1 (около +9 В) полностью отключает преобразователь (длительность импульсов становится = 0). Этот сигнал приходит с контроллера управления (цепь с диодом VD 5), когда нужно запретить подкачку контура энергией. На осциллограмме рис. 4 хорошо видно, что преобразователь включается кратковременно, всего на 1 такт цикла коммутации. Это позволяет подзарядить зарядный конденсатор до нужной "кондиции", все остальное время (3 такта) преобразователь отдыхает. Поскольку преобразователь работает на очень высокой частоте, такой способ управления им никак не влияет на эффективность его работы. Светодиод "ИОН" показывает работу источника внутреннего опорного напряжения TL494. Конденсаторы 0.22 и 1000 мкф обязательны, они предохраняют цепь питания от опасных выбросов высокочастотных токов, которые могут возникать от ЭДС самоиндукции обмоток трансформатора преобразователя. Цепочки по 5 и 6 выводам TL494 задают частоту генератора. В нашем случае это около 100 кГц.

 

Трансформатор сделан на базе "железа" трансформатора от компьютерного БП. Все старые обмотки с трансформатора удаляются. Вторичная обмотка содержит 60 - 70 витков провода ПЭВ 0.5 мм, первичная 3 + 3 витка провода ПЭВ 1 мм.

 

Диоды выпрямителя - HER308. Можно использовать наши КД213А, у них почти 2х кратный запас по напряжению, в этой схеме они будут работать нормально. С целью снижения радиопомех, провода от вторичной обмотки до диодов должны быть как можно короче.

 

Блок управления устройством состоит из четырех микросхем и стабилизатора напряжения. Микросхема NE555 формирует импульсы шириной около 15 мксек и частотой следования 8 кГц нужна для управления тиристорами. Микросхема содержит встроенный стабилизатор напряжения, поэтому ее можно питать от первичного источника питания напрямую - без стабилизатора и фильтра. Импульсный сигнал снимается с вывода 3 и через резистор 51 ом, ограничивающий ток, подается на коллекторы ключей управления тиристорами (транзисторы 1-4). Поскольку от генератора следуют импульсы положительной полярности подавать их можно сразу, без какой-либо развязки. Если на базе транзистора присутствует лог.1, по приходу импульса от NE555 транзистор будет вынужден открыться, соответственно, импульс попадет в первичную обмотку трансформатора. Обмотка трансформатора замыкает эту цепь на землю. Поскольку мы имеем дело с короткими импульсами, в схеме ничего не греется.

 

Внимание! Установка диодов, шунтирующих первичные обмотки трансформаторов обязательна! ЭДС самоиндукции обмоток трансформаторов, а также что-то (радиант Пети Лиденмана ), пролезающие при коммутациях в силовой части наводит в трансформаторах токи, которые прут в блок управления и срывают работу генератора или открывают несколько тиристоров одновременно. В общем, схема упорно не работала, пока не были установлены эти диоды. Светодиоды нужны для визуальной индикации тактов работы устройства, а также предотвращают попадание сигнала от NE555 на выходы триггеров.

 

Микросхема 561ЛА7 является задающим генератором. Резистор на 470 кОм и конденсатор 1 мкф. образуют RC цепочку, от которой зависит частота. Частоту можно менять в широких пределах от 0 до 200 Гц. Микросхемы 561ТМ2 составляют кольцевой счетчик, который обеспечивает _поочередное_ формирование лог. 1 на _инверсных_ выходах триггеров (Внимание! В схеме есть ошибка - прямые выходы перепутаны с инверсными), которые, через диоды соединены с транзисторами.

 

Эта часть схемы не самое лучшее решение - просто я собрал из того, что было под рукой.

 

Более правильно поставить сдвиговый регистр типа ИР23 или что-то подобное, а еще лучше - УПРАВЛЯТЬ ДЕВАЙСОМ С КОМПА через параллельный порт. Тогда можно написав простейшую программу посылать в порт байт, 4 младших бита которого будут содержать слово для коммутации. Так можно точно задавать частоту повторения импульсов и их длительность с точностью до микросекунды. Однако, это было, наверное, бы уже слишком, поэтому было сделано так, как это есть. Кнопка "Пуск" нужна для запуска счетчика.

 

Стабилизатор напряжения на 142ЕН8 отвязывает блок управления от источника питания и исключает попадание выбросов от коммутации в схему. Установка его обязательна.

 

Да, Самый важный момент!

 

Цепочка прямого выхода четвертого триггера > VD5 > 4 вывод TL494 образует цепь управления (включения/отключения) инвертора напряжения 12 > 500, о котором было рассказано выше. БЕЗ ЭТОЙ ЦЕПОЧКИ НИЧЕГО РАБОТАТЬ НЕ БУДЕТ, а будет грандиозное КЗ и выгорание транзисторов!

 

Как было сказано в самом начале, источник питания включается только тогда, когда это на самом деле НУЖНО, т.е. на "4" такте коммутации, т.е. когда открыт тиристор 4. В этом вся суть! Это обеспечивает подпитку контура новой порцией энергии для компенсации потерь. Диод VD 5 предотвращает появление лог. 0 на 4 выводе TL 494, что не позволяет последней, формировать слишком широкие импульсы, т.е. всаживать в транс много ампер. В нашем деле это не нужно.

 

Вопросы, пожелания?

 

Пишите:

Энергия не может принадлежать кому-то одному, потому что мы, и все вокруг нас - Энергия!

 

Мы должны развивать способы получения энергии из источников, которые неисчерпаемы, усовершенствовать методы, не требующие потребления и затрат каких бы то ни было материалов». Никола Тесла "Миссия науки", 1900 год

 

  Как сделать из магнитов генератор тока Как сделать из магнитов генератор тока Как сделать из магнитов генератор тока Как сделать из магнитов генератор тока Как сделать из магнитов генератор тока Как сделать из магнитов генератор тока

Похожие статьи:




Вышивка бисером дерева




Пригласить друга в варфейс и получить подарок




Прически с бантиками своими руками




Как сделать разговор в тс на кнопку разговор




Открытки бабушке с днем рождения внучки 1 годик