Импульсы ЭДС самоиндукции

Размещено на http://www.allbest.ru/

ИМПУЛЬСЫ ЭДС САМОИНДУКЦИИ

Канарёв Ф.М.

Анонс

Импульсы ЭДС самоиндукции - самый экономный источник электрической энергии, который интенсивно исследуется и развивается. Однако, многие ещё не знают физическую суть этих импульсов и их энергетические возможности. Покажем их на конкретных примерах, которые уже привели к разработке действующих автономных источников энергии.

1. Закон формирования импульсной мощности

Большая часть электрической энергии с момента начала её применения и по настоящее время генерируется в виде непрерывного напряжения и тока. Эта непрерывность была заложена вначале в алгоритмы, а потом и электронные программы электроизмерительных приборов, учитывающих расход электроэнергии. Когда началось импульсное использование электрической энергии, то для её учета математики разработали графоаналитический метод, в котором допустили глобальную физико-математическую ошибку. Она завышает расход электроэнергии импульсами в количество раз, равное скважности импульсов. Покажем суть этой ошибки и докажем её достоверность теоретически и экспериментально. Величина, генерируемой и реализуемой электрической мощности, рассчитывается по хорошо известной формуле

. (1)

Математическое содержание этой формулы безупречно, но только при условии непрерывности изменения функций напряжения и тока , например, переменного синусоидального напряжения и тока. Для постоянного напряжения и тока она принимает простой вид

. (2)

и результат расчёта по этой формуле совпадает с показаниями всех приборов (рис. 1). Никаких противоречий в показаниях приборов в этом случае нет.

а)	b)

Рис. 1. Схемы для измерения напряжения, тока и мощности, реализуемой аккумулятором: а) на непрерывное питание лампочки; b) на импульсное питание лампочки

Введём в схему (рис. 1, а) электронный ключ (рис. 1, b), который будет подавать на клеммы лампочки импульсы напряжения с амплитудами , а они будут формировать импульсы тока с амплитудами .

Чтобы понять физический процесс формирования показаний приборов, запишем осциллограмму на клеммах аккумулятора (рис. 2) и проанализируем процесс формирования средней величины импульсной электрической мощности.

Вполне естественно, что формула (1) неспособна рассчитать среднюю мощность , реализуемую аккумулятором не непрерывно, а импульсами, так как при импульсном потреблении электроэнергии функции напряжения и тока в формуле (1) теряют свой аналитический вид непрерывных функций. В результате полностью исключается возможность аналитического расчёта величины мощности по этой формуле.

На осциллограмме (рис. 2) явно видны прямоугольные импульсы напряжения и тока длительностью , которая значительно меньше длительности периода .



Рис. 2. Осциллограмма, снятая с клемм аккумулятора, питавшего лампочку импульсами напряжения и тока

Для определения средней величины импульсной мощности математики разработали графоаналитический метод, основанный на графическом решении уравнения (1). Этому способствовали возможности современных приборов представлять графически закономерности изменения напряжения и тока (рис. 2).

Однако, перевод аналитического метода решения уравнения (1) в графоаналитический требовал основательных знаний по физике и, особенно по электротехнике, которых у математиков не оказалось. Они не задумывались о физической сути процесса генерации средней величины импульсной мощности. В результате физико-математическая ошибка, допущенная математиками и не обнаруженная инженерами-электриками, задержала развитие экономной импульсной энергетики почти на 100 лет. Вот суть этой ошибки.

При составлении программы для графоаналитического решения уравнения (1) с целью определения средней величины импульсной мощности , реализуемой первичным источником питания, в данном случае, - аккумулятором, роль ориентира выполняло математическое уравнение (1), которое предназначено для вычисления средней мощности, генерируемой непрерывно меняющимися функциями напряжения и тока . В формуле (1) перемножаются результаты интегрирования функций напряжения и тока. При графоаналитическом методе решения этого уравнения перемножаются ординаты напряжения и тока. Затем полученные произведения складываются и делятся на общее количество произведений в интервале периода . В результате получается средняя величина электрической мощности , математическая формула, для расчёта которой принимает упрощённый вид, представленный в конце формулы (3).

. (3)

Символ в формуле (381) - скважность импульсов. Если импульсы напряжения и тока прямоугольные, то скважность определяется путём деления периода следования импульсов на их длительность (). Проследим за процессом появления в знаменателе формулы (3) математического символа - скважности импульсов.

Электроника, реализующая математические программы, заложенные в современные электронные электроизмерительные приборы, способна измерять в секунду десятки тысяч ординат функций напряжения и тока, перемножать их и выдавать средние значения напряжения, тока и мощности с большой точностью. Проследим, как они делают это. Для этого внимательно присмотримся к осциллограмме на рис. 2. Измеряется ордината импульса напряжения и ордината импульса тока . Затем они перемножаются, полученные произведения складываются, и учитывается общее количество полученных произведений в интервале периода . Вот тут и начинается процесс формирования физико-математических ошибок. Когда ординаты напряжения и тока снимаются в интервале длительности их импульсов , то физико-математические законы не нарушаются, так как процесс генерирования напряжения и тока в интервале длительности импульса непрерывный. Как только закончился интервал длительности импульса, то ток исчезает из электрической цепи и процесс генерирования мощности, реализуемой акумулятором, прекращается до следующего импульса. А теперь обратим внимание на главное (рис. 2). После прекращения действия импульса тока с амплитудой , напряжение на клеммах аккумулятора не падает до нуля, а восстанавливается до своего номинального значения и прекращает своё участие в процессе генерации средней величины импульсной мощности в интервале (рис. 2). Но вольтметр, подключённый к клеммам лампочки, продолжает показывать среднее напряжение на клеммах и лампочки, и аккумулятора, и таким образом - учитывать и ту часть напряжения, которая, остаётся на клеммах аккумулятора, но не участвует в формировании средней величины мощности, когда прерывается импульс, то есть в интервале , а формула (3) пытается убедить нас в том, что амплитудное значение напряжения участвует в формировании мощности в интервале всего периода . Программа, продолжает в интервале отсутствия импульсов , перемножать нулевые значения ординат тока и полные ординаты номинального напряжения на клеммах аккумулятора. В результате количество произведений с нулевыми значениями тока и не нулевыми значениями напряжения входит в общее количество этих произведений за период .

Далее, программа делит сумму произведений амплитудных значений напряжения и тока, полученных в интервале длительности импульса , на общее количество произведений, полученных за весь период . В итоге получается произведение амплитудных значений напряжения и тока, разделённое на скважность импульсов (см. конец формулы (3). Математики-прикладники, не мудрствуя лукаво, сразу дают, по их мнению, очень убедительную интерпретацию полученному результату

. (4)

Они объясняют электротехникам достоверность полученного результата следующим образом. Есть напряжение и ток, есть мощность, нет тока - нет мощности, а величина напряжения, которое присутствует в момент, когда ток равен нулю (в интервале ), не играет никакой роли. С виду, очень убедительное объяснение, а при тщательном анализе - фундаментальная ошибка с глобальными последствиями для всего человечества. Вот её суть.

Система СИ требует непрерывного участия напряжения и тока в формировании мощности в интервале каждого периода, а значит и каждой секунды. Часть формулы (4) строго соответствует этому требованию, так как из неё следует, средняя величина тока , действующего непрерывно в интервале всего периода. Она показана на рис. 2 и равна

. (5)

А теперь посмотрим внимательно ещё раз на осциллограмму (рис. 2) и обратим внимание на физическую суть, содержащуюся в формуле (4). Она заключается в том, что вертикальный прямоугольный импульс тока с амплитудой и длительностью превратился в горизонтальный прямоугольник с амплитудой , заполняющий длительность всего периода . Это полностью соответствует системе СИ, требующей непрерывного участия тока в формировании мощности в интервале всего периода, а значит и - секунды.

Теперь проследим за участием напряжения в формировании средней импульсной мощности. В формуле (4) амплитудное значение напряжения участвует в формировании средней величины импульсной мощности свей полной величиной в интервале всего периода , а осциллограмма (рис. 2) отрицает этот факт. Из неё следует, что напряжение со своим амплитудным значением участвует в формировании средней величины импульсной мощности только в интервале длительности импульса , а во всём остальном интервале оно не участвует в формировании средней величины импульсной мощности, так как в этом интервале () цепь разомкнута и на клеммах лампочки нет напряжения. Оно присутствует только на клеммах аккумулятора и равно своему номинальному значению, а в формуле (4) оно участвует своей полной амплитудной величиной в формировании средней величины импульсной мощности весь период .

В результате этой физико-математической ошибки величина средней импульсной мощности на питание лампочки, реализуемой аккумулятором, увеличивается в количество раз равное скважности импульсов напряжения. Удивительно то, что этот ключевой момент оказывается непонятным и большинству инженеров-электриков.

Отметим попутно, что описанная ошибка тесно связана с главной аксиомой Естествознания - аксиомой Единства пространства-материи-времени. Ошибочная формула (4) учитывает процесс формирования средней импульсной мощности только в интервале длительности импульса и прекращает этот учет в оставшейся части периода . Это явно противоречит аксиоме Единства, из которой следует, что напряжение и ток должны оставаться функциями времени непрерывно в интервале всего периода формирования мощности. Что же надо сделать, чтобы обеспечить непрерывное участие напряжения в формировании средней величины электрической мощности в интервале всего периода ?.

Надо, прежде всего, знать требования системы СИ к непрерывному действию напряжения и тока в течение секунды, а значит и в течение каждого периода. Реализуется это требование просто - путем деления амплитудного значения напряжения на скважность импульсов. Ошибочная формула (4) более 100 лет работает во всех электроизмерительных приборах, учитывающих расход электроэнергии и прочно блокирует процесс разработки экономных импульсных потребителей электроэнергии. Для превращения ошибочной формулы (4) в безошибочную, надо обязательно учитывать скважность импульсов тока и импульсов напряжения. В результате имеем

. (6)

Результат проведённого анализа настолько очевиден, что нет нужды проверять его достоверность экспериментально, но мы, понимая неизбежность голословных возражений, сделали такую проверку. Взяли аккумулятор, загрузили его импульсным потребителем - электромотором-генератором МГ-2 (рис. 3), который проработал в режиме поочерёдной разрядки одного аккумулятора и зарядки другого 3 часа 10 минут. За это время напряжение на клеммах аккумуляторов упало на 0,3В. Это значит, что при питании электромотора-генератора, который, получая энергию от аккумулятора, часть её передавал электролизёру, а часть - на зарядку другого аккумулятора, скорость падения напряжения на его клеммах оказалась равной 0,1В в час (табл. 1).

Разрядка аккумуляторов за 3 часа 10 минут представлена в табл. 1, а осциллограмма напряжения и тока, снятая с клемм аккумулятора, - на рис. 4.



Рис. 3. Фото МГ-2 + 2 аккумулятора 6МТС-9 + ячейка электролизёра

Таблица 1. Разрядка аккумуляторов, питавших МГ-2, который питал электролизёр и часть энергии возвращал аккумуляторам в течение 3 часов 10 мин

Номера аккумуляторов	Начальное напряжение, В	Конечное напряжение, В
1+2 (разрядка)	12,28	12,00
3+4 (разрядка)	12,33	12,00

	. ; ; (4) Расчётные данные: ; (6) Получено 8,57 литров H2+O2

Рис. 4. Результаты испытаний МГ-2 в режиме разрядки и зарядки аккумуляторов

Расчёт величины средней импульсной мощности, реализуемой аккумуляторами по формуле (4), даёт такой результат

. (7)

В качестве нагрузки, эквивалентной мощности (7), рассчитанной по формуле (4), были взяты лампочки общей мощностью (21+5+5+5)=36,00Вт. Так как из математической модели (4) старого закона формирования средней импульсной электрической мощности следует, что аккумуляторы, питавшие МГ-2, реализовывали мощность равную 37,88Ватт (7), то вместо МГ-2 к тем же аккумуляторам были подключены лампочки с общей мощностью 36,0Ватт.

Начальное напряжение на клеммах аккумуляторов равнялось 12,78В. Через один час 40 минут напряжение на клеммах аккумуляторов упало до 4,86В или на 7,92В. Это в 7,92/0,3=26,00 раз больше скорости падения напряжения на клеммах аккумулятора, питавшего электромотор-генератор МГ-2, без учета разного времени их работы. Если бы лампочки оставались включёнными 3 часа 10 минут, как и при питании электромотора-генератора, то напряжение на клеммах аккумуляторов упало бы до нуля.

Этого вполне достаточно для однозначного вывода о полной ошибочности старого закона (4) формирования средней импульсной электрической мощности и достоверности нового - (6).

Конечно, мы не учли 8,57 л смеси водорода и кислорода, полученной путём электролиза воды электрической энергией, вырабатываемой электромотором-генератором. Это, как говорят, дополнительная энергия, которая снижает затраты на получение одного литра водорода и кислорода из воды до 0,60Ватта. Это почти в 5 раз меньше затрат при промышленном получении этой смеси газов.

Второй эксперимент по проверке достоверности формулы (6) и ошибочности формулы (4) длился непрерывно 72 часа. Для его проведения электромотор-генератор МГ-1 был переоборудован для питания от 4-х мотоциклетных аккумуляторов (рис. 5). Одна их группа питала МГ-1, а вторая заряжалась импульсами ЭДС индукции статора МГ-1. К импульсам ЭДС самоиндукции статора была подключёна ячейка электролизёра. Схема предусматривала ручное переключение аккумуляторов с режима питания на режим зарядки с интервалом 30мин. В результате были получены данные, представленные в табл. 2.

Рис. 5. Фото МГ-1, ячейки электролизёра и аккумуляторов, питавших МГ-1 в режиме разрядки и зарядки

Таблица 2. Результаты испытаний МГ-1

Часы работы	Общее напряжение 1-й группы аккумуляторов, В	Общее напряжение 2-й группы аккумуляторов, В
Через 10 часов	51,00-49,30 - разрядка	49,10-51,50- зарядка
Через 30 часов	49,70-48,00 - разрядка	48,00-50,10 - зарядка
Через 60 часов	48,60-46,10 - разрядка	48,90-46,10 - разрядка
Через 72 часа	41,80-47,70 - зарядка	48,20-41,40 - разрядка
За 72 часа получено 43 литра смеси газов водорода и кислорода (0,60л/час)

Таблица 3. Падение напряжения на клеммах аккумуляторов через 72 часа их непрерывной работы в режимах разрядки и зарядки

Первая группа аккумуляторов	Вторая группа аккумуляторов
Номер аккум.	Напряж., В	Номер аккум.	Напряж., В
1	11,03	5	11,40
2	11,57	6	11,47
3	7,99	7	10,77
4	11,64	8	11,74

Из табл. 2 следует, что через 72 часа непрерывной работы в режиме разрядка и зарядка напряжения на аккумуляторах № 3 и № 7 опустились ниже допустимой величины 11,00В. В результате время между зарядками и разрядками начало сокращаться и эксперимент был остановлен. Однако его результаты также убедительно свидетельствуют об ошибочности старого закона (4) формирования средней величины импульсной электрической мощности и достоверности нового - (6).

Возникает вопрос о методике составления программы, закладываемой в электроизмерительные приборы, которая автоматически учитывала бы правильно непрерывный и импульсный расход электроэнергии. 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 напряжения 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 автоматически будет учитываться скважность его импульсов, то есть моменты времени, когда ток равен нулю и напряжение не участвует в формировании мощности. Последующее перемножение средних величин напряжения и тока , автоматически даст правильную среднюю величину импульсной мощности , равной величине, определённой по формуле (6). Эта же программа будет правильно учитывать величину электрической мощности при непрерывном процессе подачи напряжения на клеммы потребителя, так как скважность импульсов будет равна

Таким образом, ошибочная формула (4), заложенная в математические программы учета электроэнергии, потребляемой из сети, уже более 100лет выполняет роль мощного тормоза в разработке и внедрении импульсных потребителей электроэнергии, так как счётчики, реализующие ошибочную программу, разрабатали на основании математической модели (4), завышают реальную величину импульсной мощности в количество раз, равное скважности импульсов напряжения.

В России уже имеются действующие экспериментальные отопительные батареи, потребляющие электроэнергию из сети импульсами со скважностью, равной 100. Существующие счётчики электроэнергии, в которые заложен ошибочный алгоритм или ошибочная программа завышают реальный расход электроэнергии такими батареями в 100 раз и таким образом прочно закрывают им дорогу к потребителю.

Новый закон формирования электрической мощности (6) 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 не только непрерывно, но импульсно потребляемой электроэнергии. Изготовленные и испытанные первые в мире российские электромоторы - генераторы МГ-1, МГ-2 и МГ-3, вырабатывающие и потребляющие электроэнергию импульсами, убедительно доказали достоверность нового закона формирования импульсной электрической мощности (6) и полную ошибочность старого (4).

Представленная здесь методика составления математических программ для счётчиков электроэнергии, правильно учитывающих её импульсное потребление, означает, что российская наука уже открыла путь экономной импульсной энергетике. Следующий шаг должна сделать власть. Информируем её о том, что математикам не составит труда разработать универсальную математическую программу для электронного счётчика электроэнергии, который бы правильно учитывал не только непрерывное, но и импульсное потребление электроэнергии. Изготовив его и испытав, мы откроем путь очень экономным импульсным потребителям электроэнергии.

2. Баланс мощности электромотора-генератора

Электромотор-генератор МГ-1 имеет обычный ротор и обычный статор. Роль мотора у него выполняет ротор, а роль генератора - статор (рис. 6). Потребовалось около 100 лет, чтобы понять, как заставить ротор генератора вращаться без постороннего привода. Но когда он начал вращаться, то первый закон динамики Ньютона исключал возможность расчёта механического момента на его валу при равномерном вращении. Но к тому времени уже были известны новые законы механодинамики и мы использовали их для решения возникших задач. Покажем на конкретном примере, как это делать.

Рис. 6. Самовращающийся электромотор - генератор МГ-1 в работе

Прежде всего, рассмотрим баланс мощности МГ-1 на холостом ходу. Теоретическая структура этого баланса представлена на рис. 7.



Рис. 7. График изменения вращающих моментов, действующих на ротор МГ-1 при запуске его в работу, и при равномерном вращении

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. 7). Как только ротор начинает вращаться равномерно, то инерциальный момент становится положительным и не сопротивляется вращению ротора, а способствует его равномерному вращению (рис. 7). Равномерному вращению ротора сопротивляются только рабочая нагрузка, а также механические, и аэродинамические сопротивления -. Осциллограмма импульсов напряжения и тока в момент начала вращения ротора, представленная на рис. 8, убедительно доказывает это.



Рис. 8. Осциллограмма пусковых значений напряжения и тока

обмотки возбуждения ротора без маховика

Амплитуда первого импульса тока более 10А (рис. 8). 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. 7). Анализ осциллограммы на рис. 8, 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. 7 момент, когда инерциальный момент становится положительным , соответствует точке В. Амплитуда первого импульса напряжения - 100В, а амплитуда первого импульса тока (рис. 8) - 10А. Это значит, что мощность первого 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.

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

(8)

Связь между кинетической энергией равномерно вращающегося тела и его мощностью также следует из работы, совершаемой им при равномерном вращении за одну секунду. Если момент инерции тела обозначить , то

(9)

Таким образом, численная величина кинетической энергии, равномерно вращающегося ротора, равна механической мощности на его валу. Физическую суть, выполненных нами математических преобразований (9), 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 динамики Ньютона следует, что при равномерном вращении тела сумма сил и их моментов относительно оси вращения равна нулю. В результате исключается возможность вычисления каждой составляющей силы или - момента, действующих на равномерно вращающееся тело. Но новые законы механодинамики исправляют этот недостаток динамики Ньютона, который оставался незамеченным всеми его последователями более 300 лет.

В табл. 4 представлены результаты измерения крутящего момента на валу равномерно вращающегося ротора МГ-1 на холостом ходу с помощью моментомера Ж-83.

Таблица 4. Механическая мощность на валу электромотора-генератора МГ-1

Частота вращения, ротора об./мин.	Крутящий момент, Нм	Мех. мощность, Вт.
900	0,50	47,10
1500	0,175	27,47
1800	0,130	24,50

Итак, из первого закона динамики Ньютона, не имеющего математической модели, следует невозможность вычисления моментов, действующих на равномерно вращающийся ротор, а мы измерили момент сопротивления равномерному вращению ротора МГ-1 (табл. 4). Зная его экспериментальную величину 0,130 Нм при 1800 об./мин, определим механическую мощность на валу ротора. Она равна

. (10)

Первый закон динамики Ньютона лишает нас возможности вычислить теоретически механическую мощность на валу ротора МГ-1 при 1800об/мин., а второй закон механодинамики позволяет сделать это. Согласно этому закону механическая мощность на валу равномерно вращающегося тела численно равна кинетической энергии его вращения.

Масса ротора (рис. 6, а) равна , радиус инерции ротора эквивалентен радиусу инерции полого цилиндра с толщиной стенки 0,001м. Он равен . В данном эксперименте ротор вращался с частотой . Связь между кинетической энергией равномерно вращающегося ротора и его мощностью следует из работы, совершаемой им при равномерном вращении за одну секунду

. (11)

Этот результат близок к экспериментальному результату (10 и табл. 4). Так как роль мотора у электромотора - генератора выполняет ротор, а роль генератора - статор, то он генерирует два вида энергии: механическую на валу ротора и электрическую в обмотке статора.

Поэтому возникает необходимость знать баланс мощности на входе в МГ-1 и выходе.

Для этого роль нагрузки на валу ротора выполнял моментомер Ж-83, а на статоре - электролизёр, подключённый к импульсам ЭДС самоиндукции. Результаты измерений представлены в таблице 5.

Таблица 5. Баланс мощности электромотора - генератора МГ-1

n, об./м.	На входе, , Вт	ЭДС СИ , Вт	Мех. мощность , Вт	Общая мощность ,
1160	24,99	20,94	36,42	57,36
1225	21,28	16,25	32,05	48,30
1300	16,99	14,53	27,21	41,74

Странная зависимость (табл. 5).

Обычно с увеличением частоты вращения ротора механическая мощность на его валу увеличивается, а у электромотора - генератора МГ-1, наоборот, механическая мощность растёт с уменьшением частоты вращения его ротора.

Итак, общая мощность на выходе МГ-1 больше электрической мощности на входе в обмотку возбуждения ротора (табл. 5).

Это явное нарушение закона сохранения энергии, на котором базировалась вся энергетика человечества более 100 лет.

А теперь поищем источник дополнительной мощности, которую генерирует МГ-1. На рис. 9, а представлена осциллограмма на клеммах ротора на холостом ходу, а на рис. 9, с - при нагрузке.

Нетрудно видеть, что в момент отключения подачи напряжения в обмотку возбуждения ротора (рис. 9, а и с) возникает импульс ЭДС самоиндукции, уходящий вниз.

Это значит, что его полярность противоположна полярности импульса ЭДС индукции.

а)	b)
с)	d)

Рис. 9. Осциллограммы на клеммах входа и выхода электроэнергии МГ-1

На рис. 9, b - осциллограмма импульсов ЭДС самоиндукции в обмотке статора, перешедшая с обмотки ротора. Возникает вопрос: что такое ЭДС самоиндукции? Когда в обмотке ротора присутствует напряжение, то магнитные поля, формирующиеся вокруг проводов витков обмотки ротора, имеют рабочую, достаточно большую напряжённость, которая формирует магнитное поле в сердечнике. Как только электрическая цепь подачи напряжения в обмотку ротора разрывается, то электроны в проводах обмотки теряют упорядоченную ориентацию, и магнитное поле сердечника начинает исчезать (рис. 10). Процесс изменения напряжённости исчезающего магнитного поля сердечника наводи в проводах обмотки ЭДС обратной полярности. Поскольку в этот момент электрическая цепь фактически разорвана, то принято считать, что ЭДС обратной полярности наводится в проводах обмотки самостоятельно и её называют ЭДС самоиндукции. Обычно она считается вредной и с ней борются различными электротехническими средствами. Мы же решили не бороться с ней, а использовать для полезной работы.

Рис. 10. Схема ориентации электронов в проводе

Оказалось, что если импульсы ЭДС самоиндукции статора подключить к электролитической ячейке, то его амплитуда резко уменьшается, а длительность импульса увеличивается. При этом появляется и ток (рис. 9, d). Так как Импульс ЭДС самоиндукции родился вначале в обмотке ротора в момент разрыва электрической цепи, а потом перешёл в обмотку статора, то энергия первичного источника питания почти не расходуется на его генерацию. В результате импульсы ЭДС самоиндукции (рис. 9, b) превращаются в источник дополнительной электрической энергии (и табл. 5).

Приведённый анализ баланса мощности МГ-1 показывает 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 самоиндукции в обмотке ротора можно использовать на зарядку аккумулятора, а импульсы ЭДС самоиндукции статора на другие цели, например, на электролиз воды.

3. Автономный электрогенератор

Изобретатели успешно используют, в ряде случаев, метод проб и ошибок, разрабатывая устройства, реальная работа которых противоречит большей части теоретических знаний Человечества, посвящённых описанию принципов работы подобных устройств. Один из них - Стэвен Марк (Steven Mark) разработал электрогенератор, который вырабатывает электрическую энергию без использования дополнительных источников энергии. Представляем анализ его изобретения на основании опубликованной им информации.

Мы скопировали в Интернете видео изобретателя Стэвена Марка (Steven Mark) и разместили его на своём сайте http://www.micro-world.su/ по адресу:

http://micro-world.su/index.php/2010-12-22-11-39-37/622-2012-06-07-09-26-07

На рис. 11, а) - электрогенератор Стэвена Марка и лампочка мощностью 100Вт. На рис. 11, b электрогенератор в работе. На рис. 11, с - более мощный его электрогенератор. Он питает 10 лампочек по 100Ватт каждая (рис. 11, d).

а)	b)
c)	d)

Рис. 11. Фото автономных электрогенераторов Стивена Марка

Для начала проанализируем, опубликованные автором осциллограммы, снятые с клемм его автономного электрогенератора (рис. 11). На первой осциллограмме (рис. 12) - явные импульсы ЭДС самоиндукции с крутым фронтом, которые возникают при отключении напряжения, подаваемого в обмотку возбуждения, например, в обмотку катушки с сердечником. Импульсы ЭДС самоиндукции наводятся в обмотке магнитным полем, которое исчезает после отключения подачи напряжения в обмотку. Чаще всего таковым является исчезающее магнитное поле сердечника электромагнита.

а)	b)

Рис. 12. Амплитуды импульсов ЭДС самоиндукции:

а) электрогенератора Стэвена Марка; b) электромотора-генератора МГ-1

Амплитуда импульса ЭДС самоиндукции зависит от напряжения импульса ЭДС индукции и от количества витков катушки. В результате амплитуду импульса ЭДС самоиндукции можно получить в 5, 10, 100 и более раз больше амплитуды импульса ЭДС индукции. Возникает вопрос об источнике вторичных импульсов с правой части импульсов на осциллограмме (рис. 12, а)? На нашей осциллограмме (рис. 12, b), снятой с клемм обмотки возбуждения ротора, которая имеет сердечники, вторичных импульсов нет. Это значит, что цилиндры электрогенератора Стэвена Марка (рис. 11) не имеют металлического диска, выполняющего роль сердечника. Его роль выполняют последующие слои обмоток.

При этом амплитуда импульсов тока, при котором формируется импульс ЭДС самоидукции, может быть в 10 и более раз меньше амплитуды и длительности импульса тока, формирующегося при импульсе ЭДС индукции, родившем импульс ЭДС самоиндукции. Жаль, что Стэвен Марк не представил осциллограммы, на которых были бы записаны импульсы ЭДС индукции и самоиндукции и соответствующие им токи.

Для прояснения проанализируем детальнее осциллограмму, которую мы записали при испытании нашего электромотора - генератора МГ-1, генерирующего импульсы ЭДС индукции и импульсы ЭДС самоиндукции (рис. 12, b). Отметим, что изобретатель автономного генератора не использует понятия: “импульс ЭДС индукции и импульс ЭДС самоиндукции”, демонстрируя этим непонимание физической сути процесса, используемого им для генерации напряжения. На рис. 12, b показана амплитуда импульса тока индукции и ток импульса ЭДС самоиндукции в узкой полоске импульса ЭДС самоиндукции, который уходит вниз. Его амплитуда в несколько раз больше амплитуды импульса индукции.

Обратим внимание на ток (рис. 12, b). Он рождается в момент отключения подачи напряжения в обмотку ротора МГ-1 и сопровождает процесс появления импульсов ЭДС самоиндукции в обмотке ротора. Физическая суть этого процесса заключается в том, что разрыв цепи в обмотке сразу оставляет электроны провода без силы, удерживающей их в ориентированном состоянии в проводе (рис. 10). Магнитное поле сердечника, исчезая, меняет ориентацию электронов в противоположном направлении и на концах провода появляется напряжение с противоположной полярностью. Изменение полярности импульса хорошо видно на осциллограмме (рис. 11, b). Величина тока , сопровождающая этот процесс, уже не относится к первичному источнику питания, так как рождающийся импульс ЭДС самоиндукции сопровождается принудительным поворотом всех электронов в проводе на и ток, генерирующий этот процесс, относится к убывающей напряжённости магнитного поля сердечника. С учетом этого мощность импульса ЭДС самоиндукции имеет косвенное отношение к первичному источнику питания, который формирует магнитное поле в сердечнике до этого момента. Поэтому мы можем полагать, что ток - представляет собой часть тока, реализованного на формирование магнитного поля в сердечнике. В данном случае , примерно, в 15 раз меньше величины тока ЭДС индукции, то есть, равен 1,5/15=0,1А. Амплитуда импульсов ЭДС самоиндукции около 400В.

Мы уже многократно доказали теоретически и экспериментально, что первичный источник энергии реализует её или мощность потребителю импульсно по зависимости

. (12)

Из нашей осциллограммы (рис. 12, b) следуют, что скважность импульсов ЭДС индукции и импульсов тока индукции равна , а импульсов ЭДС самоиндукции - 36,5. Таким образом, величина мощности, реализуемой на формирование импульсов ЭДС самоиндукции, в данном конкретном случае, равна

. (13)

Обратим особое внимание на мизерную мощность, реализуемую на формирование импульсов ЭДС самоиндукции (391). На следующей осциллограмме (рис. 13, а ) Стэвена Марка - импульсы ЭДС самоиндукции противоположной полярности. Особо отметим, что это не изменяет физическую суть импульса - быть выпрямленным, а значит, по большому счёту, как говорит автор в ВИДЕО фильме, - быть постоянным.

а)	b)

Рис. 13. а) импульсы ЭДС самоиндукции с полярностью, противоположной полярности, представленной на рис. 12, а; b) начальная попытка автора автономного электрогенератора сформировать из двух импульсов с противоположной полярностью синусоидальное изменение напряжения

На следующих осциллограммах (рис. 14) - результат реализации попытки автора получить из импульсов ЭДС самоиндукции противоположных полярностей закономерность изменения напряжения близкую к синусоидальной.



Рис. 14. Результат реализации процесса сложения двух импульсов ЭДС самоиндукции противоположной полярности в синусоидальную форму (в общем) изменения напряжения

На рис. 15. Начальные устройства автора генератора по получению импульсов ЭДС самоиндукции. Три катушки с явными сердечниками - источники импульсов ЭДС самоиндукции, представленные на осциллограмме (рис. 12, а).

	Рис. 15. Из текста автора. Итог: 6” 2 Мёбиус катушки дважды накрест-подключенные (Final 6” 2 Mobius coils twice cross-connected) http://314159.ru/voevodskiy/voevodskiy4.pdf

А теперь проанализируем информацию из видеофильма изобретателя электрогенератора http://micro-world.su/index.php/2010-12-22-11-39-37/622-2012-06-07-09-26-07 . Передавая свой электрогенератор в руки ассистента, он поясняет, что генератор, ещё не подключённый к лампочке, работает, слегка вибрируя, и имеет небольшой гироскопический момент. Из этого следует, что электрогенератор имеет деталь, которая вращается непрерывно на холостом и рабочем ходу, так как гироскопический момент формируется только вращающейся массой. Далее, он поясняет, что генератор работает уже около полутора лет, но не уточняет, на холостом или рабочем ходу? Скорее всего, - на холостом ходу.

На фото (рис. 11, с, d) хорошо видно, что электрогенератор имеет цилиндрическую форму, поэтому не понятно, почему автор называет его тороидальным. Далее, толщина стенки цилиндра незначительна и по торцам имеет увеличенные овалы, закрытые изоляционным материалом. Начало намотки провода на цилиндр и конец намотки расположены рядом. Это значит, что провод намотки имеет один конец на входе и один на выходе. Концы проводов на внешней стороне цилиндра подсоединены к электророзетке, которая используется для питания в момент запуска генератора в работу и при рабочей нагрузке. Концы проводов, подключённые к параллельной электророзетке во внутренней полости цилиндра, соединены с электронным блоком генерации импульсов напряжения и управления процессом этой генерации (рис. 11). Нам не известна электрическая схема этого блока, но известна частота, генерируемых импульсов, как сообщает автор, она равна 5кГц.

При просмотре ВИДЕО можно заметить блок (рис. 11) внутри цилиндрического генератора, в котором скрыт последний вариант компоновки блока импульсов ЭДС самоиндукции и схемы управления процессом их генерации. Наличие катушек с сердечниками исключает необходимость вращающейся части в большом цилиндрическом блоке его генератора (рис. 11). Импульсы ЭДС самоиндукции, генерируемые двумя катушками, направляются в обмотку блока цилиндров и генерируют в ней вторичные импульсы ЭДС самоиндукции.

В детальном описании истории разработки данного генератора http://314159.ru/voevodskiy/voevodskiy4.pdf сообщается, что в основе принципа его работы - кольцо Мёбиуса (рис. 15). Однако, фото генератора (рис. 11), взятые из Видео фильма, не подтверждают это.

Особо отметим, что наличие небольших катушек индуктивности, представленных на фото (рис. 15), имеет мало общего с конечной компоновкой его блока генерации и управления импульсами, представленного в ВИДЕО (рис. 11). И это естественно, так как для получения импульсов ЭДС самоиндукции достаточно катушки с сердечником или - особо хитрой намотки провода на диэлектрический цилиндр, а кольцо Мёбиуса тут ни причём. Нет оснований доверять и словам “гироскопический момент”, произнесённым в ВИДЕО, видимо, для формирования заблуждений. В рассматриваемом случае (рис. 12 и 14) импульсы, сформированные в закономерность их изменения близкую к синусоидальной в общем виде получены из двух катушек.

Физическая суть гениального изобретения Стэвина Марка скрыта во взаимодействии свободных электронов друг с другом в направлении вдоль провода. Так как в этом случае электроны оказываются в роли постоянных магнитов, сориентированных северными магнитными полюсами в сторону движения, то они движутся вдоль провода под действием приложенного напряжения (рис. 10). Так как электроны имеют один и тот же отрицательный заряд, то отталкиваются друг от друга в плоскости перпендикулярной оси провода. Это приводит к тому, что они концентрируются ближе к поверхности провода (рис. 10). Движение электронов от конца провода к экрану электронно-лучевой трубки, например, представлено на рис. 16.



Рис. 16. Схема движения электронов вдоль провода с постоянным напряжением и к экрану электронно-лучевой трубки

Нам представляется, что изложенной информации достаточно, чтобы представить два варианта принципов работы электрогенератора, представленного на фото (рис. 11). Это следует из того, что подобные ВИДЕО готовятся для показа с элементами дизориентации. Поэтому к петле Мёбиуса и к словам “гироскопический момент” надо относиться критически. Наличие и отсутствие гироскопического момента проверяется легко. Его вес будет изменяться при повороте блока (рис. 11) на 180.

Если верить автору, что его автономный электрогенератор обладает гироскопическим моментом, то это возможно только при наличии вращающейся части в блоке цилиндров его генератора. Тогда, в совокупности цилиндров этого генератора один цилиндр должен вращаться (рис. 17, а).

Схема действия магнитных полей электронов на внутренний вращающийся металлический цилиндр 3, показана на рис. 17, b.

Есть основания полагать, что рабочий металлический цилиндр 3 в этом случае будет в подвешенном состоянии (в состоянии левитации) в зазоре между диэлектрическими цилиндрами 1 и 2. Суммарное магнитное поле всех витков будет вращать металлический цилиндр в момент подачи в провод обмотки импульсов напряжения. Когда импульса не будет, то он будет вращаться по инерции и удерживаться в состоянии левитации остаточным действием магнитного поля, формируемого электронами, величина которого зависит от частоты импульсов напряжения, подаваемых в обмотку возбуждения цилиндров.

а)	b)

Рис. 17: a) основные детали генератора: 1 - внешний диэлектрический цилиндр; 2 - внутренний диэлектрический цилиндр; 3 - главный рабочий металлический (или магнитный) цилиндр; 4 - верхняя диэлектрическая крышка блока цилиндров; 5 - нижняя диэлектрическая крышка блока цилиндров; 6 и 7 - концы провода намотанного на блок цилиндров; 8 - пусковая розетка для запуска генератора в работу от сети через выпрямитель и - подключения нагрузки в рабочем режиме генератора; 9 - электронный блок управления параметрами импульсов ЭДС индукции и ЭДС самоиндукции в обмотке возбуждения блока цилиндров; b) схема действия магнитного поля вокруг одного витка провода 6 на внутренний металлической цилиндр 3 в сечении плоскости А (а)

Сущность второго варианта работы генератора Стэвина Марка - в использовании хитрой намотки. В этом случае не требуется вращающаяся часть. Пусковые импульсы напряжения, поданные в первичную обмотку возбуждения цилиндров, наводят магнитные поля вокруг проводов, которые можно использовать для генерации импульсов ЭДС самоиндукции во вторичной цепи намотки и направлять их в конденсаторы, а потом использовать накопленную энергию для непрерывной генерации импульсов ЭДС самоиндукции во вторичной обмотке в рабочем режиме, подзаряжая конденсатор частью дополнительной энергии импульсов ЭДС самоиндукции.

Таким образом, в обоих вариантах в обмотке цилиндров будут генерироваться периодически импульсы ЭДС индукции и импульсы ЭДС самоиндукции. Так как рабочий цилиндр будет в состоянии левитации, то у него не будет сопротивлений его вращению. Из этого следует, что при отключении входных (пусковых) импульсов напряжения цилиндр будет продолжать вращение. Вполне естественно, что появляется возможность разработать электронную схему, которая направляла бы импульсы ЭДС самоиндукции, генерируемые в проводе обмотки цилиндров, в - конденсаторы. Так появляется возможность использовать накопленную энергию этих импульсов для периодической подачи их в обмотку возбуждения. Поскольку амплитуды импульсов ЭДС самоиндукции многократно больше амплитуд импульсов ЭДС индукции, то рабочий цилиндр, находясь в состоянии левитации, будет вращаться без постороннего источника питания, превращаясь в “вечный” двигатель. В таком же режиме будет работать и хитрая обмотка цилиндров.

Если же вращающейся части нет, то импульсы ЭДС самоиндукции, накопленные в конденсаторе и подаваемые в обмотку возбуждения цилиндра, будут генерировать в проводе этой обмотки вторичные импульсы ЭДС самоиндукции, которые можно использовать для питания нагрузки - лампочек, например. Что и наблюдается в ВИДЕО Стэвена Марка (рис. 11). Нагрузка (лампочки) включается в пусковую розетку 8 (рис. 17). Конечно, специалистам по электронике не составит труда разработать электронную схему управления работой автономного электрогенератора (рис. 11), описанного нами.

Итак, человечество - на уверенном пути к импульсной энергетике. Главное на этом пути - разработка импульсных потребителей такой энергии. Приведём один из них. На рис. 18, а представлена предплазменная ячейка для нагрева воды. Корпус у неё диэлектрический, катод 1 очень маленький, анод 2 спиральный имеет значительно большую рабочую поверхность. Безплазменный режим работы зависит от величины диэлектрического зазора 3. На клеммы ячейки подаются импульсы ЭДС самоиндукции с амплитудой до 1000В. Амплитуда тока достигает 150А (рис. 18, b).

а)	b)

Рис. 18: а) предплазменная тепловая ячейка; b) осциллограмма импульсов ЭДС самоиндукции на клеммах ячейки, полученных с помощью электрической схемы, представленной на рис. 19

На рис. 17, а - предплазменная тепловая ячейка, питающаяся импульсами ЭДС самоиндукции, полученных с помощью электрической схемы, представленной на рис. 19.



Рис. 19. Электрическая схема генератора импульсов (Патент № 2228390)

Рис. 20. Экспериментальные отопительные батареи при температуре на их поверхности, равной 80 град: а) мощность на клеммах ТЭНа -880Вт; b) мощность на клеммах предплазменных ячеек - 30Вт.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Автономный источник электроэнергии - серьёзное достижение Стэвена Марка, убедительно доказывающее неоспоримую перспективу импульсной энергетики. Уже имеется ряд импульсных потребителей электроэнергии для автономного электрогенератора. Поэтому нет особой нужды стремиться к получению синусоидальной закономерности изменения напряжения, генерируемого автономным электрогенератором.

ЛИТЕРАТУРА

1. Канарёв Ф.М. Начала физхимии микромира. Монография. Издание 15-е. Том I.

http://www.micro-world.su/ Папка “Монографии”

2. Канарёв Ф.М. Начала физхимии микромира. Монография. Издание 15-е. Том II.

Импульсная энергетика. http://www.micro-world.su/ Папка “Монографии”

3. Канарёв Ф.М. Начала физхимии микромира. Монография. Издание 15-е. Том III.

2000 ответов на вопросы о микромире. http://www.micro-world.su/ Папка “Монографии”

4. Канарёв Ф.М. Физхимия микромира. Учебник.

http://www.micro-world.su/index.php/2012-03-08-17-51-29/566-2012-03-09-07-11-46

импульсный мощность напряжение электромотор

Размещено на Allbest.ru

...