РОССИЙСКАЯ НАУКА ОТКРЫВАЕТ ПУТЬ ЭКОНОМНОЙ ИМПУЛЬСНОЙ ЭНГЕРГЕТИКЕ Канарёв Ф.М.

РОССИЙСКАЯ НАУКА ОТКРЫВАЕТ ПУТЬ
ЭКОНОМНОЙ ИМПУЛЬСНОЙ ЭНГЕРГЕТИКЕ
Канарёв Ф.М.
[email protected]
Анонс. Теоретически и экспериментально доказано, что все счётчики электроэнергии завышают реальный её импульсный расход в количество раз, равное скважности импульсов
напряжения. В России уже разработаны импульсные тепловые ячейки, потребляющие
электроэнергию из сети со скважностью импульсов напряжения и тока, равной 100. Разработка новых счётчиков электроэнергии, правильно учитывающих её импульсный расход, открывает рынок отопительным батареям, снижающим расход электроэнергии минимум в 20 раз. [1], [2], [3], [5], [6].
На пути к экономной импульсной энергетике два барьера: административный и
научный. Суть административного барьера заключается в том, что РАН до сих пор удаётся убеждать российскую власть в том, что все научные результаты, рождающиеся без участия академиков, лженаучны. Поэтому мы не будем анализировать и обсуждать административный барьер. Проанализируем суть лишь научного барьера. Она заключается в отсутствии методики разработки математической программы, закладываемой в счётчики
электроэнергии, для правильного учёта её импульсного расхода. Учитывая важность проблемы, повторно представим теоретические и экспериментальные результаты, доказывающие ошибочность математической модели, заложенной в счётчики электроэнергии.
В системе СИ энергия выражается в Джоулях (Дж) [7]. Количество электрической
энергии E зависит от напряжения U , тока I и времени t их действия и определяется
зависимостью [1]
E  U  I  tÄæ .
(1)
Чтобы иметь представление о величине энергии, генерируемой в одну секунду,
введено понятие мощность. Она определяется по формуле [7]
P  U  IÄæ / ñ  Âò .
(2)
Когда напряжение и ток непрерывны (рис. 1), то средняя мощность рассчитывается
по формуле
PÑ  U Ñ  I Ñ ,
(3)
Рис. 1. Осциллограмма напряжения и тока на клеммах аккумулятора и лампочки
2
Если же напряжение и ток потребляются импульсами с длительностью (например,
  0,0025ñ рис. 2) значительно меньшей длительности секунды, то мощность, определённая произведением амплитуд импульсов напряжения и тока, уже не соответствует системе СИ, которая требует их непрерывного действия в интервале длительности всей секунды [5]. Только в этом случае энергия, произведённая или потреблённая за одну секунду, будет соответствовать понятию Ватт. Таким образом, чтобы результат перемножения импульсных значений напряжения и тока соответствовал системе СИ, надо действие
напряжения и тока растянуть до длительности одной секунды (рис. 2) [7]. Для реализации
этой операции, давно введено понятие «скважность импульсов». Если импульсы напряжения и тока прямоугольные (рис. 2), то их скважность S равна отношению периода T следования импульсов к длительности  импульса (рис. 2) [5].
T
S .
(4)

Рис. 2. Осциллограмма импульсной разрядки аккумулятора
Если импульсы имеют сложную форму, то их скважность определяется отношением площади осциллограммы, ограниченной по горизонтали длительностью периода T
(рис. 2), а по вертикали – амплитудой импульсов напряжения U A или тока I A к площади,
занимаемой этими импульсами в указанных границах. При этом скважность импульсов
напряжения SU может отличаться от скважности импульсов тока S I . Тогда средние величины напряжения U C и тока I C , соответствующие понятию Ватт, определяются по
формулам:
U
(5)
UC  A ;
SU
I
(6)
IC  A .
SI
3
Из этого следует, что средняя импульсная мощность PC , соответствующая понятию Ватт, определится по формуле [1], [2], [4], [5], [6]
PC  U C  I C 
UA IA
U I
 ...åñëè...SU  S I  S ..,..òî ..PC  A 2 A .
SU  S I
S
(7)
Проверяем физическое соответствие этой формулы системе СИ [7]. Наличие
скважности импульсов тока S I , подтверждает то, что величина амплитуды тока I A растянута до значения, соответствующего непрерывному действию тока в течение всего периода T . Далее, появление импульсов тока (рис. 2) с амплитудами I A автоматически формирует импульсы напряжения с амплитудами U A и длительностью  , соответствующей
длительности импульсов тока (рис. 2). Чтобы указанные импульсы напряжения также соответствовали системе СИ, их тоже надо растянуть до длительности периода T , то есть
разделить амплитудные значения напряжения U A на скважность их импульсов SU . Описанное чётко отражено в формуле (7). Значит, она точно отражает физический смысл, заложенный системой СИ в понятие Ватт (5, 6)[7].
Однако, в учебниках по электротехнике и электродинамике уже более 100 лет
написано, что средняя импульсная мощность рассчитывается по формуле (8), содержащей лишь скважность импульсов тока S I , и никто не удосужился проверить соответствие
физического содержания этой формулы системе СИ.
T
T
I
1
1
PC   P(t )dt   U (t )dt  I (t )dt  PC  U C  A .
T0
T0
SI
(8)
Проверка соответствия её системе СИ обусловлена необходимостью получения достоверной информации о правильном переводе электрической энергии в другие виды
энергии, например, в тепловую [7]. Однако, никто этого не делает, свято веря математикам, разрабатывающим электронные программы для электроизмерительных приборов, на
основе этой формулы (8). Чтобы проверка была наглядной, привяжем её к осциллограмме, снятой с клемм аккумулятора, к которому подключена лампочка, потребляющая
энергию импульсами тока с амплитудами I A , и импульсами напряжения с амплитудами
U A (рис. 2). Когда импульс тока исчезает, то напряжение на клеммах аккумулятора восстанавливается до прежней величины и оно не участвует в формировании мощности, отбираемой у аккумулятора, до появления следующего импульса тока.
Наличие в формуле (8) скважности S I импульсов тока I A означает, что его амплитудное значение растянуто до длительности периода T . Это полностью соответствует
понятию Ватт. Отсутствие скважности SU импульсов напряжения U A в формуле (8) автоматически означает, что величина U A (рис. 2) осталась не растянутой до длительности
всего периода T и участвует в формировании мощности всей своей величиной U A в течение всего периода, что искажает конечный результат в количество раз, равное скважности
импульсов SU напряжения. Это и есть фундаментальная физическая ошибка математиков,
которая оставалась незамеченной более 100 лет.
Вновь обращаемся к рис. 2 и видим, что величина напряжения участвует в формировании мощности только в интервале длительности импульса  и не участвует в интервале T   , поэтому мы обязаны растянуть её амплитуду ( U A ) на весь интервал T   .
Делается это путём деления величины U A на скважность SU импульсов напряжения . Отсутствие этой операции в математической модели (8) автоматически делает величину
4
средней мощности PC не соответствующей системе СИ в количество раз равное скважности импульсов напряжения SU .
Так что существующий процесс учета импульсной электроэнергии, основанный на
математической модели (8), – произволен и противоречит понятию Ватт, заложенному
в систему СИ. Он даёт не Ватты, а винегрет из электрических величин. Все электросчётчики игнорируют передачу потребителю импульсов напряжения, так как в основу их действия заложена ошибочная математическая модель (8), не учитывающая скважность SU
импульсов напряжения и поэтому неправильно определяющая среднюю величину импульсной мощности PC .
В качестве доказательства достоверности нового закона формирования электрической мощности (7) проанализируем баланс мощности электромотора – генератора МГ-2,
который потребляет энергию импульсами из аккумулятора напрямую, без каких либо
промежуточных электронных устройств (рис. 3). Роль мотора у него выполняет ротор, а
роль генератора – статор.
Рис. 3. Мотор-генератор МГ-2 и мотоциклетный аккумулятор для его питания
В качестве нагрузки возьмём ячейку электролизёра (рис. 4), проследим за процессом разрядки мотоциклетного аккумулятора 6МТС-9, питающего мотор – генератор, и
сравним с процессом разрядки такого же аккумулятора, питающего совокупность лампочек с общей мощностью, рассчитанной по формуле (8).
Рис. 4. Фото МГ-2 + 2 аккумулятора 6МТС-9 + ячейка электролизёра
5
Электромотор – генератор МГ-2 работал в режиме поочерёдной разрядки и зарядки
аккумуляторов, как автономный источник энергии, одновременно питавший ячейку электролизёра. Осциллограммы на 100 – й минуте опыта, длившегося 3 часа 10 мин., представлены на рис. 5. Ротор электромотора-генератора МГ-2 вращался с частотой 1800об/мин.
На РОТОРЕ –рабочий ход
Ток прибора, 2,80А;
n  1800îá / ìèí .
Осциллограф:
U A  12,60B ;
U CC  12,30 B ;
I A  23,60 A ;
I C  3,08 A ;
PCC  U CC  I C  12,30  3,08  37,88Bò .
Расчётные данные:
SU  3,67 ; U C  11,0 / 3,67  3,0 B ;
PC  U C  I C  3,00  3,08  9,33Âò .
На СТАТОРЕ +1 ячейка
На СТАТОРЕ + зарядка аккумуляторов
Осциллограф:
U A  2,18B ;
U CC  1,99 B ;
I A  9,30 A ;
I C  2,77 A ;
PCC  U CC  I C  1,99  2,77  5,51Bò .
Расход раствора - ∆m=4,6 г,
8,57л или 2,7 л/час ( O2  H 2 ).
Расчётные данные:
SU  3,67 ; U C  0,59B ;
PC  U C  I C  0,59  2,77  1,63Âò ;
PC ( óä.)  1,63 / 2,70 
.
 0,60 Âò / ë(O2  H 2 )
Осциллограф:
U A  6,96B ;
U CC  6,57 B ;
I A  3,87 A ;
I C  0,49 A ;
PCC  U CC  I C  6,57  0,49  3,22Bò .
Расчётные данные:
SU  4,0 ; U C  6,57 / 4  1,64B ;
PC  U C  I C  1,64  0,49  0,80Âò .
6
Рис. 5. Осциллограммы электромотора-генератора МГ-2 на 100 – й минуте эксперимента
Итак, электронная программа осциллографа (рис. 5), определяющая средние значения напряжения и тока, базируется на математической модели (8). Справа осциллограмм
(рис. 5) представлены старые средние значения напряжения U CÑ и тока I C , определённые этой программой автоматически. Средняя мощность, следующая из этих значений,
названа старой мощностью и обозначена PCC  U CÑ  I C . Для расчёта новой мощности, которая обозначена PC  U C  I C , величина среднего напряжения U C определялась с учётом
скважности его импульсов (рис. 5). Результаты расчётов, следующие из осциллограмм
(рис. 5) представляем в таблице 1.
Таблица 1. Старые PCC и новые PC средние импульсные мощности
на клеммах ротора и статора МГ-2
Мощность на клеммах:
Старая мощность, PCC Вт Новая мощность, PC Вт
1. Ротор (рабочий ход)
37,88
9,33
2. Статор (ЭДС самоиндукции)
5,51
1,63
3. Статор (ЭДС индукции)
3,22
0,80
Общее время эксперимента: 3 ч 10 мин. Получено
8,57 литров H 2  O2 .
Таблица 2. Падение напряжения на клеммах аккумуляторов за 3 часа 10 минут
Номера
Начальное напряжение
Конечное напряжение
аккумуляторов
на клеммах
на клеммах
аккумуляторов, В
аккумуляторов, В
1+2 (разрядка)
12,28
12,00
3+4 (разрядка)
12,33
12,00
Теперь главное - доказательство ошибочности старого математического закона (8)
формирования импульсной электрической мощности и достоверность нового закона (7).
Согласно старому закону (8) формирования средней величины импульсной электрической
мощности на клеммах ротора МГ-2, подключённого к аккумулятору, старая средняя импульсная мощность равна PCC  37,88Âò (рис. 5, первая осциллограмма). Каждая из двух
пар 6-ти вольтовых аккумуляторов, соединённых последовательно при импульсной подаче электроэнергии в обмотку возбуждения ротора в течение 3 часов 10 минут снижала
напряжения на своих клеммах (табл. 2) в среднем на 0,10В/час.
Начальное напряжение на клеммах аккумуляторов, к которым были подключены
лампочки общей мощностью (21+5+5+5)=36,00 Вт , равнялось 12,78В. После 1-го часа и
40 минут оно опустилось до 4,86В или на 7,92В. Это в 7,92/0,3=26,00 раз больше скорости падения напряжения на клеммах аккумуляторов, питавших МГ-2, без учета разного
времени их работы. Этого вполне достаточно, чтобы сделать однозначный вывод о полной ошибочности старого закона (8) формирования импульсной электрической мощности.
Конечно, мы не учли 8,57л смеси водорода и кислорода, полученной путём электролиза
воды электрической энергией, вырабатываемой МГ-2. Это, как говорят, дополнительная
энергия. Из осциллограммы на рис. 5 следует, что прямые затраты электроэнергии на получение одного литра смеси водорода и кислорода составили 0,60Ватта.
Специалисты понимают, что новый закон формирования электрической мощности
доказывает ошибочность многих теоретических положений электротехники и электродинамики. Впереди большая работа по их исправлению. Новый закон формирования импульсной электрической мощности открывает неограниченные возможности для разработки экономных генераторов и потребителей электрической энергии.
Уважаемые математики! Сколько лет скрывалась от нас Ваша фундаментальная
физическая ошибка? Мы с почтением относимся к Вашему труду по разработке компью-
7
терных программ, для которых не требуются глубокие физические знания, но мы теперь
не можем доверять Вашим результатам, описывающим физические процессы и явления.
Для Вас пришла пора перестраиваться. Не мы виновники этой необходимости. Она следует из естественного процесса развития науки, продолжением которого, в данном случае,
является необходимость разработки методики для составления такой математической программы, закладываемой в счётчики электроэнергии, ваттметры и осциллографы, которая
правильно учитывала бы не только её непрерывный расход, как сейчас, но и импульсный,
как должно быть [1], [2], [3], [4], [5], [6].
Для этого обращаем Ваше внимание на самый простой случай – потребление электроэнергии из аккумулятора импульсами напряжения и тока (рис. 2). Известно, что отсутствие тока в цепи эквивалентно её разрыву. В этот момент ни напряжение, ни ток не
участвуют в формировании мощности, забираемой с клемм аккумулятора. Электронная
программа, заложенная в осциллограф, чётко учтёт в каждом периоде количество ординат
тока, равных его амплитудному значению I A и количество ординат тока, равных нулю.
Затем программа разделит суммарную величину ординат тока на общее количество ординат, измеренных в интервале периода T и выдаст среднюю величину тока I C за период.
Такая же программа, определяющая среднюю величину напряжения (см. рис. 2),
измерит такое же количество ординат напряжения за период T , сложит эти ординаты и,
разделив их сумму на количество ординат, выдаст среднюю величину напряжения U ÑÑ
(см. рис. 2), которое якобы все время участвовало в формировании мощности. Но на рис. 2
хорошо видно, что величина напряжения U ÑÑ участвует в формировании мощности лишь
в интервале длительности её импульса  и не участвует в интервале T   . Чтобы обеспечить это участие, надо растянуть амплитуду напряжения U ÑÑ до длительности всего
периода T . Делается это путём деления величины U ÑÑ на скважность её импульсов. Как
же составить математическую программу, обрабатывающую осциллограммы, чтобы она
учитывала скважность импульсов не только тока, но и напряжения????
Для этого надо, чтобы математическая программа, определяющая среднюю величину напряжения, приравнивала нулю ординаты напряжения, соответствующие ординатам тока, равным нулю, и учитывала их количество. Далее, получив сумму ординат
напряжения в интервале, например, периода, эта программа, должна делить указанную
сумму ординат на общее количество ординат, в которое входило бы и количество ординат, напряжения которых были приравнены нулю. В результате такой операции при
определении средней величины напряжения U C
автоматически будет учитываться
скважность его импульсов, то есть моменты времени, когда напряжение не участвует в
формировании мощности. Последующее перемножение средних величин напряжения U C
и тока I C , автоматически даст среднюю величину импульсной мощности PC , равной величине, определённой по формуле (7).
Мы рассмотрели самый простой случай формирования средней величины импульсной мощности, где скважности импульсов тока и напряжения равны. Теперь рассмотрим
самый сложный, когда импульсы тока генерируются хаотически, как в плазмоэлектролитическом процессе, например, (рис. 6).
Обратим внимание на то, что математической программе, обрабатывающей осциллограмму тока (рис. 6), несложно найти его среднюю величину. Она снимает в секунду
десятки тысяч ординат, в том числе и с нулевыми значениями тока (см. рис. 6, интервалы
1, 2, 3….14), а потом общую сумму ординат делит на их количество и получает среднюю
ординату или среднюю величину тока I C и проводит на осциллограмме (рис. 6) прямую
линию с величиной этой ординаты, показывая, таким образом, среднюю величину тока I C
(рис. 6). Тут проблем нет. Они возникают при составлении программы для определения
8
средней величины напряжения (рис. 7), участвующего в формировании средней величины
мощности PC .
Рис. 6. Осциллограмма тока в цепи питания плазмоэлектролитической ячейки
Рис. 7. Осциллограмма напряжения в сети питания плазмоэлектролитической ячейки
В чём ошибается существующая программа, определяющая среднюю величину
напряжения по осциллограмме на рис. 7 ???????? Она не учитывает моменты времени
неучастия напряжения в формировании мощности. Это моменты времени, в которые величина тока равна нулю (рис. 6, интервалы 1, 2, 3, …..14). Как же это учесть??????????
Программы, обрабатывающие осциллограммы напряжения и тока должны работать синхронно. Программа, обрабатывающая осциллограмму напряжения, должна приравнивать нулю все его ординаты в моменты времени, когда ординаты тока тоже равны
нулю. При этом количество ординат напряжения, величины которых приравнены нулю,
должно входить в общее количество ординат, измеренных на осциллограмме напряжения
за заданный промежуток времени. В результате такая программа учтёт только те ординаты напряжения, которые реально участвуют в формировании мощности вместе с током,
то есть в моменты времени, когда ординаты тока не были равны нулю. Деление общей
суммы всех ординат напряжения на их общее количество, в которое входbт и количество
ординат, соответствующих нулевым значениям тока, даёт реальную величину среднего
напряжения U C , участвующего в формировании средней величины импульсной мощности PC определяемой по формуле (7) [1].
9
Описанная методика обработки осциллограмм даст реальные средние значения
напряжения U C и тока I C , участвующие в формировании импульсной мощности, а перемножение их, даст реальную среднюю величину мощности PC (7), забранную у первичного источника энергии. Именно эта величина мощности подлежит оплате потребителем, а
не мощность, определённая по формуле (8), как это делается сейчас.
На рис. 8, а, b. Показаны две бытовые батареи отопления с площадью излучения
тепла, равной около 1,5 кв. метра.
Рис. 8. а) – батарея со стандартным нагревательным элементом;
b) – батарея с тремя экспериментальными ячейками
Рис. 9. Импульсы напряжения и тока со скважностью S  100
Нагревательным элементом первой батареи (рис. 8) является ТЭН мощностью
1,0кВт, а второй – три последовательно соединённые предплазменные ячейки, которые
питались импульсами напряжения, равными 1000В и импульсами тока, равными 150А.
Скважность импульсов напряжения и тока была равна S  100 (рис. 9). Это значит, что
при длительности эксперимента 5мин.=300с батарея получала энергию 300/100=3с, а 297с
не получала её, но существующий счётчик электроэнергии игнорирует это и считает её
все 300с.
10
Выравнивание скорости нагрева батарей осуществлялось путем регулирования
напряжения на клеммах батареи со стандартным нагревательным элементом. За 30 минут
поверхность обоих батарей нагревалась до 80 град. Мощность на клеммах стандартной
батареи бала 880Вт, а на клеммах экспериментальной батареи, определённая по формуле
(7), - 15Вт. Столько же потреблял и насос со стиральной машины, прокачивавший жидкость через батарею.
Что нужно сделать, чтобы начать коммерциализацию этих батарей??? Надо, чтобы
российская власть приняла решение о разработке универсальных счётчиков энергии, которые бы правильно учитывали не только непрерывное, но и импульсное её потребление.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Новый закон формирования электрической мощности (7) открывает неограниченные возможности в сокращении расхода электроэнергии путём замены непрерывных потребителей электроэнергии импульсными, при условии замены существующих счётчиков
электроэнергии, искажающих учёт её импульсного расхода, новыми, правильно учитывающими величину импульсной электроэнергии. Изготовленные и испытанные первые в
мире электромоторы – генераторы МГ-1 и МГ-2, вырабатывающие и потребляющие
электроэнергию импульсами, убедительно доказали достоверность нового закона формирования импульсной электрической мощности (7) и полную ошибочность старого (8) [5],
[6], [9], [10]. Представленная здесь методика составления математических программ для
счётчиков электроэнергии, правильно учитывающих её импульсное потребление, означает, что российская неакадемическая наука уже открыла путь экономной импульсной
энергетике. Следующий шаг должна сделать власть.
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. Механодинамика. Учебное пособие. http://www.micro-world.su/
4. Канарёв Ф.М. Глобальная физическая ошибка математиков.
http://www.sciteclibrary.ru/rus/avtors/k.html http://www.micro-world.su/
http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/10785.html
5.Канарёв Ф.М., Зацаринин С.Б. Баланс мощности мотора-генератора.
http://www.micro-world.su/ Папка «Статьи».
6. Канарёв Ф.М. Ближайшие перспективы бытовой энергетики.
http://www.micro-world.su/ Папка «Статьи».
7. Бурдун Г.Д. Справочник по международной системе единиц (СИ). М. 1977. Издательство стандартов. 232 с.
8. Канарёв Ф.М. Конец электротехнического закона сохранения энергии.
http://www.micro-world.su/ Папка «Статьи».
9. Канарёв Ф.М. Экономное электроосвещение. http://www.micro-world.su/
Папка «Статьи».
10. Канарёв Ф.М., Зацаринин С.Б. Автономный источник энергии.
http://www.micro-world.su/ Папка «Статьи».