Баланс мощности мотора-генератора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Баланс мощности мотора-генератора

Результаты испытаний первой модели мотора-генератора - простое и убедительное доказательство ошибочности первого закона Ньютона и существующей электродинамики.

Теоретическая часть

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 [1], [2].

Рис. 1. Фото мотора-генератора МГ-1

Испытания первой модели МГ-1 начались в начале июня 2010 и продолжаются до сих пор. Представим уже полученные результаты в обобщённом виде. 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

электродинамика генератор закон

В момент начала вращения ротора его пусковой момент преодолевает сопротивления в виде моментов механических и рабочих сопротивлений и в виде инерциального момента . Сумма этих сопротивлений равна (рис. 2). Как только ротор начинает вращаться равномерно, то инерциальный момент становится положительным и не сопротивляется вращению ротора, а способствует его равномерному вращению (рис. 2). Равномерному вращению ротора сопротивляются только рабочая нагрузка и механические, и аэродинамические сопротивления - [3]. Осциллограмма импульсов напряжения и тока в момент начала вращения ротора, представленная на рис. 3, убедительно доказывает это. Она записывалась с сопротивлением 0,1Ома. Это значит, что в одном делении осциллограммы 0,5/0,1=5А. Поскольку на ряде осциллограмм присутствуют посторонние импульсы, то все они обрабатывались, так называемым, ручным способом с соответствующей погрешностью.

Рис. 3. Осциллограмма пусковых значений напряжения и тока обмотки возбуждения ротора без маховика

электродинамика генератор закон

Амплитуда первого импульса тока более 10А. Она больше средней амплитуды почти в 2 раза и это естественно, так как в этот момент вращению ротора сопротивляются не только механические моменты , но и инерциальный момент (рис. 2). Анализ осциллограммы на рис. 3, показывает, что величины амплитуд импульсов тока становятся одинаковыми, примерно, после 5-го импульса. Это значит, что равномерное вращение ротора начинается после 5-го импульса. На рис. 2 момент, когда инерциальный момент становится положительным , соответствует точке В. Амплитуда первого импульса напряжения - 100В, а амплитуда первого импульса тока (рис. 3) - 10А. Это значит, что мощность пускового импульса равна 100х10=1000Вт. Она реализуется на преодоление инерциального момента и 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 надо, прежде всего, определить кинетическую энергию равномерно вращающегося ротора и механическую мощность на его валу при этом вращении [3].

Связь между кинетической энергией равномерно движущегося тела и его мощностью следует из работы, совершаемой при его равномерном движении за одну секунду [3].

Связь между кинетической энергией равномерно вращающегося тела и его мощностью также следует из работы, совершаемой им при равномерном вращении за одну секунду [3]

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 разделить на время . 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=Вт. Она все время присутствует на валу ротора в процессе его вращения с постоянной скоростью. Это присутствие реализуется величиной инерциального момента .

Из первого закона Ньютона следует, что при равномерном вращении тела на него не действуют никакие силы или моменты сил. Это эквивалентно отрицанию инерциального момента на валу ротора при его равномерном вращении [3]. Чтобы убедиться в ошибочности этого отрицания, определим величину инерциального момента на валу ротора МГ-1. При этом 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 ротора, момент его инерции и обороты . Тогда кинетическая (механическая) энергия (мощность) ротора, равномерно вращающегося с n=2000 об/мин, равна [3]

Инерциальный момент , генерирующий кинетическую энергию (3) равномерно вращающегося ротора, равен [3]

Мы вычислили величину мощности (3) на валу равномерно вращающегося ротора и инерциальный момент (4), сопровождающий это вращение и не признаваемый динамикой Ньютона [3]. Таким образом, на валу равномерно вращающегося ротора МГ-1, с = 2000об/мин. постоянно присутствует механическая мощность, равная 576,0 Вт (3) и инерциальный момент, генерирующий эту мощность, равный (4).

Так как достоверность наших дальнейших расчётов электрической мощности будет зависеть от методики, давно принятой в электротехнике и электродинамике, то познакомимся с её основами. Электрическая энергия подаётся в обмотку возбуждения ротора МГ-1 импульсами, поэтому возникает необходимость определения средних значений напряжения и тока. Для этого вводится понятие скважность импульсов S, которая в общем случае равна частному от деления периода следования импульсов напряжения или тока на их длительность (рис. 4).

Если конфигурация импульсов напряжения и тока сложная, то их скважность определяется, как частное от деления площади осциллограммы , ограниченной амплитудами двух соседних импульсов и длительностью периода, к площади , которая принадлежит импульсам в указанных границах, то есть

Тогда средняя величина напряжения равна её амплитудному значению , делённому на скважность импульсов

Аналогично определяется и средняя величина тока .

По этим формулам рассчитываются средние значения напряжения и тока программами, заложенными в осциллографы. При этом программы позволяют снимать с осциллограммы десятки тысяч ординат в секунду при любой совокупности импульсов и любой их конфигурации, и таким образом выдавать точные значения средних величин и . Аналогичные программы имеют и электронные ваттметры, которые определяют среднюю величину мощности . Если скважность импульсов напряжения и тока одинаковая, то, с учётом формул (7) и (8), средняя мощность равна

Однако, в учебниках по электротехнике и электродинамике утверждается, что средняя импульсная мощность должна определяться по формуле

.

Формула (10) верна для определения мощности на клеммах первичного источника питания. Обусловлено это тем, что напряжение в сети не импульсное, а непрерывное. В этом случае в формуле (10) на скважность импульсов делится лишь амплитуда импульсов тока , поэтому расчёт по формуле (10) совпадает с показаниями счётчика электроэнергии и других приборов, фиксирующих мощность на его клеммах. Если же в электрическую цепь потребления подаются импульсы напряжения, то формула (10) искажает результат, так как однократное деление произведения амплитудных значений и на скважность импульсов превращает одну из них в непрерывную величину, что явно противоречит реальности, отображённой на рис. 4, где напряжение и ток - величины импульсные.

Рис. 4. Импульсы напряжения и тока в обмотке ротора на холостом ходу

Рис. 5. Импульсы ЭДС самоиндукции в обмотке статора на холостом ходу

Напряжение от первичного источника питания подаётся в обмотку возбуждения ротора МГ-1 (рис. 4). Амплитуды импульсов напряжения равны , а их скважность равна . Если импульсы тока привести к прямоугольной форме, то скважности импульсов напряжения и тока будут равны . Тогда средняя величина амплитуды тока будет равна . С учётом этого средние значения импульсов напряжения и тока будут равны:

а средняя электрическая мощность холостого хода на валу ротора (рис. 4) равна

Для ориентировки определим величину мощности на клеммах счётчика электроэнергии. Согласно закону формирования мощности в электрической сети, среднюю мощность на клеммах счётчика электроэнергии надо определять по формуле (10), так как напряжение сети не импульсное, а непрерывное. В результате будем иметь

Обратим особое внимание на то, что существующие счётчики электроэнергии не приспособлены к учёту электроэнергии, подаваемой потребителю в виде импульсов напряжения и тока (рис. 4).

А теперь разберёмся с физическим смыслом импульса мощности, представленной в формуле (13). На рис. 2 положительный инерциальный момент, соответствует механической энергии (мощности) равномерно вращающегося ротора. Мощность, соответствующая этому моменту, равна 576 Вт (3). Эта мощность присутствует на валу ротора постоянно при его равномерном вращении. Когда в обмотку ротора подаются импульсы напряжения с амплитудой , то одновременно формируется импульс тока с амплитудой (рис. 4). Средние значения этих импульсов равны: (11), (12), а их средняя электрическая мощность равна 3,13 Ватта (13). Это реальная электрическая мощность импульсов, поданных от первичного источника энергии в обмотку ротора. Она складывается с величиной инерциальной механической мощности 576 Ватта (3), постоянно присутствующей на его валу при равномерном вращении ротора (рис. 2). Суммарная импульсная мощность на валу ротора, в момент подачи в его обмотку импульса напряжения от первичного источника питания, равна

В результате этого постоянный инерциальный момент получает импульсную прибавку (рис. 2), величина которой соответствует импульсу электрической мощности (13). Эта прибавка идёт на преодоление сопротивлений , которые формируются процессами генерации напряжения и тока в обмотке ротора в моменты, когда его цепь замкнута (рис. 2, интервалы и ). Как только цепь ротора размыкается, то сопротивления формирующиеся импульсами электрической мощности, рождающей импульсы инерциальных прибавок к инерциальному моменту , исчезают (рис. 2, интервал или D…E), а оставшийся запас инерциального момента продолжает вращать ротор до получения им следующего импульса (рис. 2, точка ). Из этого следует, что ротор забирает из сети импульсы электрической энергии. Их средняя мощность равна 3,13 Ватта (13), а не 17,33 Вт (14), которая соответствует не импульсному напряжению, а непрерывному напряжению сети. Это (14) фиктивная мощность, за которую мы платим по показаниям счётчика электроэнергии. Её фиктивность обусловлена тем, что счётчик электроэнергии не может учитывать энергию, отбираемую из сети импульсами, так как он настроен на непрерывное напряжение сети. Потребитель же может потреблять энергию импульсами и тогда мощность на его клеммах не соответствует мощности фиксируемой счётчиком электроэнергии. Из этого следует закон формирования мощности в электрической цепи. Он гласит: средняя мощность в любом сечении электрической цепи равна произведению средних значений напряжения и тока (9), (13) [4].

Мы рассмотрели процесс пуска ротора МГ-1 и процесс его равномерного вращения и нас удивляет мизерная величина электрической мощности 3,13 Вт (13), которая вращает равномерно ротор с массой 1,4 кг и частотой 2000 об./мин на холостом ходу. Это удивление - следствие не учета нашим воображением 576Вт мощности, постоянно присутствующей на валу ротора МГ-1 при его равномерном вращении. Этот не учёт сформирован ошибочным первым законом Ньютона. Надо понимать, что мощность 3,13 Вт реализуется только на генерацию импульсов напряжения и тока в обмотке возбуждения ротора, которые формируют импульсные механические инерциальные прибавки к инерциальному моменту , преодолевающему все механические сопротивления.

Таким образом, постоянно присутствующая механическая мощность 576 Вт на валу ротора преодолевает все виды постоянных сопротивлений его вращению, а импульсы электрической мощности 3,13Вт (рис. 2, интервалы . ), формируя импульсы магнитных моментов при взаимодействии магнитных полюсов ротора и статора, генерируют импульсные инерциальные прибавки инерциальному моменту и одновременно формируют рабочие импульсы ЭДС индукции и ЭДС самоиндукции в обмотке статора [5]. Это очень экономный процесс одновременного генерирования электрических и механических импульсов мощности.

А теперь обратим внимание на узкий импульс S (рис. 4, а) ЭДС самоиндукции, возникающий в обмотке возбуждения ротора после формирования импульса ЭДС индукции. В обмотке статора также генерируются импульсы ЭДС индукции и ЭДС самоиндукции (рис. 5).

МГ + ячейка электролизёра + лампочка

Следующий этап - анализ баланса мощности МГ-1, ячейки электролизёра, включённого в цепь ЭДС самоиндукции статора и лампочки, включённой в цепь ЭДС индукции статора (рис. 6, а). Осциллограммы напряжения и тока в обмотке возбуждения ротора, генерирующего мощность для питания одной ячейки электролизёра, подключённой в цепь ЭДС самоиндукции статора, и одной лампочки, подключённой в цепь ЭДС индукции статора, представлены на рис. 6, b, c и d.

Рис. 6. МГ-1 и его потребители: электролизёр и лампочка

Чтобы упростить расчёт мощности на валу ротора, приведём импульс тока (рис. 6, b) к прямоугольной форме. Тогда обработка осциллограммы даёт одинаковые величины скважности импульсов напряжения и тока, равные . С учётом этого средняя величина напряжения равна

а тока

Тогда средняя электрическая мощность на валу ротора равна

Известно, что электролиз воды идёт при среднем напряжении на каждую ячейку, равном, примерно, 2 Вольта. Почему? Неизвестно. Неизвестно 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, 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 представлена осциллограмма импульсов ЭДС самоиндукции, генерируемых в обмотке статора МГ-1 на холостом ходу, в момент разрыва электрической цепи, питающей обмотку ротора. Амплитуда импульсов напряжения равна (рис. 5), длительность импульсов - 0,50мс, а их скважность равна S=21,50 при оборотах ротора генератора, равных 2000 об./мин. Средняя величина ЭДС самоиндукции, генерируемая в обмотке статора равна, Uc=44/21,50=2,05B. На рис. 6, с - эти же импульсы (рис. 5), трансформированные одной ячейкой классического электролизёра.

Следующий этап - расчёт мощности, реализуемой на работу ячейки электролизёра. Как видно (рис. 6, с), ячейка уменьшает амплитуду импульса с до, примерно, , то есть в количество раз, равное скважности импульсов (S=21,51) напряжения на холостом ходу генератора (рис. 5).

Чтобы упростить расчёт, приводим импульсы тока (рис. 6, c) к прямоугольной форме. Тогда скважности импульсов напряжения и тока будут равны , а амплитуда тока . С учетом этого среднее напряжение, подаваемое в ячейку, будет равно

Обратим внимание на то, что среднее напряжение импульса , меньше среднего напряжения (рис. 6, c около 2-х Вольт) на клеммах ячейки. Обусловлено это тем, что ячейка, зарядившись вначале, постепенно разряжается, а подаваемые импульсы напряжения с амплитудой 2,20 В и со скважностью S=1,72, подзаряжают её. При этом скважность S=1,72 уменьшает амплитуду импульса напряжения до средней величины 1,28В, используемой для расчёта мощности. Очень важно понять этот момент. Величина 2,20 В принадлежит электролизёру, а не источнику питания. Источнику питания (ЭДС самоиндукции статора) принадлежит средняя величина напряжения 1,28В.

Средняя величина тока равна

а мощности -

Обратим внимание ещё на один важный момент. Напряжение на клеммах ячейки непрерывно и равно, примерно, . Это значит, что мощность на клеммах ячейки надо рассчитывать по формуле (10).

Это больше, чем на валу ротора (18). Обратим внимание на отрицательный остроконечный импульс 3 с широким основанием на осциллограмме (рис. 6, b). Это импульс напряжения без соответствующего ему тока. Он появляется после импульса ЭДС самоиндукции, то есть в момент, когда цепь для подачи напряжения в обмотку возбуждения ротора разомкнута. Отсутствие тока, соответствующего этим импульсам, подтверждает их появление в моменты, когда цепь ротора разомкнута. Это импульс ЭДС самоиндукции ячейки, возвратившийся в обмотку ротора в момент, когда она была отключена от источника питания.

Теперь определим мощность на клеммах лампочки c номинальной мощностью 20Вт, подключённой в цепь ЭДС индукции статора. Осциллограмма импульсов напряжения и тока на клеммах этой лампочки представлена на рис. 6, d. Приводим импульсы напряжения и тока к прямоугольной форме. Тогда их скважность будет равна . Амплитуда напряжения равна , а тока . Средние значения напряжения и тока будут равны:

Обратим внимание на то, что в цепи ЭДС индукции статора напряжение генерируется не постоянное, а импульсное (рис. 6, d), поэтому мы обязаны рассчитывать мощность на клеммах лампочки по формуле (9). В результате будем иметь

Однако, лампочка, включённая в цепь ЭДС индукции статора в паре с ячейкой электролизёра, включённой в цепь ЭДС самоиндукции статора, имела полный накал, соответствующий её номинальной мощности 20Вт. Из этого следует, что полная мощность в обмотке статора равнялась

Это значительно больше, чем на валу ротора (18).

Результаты контрольных испытаний

ПРОТОКОЛ сравнительных испытаний мотора-генератора МГ-1 и газосварочного аппарата ЛИГА-12 при одинаковом пламени горелки

Мотор-генератор МГ-1 состоит из ротора и статора. Роль мотора выполняет ротор, а роль электрогенератора - статор. Мотор-генератор включался в электрическую сеть через латр к счётчику электроэнергии. В цепь ЭДС индукции статора включена лампочка мощностью 20 Вт. Она горела в полный накал спирали. В цепь ЭДС самоиндукции статора включена ячейка классического электролизёра.

Результаты испытаний

1. При испытании мотора-генератора МГ-1 электронный счётчик электроэнергии зафиксировал на клеммах латра 110Вт при напряжении 218,6В, силе тока 0,66А и .

2. При испытании газосварочного аппарата ЛИГА-12 с такой же длиной пламени тот же электронный счётчик электроэнергии показал 160Вт при напряжении 221,6В, силе тока 0,82А и .

3. Потери мощности на латре составили 10Вт.

4. Прямая сетевая мощность на клеммах мотора-генератора МГ-1 составила 110Вт-10Вт=100Вт. Это на 37,5% меньше, чем на клеммах газосварочного аппарата ЛИГА-12.

5. К протоколу прилагается осциллограмма (рис. 7, а), обработка которой дала следующие результаты: амплитуда напряжения -, максимальная амплитуда тока , скважность импульсов напряжения и тока при приведении формы импульса тока к прямоугольной форме составила . С учётом этого среднее значение напряжения равно , а тока - .

6. Так как ячейка электролизёра имеет постоянное напряжение, равное, примерно, 2,1В, то средняя мощность на клеммах ЭДС самоиндукции статора и на клеммах электролизёра равнялась .

7. Номинальная мощность лампочки, которая горела в полный накал, - 20Вт.

8. Суммарная мощность на клеммах обмотки статора равнялась .

Рис. 7. a) осциллограмма на клеммах электролизёра при контрольных испытаниях: b) осциллограмма импульсной разрядки аккумулятора

Протокол контрольных испытаний, проводимых под председательством академика РАН, подписан 12.10.10 и находится в нашем архиве. На рис. 7, b явно видно, что при импульсной нагрузке напряжение на клеммах аккумулятора падает лишь в интервале длительности, ограниченной импульсами тока. Остальная часть напряжения сохраняется на номинальном уровне.

Из этого следует, что приборы, подключённые к клеммам аккумулятора, покажут мощность, рассчитываемую по формуле (10), а осциллограмма убедительно показывает, что потребитель получает от аккумулятора импульсы напряжения и тока, средняя мощность которых рассчитывается по формуле (9). Если испытания МГ-2, который будет питаться от аккумулятора, покажут, что он будет забирать энергию из аккумулятора в соответствии с осциллограммой импульсной разрядки аккумулятора (рис, 7, b), то это будет означать конец научных заблуждений, связанных с законом сохранения энергии.

Заключение

электродинамика генератор закон

Приведённый анализ баланса мощности МГ-1 и протокол контрольных испытаний показывают его явную энергетическую эффективность. Есть основания полагать, что она наилучшим образом реализуется при питании от индивидуальных источников энергии, таких, например, как аккумулятор. В этом случае импульсы ЭДС индукции в обмотке статора можно использовать на зарядку аккумулятора, а импульсы ЭДС самоиндукции на другие цели, например, на электролиз воды.

Литература

1. Канарёв Ф.М. Начала физхимии микромира. Монография. 14-е издание. http://kubsau.ru/science/prof.php?kanarev

2. Канарёв Ф.М. Самовращающийся генератор. http://www.sciteclibrary.ru/rus/avtors/k.html - авторский раздел или http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/10445.html

3. Канарёв Ф.М. Механодинамика. Учебное пособие. http://kubsau.ru/science/prof.php?kanarev

4.Kanarev Ph.M. Energy Impulse Secrets. http://www.worldsci.org/people/Philipp_Kanarev USA http://pesn.com/2010/10/13/9501712_Kanarev_announces_self-running_motor-generator/ USA.

Размещено на Allbest.ru