ИМПУЛЬСЫ ЭДС САМОИНДУКЦИИ Анонс.

ИМПУЛЬСЫ ЭДС САМОИНДУКЦИИ
Анонс. Экспериментальные исследования работы электромоторов-генераторов впервые
дают информацию о странном поведении импульсов ЭДС самоиндукции, которым принадлежит будущее в энергетике. Представим некоторые из этих странностей.
1. Вводная часть
Выдав техническое задание на изготовление МГ-3, мы радовались, получив его через
два месяца, но потом быстро разочаровались вместе с тем, кто размещал наш заказ на одном из солидных предприятий. Количество погрешностей изготовления оказалось так велико, что мы, не имея нужного оборудования, уже более 2-х месяцев устраняем эти погрешности. Причина – отсутствие квалифицированных токарей. Их, как объяснил нам заказчик изготовления МГ-3, днём с огнём не найдёшь. Все три роторных блока болтались
на его валу и в шпоночном пазу. Пришлось все эти болтанки устранять с помощью олова.
Но и это оказалось не всё. На чертеже точно указан немагнитный материал крышек - дюралюминий, но в реальности они оказались стальные - магнитопроводящие. Попытка
найти причину завершилась простым объяснением токаря: «Мне было дано указание сделать стальные». Кто дал указание? Так и осталось тайной. На устранение этих и других
погрешностей ушло более 2-х месяцев. Первые же экспериментальные пуски принесли
новые результаты.
2. Первые пуски электромотора-генератора МГ-3
Электромотор-генератор МГ-3 имеет ротор и статор из трёх блоков (рис. 1). Верхний
и средний – электромагнитные блоки, а нижний - из достаточно сильных постоянных магнитов. Проектировался он для питания от сети и от аккумуляторов с напряжением 12-48
Вольт. Новая намотка ротора, которую мы называем попутной, сразу дала обороты ротора
(общей массой 14,70кг) близкие к проектным (1500-2000 об/мин). Впервые, без каких –
либо электронных устройств, были сформированы достаточно симметричные треугольные импульсы напряжения, подаваемые от первичного источника питания (аккумулятора) в обмотку возбуждения ротора (рис. 2).
a)
b)
. Рис. 1. а) МГ-3 в рабочем виде; b) МГ-3 в нерабочем виде
2
Осциллограмма на клеммах аккумулятора и ротора представлена на рис. 2.
Частота вращения ротора 1750 об/мин
Осциллограмма:
U i  24,00B; .
Скважность импульсов
S  10,0  2 / 5,7  3,5 .
U C  24,0 / 3,5  6,86B .
Ii  17,0 A; I C  4,86 A ;
PC  6,86  4,86  33,32 Bò .
Рис. 2. Осциллограмма на клеммах аккумулятора и ротора МГ-3
Итак, МГ-3 на холостом ходу без среднего блока ротора забирает из аккумулятора
33,32Ватт и генерирует электрическую мощность на статорах и механическую - на валу
ротора. Согласно новым законам механодинамики, механическая мощность на валу ротора численно равна кинетической энергии его вращения
1
1 1
1
 n 
2  3,14  1750 
E K   I   2   mri 2  
   11,7  (0,04)  
  157,00 Äæ .
2
2 2
4
30
 30 


2
2
(1)
Инерциальный момент Ìi , генерирующий кинетическую энергию (1) равномерно
вращающегося ротора, равен [3]
Mi 
P


30  P 30  157,00

 0,86 H  ì .
  n 3,14  1750
(2)
Энергетическая эффективность холостого хода МГ-3 при включении в работу
только верхнего блока ротора K E  157,00 / 33,32  4,86 .
Возникает вопрос: как ведут себя импульсы ЭДС самоиндукции, возникающие в
обмотке возбуждения ротора? Для получения ответа на этот вопрос импульсы ЭДС самоиндукции были сняты с ротора и направлены на зарядку аккумулятора и питание ячейки
электролизёра. На осциллограмме (рис. 3) представлены импульсы ЭДС самоиндукции,
возникающие в обмотке возбуждения ротора.
Напряжение индукции в обмотке
ротора - 24,0 В;
Амплитуда напряжения импульсов
самоиндукции в обмотке ротора 200,0 В.
Рис. 3. Импульсы ЭДС самоиндукции в обмотке возбуждения ротора
3
На рис. 4. представлены эти же импульсы ЭДС самоиндукции, снятые с клемм заряжаемого ими аккумулятора.
Ток, показываемый прибором - 0,6 А.
Данные осциллограммы:
Скважность импульсов
S  14 / 2,7  5,2 ;
U i  26,0B ; U C  26,0 / 5,2  5,0 B
I i  4,8 A ; I C  0,6 A .
Средняя мощность
PC  5,0  0,6  3,0 Bò .
Рис. 4. Осциллограмма на клеммах аккумулятора, заряжаемого импульсами ЭДС
самоиндукции, снимаемыми с обмотки возбуждения ротора МГ-3
на холостом ходу при работе только верхнего блока ротора
Нетрудно видеть (рис. 4), что аккумулятор уменьшает амплитуду импульса ЭДС
самоиндукции с 200В до 25В и почти не изменяет длительность импульсов ЭДС самоиндукции, получаемых с обмотки возбуждения ротора. На рис. 5. представлены эти же импульсы, снятые с клемм электролизёра.
Нагрузка- 5 ячеек электролизёра
Осциллограмма:
Скважность импульсов
S  15 / 4  3,75 .
Амплитуда импульса напряжения
U i  8,90 B ;
U C  8,90 / 3,75  2,37 B ;
I i  20,0 A ; I C  1,20 A .
Средняя мощность
PC  2,37  1,20  2,84 Bò
Рис. 5. Осциллограмма импульсов ЭДС самоиндукции, снятая с клемм ротора и
направленная на клеммы 5-ти ячеек электролизёра
Как видно (рис. 4 и 5), импульсы ЭДС самоиндукции в обмотке возбуждения ротора генерируют, примерно, 10% мощности, забираемой МГ-3 из первичного источника питания – аккумулятора. Этого, конечно, недостаточно для работы блока: аккумулятор +
электромотор-генератор + электролизёр в автономном режиме. Но у нас ещё большой, неиспользованный запас импульсов индукции и самоиндукции, генерируемых в статорах
двух верхних блоков и в статоре нижнего блока, питаемого постоянными магнитами. Все
эти резервы будут последовательно включены. Ожидаемый результат уже можно прогно-
4
зировать по результатам испытаний МГ-1. Представляем импульсы ЭДС самоиндукции,
возникающие в обмотке возбуждения ротора электромотора - генератора МГ-1 и в обмотке его статора (рис. 6) [1], [2], [3].
Рис. 6. Фото электромотора-генератора МГ-1
Напряжение от первичного источника питания подаётся в обмотку возбуждения
ротора МГ-1 импульсами (рис. 7, а). Импульсы ЭДС самоиндукции, рождающиеся в обмотке возбуждения ротора (рис. 7, а) генерируют импульсы ЭДС самоиндукции в обмотке статора (рис. 7, b).
а)
b)
Рис. 7. Осциллограммы на холостом ходу: а) на клеммах ротора; b) на клеммах статора
На рис. 8 – эти же импульсы (рис. 7, b), трансформированные одной ячейкой классического электролизёра. Ячейка электролизёра
уменьшает амплитуду импульса с
до,
примерно,
,
то
есть
в
количество
раз, равное скважности имU A  44B
U A  2,20B
пульсов (S=21,51) ЭДС самоиндукции статора на холостом ходу генератора и увеличивает его длительность  US и длительность действия тока  IS во столько же раз (рис. 8). Таким образом, длительность импульсов ЭДС самоиндукции  SI , генерируемых в обмотке
возбуждения ротора увеличивается в обмотке возбуждения статора  IS в 21,51 раза. Это
по сравнению с режимом холостого хода.
Чтобы упростить расчёт мощности, генерируемой импульсами ЭДС самоиндукции на клеммах электролизёра (рис. 8), приводим импульсы тока к прямоугольной форме. Тогда скважности импульсов напряжения и тока будут равны SU  S I  1,72 , а амплитуда тока I A  26,67 A . С учетом этого среднее напряжение, подаваемое в ячейку электролизёра, будет равно
5
Uc  U A / SU  2,20 / 1,72  1,28B .
(3)
Рис. 8. Импульсы ЭДС самоиндукции статора и тока на клеммах электролизёра
Средняя величина тока равна
Ic  I A / S I  26,67 / 1,72  15,51A ,
(4)
а мощности –
PC  U C  I C  1,28  15,51  19,85Âò .
(5)
Осциллограммы импульсов ЭДС индукции U I и самоиндукции U S в обмотке возбуждения ротора представлены на рис. 9. Как видно (рис. 9 а), длительность  IS импульсов тока I SI , генерируемого ЭДС самоиндукции в обмотке ротора меньше длительности
импульсов самой ЭДС самоиндукции  US . Это центральный момент в понимании причины большей электрической мощности в обмотке статора, чем в обмотке ротора, получающего энергию от первичного источника питания.
а) импульсы ЭДС индукции
в обмотке ротора
b) импульсы ЭДС самоиндукции
в обмотке статора
6
Рис. 9. Импульсы в обмотках ротора и статора
По данным осциллографа (рис. 9, а) среднее напряжение в обмотке ротора равно
U C  36,60B , а средняя величина тока – 0,70А. Средняя импульсная мощность равна
PC  U C  I C  36,60  0,70  25,62 Bò . Среднее напряжение импульсов ЭДС самоиндукции
в обмотке статора равно U C  1,68B , а средняя величина тока I C  18,98 A . В результате
средняя импульсная мощность ЭДС самоиндукции статора оказывается равной
PC  U C  I C  1,68  18,98  31,89Bò . Это больше мощности (25,62), забираемой из первичного источника питания.
Физика процесса генерирования импульсов ЭДС самоиндукции заключается в том,
что при формировании импульса индукции в обмотке возбуждения ротора электроны в
проводе этой обмотки сориентированы от (+) к минусу (-). В результате этой ориентации
они формируют суммарное магнитное поле всеми витками обмотки со строгой направленностью вектора магнитного момента (рис. 10, а).
Рис. 10. Схемы движения электронов в проводе от плюса (+) к минусу (-) и формирования на его концах южного (S) и северного (N) магнитных полюсов и магнитного поля М 0
вокруг провода: а) электроны ориентированы вверх; b) электроны ориентированы вниз
Как только электрическая цепь разрывается, то электроны меняют своё направление в проводе обмотки возбуждения ротора на 180 0 (рис. 10, b) и знаки потенциалов на
концах разорванной цепи обмотки возбуждения ротора меняются на противоположные.
Разомкнутость цепи статора при холостом ходе ротора в этот момент, быстро переводит
все электроны в проводе его обмотки в безориентированное состояние (рис. 11) и узкий
импульс в обмотке ротора исчезает (рис. 9, а).
Рис. 11. Схема ориентации спинов h свободных электронов
Если же цепь ЭДС самоиндукции статора замкнута, то она увеличивает длительность пребывания электронов в обмотке возбуждения ротора в состоянии, повёрнутом на
180 0 после разрыва цепи, питающей ротор. Очень важно понимать, что на поддержание
7
новой ориентации электронов в обмотке возбуждения ротора не расходуется энергия первичного источника питания, так цепь к нему в этот момент разомкнута. В результате родившийся электрический потенциал (ЭДС самоиндукции) в обмотке возбуждения ротора
формирует аналогичный электрический потенциал (ЭДС самоиндукции) в обмотке статора без затрат энергии первичного источника питания. Родившийся электрический потенциал в обмотке статора начинает разряжаться в ячейке электролизёра, формируя соответствующий ток, величина которого уже не имеет отношения к первичному источнику питания. В результате электрическая мощность в обмотке статора оказывается больше электрической мощности в обмотке ротора.
Эксперименты показывают, что электрическая мощность на клеммах ротора МГ-1,
примерно, равна механической мощности на валу его ротора. Поэтому для полной реализации энергетических возможностей электромотора – генератора надо загружать вал ротора механической нагрузкой. Роль такой нагрузки у МГ-3 выполняет нижний роторностаторный блок c с постоянными магнитами, который ещё не испытывался (рис. 1, b).
Главное достоинство ЭДС самоиндукции статора – возможность формирования
импульсов тока с амплитудами 100 и более Ампер. Это главное требование для питания
плазменного электролизёра самостоятельно настраивающегося на резонансный режим
разложения воды на водород и кислород. Первая модель такого электролизёра уже испытана и показала прогнозируемые результаты эффективности.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Импульсы ЭДС самоиндукции статора, поданные на клеммы ячейки электролизёра,
значительно увеличивают не только свою длительность, но и длительность импульсов тока, рождающегося при этом в обмотке статора. В результате генерируется дополнительная электрическая энергия, уменьшающая затраты энергии на электролиз воды.
ЛИТЕРАТУРА
1. Канарёв Ф.М. Импульсная энергетика. Том II 15-го издания монографии «Начала физхимии микромира». http://www.micro-world.su/
2. Канарёв Ф.М. Начала физхимии микромира. Монография. Том I. 15-е издание.
2010. http://www.micro-world.su/
3. Канарёв Ф.М. Кратко о новом законе формирования электрической мощности.
http://www.micro-world.su/ Пака «Статьи»
4. Канарёв Ф.М. Энергия импульсов ЭДС самоиндукции. http://www.micro-world.su/
Пака «Статьи»