Альтернативные источники электроэнергии - продолжение

Что бы, не растягивать время написания и объем статьи, ведь мало кто любит читать многотомники, постараюсь написать как можно более кратко. Самое главное смысл, что и попробую передать. В последующем попробую корректировать с вашей помощью и с помощью ваших вопросов, так что если что задавайте в форуме.

В одно время я опубликовал в сети пару статей про переделку электрогенератора, пытаясь обратить внимание на обычный (более распространенный автомобильный) электрогенератор, принцип его работы и о том, как заставить электрогенератор работать без использования вращения. Далее электрогенератор, просто генератор. Возьмем, для примера, обычный автомобильный генератор.

Из курса физики средней школы мы знаем, что в электрогенераторе механическая энергия преобразуется в электрическую. И при подключении нагрузки к генератору, механическому устройству, вращающему ротор генератора приходится преодолевать противодействующую вращению силу, которая увеличивается при уменьшении сопротивления нагрузки.

Этим как бы соблюдается закон сохранения энергии. Чем больше нагружаем генератор, тем больше затрачиваем мощность механической части. То есть, рассматривается только эта общая часть и на этом все. Но если внимательно начать изучать генератор, то проявляются интересные моменты.

Один из моментов это преобразование какой-то механической энергии. Механическое вращение вижу, механическую энергию нет. Ну не вижу, я, как механическая энергия преобразуется в электрическую энергию. И вообще по поводу слова энергия предлагаю почитать эту статью. Вообще в науке много абстрактных слов, но это тема для отдельной статьи. Механический элемент нужен только для одного, для вращения ротора генератора. Так что этот элемент конструкции можно смело выкинуть и начать рассматривать генератор без него.

Итак, в генераторе имеется катушка возбуждения, которая подключена к источнику постоянного тока (рис. (Б)). Ток, протекая через катушку, создает магнитное поле, или, проще говоря, постоянный магнит (для нашего примера с автогенератором шесть магнитов). Вращая ротор, вместе с ним вращаем магнитное поле этих магнитов и вследствие наводимого ЭДС на статорных обмотках при подключении нагрузки начинает протекать ток. Просто поочередно действуем на каждую статорную обмотку магнитным полем.

То есть, какой либо механической энергии тут и не видно хотя явно присутствует механическое вращение и то, только для того, что бы магнитное поле магнитов могло взаимодействовать со всеми обмотками статора. Можно выстроить катушки статора в два ряда и между ними водить магнитом туда, сюда, что будет равносильно вращению. То есть, смысл механического вращения только для того, чтобы помочь обмотке возбуждения за один какой-то цикл навести ЭДС со всеми обмотками статора.

Во всяком случае, вращать магнитное поле можно и электронным способом как это делается в двигателях, что я всем и предлагал делать. При этом естественно механического вращения не нужно и ротор можно делать цельным со статором :) И рассматривая таким образом (без механики) генератор приходим к выводу, что рассматриваемый нами автогенератор это устройство с КПД более 100%. Потребляемая мощность автогенератора 3…5 Вт. Выходная 500….700 Вт в зависимости от марки генератора. Если вращение заменить на электронное переключение с использованием инверторов на IGBT транзисторах, то на переключение IGBT транзисторов инвертора максимум еще 5 Вт. Ротор естественно заклинить и соответствующей конструкции (а не когтевой естественно). Количество полюсов ротора такое же, как и на статоре и точно совпадать. И т.д. Специалистам все это рассчитать, как делать нечего. А мы будем рассматривать эту тему дальше.

Задавшись вопросом, откуда же берется в генераторе лишняя "энергия" рассмотрим это более подробно, чем где бы-то ни было.

Для этого рассмотрим принцип действия двух устройств, трансформатора и генератора. Для того, что бы увидеть разницу между этими двумя устройствами, а заодно ответить на вопросы, которые я часто задаю. Чем отличается трансформатор от генератора? Почему задаю именно этот вопрос? Читайте дальше и вы все поймете.

Описание и рисунки, конечно примитивные и возможно некоторые увидят много не соответствий, поэтому хотелось бы сказать сразу, описание не главное, главный смысл всего этого о той маленькой разнице между этими устройствами. К тому же объяснять я не мастер и если у кого будут дополнения или кто возьмется объяснить это лучше чем я, то буду, признателен этим людям. Так что помните, описание это не главное …

Так как человек имеет образное мышление, я нарисовал несколько рисунков, которые помогу лучше воспринять принцип работы трансформатора. За рисунки просьба не пинать, не вышел из меня художник. В принципе описание уже можно и не делать, так как из рисунков уже должно быть ясно, хотя как показывает практика, помогают мало, по большей части все равно приходится все пережевывать. В свое время, увлекаясь изотерикой, все это я объяснял по другому, мало понятно для простого обывателя. Возможно, это будет лишним, но все же приведу тут пару строк для информации в изотерическом ключе, хотя какая это изотерика…..

Первое отличие устройств.
ТРАНС_ФОРМА_ТОР. Транс - определенное состояние. Форма это форма, тор это тор - магнитное поле созданное устройством в виде тора. Так что трансформатор, получается, создает определенную форму магнитного поля (тора).

ГЕНе_РА_ТОР. Ген или информация. Генетический код - это определенная информация (информация - иная ФОРМАция или иная ФОРМА ЦИ) или что-то типа этого то же связанная с формой (китайской энергии ЦИ). Ра - Бог Солнца или энергия Солнца (движение потока солнечных частиц) вращаться по кругу и т.д. И опять тор. Получается, генератор создает иную форму тора, вращающего вокруг. Это грубая расшифровка и как всегда зависит от места, времени и применения.
Выводы делайте сами. Кто-то, возможно, подумает, что притянуто за уши и предложит свой вариант, с удовольствием выслушаю на форуме.

Второе отличие (хотя ни чем не отличается от первого).

Привожу краткое описание принципа действия трансформатора. Кому надо тот дополнит и опишет более грамотно, цель статьи совсем другая. Синими стрелками на трансформаторе обозначено направление движения магнитного поля (потока). На принципиальной схеме - направление тока.

1. Трансформатор подключен к источнику переменного тока и на зажимы первичной обмотки подано номинальное напряжение. Напряжение на входе трансформатора возрастает, в первичной обмотке возникает ток. Ток возникает с задержкой на 90 градусов от напряжения. Ток, протекая через обмотку порождает магнитный поток в сердечнике (синие стрелки на рис.). В идеальном трансформаторе ток синусоидальный и магнитный поток возникает и изменяется одновременно с током. В реальном трансформаторе из-за гистерезиса магнитный поток несколько запаздывает. Но это сейчас не важно.
2. Магнитный поток в свою очередь наводит ЭДС в обоих катушках трансформатора. На принципиальной схеме стрелками указано направление тока. В низу вы можете увидеть график первой синусоиды напряжения питания от нуля до максимума и обратно до нуля.

3. При приближении прилагаемого к первичной обмотке напряжения к нулю, ток в обмотке и магнитный поток приближаются к максимуму. Надо отметить, что в реальном трансформаторе ток не синусоидальной формы из-за нелинейности сопротивления первичной обмотки.
4. Переход напряжения через нулевую точку, ток меняет направление, синусоида в низ (см. рис.). Ток в этот момент должен быть близок к максимальному и магнитный поток тоже. При нарастании отрицательной полуволны напряжения, также с задержкой в 90 градусов начинает нарастать ток, но из-за гистерезиса, процессы возникшие в трансформаторе от положительной полуволны ещё не завершились. Происходит столкновение магнитных потоков.

5. Магнитное поле полностью меняет направление.
6. При приближении прилагаемого к первичной обмотке напряжения к нулю, ток в обмотке и магнитный поток приближаются к максимуму.
7. Переход напряжения через нулевую точку, ток меняет направление, синусоида в низ (см. рис.). Ток в этот момент должен быть близок к максимальному и магнитный поток тоже. При нарастании отрицательной полуволны напряжения, также с задержкой в 90 градусов начинает нарастать ток, но из-за гистерезиса процессы возникшие в трансформаторе от положительной полуволны ещё не завершились. Происходит столкновение магнитных потоков.
8. Цикл повторяется многократно. И т.д. и т.п......

Как видим, у нас имеется четыре цикла работы трансформатора в одном периоде, два "рабочих" соответствующие максимальным пикам синусоиды (рис. 2 и 5) и два "холостых" - момент встречи этих потоков. Более кратко на рисунке ниже.

Теперь рассмотрим принцип действия генератора.
Что бы легче было сравнивать генератор с трансформатором, конструкцию генератора сделаем из трансформатора (см. рис.) Ведь разницы почти ни какой. Только первичная обмотка, которая в центре, мы подключим к источнику постоянного тока. А для создания переменного магнитного потока в сердечнике, будем крутить первичную обмотку вокруг своей оси.

На первом и втором рисунке показано превращение трансформатора в генератор (электрогенератор) и подключение первичной обмотки к источнику постоянного тока. Первичная обмотка, таким образом, становится постоянным магнитом. Между сердечником первичной обмотки и сердечниками половинок вторичной обмотки делаем зазор, что бы имелась возможность вращать первичную обмотку для создания переменного магнитного потока.

Подаем питание (3) на первичную обмотку. В принципе, дальше так же, как и для трансформатора. Подав напряжение на первичную обмотку, в обмотке возникает ток. Ток, протекая через обмотку, порождает магнитный поток в сердечнике (стрелки на рис.). Магнитный поток в свою очередь наводит ЭДС в обоих катушках трансформатора, точнее, генератора :).

Вращая первичную обмотку создаем переменное магнитное поле. Каждый оборот первичной обмотки соответствует полному периоду и т.д.

Как и в трансформаторе, нас имеется четыре цикла работы генератора в одном периоде, два "рабочих" соответствующие максимальным пикам синусоиды (рис. 3 и 5) и два "холостых". Можно заметить, что отличие работы генератора от трансформатора сводится только к способу формирования переменного магнитного потока. В трансформаторе с помощью изменения направления тока в первичной обмотке, а в генераторе вращением, сменяя полюса постоянного магнитного поля сердечника первичной обмотки. Вот и вся разница.

Отсюда следует, что вращать сердечник первичной обмотки генератора не обязательно. Достаточно на первичную обмотку генератора подать переменное напряжение или подавать инверсный ток, с помощью инвертора меняя полюса постоянного источника тока. Так что смело, можем заменять всякое вращение ротора в электрогенераторах на альтернативные электронные решения.

Однако возникает вопрос, откуда тогда в генераторе КПД более 100%? Ведь это получается обычный трансформатор и о каком-то сверх единичном эффекте говорить и не приходится. Если электрогенератор это тот же трансформатор, то и характеристики у генератора должны быть как у трансформатора минус еще потери в зазоре. Так в чем же разница?

А дело все в том, что у генератора несколько вторичных обмоток. Ну и что скажете вы? В трансформаторе их можно намотать тоже достаточное количество, однако и потребляемая мощность так же увеличится.

Так-то оно так, но есть маленький нюанс. Дело в том, что у генератора (и не только) идет чередование режимов. Как мы тут недавно рассмотрели это рабочий и холостой режим, так вот, дело все в "холостом ходе". Посмотрите на рисунок. В холостой ход генератора вставляется еще один трансформатор (рисунок снизу 4 рис.) или несколько в зависимости от конструкции. И в каждый момент времени первичная обмотка наводит ЭДС только в одном из трансформаторов, при этом в этот момент потребляемая мощность первичной обмотки постоянной так же как и в следующий.

На рисунке 3 рабочий режим, потребляемая мощность, для примера, 10 Вт. Выходная мощность, для примера, 7 Вт. Рисунок 4, холостой ход для первичной обмотки. Мощность потребления первичной обмотки падает до нуля. И если в этот режим добавить еще один такой же трансформатор, как и первый (показано под 4 рисунком), то мощность потребления первичной обмотки в этот период останется такой же, как и была, 10 Вт. Но при этом мы имеем два трансформатора общей суммарной мощностью (7+7=14) 14 Вт. и одну первичную обмотку на эти два трансформатора с потребляемой мощностью 10 Вт. Общий КПД устройства будет более 100%. При этом как можно заметить что, второй закон термодинамики не нарушается. Простое разделение во времени.

Что бы лучше понять приведу еще пример. Возьмем для примера импульсную технику, а именно рассмотрим импульсный обратноходовой преобразователь напряжения (Flyback).

Параметры для примера:
Потребляемая мощность, для примера, 14 Вт.
Выходная мощность 10 Вт. Хотя КПД импульсных преобразователей может достигать 97%, но для нас важно понять и разобрать принцип получения КПД более 100%.
Частота преобразования 100 Кгц.
Управление импульсное, с наполнением не более 0,5.

Итак, в данном преобразователе существуют две фазы работы. Первая фаза накопления и вторая фаза, передача накопленного в нагрузку. В первой фазе при замыкании ключа ток i1 индуцирует ток i2 (см. рис.13.5) во вторичной обмотке трансформатора Тр (см. рис). Поскольку диод VD включен в обратном направлении, то ток нагрузки поддерживается исключительно за счет разряда предварительно заряженной в прошлом цикле емкости Сф. Происходит накопление энергии в трансформаторе (дросселе). Фаза передачи энергии наступает при размыкании ключа Кл. В этот момент полярность на выводах трансформатора благодаря явлению самоиндукции меняется на противоположную. Открывается диод VD, ток i2 заряжает конденсатор фильтра Сф. и т.д.
Надеюсь, это понятно, а если что обращайтесь к литературе. Вот приблизительные графики работы устройства.

Как видим, цикл работы преобразователя состоит из двух фаз, как мы раньше это рассматривали. При частоте 100 Кгц цикл (период) равен 10 мкс. В первую фазу первичная обмотка трансформатора потребляет 14 Вт (взятые нами параметры для примера) в течении 5 мкс. Далее обмотка отключается от источника тока и ток нагрузки поддерживается исключительно за счет разряда предварительно заряженной в прошлом цикле емкости Сф. в течении следующих 5 мкс. и в эти 5 мкс мощность потребления первичной обмоткой равна нулю. Общая мощность потребления составляет 14 Вт, при этом имеется холостой ход порядка 5 мкс (при 0,5 заполнении).

Получаемая мощность от вторичной обмотки у нас составляет 10 Вт в течение всего периода 10 мкс. Так вот, если сделать еще такой же преобразователь и подключать его в период холостого хода первого преобразователя, то получим два преобразователя с общей выходной мощностью 20 Вт (10+10) . При этом первичная обмотка первого преобразователя будет потреблять в первые 5 мкс. 14 вт. В следующие 5 мкс первый преобразователь отключится и подключится второй преобразователь, который будет потреблять те же 14 Вт. В итоге в течение цикла (10 мкс) ток потребления не превысит 14 Вт. (в первые 5 мкс 14 Вт от первого преобразователя, во вторые 5 мкс 14 Вт от второго преобразователя). При этом как мы выяснили, каждый преобразователь выдает в нагрузку за цикл (10 мкс) 10 Вт., что в сумме дает 20 Вт. Вот вам и устройство с КПД более 100% без нарушении всяких там законов. Мы же добропорядочные граждане.

Еще пример, хотя уже как я думаю не нужный.
Вот тут у меня находится один электрогенератор от авто, импортного производства от неизвестной мне машины (перепало на халяву :), так что номер модели или другие опознавательные знаки сообщить не смогу. Да это и не важно. На статоре этого генератора 36 полюсов, которые, как бы, образуют 36 трансформаторов. На когтеобразном роторе, который подключается к источнику постоянного тока, 12 "когтей" (12 полюсов, 6 -север и 6 юг) которые образуют 6 постоянных магнитов. Каждый магнит ротора за один оборот обходит все 36 полюсов статора, что в итоге дает 216 трансформаторов за один оборот. При потребляемой мощности обмотки ротора 3 Вт выходная мощность будет приблизительно 648Вт. (216 * 6). Плюс минус потери. Вот так вот работает автомобильный электрогенератор и отсюда такая выходная мощность по сравнению с входной.

Вот в принципе и все что я хотел вам рассказать. Дальше думайте сами, решайте сами, быть или не быть. Надеюсь, многим будет ясен принцип, о котором я тут говорил.

Так что дерзайте, делайте и экспериментируйте. Только свои разработки не прячьте, а внедряйте и распространяйте. Так как это дело общее и ваше благополучие и жизнь зависят не только от вас, а от многих людей. Ведь не очень спокойно спится когда знаете, что Чубайс может себе позволить отключить электричество на заводе где вы работаете и оставить вас тем самым без средств к существованию или отключить целый город (особенно зимой), возможно в котором вы живете или что еще хуже и что уже было неоднократно и безнаказанно, так это отключение некоторых воинских частей, оставляя наших доблестных защитников Родины без электричества, создавая тем самым угрозу безопасности нашему Государству, то есть, нам с вами. Действовали бы законы у нас, давно бы Чубайса посадили за создание угрозы безопасности Государству и может пришел бы на его место более сознательный чиновник. А так приходится самим выкручиваться. Для чего и написано все это было.

Поэтому большая просьба в помощи распространения этой информации, а так же схем и других дополнений которые, как я надеюсь, появятся вскоре после выхода этой статьи. Если будет должное развитие этой темы, я выложу еще пару очень полезных изобретений.

На этом пока все.

P.S.
Как известно, в нашей, да и не только в нашей стане, стоит остро проблема энергетического характера. Понимая эту ситуацию, Путин, Президент и Гарант Конституции издал указ о вознаграждении тех ученых РАН, которые смогут создать "альтернативный источник энергии" нарушив этим Конституцию РФ. Почему только ученые РАН? А как же остальные? Почему такая социальная несправедливость? Сказано в Конституции, что все имеют равные права и такой ляп от гаранта этой же Конституции. Я не в смысле того, что хотел бы получить эту премию, а в смысле того, что в верхах нет заинтересованности в решении этой проблемы, и кроме вас ни кто этим заниматься не будет. А, скорее всего даже будут всячески препятствовать, так как такими устройствами создается угроза монополий газовым и нефтяным магнатам. Так что будьте осторожны.