[ВХОД]

Главная | Содержание | Форум | Файлы | Поиск | Помощь |
Содержание
Энергетика
  | Электрические и резонансные генераторы
  | Магнитные генераторы
  | Водородные генераторы
  | Исследования
  | Электростатические моторы и генераторы
  | Механические (центробежные) генераторы
  | Ветрогенераторы
  | Топливные экономайзеры и производство топлива
  | Однопроводная передача энергии
Антигравитация
  | Природные явления
  | Акустическая антигравитация
  | Виманы-летательные аппараты Древней Индии
  | Статьи и публикации на тему НЛО/UFO
Научные теории
Проза
Тайны Третьего рейха.
Пирамиды и мегалиты
Транспорт
  | Электромобили и аккумуляторы
  | Одно- и двухколесные транспортные средства
Общая физика
  | Электротехника
  | Электроника и электротехника
Помощь сайту...
Ищу спонсора или рекламодателя. Принимаю пожертвования на
Юmoney 4100135735990
Ymoney 4048 4150 3989 0880
Сберка 4006 8000 2087 6875

Денег нет,
...но вы держитесь там.
Удачи вам! И здоровья!


мобильная версия
Печатать страницу

Способ бесконтактного реверсивного регулируемого электромеханического преобразования энергии

Автор: Валерий Викторович Вежов, vegov@online.ru
Бесшумный, экологически чистый, износоустойчивый, легко управляемый, работающий в широком диапазоне скоростей двигатель. Область применения: везде, где используется бесконтактное электромеханическое преобразование энергии, например асинхронный электродвигатель переменного тока.

 В России изобретены и запатентованы способ и устройство для преобразования электромеханических сил, на основе которых могут быть созданы приводные устройства, выполняющие функции бесколлекторного электрического двигателя-генератора на номинальную мощность от единиц ватт до сотен киловатт.


Новое приводное устройство, работающее в режиме двигателя, принципиально отличается от существующих электрических двигателей, несмотря на то, что совершает механическую работу, используя электрическую энергию. Точно так же, как паровая машина принципиально отличается от двигателя внутреннего сгорания, несмотря на то, что оба совершают механическую работу, используя химическую энергию разложения органических материалов (уголь, бензин). Об этом свидетельствуют их совершенно непохожие друг на друга механические характеристики.


Принцип преобразования электромеханических сил основан на применении в подвижной части механической системы электромагнитного реактора, выполняющего функцию "энергетического зеркала", и взаимодействующей с неподвижной частью с помощью определенным образом сформированных магнитных полей, создаваемых электромагнитной системой специальной конструкции.


Новое приводное устройство обладает двумя качественными характеристиками, отличающего его от существующих в настоящее время силовых приводов.


Первое, это то, что оно обладает исключительно высокой устойчивостью к катастрофическим отказам. Отказ до половины от общего количества обеспечивающих его работу функциональных элементов, как внутренних, так и внешних, вызывает лишь пропорциональное уменьшение максимальной рабочей мощности, но не приводит к катастрофическому отказу. Внезапный катастрофический отказ возможен лишь в случае механического разрушения устройства в целом.


Второе - оно обладает способностью плавного регулирования и реверсирования момента силы тяги на валу устройства, не прибегая к манипуляциям в силовых цепях.


Изобретение может быть использовано в силовых установках летательных аппаратов, т. к. удельная мощность на единицу веса у предлагаемого устройства на порядок выше, чем у классических аналогов, (частота работы электромагнитного реактора десятки килогерц); в приводных устройствах машин, станков, инструментального оборудования, бытовой техники и др., особенно там, где необходим большой диапазон изменения скоростей при сохранении управляемых силовых взаимодействий, а также, в маховичных накопителях электрической энергии, т.к. конструктивно может быть выполнено с внешним ротором.


Основные силовые характеристики нового приводного устройства, при использовании современных материалов и технологий изготовления следующие.

	Удельная номинальная мощность на единицу
занимаемого объема (ватт/литр.) - 400 - 1200
Коэффициент полезного действия
электромеханического преобразования
в широком диапазоне скоростей - 0.85 - 0.95

Ниже представлены диаграммы, позволяющие на качественном уровне сравнить механические и электромеханические характеристики асинхронного электрического двигателя и нового приводного устройства.



Все данные, в отношении асинхронного двигателя, взяты из "Общей электротехники для вузов" под ред. д-ра техн. наук А. Т. Блажкина.


На рис. 1 представлен график механической характеристики асинхронного двигателя. Он связывает между собой две механические величины - вращающий момент (M), развиваемый асинхронным двигателем, и скорость вращения (n).


При этом, no - скорость вращения магнитного поля, nхол - скорость вращения ротора без нагрузки, а Mпуск - вращающий момент при нулевой скорости ротора.


Механическая характеристика, т.е. зависимость вида n(M), является основной характеристикой любого типа двигателя, определяющей его эксплуатационные возможности.


Для асинхронных электродвигателей основополагающим является то, что явления, лежащие в основе создания механических сил на валу, напрямую зависят от скорости вращения ротора двигателя. Это означает, что скорость вращения ротора двигателя должна находится в пределах 0.9-0.97 от скорости вращения магнитного поля, определяемого частотой сети питания (фактор скольжения). Точка Mмакс механической характеристики соответствует положению неустойчивого равновесия, так как при малом снижении скорости, обусловленном незначительным увеличением момента нагрузки, момент двигателя не растет, а падает. При превышении механической нагрузки выше Mмакс двигатель резко останавливается. То есть, асинхронный двигатель в принципе не может работать со скоростью вращения меньше nмин.


С другой стороны, для асинхронных двигателей увеличение механической нагрузки, увеличивающее момент силы на валу двигателя при малом изменении скорости вращения ротора, приводит к увеличении совершаемой двигателем работы в единицу времени и, соответственно, к увеличению тока потребления от источников электропитания. Что видно на графике зависимости тока потребления от скорости вращения на рис. 2. При остановке асинхронного двигателя из-за механической перегрузки ток потребления возрастает в несколько раз выше номинального, что приводит к выходу его из строя.


Другими словами, скорость вращения ротора асинхронного двигателя жестко связана с частотой электрического тока сети, питающей двигатель, что сильно ограничивает его применение в тех областях, где требуется регулируемость механических взаимодействий со средой, в частности, на транспортных средствах.


На рис 3 представлено семейство механических характеристик, а на рис 4 показана электромеханическая характеристика принципиально нового электродвигателя (реакторного).



Семейство механических характеристик показывает тот факт, что реакторный двигатель позволяет плавно изменять механический момент силы ротора двигателя. Причем, пространство, ограниченное осями координат и самой верхней характеристикой, определяет допустимый рабочий режим реакторного двигателя, который, в свою очередь, зависит от его максимальной мощности.


При этом, имея механический момент нагрузки, определяемый абциссой прямоугольника A, можно регулировать скорость вращения двигателя в пределах ординаты этого прямоугольника. То есть, если момент нагрузки изменяется в пределах от 0 до М1, то независимо от его значения можно установить любую скорость вращения ротора в пределах от 0 до n1. То же самое, для любых других механических моментов нагрузки в пределах 0 - Мmax, можно в пределах ординат соответствующих прямоугольников (например B или C) регулировать скорость вращения двигателя.


С другой стороны, если установлена необходимая скорость вращения двигателя, например n3, то независимо от изменения механической нагрузки в пределах от 0 до М3, скорость n3 можно поддерживать постоянной, плавно подстраивая момент силы вала моменту силы нагрузки. То же самое достигается и для любых других скоростей вращения в пределах от 0 до nхол.


В режиме холостого хода или с очень малой механической нагрузкой реакторный двигатель может развивать очень высокие скорости вращения, до нескольких сотен тысяч оборотов в минуту.


Семейство механических характеристик реакторного электродвигателя очень похоже на семейство механических характеристик парового двигателя, где Mmax определяется давлением пара, а скорость вращения n регулируется скоростью поступающего в цилиндры пара в пределах ординат прямоугольников, соответствующих механическому моменту нагрузки.


Электромеханическая характеристика (рис. 4) показывает зависимость тока потребления двигателя от скорости вращения (показана только для верхней характеристики рис. 3). Так как, механические характеристики реакторного электродвигателя являются мягкими, то увеличение механической нагрузки приводит к соответствующему механическим характеристикам уменьшению скорости вращения. Поскольку работа, совершаемая двигателем за единицу времени, пропорциональна моменту силы тяги и скорости вращения, а момент силы тяги реакторного двигателя при изменении механической нагрузки, в отличии от асинхронного, не меняется, то увеличение механической нагрузки приводит к уменьшению совершаемой двигателем работы, что приводит к уменьшению потребляемого им тока от источника питания.


При нулевой скорости двигатель потребляет минимальный ток, связанный с незначительными, но неизбежными электрическими и магнитными потерями.


При реверсировании силы тяги, вращение ротора относительно момента силы тяги становится отрицательным и двигатель переходит в режим генератора.


При этом, отрицательное значение тока на характеристике показывает, что ток течет в обратном направлении - от двигателя к источнику питания. Это явление аналогично работе паровой машины в режиме торможения, при котором она выполняет роль поршневого компрессора, закачивая воздух в котел.





Применение на транспорте


Одна из областей применения - это использование изобретения для приводных устройств на транспортных средствах. Приводные устройства электрически подключается к накопителю электрической энергии, а механически связаны с колесами или могут быть непосредственно встроены в колеса транспортного средства для создания силы тяги.


При этом, проявляются следующие уникальные особенности.



  1. Сила тяги не зависит от скорости вращения колеса во всем практическом диапазоне скоростей перемещения транспортного средства, может изменять направление и плавно регулироваться устройством управления от нуля до максимума, зависящего от конструкции приводного устройства, при этом, общая сила тяги равна сумме сил, создаваемых всеми приводными устройствами транспортного средства.

  2. При разгоне, приводные устройства преобразуют энергию накопителя электрической энергии в кинетическую энергию движения транспортного средства, а при торможении (изменением направления силы тяги) приводные устройства преобразуют кинетическую энергию движения в электрическую, возвращая ее в накопитель электрической энергии, при этом, подвижная часть приводных устройств не имеет электрических контактов с неподвижной частью.

  3. Не нужны коробка передач, сцепление и трансмиссия, так как каждое колесо связано со своим приводным устройством, которые, при работе на общую нагрузку, обладают свойством выравнивания передаваемой каждому колесу энергии. Заставить работать таким же образом асинхронные двигатели практически невозможно.

  4. Отсутствует пробуксовка колес при разгоне и блокировка колес при торможении транспортного средства.

Разработаны методики расчета, оптимизации и коррекции, а также необходимое программное обеспечение, для проведения опытно-конструкторских работ по созданию широкого спектра новых устройств различного назначения







 Известен бесконтактный (имеется ввиду механическая система, подвижная часть которой не имеет электрических контактов с неподвижной частью) способ преобразования электрической энергии в механическую, реализованный в обычном электромагните, схематически изображенном на рис. 1.



Рис. 1


Электромагнит состоит из индукционной катушки 2, соединенной с источником тока 1, расположенной на магнитном сердечнике 3, образующих неподвижную часть механической системы, и якоря 4, являющегося подвижной частью механической системы электромагнита.


Протекающий по обмотке катушки 2 электрический ток, генерируемый источником тока 1, образуя магнитное поле, создает магнитный поток в сердечнике 3, якоре 4 и зазоре 5, соединяющем сердечник и якорь. Магнитноеполе, образующееся в зазоре магнитным потоком, создает в зазоре механическое поле, перемещающее якорь электромагнита.


При этом напряженность механического поля (сила взаимодействия сердечника с якорем) пропорциональна квадрату тока, протекающего в обмотке катушки электромагнита, и, как энергетическая характеристика, целиком определяется физической конструкцией и энергетическим параметром - силой тока в обмотке, что не дает возможности непосредственно управлять процессом электромеханического преобразования энергии.


Целью предлагаемого способа является получение возможности непосредственного управления процессом электромеханического преобразования энергии с помощью неэнергетического параметра - спектра частоты переменного тока источника электроэнергии.



Рис. 2


Способ преобразования заключается в том, что механическое поле между подвижной и неподвижной частями механической системы (рис. 2) образуется за счет электромагнитного взаимодействия двух катушек - катушки индуктора 2, электрически соединённой с источником переменного тока 1, составляющих неподвижную часть механической системы, и катушки реактора 3, электрически соединенной с конденсатором 4, образуя электромагнитный колебательный контур, и составляющих подвижную часть механической системы преобразователя.


Переменный ток от источника тока 1, протекая по виткам катушки индуктора 2, возбуждает в пространстве переменное магнитное поле, которое, по закону электромагнитной индукции, создает переменную электродвижущую силу в катушке реактора 3, которая образует электрическую цепь с конденсатором 4. В результате, в катушке реактора 3 возникает переменный электрический ток, и по закону Ампера между катушкой индуктора 2 и катушкой реактора 3 возникает сила механического взаимодействия, перемещающая подвижную часть механической системы.


Поскольку, катушка реактора 3, соединенная с конденсатором 4, образуют электромагнитный колебательный контур, то из-за явления электромагнитного резонанса амплитуда тока, протекающего в катушке реактора 3, будет функцией как от амплитуды, так и от частоты тока, протекающего в катушке индуктора 2.




		       K * Iинд
Iреак = ----------------------
((1 - Fрез/Fинд)² + D)

где
K - коэффициент, учитывающий конструкцию механической системы;
Iинд - амплитуда тока в катушке индуктора;
Iреак - амплитуда тока в катушке реактора;
Fинд - частота тока в катушке индуктора;
Fрез - резонансная частота колебательного контура;
D - параметр, зависящий от добротности колебательного контура.




Так как, по закону Ампера сила механического взаимодействия между проводниками с током прямо пропорциональна произведению токов в проводниках, величина механического поля между индуктором и реактором будет зависеть от частоты тока индуктора.


В результате, изменение частоты тока в катушке индуктора, приводит к изменению амплитуды тока в катушке реактора, что, в свою очередь, приводит к изменению силы механического взаимодействия между катушкой индуктора и катушкой реактора и к изменению параметров перемещения подвижной части относительно неподвижной части механической системы, в чем и выражается регулируемое преобразование энергии электрического тока источника тока 1 через образуемое катушками индуктора 2 и реактора 3 магнитное поле в механическую энергию.


Изменение частоты переменного тока источника есть частный случай изменения спектра переменного тока, подаваемого из источника тока в катушку индуктора. В общем случае, в предлагаемом способе электромеханическое преобразование энергии регулируется изменением спектра переменного тока, подаваемого в катушку индуктора.


Благодаря явлению электромагнитной взаимоиндукции между катушкой реактора 3 и катушкой индуктора 2, ток, циркулирующий в колебательном контуре, возбуждает электродвижущую силу взаимоиндукции в катушке индуктора 2, создавая в цепи катушки индуктора переменный ток, который взаимодействует с переменным током источника 1.


С энергетической точки зрения электромагнитный колебательный контур, образованный катушкой реактора 3 и конденсатором 4, является энергетическим зеркалом, отражающим часть электрической энергии обратно в источник 1. Коэффициент отражения является сложной функцией, зависящей от физической конструкции механической системы, электрических параметров источника тока и спектра переменного тока, генерируемого источником.


Существуют определенные соотношения параметров функции отражения, при которых коэффициент отражения стремится к единице. При этом, практически вся электрическая энергия источника тока, переданная в колебательный контур, возвращается назад в источник тока. Это происходит в том случае, если подвижная часть механической системы сохраняет свое пространственное положение относительно неподвижной части.


Если под действием сил механического поля подвижная часть перемещается относительно неподвижной части, то совершается механическая работа, на которую расходуется часть энергии колебательного контура, компенсируемая из источника тока. Если подвижная часть перемещается относительно неподвижной части под действием внешней силы, направленной против сил механического поля, то энергия колебательного контура увеличивается на величину энергии, затраченной внешней силой на совершение работы против сил механического поля, которая, благодаря эффекту отражения, передается в источник тока. В чем и выражается реверсивность преобразования электромеханической энергии предлагаемого способа.


Для каждой конкретной физической конструкции электромагнитной системы преобразователя можно определить функцию изменения спектра переменного тока, генерируемого источником тока, с целью управления средним значением электромагнитной энергии, циркулирующей в колебательном контуре, при сохранении коэффициента отражения близким к единице.


Таким образом, предложенный способ дает возможность, изменяя по определенной функции, зависящей от физической конструкции электромагнитной системы преобразователя и электрических параметров источника тока, спектр переменного тока, протекающий через катушку индуктора, регулировать преобразование электрической энергии в механическую и, наоборот, механической энергии в электрическую энергию.



Дата публикации: Прочитано: 33892 раз
Дополнительно на данную тему
- Сто пятьдесят лет гипноза (эффект Сигалова)
- Физика бестопливного генератора Тесла
- Секреты свободной энергии холодного электричества. Глава 1-2.
- Секреты свободной энергии холодного электричества. Глава 4. Расшифровывая патенты Грея
- Секреты свободной энергии холодного электричества. Глава 3. Проверяя секреты Теслы
- Мир в магнитном кольце
- Источник энергии — Солнце


Главная | Содержание | Форум | Файлы | Поиск | Помощь |
Valid XHTML 1.0 Transitional
Генерация страницы: 0.009 сек