МОТОР-ГЕНЕРАТОР

МОТОР-ГЕНЕРАТОР
Канарёв Ф.М., Зацаринин С.Б.
Анонс. Результаты испытаний первой модели мотора-генератора – простое и убедительное доказательство ошибочности первого закона Ньютона и существующей электродинамики.
Мотор-генератор МГ-1 имеет обычный ротор и обычный статор. Роль мотора у него выполняет ротор, а роль генератора статор (рис. 1). Потребовалось около 100 лет, чтобы понять, как заставить ротор генератора вращаться без постороннего привода.
Рис. 1. Фото мотора-генератора МГ-1
Испытания первой модели МГ-1 начались в начале июня 2010 и продолжаются до
сих пор. Ранее полученные результаты изложены в статье «Баланс мощности моторагенератора», но публиковать её в полном объёме пока нельзя, так как она содержит слишком много информации, которая относится к категории коммерческих секретов. Поэтому
мы публикуем в обобщённом виде лишь фрагменты этой статьи.
Прежде всего, рассмотрим баланс мощности МГ-1 на холостом ходу. Теоретическая структура этого баланса представлена на рис. 2.
Рис. 2. График изменения вращающих моментов, действующих на ротор МГ-1, при
запуске его в работу и при равномерном вращении
2
В момент начала вращения ротора его пусковой момент M Ï преодолевает сопротивления в виде моментов механических и рабочих сопротивлений  M C и в виде инерциального момента  Mi . Сумма этих сопротивлений равна  ( Mi  M C ) (рис. 2). Как
только ротор начинает вращаться равномерно, то инерциальный момент становится положительным  Mi и не сопротивляется вращению ротора, а способствует его равномерному вращению (рис. 2). Равномерному вращению ротора сопротивляются только рабочая
нагрузка и механические и аэродинамические сопротивления - M C . Осциллограмма импульсов напряжения и тока в момент начала вращения ротора представлена на рис. 3. Она
записывалась с сопротивлением 0,1 Ома. Это значит, что в одном делении осциллограммы
0,5/0,1=5А.
Рис. 3. Осциллограмма пусковых значений напряжения и тока обмотки возбуждения
ротора с маховиком
Амплитуда первого импульса тока более 13 А. Она больше средней амплитуды почти в 2 раза и это естественно, так как в этот момент вращению ротора сопротивляются не
только механические моменты  M C , но и инерциальный момент  M i (рис. 2). Анализ
осциллограммы на рис. 3, показывает, что величины амплитуд импульсов тока становятся
одинаковыми примерно после 20 импульса. Это значит, что равномерное вращение ротора
начинается после 20-го импульса. На рис. 2 этот момент соответствует точке В. Амплитуда первого импульса напряжения - 120В, а амплитуда первого импульса тока (рис. 3) 13А. Это значит, что мощность пускового импульса равна 120х13=1560 Вт. Но эта мощность забирается у первичного источника энергии один раз, в момент пуска ротора в работу и поэтому не учитывается в балансе мощности МГ-1, которая реализуется в течение
многих часов его работы.
Поскольку инерциальный момент ротора участвует в процессе его пуска, то надо
знать его величину. Для этого нужно, прежде всего, определить кинетическую энергию
равномерно вращающегося ротора и механическую мощность на его валу.
Связь между кинетической энергией E K равномерно движущегося тела и его мощностью P следует из работы, совершаемой при его равномерном движении за одну секунду.
3
P
E K mV 2
mV V
mV
ma
êã  ì ì


 
a 
V  2  
t
2t
2 t
2
2
ñ
ñ
9,80
Hì

 F V
 Âàòò .
2
ñ
(1)
Связь между кинетической энергией E K равномерно вращающегося тела и его
мощностью P также следует из работы, совершаемой им при равномерном вращении за
одну секунду
I i 
I i
E K I i 2
m  r 2
êã  ì 2  1.
P


 
 
 
 
t
2t
2 t
2
2
ñ
ñ2
9,80
Hì

 M i 
 Âàòò .
2
ñ
(2)
Таким образом, численная величина кинетической энергии, равномерно вращающегося ротора, равна механической мощности на его валу.
Физическую суть выполненных нами математических преобразований (2) можно
описать кратко так. Поскольку ротор вращается равномерно, то для определения механической мощности, скрытой в его вращении, надо его кинетическую энергию E K разделить
на время t . В каждую секунду вращательное движение ротора совершает работу, выражаемую в Джоулях (Дж). Это значит, что его механическая мощность численно равна величине кинетической энергии, делённой на секунду Дж/с = Ватт. Она присутствует на валу
ротора в процессе его вращения с постоянной скоростью все время. Это присутствие реализуется величиной инерциального момента Ì i .
Первый закон Ньютона, из которого следует, что при равномерном прямолинейном
движении тела или при равномерном его вращении на него не действуют никакие силы
или моменты сил, отрицает наличие инерциального момента Ì i на валу ротора при его
равномерном вращении. Чтобы убедиться в ошибочности первого закона Ньютона, определим величину инерциального момента на валу ротора МГ-1 при наличии у него маховика, который увеличивает радиус инерции ri ротора, а значит и момент его инерции I i .
Чтобы составить баланс мощности холостого хода МГ-1, надо учесть, что величина
энергии, расходуемой на преодоление инерциального момента в момент пуска ротора,
равна кинетической энергии его равномерного вращения. Для определения этой энергии
необходимо знать массу m ротора, момент его инерции I i и обороты n .
Тогда кинетическая (механическая) энергия (мощность) ротора, равномерно вращающегося с n=2000 об/мин, равна
2
1
1 1 2  n
2
E K   I     mri  
 
2
2 2
 30 
.
(3)
2
9,80
3
,
14

2000



 2,65  (0,045) 2  
  576,0 Äæ  576,0 Âò
4
30


Мы вычислили величину мощности на валу равномерно вращающегося ротора не
признаваемую динамикой Ньютона: на валу равномерно вращающегося ротора МГ-1 с
n = 2000об/мин. постоянно присутствует механическая мощность, равная 576,0 Вт (3).
Напряжение от первичного источника питания подаётся в обмотку возбуждения ротора МГ-1 в виде импульсов, длительность и амплитуду которых можно регулировать в
широком диапазоне, меняя скважность импульсов. На рис. 4, а представлены импульсы
4
напряжения минимальной длительности, которой удалось достичь, а на рис. 4, b - импульсы с большей длительностью.
а)
b)
Рис. 4. Осциллограмма холостого хода МГ-1:
а) при минимальной длительности импульсов; b) при большей длительности импульсов
Амплитуда импульсов напряжения (рис. 4, а), подаваемых в обмотку возбуждения
ротора, равна примерно U A  225B , а их скважность - SU  17 . Амплитуда импульсов тока в обмотке возбуждения ротора равна I A  5,0 A , а их скважность - S I  34 . С учетом
этого средние величины напряжения и тока равны (рис. 4, а):
U A 225

 13B ;
SU
17
I
5,0
IC  A 
 0,15 A .
S I 34
UC 
(4)
(5)
Вполне естественно, что средняя импульсная электрическая мощность, подаваемая
в обмотку возбуждения ротора, равна
PC  U C  I C  13  0,15  1,90 Bò .
(6)
На осциллограмме, представленной на рис. 4, b, импульсы напряжения длительнее,
а форма импульсов тока не треугольная. Скважность импульсов напряжения SU  5,93 , а
скважность импульсов тока S I  6,83 . Амплитуды импульсов напряжения равны
U A  175B , а тока I A  1,9 A . С учетом этого их средние значения равны U C  29,51B ,
I C  0,28 A соответственно, а средняя величина импульсной электрической мощности
равна
PC  U C  I C  29,51  0,28  8,26Bò .
(7)
Однако, современные учебники по электротехнике и электродинамике считают результаты (6) и (7) ошибочными и рекомендуют делить произведение амплитуд импульсов
напряжения U A и тока I A на скважность импульсов один раз.
5
PC 
UA  IA
.
S
(8)
Так как все первичные источники энергии генерируют непрерывное напряжение,
то расчёт мощности, забираемой из них мотором-генератором, надо вести по формуле (8).
Но как сделать это, если скважности импульсов напряжения и тока разные? Рекомендаций нет, потому что авторам подобных учебников неведом закон формирования
мощности в электрической цепи. Он гласит: средняя мощность в любом сечении электрической цепи равна произведению средних значений напряжения и тока (6), (7).
Так как напряжение сети не импульсное, а непрерывное, то при определении средней
мощности на клеммах счётчика электроэнергии мы в соответствии с законом формирования мощности в электрической цепи не имеем права делить такое напряжение на скважность импульсов. Закон разрешает нам в этом случае делить на скважность импульсов
только ток. С учетом этого мощность на клеммах счётчика электроэнергии, следующая из
осциллограммы на рис. 4, а, равна
PC 
U A  I A 225  5,0

 33,0 Bò .
SI
34,0
(9)
В блок питания ротора МГ-1 подаётся не импульсное, а непрерывное напряжение,
поэтому мощность (рис. 4, b), забираемая блоком питания из сети, равна
PCC 
U A  I A 175  1,9

 48,68Bò
Si
6,83
(10)
Как же понимать величины мощностей, рассчитанные по формулам (9) и (10), и величины мощностей, следующие из осциллограмм на (рис. 4, а) и (рис. 4, b) и рассчитанные по формулам (6) и (7)?.
Если при перемножении амплитудных значений напряжения и тока мы делим на
скважность импульсов только амплитуду импульсов тока, то физическая суть этого действия означает, что напряжение подаётся в обмотку ротора не импульсно, а непрерывно,
что явно противоречит реальности (рис. 4) и закону формирования мощности в электрической цепи. Как быть? Надо понять, что сумма импульсных мощностей в разных участках
электрической цепи не равна мощности, забираемой из первичного источника энергии.
Необычное следствие, но только при признании его достоверным устраняются все противоречия в процессе анализа баланса импульсной мощности. Устранение этих противоречий диктуется необходимостью получения результатов анализа энергетических процессов, протекающих в потребителях импульсной электроэнергии, соответствующих реальности, которая проверяется согласованностью потребляемой электрической энергии с
энергетикой химических реакций, протекающих, например, при электролизе воды.
Итак, мощность, забираемая блоком питания МГ-1 из первичного источника энергии с непрерывным напряжением, равна 33,0 Вт (9) или 48,68 Вт (10), а импульсные мощности, подаваемые блоком питания в обмотку возбуждения ротора, равны 1,90Вт (6) или
8,26 Вт (7).
Так как ротор вращается равномерно, то первый закон Ньютона утверждает, что
сумма моментов, действующих на него, равна нулю. Это значит, что равномерно вращающийся ротор не нуждается в дополнительной энергии или мощности, для поддержания
его равномерного вращения, но эксперимент отрицает это. Ротор может вращаться равномерно только при условии подачи в блок его питания 33 Вт или 48,68 Вт мощности от
внешнего источника питания. Закон формирования мощности в электрической цепи уточняет, что мощности 33 Вт (9) и 48,68 (10), подаваемые в блок питания равномерно вра-
6
щающегося ротора, соответствуют непрерывному напряжению на клеммах первичного
источника питания. В обмотку возбуждения ротора подаются импульсы и напряжения, и
тока, поэтому реальная электрическая мощность, подаваемая в обмотку ротора, равна 1,9
Вт (6) и 8,26 Вт (7). Это уже ближе к нулю, соответствующему первому закону Ньютона,
но не равно нулю, что и доказывает несостоятельность этого закона.
А теперь проанализируем физическую суть реализации импульсных мощностей
1,9Вт (6) и 8,26 Вт (7).
На рис. 2 положительный  Mi инерциальный момент соответствует механической
энергии (мощности) равномерно вращающегося ротора. Мощность, соответствующая
этому моменту, равна 576,0 Вт (3). Эта мощность присутствует на валу ротора постоянно
при его равномерном вращении. Когда в обмотку ротора подаются импульсы напряжения
с амплитудами: U A  225B или U A  175B , то одновременно формируются импульсы токов с амплитудами I A  5,0 A (рис. 4, а). или 1,9 А (рис. 4, b). Средние значения этих импульсов равны U C  13,0 Â (4), I C  0,15 A (5) или U C  29,51Â и I C  0,28 A , а их средние
электрические мощности равны 1,90 Вт (6) и 8,26 Вт (7). Это реальные электрические
мощности импульсов, поданных от первичного источника энергии в обмотку ротора. Они
складывается с величиной инерциальной механической мощности 576,0 Вт (3), постоянно
присутствующей на валу ротора при его равномерном вращении (рис. 2). В результате
этого постоянный инерциальный момент  Mi получает импульсную прибавку  Mi
(рис. 2), величина которой соответствует импульсу электрической мощности PC  1,90 Âò
(6) или PC  8,26 Âò (7). Эти прибавки идут на преодоление сопротивлений  Mc , которые формируются процессами генерации напряжения и тока в обмотке ротора в моменты,
когда его цепь замкнута (рис. 2, интервалы B1Ñ1 и B2Ñ2 ). Как только цепь ротора размыкается, то эти сопротивления исчезают (рис. 2, интервал Ñ1 ...Â2 или D…E), а оставшийся
запас инерциального момента  Mi продолжает вращать ротор до получения им следующего импульса (рис. 2, точка A2 ). Из этого следует, что ротор забирает из блока питания
импульсы электрической энергии, средняя мощность которых равна 1,90 Ватта (6) или
8,26 Вт (7). Мощности же 33 Вт (9) и 48,68 Вт (10) соответствуют не импульсному напряжению, а непрерывному напряжению сети. Ещё раз обратим внимание на то, что мощности 33,0 Вт и 48,68 Вт соответствуют средним, непрерывно генерируемым напряжениям
сети, но не средним импульсным напряжениям, подаваемым на щётки ротора моторагенератора МГ-1.
Мы рассмотрели процесс пуска ротора МГ-1 и процесс его равномерного вращения
при минимальной длительности импульсов напряжения (рис. 4, а) и нас удивляет мизерная величина электрической мощности 1,9 Вт (6), которая вращает равномерно ротор с
массой 2,6 кг и частотой 2000 об./мин. Это удивление – следствие не учета 576Вт мощности, постоянно присутствующей на валу ротора МГ-1 при его равномерном вращении.
Этот неучёт сформирован ошибочным первым законом Ньютона.
Таким образом, постоянно присутствующая механическая мощность 576 Вт на валу
ротора преодолевает все виды постоянных сопротивлений его вращению, а импульсы
электрической мощности 1,9 Вт (6) или 8,26 Вт (7) преодолевают периодически возникающие сопротивления при формировании импульсов напряжения и тока в обмотке возбуждения ротора (рис. 2, интервалы Â1Ñ1 .....B2C2 .... .
А теперь обратим внимание на узкий импульс (рис. 4, b) S, возникающий в обмотке
возбуждения ротора после формирования импульса ЭДС индукции (рис. 4, a,b,c,d) и уходящий вниз. Это импульс ЭДС самоиндукции. В обмотке статора также генерируются импульсы ЭДС индукции и ЭДС самоиндукции. Импульсы мощности в обмотке статора
формирует нагрузка, поэтому параметры обмотки статора берутся такими, чтобы они соответствовали мощности, необходимой потребителю. В качестве основного потребителя
импульсов мощности статора МГ-1 был выбран электролизёр. Так как процесс электроли-
7
за идёт при большом токе, то обмотка статора была сформирована на получение импульсов тока до 100А при импульсах напряжения 12В. Планировалось использовать эти импульсы для электролиза воды.
Но первые же испытания внесли свои коррективы в этот план. Суть их последовала
из простоты схемы разделения импульсов ЭДС индукции и ЭДС самоиндукции в обмотке
статора. Она позволила использовать их порознь. Оказалось, что мощность импульса индукции, примерно, на 30% больше мощности импульса самоиндукции, но процесс электролиза воды идёт интенсивнее при подключении ячейки электролизёра в цепь импульса
ЭДС самоиндукции статора. Причина в том, что амплитуда импульса ЭДС самоиндукции
больше амплитуды импульса ЭДС индукции. Ячейка электролизёра, принимая эти импульсы, автоматически уменьшает их амплитуду до 2-х вольт и, соответственно, увеличивает длительность импульсов. В результате при использовании импульсов ЭДС самоиндукции их скважность в электролизёре становится меньше, скважности импульсов ЭДС
индукции. Это и есть главная причина энергетического эффекта, следующего из использования импульсов ЭДС самоиндукции в обмотке статора, на которые не расходуется
энергия, так как они формируются в момент отключения подачи напряжения в обмотку
возбуждения ротора.
Возьмём в качестве потребителя энергии ЭДС самоиндукции ротора одну ячейку
классического электролизёра и снимем вначале осциллограммы напряжения и тока на
клеммах статора (рис. 5, а ), а после подключения электролизёра – на клеммах электролизера (рис. 5, b).
b) те же импульсы ЭДС
а) импульсы ЭДС самоиндукции
самоиндукции в электролизёре
в статоре
Рис. 5. Импульсы ЭДС самоиндукции в обмотке статора:
а) до включения электролизёра; b) после включения электролизёра
Известно, что электролиз воды идёт при среднем напряжении на каждую ячейку,
равном, примерно, 2 Вольта. Почему? Не известно. Не известно и влияние количества
ячеек на производительность электролизёра. Ответ на этот вопрос получен недавно, при
использовании самовращающегося генератора МГ-1 для питания электролизёра. Он выдаёт импульсы напряжения (рис. 5), которые не имеют прямой связи с первичным источником питания: аккумулятором или электрической сетью. Амплитуда и частота импульсов
напряжения, которые он выдаёт, тесно связаны с его конструкцией и определяются частотой его вращения. На рис. 5, а представлена осциллограмма импульсов ЭДС самоиндукции, генерируемых в обмотке статора МГ-1 на холостом ходу в момент разрыва электрической цепи, питающей обмотку ротора, а на рис. 5, b – осциллограмма тех же импульсов
в ячейке электролизёра.
8
Вполне естественно, что для увеличения мощности импульсов, генерируемых в обмотке статора, пришлось увеличить длительность импульсов в обмотке ротора. В результате электрическая мощность импульсов на валу ротора, рассчитываемых по формуле (6),
возросла до 26Вт. При этом в цепь ЭДС индукции статора была включена лампочка мощностью 20Вт, а в цепь ЭДС самоиндукции статора – одна ячейка электролизёра. В результате обработки осциллограмм оказалось, что средняя импульсная электрическая мощность
на клеммах ячейки равна 22 Ватта, а на клеммах лампочки – 4 Ватта. Их суммарная величина оказалась равной 26 Ватт при полном накале лампочки мощностью 20Вт, то есть
фактическая мощность в обмотке статора оказалась больше мощности в обмотке ротора
почти в два раза, если не учитывать энергию получаемых газов: водорода и кислорода.
Видео-фильм о работе МГ-1 убедительно демонстрирует интенсивность выхода газов из одной ячейки электролизёра. Эта интенсивность эквивалентна интенсивности выхода газов из серийного электролизёра газосварочного аппарата ЛИГА-12 при потреблении им из сети более 200Вт. Это значительно больше электрической мощности на валу
ротора, получаемой от первичного источника питания, однако старая электродинамика
запрещает такой результат.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Из проведённых экспериментов следует главный вывод: при использовании аккумулятора для питании обмотки возбуждения ротора один из импульсов ЭДС в обмотке статора можно использовать на зарядку аккумулятора, а другой – на технологический процесс, например, электролиз воды. В результате образуется автономный источник энергии
со сроком службы, равным сроку службы аккумулятора. При оценке энергетической эффективности такого источника энергии теряется смысл понятия «коэффициент полезного
действия (КПД)», так как такой энергетический блок будет служить около 5 лет, не требуя
никаких других источников энергии.
Литература
1. Канарёв Ф.М. Самовращающийся генератор (WWW.akademik.su).