Вечный двигатель

Вечный двигатель

Среди детских игрушек можно встретить забавный прибор под названием «птичка Хоттабыча» (рис. 68). Птичка периодически наклоняется, опускает клюв в воду и поднимает его. Кое-кто, увидев эту игрушку впервые, может воскликнуть: «Вечный двигатель!» Но. не будем торопиться. Разберем секрет птички. Ее голова и клюв покрыты ватой. Если эту вату слегка увлажнить, то при испарении воды голова птички будет охлаждаться. В нижней ампуле прибора налит эфир или другая легко испаряющаяся жидкость, пары которой заполняют все пространство. При охлаждении головы давление этих паров уменьшается. Тогда под избыточным давлением паров эфира в нижней ампуле эфир поднимается по трубочке, голова птички оказывается тяжелее и наклоняется к стаканчику. Как только жидкость достигнет конца трубочки, пары эфира из нижней ампулы прорвутся в верхнюю (головку), давление паров сравняется, жидкость потечет вниз, птичка вновь поднимет клюв. Не будь испарения влаги, не происходили бы все описанные явления. При испарении затрачивается энергия, которая берется от воды комнатной температуры и из окружающего воздуха. А вечный двигатель должен работать без затраты энергии. Поэтому «птичка Хоттабыча» не является вечным двигателем.

Все заводные игрушки и механизмы работают до тех пор, пока имеют запас потенциальной энергии закрученной пружины. Потенциальная энергия закрученной пружины в процессе работы превращается в другие виды энергии и передается другим частям механизма.

Великий закон природы — закон сохранения и превращения энергии — был открыт в середине XIX века. Но не сразу этот закон получил всеобщее признание. Уж очень заманчива была мысль построить такую машину, которая работала бы сама собой. Бесчисленные проекты всевозможных «вечных двигателей» предлагались людьми, недостаточно знакомыми с основами физики. Даже в наше время встречаются такие «изобретатели».

Представьте себя в роли конструктора бюро изобретений и выясните, в чем заключается ошибка в приводимых ниже проектах вечных двигателей.

При разборе проектов не забывайте следующее. «Вечный двигатель» должен работать без подвода энергии. Создание «вечного двигателя» было бы чудом, но чудес не бывает. Если механизм, выдаваемый за «вечный двигатель», совершает работу, которая состоит в преодолении трения только в частях этого механизма, значит, он откуда-то получает энергию. Надо выяснить откуда. Все проекты «вечных двигателей» можно разбить на две группы: а) проекты, авторы которых не обнаруживают внешних источников энергии (см. «птичку Хоттабыча») и б) проекты, содержащие ошибки, так как авторы проектов недостаточно хорошо знают законы физики.

Итак, познакомимся с некоторыми проектами «вечных двигателей». Будьте внимательны!

1. Через блок перекинута цепь (рис. 69, а, б). Свешивающаяся правая часть цепи под действием силы тяжести переходит с одного уровня на другой. Изобретатель уверен, что спущенная часть может быть снова поднята вверх, если связать концы цепи. Будет ли правая часть цепи перетягивать левую?

2. Два одинаковых шара уравновешены в воздухе на коромысле весов. Если один шар опустить в сосуд с водой, то вода будет выталкивать его и коромысло наклонится (рис. 69, в). Изобретатель утверждает, что шар, выйдя на поверхность воды, снова приобретет свой вес, снова будет опускаться в воду, а коромысло вечно будет качаться. Проверьте проект на опыте и найдите ошибку в проекте. Подумайте, не совершает ли этот «двигатель» работу по преодолению силы трения и вязкости жидкости.

3. Вытекающая из водопроводного крана вода ( рис. 69, г) должна создать в герметически закрытом водонапорном баке пустоту. Автор убежден, что атмосферное давление будет вечно пополнять убыль воды в баке.

4. Самозаводящиеся часы. При повышении температуры окружающего воздуха жидкость в радиаторе и соединенном с ним цилиндре будет расширяться и поршень, находящийся в цилиндре, придя в движение, поднимет гирю часов. Подъем гири не мешает ходу часов. Часовой механизм приводится в движение опускающейся гирей (рис. 69, д).

5. Магнитный вечный двигатель. Железный шарик, притягиваясь магнитом, поднимается по наклонной плоскости. Если в верхней части наклонной плоскости сделать отверстие (рис. 69, е), то шарик, провалившись через отверстие, упадет на желоб, скатится по нему и, обладая запасом кинетической энергии, снова попадет на наклонную плоскость, и так без конца.

6. Обычный предмет спора школьников, только что приступивших к изучению электричества. Генератор, однажды приведенный в движение, питает током электродвигатель (рис. 70). Оси генератора и электродвигателя соединены между собой ременной передачей, поэтому электродвигатель поддерживает движение якоря генератора. Можно ли установку назвать вечным двигателем? К генератору по желанию можно подключить осветительную сеть или электродвигатель соединить со станком.

Решите задачу:
«Мощность генератора 4 кВт. Какой мощности электродвигатель можно соединить с этим генератором, если КПД генератора 80% и КПД двигателя тоже 80%?»

7. Радиометр. В баллон с разреженным воздухом помещена вертушка из легких алюминиевых крылышек. С одной стороны крылышки покрыты черной краской (рис. 71). Если недалеко от этого баллона поставить источник яркого света или сильно нагретый предмет, то вертушка начнет вращаться. Можно ил радиометр назвать вечным двигателем?

8. Спинтарископ. Дно короткой трубки представляет экран, покрытый сульфидом цинка — веществом, светящимся от удара альфа-частиц (рис. 72). Близ экрана укреплена игла, на острие которой находится небольшое количество вещества, испускающего альфа-частицы. Наблюдатель, смотрящий через окуляр (при полной темноте), увидит на экране частые вспышки. Ни днем, ни ночью не прекращается эффектное зрелище, напоминающее салют в небе. Бесспорно, что описанное явление сопровождается выделением энергии. Но можно ли назвать спинтарископ вечным двигателем?

Электродвигатель как генератор вечный двигатель

На форумах по альтернативной энергетике, в литературе, а иногда и в патентах на изобретения, встречаются системы для получения и преобразования энергии. Иногда это замкнутые системы для получения и преобразования сверх единичной энергии, работающие по принципу получения свободной энергии или вечного двигателя, а иногда разомкнутые системы преобразования энергии. Предлагаемый метод оценки подобных энергосистем, поможет сделать энергетические и экономические расчёты различных вариантов вечных двигателей и их возможностей.

На форумах по альтернативной энергетике, в литературе, а иногда и в патентах на изобретения, встречаются системы для получения и преобразования энергии. Иногда это замкнутые системы для получения и преобразования сверх единичной энергии, работающие по принципу получения свободной энергии или вечного двигателя, а иногда разомкнутые системы преобразования энергии. Предлагаемый метод оценки подобных энергосистем, поможет сделать энергетические и экономические расчёты различных вариантов вечных двигателей и их возможностей

Как пример такой системы можно рассматривать вариант двигатель – генератор. Здесь предполагается, что электродвигатель вращает электрогенератор. Часть вырабатываемой генератором энергии идёт на поддержание вращения электродвигателя, а часть может использоваться потребителями.

В другом варианте система содержит электрогенератор, энергия от которого идёт на нагрев парового котла. Пар вращает турбину, от которой работает генератор. Часть оставшейся электрической энергии должна использоваться потребителями. Это варианты представляют собой замкнутые системы, в которых энергия не подводится извне.

Вариантом подобных систем можно считать и незамкнутые энергосистемы. В них энергия подводится извне, а методом различных преобразований и перераспределений энергии, предполагается получать энергии больше, чем затратили. Такие системы нередко патентуются как изобретения. Читатели сайта также иногда предлагают для рассмотрения и анализа различные варианты похожих систем, публикуемых в интернете. Сделать технические и экономические расчёты подобных систем обычными методами довольно сложно. Применим предлагаемый способ расчёта для анализа такой системы, по патенту № 2275527 «Морской энергетический комплекс» который разработан и запатентован Общевойсковой академией Вооруженных Сил Российской Федерации. Если коротко, то энергетический комплекс представляет собой плавающую платформу, на которой установлено несколько источников альтернативной энергии, таких как ветродвигатели, солнечные батареи, волновые электростанции, термоэлементы, работающие на разнице температур. Электростанция на термоэлементах, хоть и часто упоминается, но очень мало подробно описывается и анализируется в литературе, поэтому заслуживает отдельной статьи. От этих источников энергии работает электролизёр для получения водорода. На этом водороде работает дизельный генератор, который должен быть основным источником электрической энергии для нескольких других потребителей, в том числе и для нагрева батарей термоэлементов. Эта система большей частью не замкнута, а последовательное преобразование энергии по замыслу авторов, предназначено для повышения энергетической эффективности.

Традиционный расчёт эффективности этой и подобных систем энергообеспечения очень сложный. Нужно сконструировать все элементы системы, рассчитать их режимы работы для обеспечения заданной производительности. Поэтому желательно первоначально сделать предварительный упрощённый расчёт, который займёт совсем немного времени и позволит сэкономить на работе инженеров-конструкторов. Задача облегчается тем, что цепочка по преобразованию энергии состоит из известных элементов и с достаточно хорошо известными характеристиками по к.п.д. каждого элемента, который и возьмём за основу в расчётах.

И, так, мы получили некоторое количество энергии от имеющихся источников (ветродвигатели, солнечные элементы, термоэлементы, волновые электростанции). Далее полученная энергия подаётся на электролизёр. При обычном электролизе расход электроэнергии на получение кубометра водорода составляет 5,1-5,6 кВт.ч электроэнергии. При использовании щелочного метода под давлением, расход электроэнергии составит 4,3-4,7 кВт.ч на кубометр водорода. Если использовать самый экономичный способ электролиза с твёрдым электролитом, то расход электроэнергии для получения кубометра водорода, составит 3,5 кВт.ч., а достижимый к.п.д. электролиза может составлять 90%.

Полученный водород частично сжимается для резервного хранения, а частично подаётся на основной источник энергии – дизельный генератор, приспособленный для работы на водороде. К.п.д. такого дизельного двигателя принимаем за 30%, а к.п.д. электрогенератора 80%. Для рассматриваемой части энергетического комплекса, как и для любой другой системы с последовательным преобразованием энергии, общий к.п.д. равен произведению к.п.д. каждого элемента системы.

Тогда получаем к.п.д. системы:

К.П.Д. = 0,9 • 0,3 • 0,8 = 0,216 = 21,6%.

Таким образом, после преобразования электричества в электричество, мы теряем 78,4% первоначально полученной дорогими способами электрической энергии. Точность подобных расчётов зависит от того, насколько точно брали цифры по к.п.д. каждого элемента и все ли потери учитывали. Конкретно в этом расчёте мы не учитывали расход энергии на собственные нужды энергетического комплекса, расход энергии на компрессор для сжатия водорода, а возможно и другие. Поэтому реальные результаты могут немного отличаться от полученных при этом расчёте, но погрешность должна быть не очень большой и её можно корректировать, если уточнить характеристики конкретного оборудования.

Для закрепления материала рассчитаем кольцевую замкнутую систему, под которой имеется в виду энергосистема, в которой на вход подаётся энергия, полученная на выходе системы. В таких системах типа вечный двигатель часто предполагается отбор энергии на нужды потребителей. Например, это ранее упоминавшаяся система двигатель — генератор. При значениях к.п.д. электродвигателя 90% и к.п.д. электрогенератора 80%, общий к.п.д. системы будет равен 72%. Это значит, что для поддержания в работе системы двигатель – генератор, на электродвигатель надо подавать на 28% больше энергии, чем выдаёт электрогенератор. Отбирать от такой системы энергию невозможно.

Способ предварительного расчёта можно использовать в самых разных системах, в том числе и при преобразовании одних видов энергии в другие. При необходимости для проведения расчётов с преобразованием различных видов энергии, например, тепловой, электрической, механической, рекомендую для их сравнения и расчёта к.п.д., сделать перевод энергии или мощности в одинаковые единицы измерения, например, джоули (Дж.), ватты (Вт.) или кратные им единицы используя справочник по переводу единиц измерения.

1″ :pagination=»pagination» :callback=»loadData» :options=»paginationOptions»>

Вентильный реактивный электродвигатель

Вентильный реактивный электродвигатель (ВРД) — это синхронная машина.

Достоинства

Вентильные реактивные электродвигатели/генераторы имеют следующие достоинства:

Ротор и статор выполнены в виде пакетов листового магнитомягкого материала. На роторе ВРД отсутствуют обмотки и постоянные магниты. Фазные обмотки находятся только на статоре. Для уменьшения трудоемкости катушки обмотки якоря могут изготавливаться отдельно, а затем надеваться на полюсы статора.

Простота обмотки якоря повышает ремонтопригодность ВРД/ВРГ, т.к. для ремонта достаточно сменить вышедшую из строя катушку.

Отсутствие механического коммутатора

Управление электромеханическим преобразователем электропривода/генератора осуществляется с помощью высокоэффективных силовых полупроводниковых элементов — IGBT или MOSFET (HEXFET) транзисторов, надежность которых существенно превышает надежность любых механических деталей, например: коллекторов, щеток, подшипников.

Отсутствие постоянных магнитов

ВРД/ВРГ не содержит постоянных магнитов ни на роторе, ни на статоре, при этом он успешно конкурирует по характеристикам с вентильными электрическими двигателями с постоянными магнитами (ВЭДПМ). В среднем, при одинаковых электрических и весогабаритных характеристиках ВРД/ВРГ имеет в 4 раза меньшую стоимость, значительно большую надежность, более широкий диапазон частот вращения, более широкий диапазон рабочих температур. Конструктивно, по сравнению с ВЭДПМ, ВРД/ВРГ не имеет ограничения по мощности (практически, мощность ВЭДПМ ограничивается пределом около 20-40 кВТ). ВЭДПМ требуют защиты от металлической пыли, боятся перегрева и сильных электромагнитных полей, в случае короткого замыкания обмотки превращаются в самовозгорающуюся систему. Вентильные реактивные электродвигатели/генераторы свободны от всех этих недостатков.

Малое количество меди

На изготовление ВРД/ВРГ требуется в среднем 2-3 раза меньше меди, чем для коллекторного электродвигателя такой же мощности, и в 1,3 раза меньше меди, чем для асинхронного электродвигателя.

Tепловыделение происходит в основном только на статоре, при этом легко обеспечивается герметичная конструкция, воздушное или водяное охлаждение

В рабочем режиме не требуется охлаждение ротора. Для охлаждения ВРД/ВРГ достаточно использовать наружную поверхность статора.

Высокие массогабаритные характеристики

В большинстве случаев ВРД/ВРГ может быть выполнен с полым ротором. Толщина спинки ротора при этом должна быть не менее половины ширины полюса. Подбором количества полюсов статора и ротора могут быть оптимизированы массогабаритные характеристики электродвигателя/генератора, его мощность при заданном моменте и диапазоне частоты вращения.

Простота конструкции ВРД/ВРГ снижает трудоемкость его изготовления. В сущности, его можно изготовить даже на не специализирующемся в области электромашиностроения промышленном предприятии. Для серийного производства ВРД/ВРГ требуется обычное механическое оборудование — штампы для изготовления шихтованных сердечников статора и ротора, токарные и фрезерные станки для обработки валов и корпусных деталей. Трудоемкие и сложные в технологическом отношении операции, например изготовление коллектора и щеток коллекторного электродвигателя или заливка клетки ротора асинхронного двигателя, здесь отсутствуют. По предварительным оценкам трудоемкость изготовления ЭМП вентильного реактивного электродвигателя составляет на 70% меньше трудоемкости изготовления коллекторного и на 40% меньше трудоемкости изготовления асинхронного электродвигателя.

Простота обмотки якоря и отсутствие обмотки и магнитов на роторе обеспечивает ВРД/ВРГ высокую гибкость компоновки. Конструкция электродвигателя/генератора может быть плоской, вытянутой, обращенной, секторной, линейной. Для выпуска целого типоряда электродвигателей/генераторов с различной мощностью можно использовать один и тот же комплект штампов для вырубки ротора и статора, поскольку для увеличения мощности достаточно увеличить соответственно длину набора ротора и статора. Не составляет труда изготовление машины с расположением статора как снаружи ротора, так и наоборот, а также встраивание электроники в корпус машины. Изменение коэффициента электромагнитной редукции позволяет создавать машины для облегченных и, напротив, тяжелых условий работы, включая моментные двигатели. Для привода некоторых рабочих машин выгоднее иметь линейные электродвигатели с возвратно-поступательным перемещением зубцового штока (аналога ротора). В ряде случаев может быть использована давно известная, но неэффективная в случае асинхронного электродвигателя конструкция дугостаторной машины, статор которой охватывает доступную для размещения дугу окружности ротора, в качестве которого может использоваться вал с зубчатым колесом.

На рисунках ниже приведены примеры некоторых возможных конструкций вентильных реактивных электродвигателей/генераторов. Синим цветом выделена подвижная часть электрической машины, зеленым — статор, красным — обмотки, серым — несущая конструкция.

Простота конструкции обеспечивает ВРД/ВРГ более высокую безотказность, чем безотказность других типов электрических машин. Конструктивная и электрическая независимость фазных обмоток обеспечивает работоспособность ВРД даже в случае полного замыкания полюсной катушки одной из фаз. ВРГ остается работоспособным даже после выхода из строя одной или двух фаз.

Широкий диапазон частот вращения (от единиц до сотен тысяч об/мин)

Электромагнитная редукция позволяет создавать малогабаритные “моментные” электродвигатели для приводов роботов, манипуляторов и других низкооборотных механизмов или низкооборотные высокоэффективные генераторы для ветровых или волновых электростанций. В то же время частота вращения быстроходных ВРД/ВРГ может превышать 100000 об/мин.

Высокий КПД в широком диапазоне частот вращения

Практически достижимый КПД вентильного реактивного электродвигателя/генератора мощностью 1 КВт может доходить до 90 % в диапазоне 5-10-кратной перестройки частоты вращения. КПД более мощных электрических машин может достигать 95-98 %.

ВРД часто путают с синхронным реактивным электродвигателем (СРД), обмотки якоря которого питаются синусоидально изменяющимися напряжениями без обратной связи по положению ротора. СРД имеет низкий КПД, который не превышает 50 % для маломощных электродвигателей и до 70 % для мощных электрических машин.

Импульсный характер питания ЭМП обеспечивает удобную стыковку с современной цифровой электроникой

Поскольку ВРД/ВРГ питается (возбуждается) однополярными импульсами, для управления ЭМП требуется простой электронный коммутатор. Управляя скважностью импульсов силовых транзисторов электронного коммутатора можно плавно изменять форму импульсов тока фазных обмоток электродвигателя или генератора.

Электронное управление электрическими и механическими характеристиками, режимом работы

Естественная механическая характеристика ВРД/ВРГ определяется реактивным принципом действия электрической машины и близка к гиперболической форме. Основное свойство такой характеристики — постоянство мощности на валу машины — оказывается чрезвычайно полезным для электроприводов с ограниченной мощностью источника, так как при этом легко реализуется условие его неперегружаемости. Применение замкнутой системы управления с обратными связями по скорости и нагрузке позволяет получить механические характеристики любой заданной формы, включая абсолютно жесткие (астатические), и не ведет к какому либо усложнению системы управления, так как ее процессор обладает большой избыточностью по числу входов и выходов, быстродействию и памяти. Фактически поле доступных механических характеристик непрерывным образом покрывает все четыре квадранта плоскости момент-скорость в пределах области ограничений конкретного электропривода.

Низкая стоимость электромеханического преобразователя

Стоимость ВРД оказывается самой низкой из всех известных конструкций электрических машин. Дорогостоящим в рассматриваемой системе электропривода можно считать электронный преобразователь, который является обязательным элементом всех современных регулируемых электроприводов. Однако, цены на изделия силовой электроники по мере развития масштабов производства имеют устойчивую тенденцию к снижению. Исключение из состава ВРД/ВРГ коммутационных аппаратов, для изготовления которых необходима непрерывно дорожающая медь, также способствует уменьшению стоимости.

Наконец, экономическая эффективность ВРД повышается также в результате существенно меньшего расхода электроэнергии, обусловленного высоким КПД электродвигателя и применением наиболее экономичных стратегий управления в динамических режимах работы.

Электромоторы без противо-ЭДС

На сайте www.skif.biz автор встретил описание опыта, проведенного за рубежом: между двумя вращающимися барабанными магнитами установлены пластинки из магнитомягкого материала.

Сообщалось, что при полетах этих пластин они оказывают ровно такое же воздействие на барабаны, как и если бы они (пластины) были друг к другу приклеены. И как бы даже понятно почему.

Автор таким образом рекламировал свой «вечный двигатель», в котором опускавшиеся друг на друга грузы производили полезную работу.

При просматривании тем на различных форумах, посвященных попыткам построения электромотора без противо-ЭДС, мне пришла идея, что этот механизм можно использовать для достижения искомого эффекта применительно к мотору. Как именно?

Принцип вращения

Пусть пластины на рисунке являются ротором и статором мотора. Если вместо вращения барабанов использовать электромагнитное возбуждение, то перед нами – простейший иллюстрационный макет нового принципа. Остается лишь перевести этот принцип в реальный электродвигатель.

В показанном устройстве пластины двигаются возвратно-поступательно, и это не подходит для мотора, где два реагирующих объекта должны двигаться друг относительно друга только в одну сторону. Поэтому применим другой вариант расположения с соблюдением указанного принципа.

Мотор в этом варианте включает в себя цилиндр из не проводящего ток, прозрачного для магнитного поля материала, внутри которого закреплены пластины из магнитомягкого материала, и ротор, на котором параллельно оси также закреплены подобные пластины. Они выполняют роль полюсов. Для наведения в пластинах магнитного поля используем обмотку, которую навиваем на цилиндрическом корпусе мотора.

Работает агрегат так. Когда полюса статора и ротора находятся почти друг против друга, на обмотку подаем напряжение. Магнитное поле катушки намагничивает полюса, но намагничивает не так, как на современных моторах, по направлению силовых линий магнитного поля вдоль диаметра мотора, а по‑иному: силовые линии располагаются в полюсах параллельно оси мотора. Намагниченные полюса отталкиваются, и ротор начинает вращение. Как только полюса ротора окажутся между двумя статорными полюсами, убираем напряжение – до тех пор, пока они вновь не приблизятся к другим полюсам. Таким образом, периодически подавая и убирая напряжение на обмотку возбуждения, можно достичь непрерывного одностороннего вращения вала мотора.

Для того чтобы убрать периоды, когда вращению вала будет способствовать только инерция ротора, можно применить два аналогичных мотора, работающих на один вал, в которых периоды движения по инерции на одном моторе совпадали бы с периодами движения под воздействием поля на другом моторе. В этом случае магнитные поля, выходя из полюсов, должны попадать в воздух, у которого магнитная проницаемость очень маленькая, что приводит к их рассеиванию и вслед за этим – сильному снижению КПД мотора. Поэтому разработчики промышленного варианта могут воспользоваться предлагаемым ниже примером, где магнитное поле обмотки возбуждения доставляется непосредственно к полюсам мотора с использованием магнитопровода.

Промышленный вариант

В этом варианте используется несколько катушек с магнитопроводами. Концы магнитопроводов заканчиваются кольцом непосредственно там, где сходятся полюса ротора и статора. Кольцо охватывает весь тот участок, где полюсные наконечники находятся на самом минимальном расстояний друг от друга.

В таком варианте должна оставаться неизменной индуктивность катушки возбуждения независимо от оборотов ротора, так как неизменной остается площадь сердечника обмотки возбуждения. Магнитная проницаемость и количество силовых линий магнитного поля, проходящих по сердечнику при цикле работы, тоже не меняется. (Электродвижущую силу самоиндукций мы в расчет не берем).

При таком варианте конструкции электромотора не будет возникать и противо-ЭДС в обмотке возбуждения, приводящего в обычных моторах к ограничению оборотов электромотора при том или ином напряжении. То есть такой мотор будет после включения разгоняться до тех пор, пока центробежные силы не приведут к механическому разрушению конструкций.

Указанный вариант принципа предполагает только взаимное отталкивание статора и ротора. Можно проверить работоспособность предлагаемого мною механизма. Вставьте два гвоздя в катушку рядом друг с другом вместо сердечника и подайте на катушку напряжение. Гвозди друг от друга оттолкнутся – то есть принцип работает. В сети Интернет автор выложил видео этого опыта.

Важное уточнение: современные двигатели используют другой принцип, при котором эти «гвозди» засунуты в катушку не рядом, а последовательно, и при подаче на катушку напряжения они, наоборот, притягиваются.

В этом разница между вариантами. Отличительной чертой механизмов является то, что намагниченные полюса двигаются как бы внутри обмотки возбуждения и при работе их поля никак не воздействуют на катушку – они взаимодействуют только между собой. То есть мы посторонним источником магнитного поля возбуждаем в моторе магнитное поле, и оно самостоятельно, не влияя на внешнее поле и его источник, начинает производить работу по отталкиванию друг от друга статора и ротора мотора.

Поможет сверхпроводимость

Такого эффекта мы добиваемся, применяя пластинки из магнитомягкого материала. Какими еще способами можно получить этот результат? Можно использовать вместо пластин из магнитомягкого материала короткозамкнутые контуры или такое уникальное явление, как сверхпроводимость.

Берем круглый контур большого диаметра – он будет у нас играть роль контура возбуждения. Внутри его же плоскости располагаем два маленьких короткозамкнутых кольцеобразных контура – рабочих.

Подаем на контур возбуждения переменное напряжение. Его магнитное поле тут же возбуждает в рабочих контурах ток. Естественно, при появлении тока вокруг них возникает магнитное поле. Все три контура своими полями взаимодействуют друг с другом, в результате чего рабочие контуры притягиваются к контуру возбуждения и одновременно с этим отталкиваются друг от друга. С приближением к контуру возбуждения отдельного рабочего контура его поле вызывает в нем токи, которые в сумме не дают большого кругового тока. То есть соответственно не возникает и большой противо-ЭДС в контуре возбуждения.

Но нам нужно создать на основе всех этих фактов мотор, в котором будет вообще уничтожена любая противо-ЭДС.

Как это сделать?

Общий принцип построения этого мотора таков. В нем есть неподвижный контур возбуждения, внутри которого располагаются рабочие короткозамкнутые обмотки. Одну из них можно сделать неподвижной относительно контура возбуждения, превратив в статорную короткозамкнутую обмотку, а другую расположить на вращающемся роторе.

Кроме того, можно сделать ось мотора составной! В результате одна сторона мотора будет вращаться в одну сторону, а другая половина в другую – при этом каждая половина вращается одним из рабочих контуров.

Работает такой мотор следующим образом. В момент, когда рабочие контуры находятся рядом друг с другом, на контур возбуждения подаем напряжение. В случае использования сверхпроводимости можно подать постоянный ток. В рабочих контурах тут же возникает электрический ток и связанное с ним магнитное поле, в результате чего они отталкиваются друг от друга и начинают двигаться по кругу. В момент, когда они удаляются друг от друга на максимальное расстояние, напряжение убираем, катушки по инерции идут дальше и приблизятся друг к другу. Их необходимо расположить на статоре и роторе так, чтобы они могли пройти друг подле друга не соприкасаясь и находиться как можно ближе к одной плоскости. Как только они перестанут перекрываться – следует вновь подать импульс напряжения на обмотку возбуждения.

Цикл повторяется до достижения постоянного вращения ротора. При любых оборотах ротора подача на обмотку возбуждения тока вызывает, посредством магнитного поля, аналогичные вихревые токи в рабочих обмотках, величина которых с ростом оборотов не меняется!

В варианте с обмотками в качестве рабочих элементов не удается полностью убрать противо-ЭДС, но это не должно помешать построению мотора с обмотками, имеющего недостижимый в обычных моторах КПД, точнее – коэффициент преобразования энергии.

В чем ноу-хау?

Специалисты поняли наверно, что главная хитрость, позволяющая добиться уничтожения противо-ЭДС в рассмотренных двигателях, – это не непосредственная подача питающего тока в обмотки якоря и ротора, а возбуждение его в последних с использованием внешнего источника магнитного поля.

Так же и в варианте с намагничивающимися и отталкивающимися друг от друга полосками из магнитомягкого материала – это не непосредственное возбуждение магнитного поля намотанными на них обмотками, а использование внешнего коммутируемого источника магнитного поля.

Автору представляется, что точно таким же способом после небольшой переделки можно будет нейтрализовать противо-ЭДС и в используемых ныне электродвигателях. А какие перспективы будут у обновленных двигателей, думаю, объяснять не нужно. Это, в первую очередь, построение принципиально новых источников дешевой энергии с помощью магнитного поля.

Всем известно, что механическая мощность, вырабатываемая на валу электромотора, прямо пропорциональна крутящему моменту на валу, помноженному на циклическую частоту вращения ротора. То есть с чем большими оборотами вращается вал электромотора, тем большая механическая мощность выделяется на нем. Поэтому мы должны как можно больше раскрутить вал, чтобы получить как можно большую механическую энергию. Обычные моторы для достижения этого должны потреблять все большую и большую электрическую мощность, которая все же меньше, чем вырабатываемая ими механическая мощность, так как с увеличением оборотов на обычном двигателе появляется противодействующая источнику питания электродвижущая сила, для нейтрализации которой необходимо все время повышать питающее напряжение, то есть – потребляемую электрическую мощность.

Построенные на новом принципе моторы могут достичь любых оборотов без дополнительного повышения питающего напряжения, так как не будет возрастающей с повышением оборотов противодействующей источнику питания электродвижущей силы и, значит, не требуется повышения питающего мотор напряжения – читайте: мощности. К тому же часть энергии, израсходованной для питания мотора, можно будет вернуть посредством ЭДС самоиндукций (которую не следует путать с противо-ЭДС).

Проверим на практике

Для проверки – на самом ли деле двигающиеся вдоль контура возбуждения рабочие пластины ротора не будут наводить ЭДС, противодействующей дальнейшему нарастанию оборотов мотора, – был проведен следующий опыт.

На катушке диаметром около 100 миллиметров была намотана обмотка из 300 витков провода диаметром 0,2 миллиметра. На концах загнутых Г-образных проводов нужным образом были приклеены два отталкивающихся друг от друга магнита. Эти магниты были введены в контур.

Два этих магнита аналогичны намагниченным пластинам из магнитомягкого материала, отталкивающимся друг от друга и двигающимся вдоль обмотки возбуждения в работающем моторе.

Если бы в обмотке возбуждения мотора поля этих пластин наводили какую‑то противо-ЭДС, ограничивающую обороты мотора, то в контуре двигающиеся вдоль обмотки магниты аналогично наводили бы ЭДС. Возможные наводки проверялись с применением осциллографа, настроенного на самую большую чувствительность. Осциллограф при вводе и выводе магнитов из катушки показывал явное наличие ЭДС. Но если Г-образные оси с магнитами располагались на оси катушки и затем магниты вначале прижимались друг к другу, а затем отпускались и двигались вдоль обмотки – то, как и следовало ожидать, никаких наводок осциллограф не показывал. Это подтверждает уверенность автора в том, что представленный им принцип построения электромоторов без противо-ЭДС совершенно реален.