18. Электромеханическая энергия

Большая часть производимой электрической энергии используется для преобразования её в механическую энергию с помощью электромоторов. Если электромотор использовать для привода электрогенератора, то электрическая энергия, питающая электромотор, вновь преобразуется в электрическую энергию с соответствующими потерями, которые зависят от многих факторов. Для проверки эффективности этого процесса, был изготовлен электромеханический генератор электрических импульсов (рис. 60).

Целью создания электромеханического генератора электрических импульсов (рис. 60) было также стремление установить истинную величину импульсной электрической мощности, реализуемой обычной электрической сетью с непрерывно генерируемым напряжением. В качестве приводного двигателя использовался немецкий электродвигатель WEG Typ EPG 04L112/534 мощностью 90Ватт (рис. 60, вверху). Он приводил во вращение электрогенератор (рис. 60, внизу) с внешним ротором с двумя постоянными магнитами. В обмотке внутреннего (не вращающегося) статора этого генератора наводились импульсы ЭДС индукции и его электрическая цепь не имела прямой электрической связи с внешней электрической сетью, питавшей приводной электродвигатель (рис. 60, вверху) [3].

Известно, что с уменьшением размеров электродвигателя его КПД уменьшается. Немецкий электромотор (рис. 60) убедительно доказал это. Нам удалось использовать его с двукратной перегрузкой, доведя сетевую мощность на его клеммах до 181,70 Ватта. При этом, мощность на привод электрогенератора без электрической нагрузки составила 149,7 Ватта. На долю полезной электрической нагрузки на клеммах электрогенератора оставалось 32,00Ватта. В качестве полезной нагрузки электрогенератора использовался электролизёр, который вырабатывал в час 10,83 л смеси водорода и кислорода при 3000 об./мин. оборотах электродвигателя.

Рис. 60. Генератор импульсной мощности с электроприводом

Таким образом, КПД электромеханического генератора электрических импульсов (рис. 60) оказался очень низким - 17,61%. Вполне естественно, что такой источник питания не имеет перспективы развития.

Как же уменьшить мощность, реализуемую на холостой ход? Чтобы ответить на этот вопрос, надо установить бесполезных потребителей энергии. Главными из них являются вращающиеся части электромотора и электрогенератора, загруженные напряжением и током первичного источника питания.

Первый закон Ньютона утверждает, что сумма моментов, действующих на равномерно вращающиеся тела, равна нулю. Это значит, что на равномерное вращение роторов электродвигателя и электрогенератора (рис. 60) не расходуется энергия, а счётчик электроэнергии опровергает это, показывая, что мощность, реализуемая на равномерное вращение роторов на холостом ходу электромотора и электрогенератора, составляет (100-21,60)=78,40% (рис. 60).

Механическое сопротивление вращению ротора формирует его момент инерции, а ток, протекающий по обмотке ротора, может усиливать или ослаблять это сопротивление. Поэтому возникает необходимость установить физические факторы, ослабляющие сопротивление вращению ротора [4].

Законы механодинамики устанавливают связь между кинетической энергией равномерно вращающегося ротора и его мощностью , которая следует из работы, совершаемой им при равномерном вращении за одну секунду (23) [3].

Явная кинетическая энергия (23) равномерно вращающегося ротора, реализуется инерциальным моментом (24), не признаваемым динамикой Ньютона. Анализ осциллограмм электромеханического генератора электрических импульсов в рамках новых законов новой электродинамики показал, что ротор генератора можно заставить вращаться без приводного электромотора (рис. 60, вверху), если напряжение в обмотку возбуждения ротора генератора подавать импульсами.

Так как инерциальный момент (24) всё время присутствует на валу равномерно вращающегося ротора, то для поддержания этого вращения достаточно подавать напряжение в обмотку возбуждения ротора импульсами и он будет продолжать равномерное вращение. Вполне естественно, что подача напряжения в обмотку возбуждения ротора импульсами приведёт к уменьшению энергии, забираемой генератором из первичного источника питания.

Электромотор – генератор МГ-1 (рис. 43), потребляя электрическую энергию от первичного источника питания, преобразует её одновременно в два вида энергии: электрическую и механическую. Происходит это потому, что электрическая энергия от первичного источника питания подаётся в обмотку возбуждения ротора и он при вращении генерирует электрическую энергию в обмотке статора и механическую энергию на валу ротора, одновременно.

Для определения механической мощности на валу электромотора – генератора МГ-1 использовался индукционный моментомер Ж-83. Зависимость механической мощности, генерируемой на валу ротора МГ-1, от частоты его вращения представлена в табл. 5.

Таблица 5. Зависимость механической мощности на валу ротора МГ-1 от частоты его вращения

Частота вращения, об./мин.	Крутящий момент, Нм	Мех. мощность, Вт.
900	0,50	47,10
1160	0,30	36,42
1225	0,25	32,05
1300	0,20	27,21
1500	0,175	27,47

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.

Теоретические величины мощности 28,11Вт (23) и момента 0,18Нм (24) близки к их экспериментальным значениям при частоте вращения ротора 1500 об/мин. (табл. 5).

Возникает вопрос об общей величине мощности электрической и механической, генерируемой электромотором – генератором МГ-1? Для ответа на этот вопрос в качестве электрической нагрузки был взят электролизёр, который питался импульсами ЭДС самоиндукции, генерируемыми в обмотке статора МГ-1.Результаты эксперимента представлены в табл. 6.

Таблица 6. Электрическая мощность на клеммах ротора (на входе) и статора (ЭДС СИ), и механическая мощность на валу ротора.

n, об./м. /кол. яч.	На входе, , Вт	ЭДС СИ стат, , Вт	, л/ч	Мех. мощн, , Вт	Общая мощн. , Вт.	Ток уд. А/м^2
1160/3	24,99	20,94	13,20	36,42	57,36	450
1225/4	21,28	16,25	11,40	32,05	48,30	344
1300/5	16,99	14,53	10,20	27,21	41,74	255

Следующий эксперимент был проведён с использованием дополнительного генератора (МГ-0) электрических импульсов, подсоединённого к валу ротора МГ-1 снизу (рис. 61).

а)

b)

Рис. 61. а) электромотор - генератор МГ-1 с дополнительным генератором (МГ-0) внизу;

- прототип электромотора-генератора МГ-3 (рис. 74); b) МГ-1 + МГ-0 в работе

Импульсы напряжения и тока на клеммах обмотки возбуждения ротора МГ-1, вал которого соединён с генератором МГ- 0 (рис. 61, а), представлены на рис. 62.

Холостой ход МГ-1+МГ-0 Частота 1500 об/мин. Скважность импульсов . В; .

Рис. 62. Осциллограмма холостого хода на клеммах ротора МГ-1, соединённого с МГ-0

Как видно, МГ-1 совместно с МГ-0 (рис. 61, а) реализует на холостом ходу 11,32Вт мощности первичного источника питания при частоте вращения 1500 об./мин. Это в 27,47/11,32=2,4 раза меньше номинальной механической мощности на валу ротора МГ-1 (табл. 5) и в 149,7/11,32=13,22 раза меньше мощности, реализуемой электромотором (рис. 1) для привода генератора с аналогичной полезной мощностью.

Следующий эксперимент. Подключаем одну ячейку электролизёра к клеммам ЭДС самоиндукции статора МГ-1, а другую - к клеммам ЭДС индукции МГ-0 (рис. 61, b) и записываем осциллограмму на клеммах обмотки возбуждения ротора МГ-1 (рис. 63).

МГ-1 и МГ-0 нагружены ячейками электролизёров (рис. 61, b). На входе: ; ; ;

Рис. 63. Осциллограмма на клеммах обмотки возбуждения ротора МГ-1

Как видно (рис. 63), при подключении ячеек к клеммам генераторов МГ-1 и МГ-0 мощность, реализуемая от первичного источника питания, увеличилась с 11,32Вт (рис. 62) до 17,28Вт (рис. 63), но все равно осталась меньше номинальной механической мощности на валу ротора, равной 27,47Вт (табл. 5).

Осциллограмма на клеммах ячейки электролизёра, подключённой к клеммам ЭДС самоиндукции статора МГ-1, представлена на рис. 64. Из неё следует, что мощность на клеммах ячейки электролизёра, подключённой к клеммам ЭДС самоиндукции статора МГ-1, равна 11,83Вт. Мощность на клеммах ячейки электролизёра, подключённой к импульсам ЭДС индукции МГ-0, представлена на осциллограмме (рис. 65).

На клеммах ячейки и ЭДС самоиндукции статора МГ-1 ; ; ; .

Рис. 64. Осциллограмма на клеммах ячейки, подключённой к клеммам

ЭДС самоиндукции статора МГ-1

На клеммах ячейки и ЭДС индукции статора МГ-0 Скважность импульсов ; : ;

Рис. 65. Осциллограмма на клеммах ячейки, подключенной к генератору МГ-0

Видно (рис. 65), что мощность на клеммах ячейки нижнего генератора МГ- 0 равна 8,25 Вт. (рис. 62, а и b) меньше мощности на клеммах ячейки, подключённой к клеммам ЭДС самоиндукции статора МГ-1, которая равна 11,83Вт (рис. 64).

Импульсы ЭДС индукции на статоре МГ-1 не использовались. С учётом этого мощность, забираемая у первичного источника питания при нагрузке, равна 17,28Вт (рис. 63). Она меньше мощности, реализуемой электромотором на привод генератора (рис. 64) с близкой величиной полезной мощности в 181,70/17,28=10,50 раза. Кроме того, мощность, реализуемая первичным источником питания на привод ротора электромотора-генератора МГ-1 в 27,47/17,38=1,60 раза меньше механической мощности, генерируемой на валу ротора МГ-1. Суммарная электрическая мощность, генерируемая импульсами ЭДС самоиндукции статора МГ-1 и ЭДС индукции статора МГ-0, равна 11,83+8,25=20,08Вт. Она в 27,47/20,08=1,37 раза меньше механической мощности на валу ротора МГ-1. Это значит, что механическая мощность на валу ротора МГ-1 используется не полностью. Можно увеличивать длину магнитов или их количество.

Следующий эксперимент: подключение одной ячейки к клеммам ЭДС самоиндукции статора МГ-1 и ЭДС индукции статора МГ-0. Результаты эксперимента - на осциллограмме (рис. 66).

На клеммах одной ячейки, подключённой к клеммам импульсов ЭДС самоиндукции статора МГ-1 и - индукции статора МГ-0. ; ; ; .

Рис. 66. Осциллограмма напряжения и тока на клеммах ячейки электролизёра, подключённой к клеммам ЭДС самоиндукции статора МГ-1 и ЭДС индукции статора МГ-0

Представленная и дополнительная экспериментальная информация, полученная при испытаниях МГ-2, использована при разработке технического задания на проектирование и изготовление МГ-3 (рис. 67). Начало испытаний МГ-3 намечено на май 2011г. Таким образом, новые законы новой электродинамики уже успешно реализуют свои возможности по экономии электрической энергии, производимой и потребляемой импульсами [4], [5], [6].

Рис. 67. Общий вид электромотора – генератора МГ-3

Итак, новые законы новой электродинамики уже выдают первые образцы экономных импульсных потребителей и импульсных генераторов электрической энергии.