Phedotikov / 1 / FreeEnergy_27.01.08 / Схемотехнические / Генератор НЕГ / Автогенератор - исследования

Есть некоторые мысли по поводу генератора NEG
То есть, попробуем объяснить его работу, считая, что он работает – так сказать, подгоним задачу под ответ. Но подгонять будем не просто так, а опираясь на известные факты.

Утверждают, что генератор работает по принципу обычного генератора, по этому и рассмотрим для начала работу обычного автомобильного генератора, но брать будем только интересующие нас данные.

Пропуская ток через обмотку возбуждения, создаём магнитное поле, а вращая вал ротора, вращаем это поле. Поле, пересекая витки выходных обмоток, наводит в них ЭДС, в результате, через нагрузку течёт ток.
Выходная мощность генераторов составляет сотни ватт. Потребляемая мощность состоит из мощности потребления обмотки возбуждения и механической мощности, затрачиваемой на вращение ротора.
Как оценить механическую мощность вращения я не знаю, но можно оценить мощность, потребляемую обмоткой возбуждения. А затем, исходя из того, что КПД обычных генераторов не бывает больше 100%, можно будет узнать механическую мощность.
Вообще то, я толком не знаю, какой ток протекает через обмотку возбуждения (только примерно), но возьмём всё по максимуму.

Мне приходилось разбирать и ремонтировать реле-регуляторы. В более-менее современных автомобилях стоят, в качестве элемента, управляющего током обмотки возбуждения, транзисторы. Максимальный ток, у применяемых транзисторов примерно 10А. По этому и примем это значение, как максимальный ток обмотки возбуждения. Реально, этот ток много меньше, что будет показано дальше. Но потребляемые мощности будем брать по максимуму. А если получим КПД величиной немногим больше 100%, то спишем всё на погрешность, и будем считать, что это не работает.

Максимальная мощность обмотки возбуждения потребляется при включенном зажигании, но остановленном двигателе. Так как напряжение в бортсети меньше порогового уровня реле-регулятора, то его транзистор полностью открыт и всё напряжение аккумулятора приложено к обмотке возбуждения. Пороговое напряжение регулятора, примерно, 14В. Получается, что при токе 10А, мощность на обмотке возбуждения 14*10=140Вт. Но ток, протекающий через транзистор, создаёт на нём падение напряжения, в среднем, 1…1,5В. Значит, на транзисторе будет рассеиваться мощность (в виде тепла) 1…1,5*10=10…15Вт. Сам транзистор в состоянии рассеять порядка 60Вт, а импортные – и все 100Вт, но только будучи установленными на радиатор. Радиатор выбирается из расчёта 15-20 квадратных сантиметров на каждый ватт рассеиваемой мощности. Получается, что для нашего случая радиатор потребуется с площадью: 15Вт*15…20кв.см.=225…300кв.см. Но реально, в реле-регуляторах стоят радиаторы с площадью, раза в два меньшей. А это значит, что реальный ток обмотки возбуждения значительно меньше 10А. Соответственно, и потребляемая мощность будет меньше.
Ещё нужно учитывать, что современные регуляторы выполняются в виде небольших «таблеток», установленных прямо на генераторе. Генератор при работе сильно нагревается, стоит в двигательном отсеке (где тепло), и должен работать при высокой температуре окружающей среды. Ни один, уважающий себя транзистор, не выдержит такого издевательства – 10А при высоких температурах и почти без радиатора. Все эти факторы лишь показывают, что выбранное значение 10А, это максимально «потолочное» значение. Но для нашего случая интересно взять именно его. Ещё нужно учесть, что при работающем генераторе ток через обмотку возбуждения постоянно коммутируется, этим поддерживается номинальное напряжение бортсети. А это ещё больше снижает среднюю мощность потребления обмотки возбуждения.
Выходит, что максимальная мощность, потребляемая цепью обмотки возбуждения, никогда не превышает 200Вт.
Если принять, что выходная мощность генератора, скажем, 700Вт (реальная цифра?), а его КПД – все 100%, то потребляемая мощность состоит из 200Вт обмотки возбуждения и 500Вт мощности, затрачиваемой на вращение ротора.

Следующий факт. Что бы вращать ротор нагруженного генератора, требуется приложить значительное усилие. В принципе, понятно. Ротор упирается так из за сил противодействия. На более мелком уровне: при подходе магнитного поля ротора к очередному полюсу статора, на него действует сила, препятствующая сближению (или нет?). Затем, при удалении от полюса, на него снова действует сила, только теперь – удерживающая его. Чем больше мощность нагрузки, тем сильнее противодействие вращению поля, созданного обмоткой возбуждения.

И получается нечто интересное. При вращении магнитного поля, точнее, при его перемещении вдоль полюсов статора, на него действует сила противодействия, потому и механическая мощность на вращение требуется большая – в эквиваленте 500Вт.
А как же на счёт мощности обмотки возбуждения? Ведь, получается, что при изменении выходной мощности генератора в больших пределах, мощность на обмотке возбуждения меняется относительно слабо, и даже в худшем случае никогда не превышает 200Вт. А реально – значительно меньше. Реле-регулятор - то запитывает обмотку возбуждения, то обесточивает. Значит, магнитное поле то появляется, то пропадает. И выходит, что в этом случае, противодействия нет? Если оно есть, то почему мощность возбуждения такая маленькая?
Ещё раз: противодействие появляется при изменении положения магнитного поля (механическое вращение), а не при его появлении-пропадании (обмотка возбуждения). А механически вращаемое магнитное поле можно заменить на такое же, но вращаемое электронным способом.
Но в этом случае получается парадоксальная ситуация – на получение мощности в нагрузке требуется затратить только мощность обмотки возбуждения, а вращение магнитного поля механически – лишь неудачная попытка реализации его вращения.

Реализация вращения магнитного поля электронным способом.
Для этого потребуется изменить конструкцию обмотки возбуждения. Так, как она реализована в обычном генераторе, это двухполюсная система. Изменяя направление тока в обмотке, можно только переключать полюса, меняя их местами.
Удобно использовать циферблат часов для указания направления. Если обмотка расположена вертикально, то, к примеру, северный полюс будет менять своё положение с 12 часов на 6 часов, с частотой коммутации тока в обмотке.
Это не вращение. Для вращения нужно добавить ещё одну такую же обмотку, расположив её перпендикулярно первой обмотке. В этом случае, запитывая обмотки по очереди и чередуя направление тока в них, можно получить вращающееся магнитное поле.

1 шаг: запитана вертикальная обмотка. Северный полюс в направлении 12 часов.
2 шаг: вертикальная обмотка обесточена, запитывается горизонтальная обмотка. Северный полюс в направлении 3-х часов.
3 шаг: обесточиваем горизонтальную обмотку, запитываем вертикальную. Но, при этом, меняем направление тока в ней. В результате, северный полюс в направлении 6 часов.
4 шаг: обесточиваем вертикальную обмотку, запитываем горизонтальную, одновременно, меняя направление тока в ней. Северный полюс на 9 часов.
Дальше всё повторяется с первого шага.

Получается, что магнитное поле обмоток возбуждения по очереди обходит четыре статорных полюса. Создаётся иллюзия вращения. Но статорным обмоткам всё равно, каким способом с ними будет взаимодействовать магнитное поле – механическим вращением или электронным. А нам нет. Ведь мы предположили, что противодействие появляется только при изменении положения поля, а не при его включении/выключении. А в данном случае, у нас поле появляется и пропадает в разных местах, а не движется вдоль полюсов статора.

При таком алгоритме управления, в каждый момент времени ток протекает только через одну обмотку, значит, общая потребляемая мощность останется прежней. Но и выходная мощность упадёт, если только в генераторе будет не четыре статорных полюса, а больше, ведь, эдс будет наводиться только в тех обмотках статора, на полюса которых воздействует магнитное поле. Остальные обмотки будут «молчать», внося лишь активное (индуктивное) сопротивление.

Реально, полюсов больше. Значит, нужно что то изменить так, что бы полюса обмоток возбуждения появлялись напротив полюсов статора.
Это можно реализовать двумя способами – увеличением количества обмоток возбуждения, или изменением алгоритма коммутации только двух обмоток возбуждения.

В первом случае, в каждый момент времени будет включена только одна из обмоток, но такая реализация сложнее конструктивно. Проще второй способ – в этом случае, хоть и будут моменты с одновременной запиткой обоих обмоток, но можно получить любое количество шагов, имея только две обмотки.

При запитке одновременно двух перпендикулярных обмоток, вектор магнитного поля будет направлен между ними, а его амплитуда определяется геометрически – с помощь векторов магнитного поля каждой обмотки.

1 шаг: запитана вертикальная обмотка. Северный полюс в направлении 12 часов.
2 шаг: дополнительно запитывается горизонтальная обмотка. Северный полюс в направлении 1,5 часа.
3 шаг: обесточиваем вертикальная обмотку. В результате, северный полюс в направлении 3 часов.
4 шаг: запитываем вертикальную обмотку, одновременно, меняя направление тока в ней. Северный полюс на 4,5 часов.
5 шаг: обесточиваем горизонтальную обмотку. Северный полюс в направлении 6 часов.

Ну и так далее. Думаю, суть понятна.
Правда, при одновременной запитке двух обмоток, потребуется уменьшать ток через них, что бы не менялась амплитуда магнитного поля. Ведь, магнитный поток двух обмоток больше, чем одной. При добавлении шага, в котором вектор магнитного поля будет находиться по середине между двумя обмотками (1,5…4,5…7,5…10,5 часов), амплитуда тока должна быть уменьшена до амплитуды 2/3 от тока одной обмотки.
При использовании большего числа промежуточных шагов, ток одной обмотки с каждым шагом уменьшается, а ток другой – увеличивается. При этом вектор магнитного поля с каждым шагом будет смещаться от одной обмотки к другой.
Таким образом, в каждом шаге мы обеспечиваем появление магнитного поля обмоток возбуждения напротив каждого полюса обмоток статора. Противодействия вращению магнитного поля нет, ведь оно физически не вращается, а просто появляется и пропадает в нужных местах! Генератор вырабатывает свою мощность, а потребляется мощность только для двух обмоток возбуждения: 200+200=400Вт в «потолочном» максимуме, который никогда не будет достижим реально. Выходит, выходная мощность генератора 700Вт, а потребляемая – 400Вт. Но это же – устройство с КПД больше 100%!

Осталось выяснить, почему нет противодействия при появлении и пропадании магнитного поля. Возьмём обычный трансформатор. В нём один полюс – точка, в которой встречаются ЭДС первичной обмотки с противо-ЭДС вторичной. Здесь противодействие существует. Почему же его нет в полюсах генератора? Если взять большое число трансформаторов и запитать их обмотки вращающимся полем как в генераторе, то, всё равно, противодействие никуда не денется! Непонятно…

Собственно, а чем отличается генератор с вращающимся магнитным полем, от кучи трансформаторов, управляемых таким же полем? Только тем, что все полюса генератора имеют общий сердечник - статор! У набора трансформаторов с таким же числом полюсов все сердечники разобщены. Собственно, ни о каком увеличении числа полюсов речи быть не может, так как в каждом отдельном трансформаторе, один полюс на один сердечник.
В генераторе же, на одном сердечнике – много полюсов.
Вывод – при увеличении числа полюсов (точек встречи эдс с противо-эдс), находящихся на одном магнитопроводе, противодействие уменьшается.

Как подтверждение – Ф-трансформатор.
По сравнению с обычным трансформатором, в нём уже не один полюс, а два! У него противо-эдс двух половин вторичной обмотки взаимно компенсируются, и в первичной цепи нет реакции (есть, но слабее).

Очевидная конструкция, как совершенствование конструкции Ф-трансформатора и приближение её к конструкции генератора с вращающимся магнитным полем:
Четыре сердечника от строчного трансформатора телевизора (по два П-образных сердечника), в котором четыре вторичные обмотки намотаны на каждом сердечнике, а все сердечники пристыкованы друг с другом сторонами, противоположными обмоткам, и в этом месте сразу на всех четырёх кернах мотается первичная обмотка. Вторичные обмотки соединены попарно последовательно. Сердечники расположены крестом (+).

Если обычный трансформатор (один полюс) не имеет асимметрии, а Ф-трансформатор (два полюса) имеет, тогда у конструкции с четырьмя сердечниками, асимметрия будет ещё больше. Ведь, теперь будут взаимно компенсироваться противо-эдс четырёх обмоток, а не двух. Логично предположить, что генератор с большим числом полюсов будет иметь ещё большую асимметрию.
У Ф-трансформатора асимметрия меняется от1,5 до 5 в зависимости от конструкции. Какая же она тогда у генератора?

Выводы.
У обычного автомобильного генератора КПД меньше 100%. Львиная доля потерь приходится на механическое вращение магнитного поля (ротор). На создание магнитного поля (обмотка возбуждения) расходуется значительно меньше мощности - в любом случае всегда менее 200Вт, и эта величина всегда меньше выходной мощности генератора.
Заменив механическое вращающееся поле на вращаемое электронным способом, ликвидируем потери на его вращение. Остаются только потери в обмотках возбуждения, которые уменьшаются пропорционально числу полюсов, и в любом случае будут меньше выходной мощности генератора (при числе полюсов больше двух). Получается, что такой генератор имеет КПД более 100%.


-------------------------------------------------------------------------------------------------------


Если на обмотки "ротора" подать два квдратурных напряжения - на одну прямо, а на другую через конденсатор, чтобы получить сдвиг фазы 90 град, то эффект будет тот же. Единственное, что нужно - это предусмотреть механизм регулирования тока обмоток, как это делается в обычных электромагнитных генераторах.
Важно учесть несколько вещей:

1. Число полюсов на роторе и статоре равно и кратно 4. ( 16-24-32-36).
2.Полюса ротора и статора равны по размерам и точно совпадают ( находятся один против другого ).
3. Зазор между ротором и статором должен быть как в /родном/ исходном двигателе.
4. Обмотка статора должна быть устроена как у генератора с одной парой магнитных полюсов на роторе. Может быть одно или многофазной. Примеры - колекторный 1-фазный или асинхронный 3-фазный двигатель на 3000 оборотов.
5. Желательно, чтобы ширина полюса и ширина просвета между полюсами были равны.


-----------------------------------------------------------------------------------


...Очень нужный всем генератор электроэнергии промышленного стандарта построен и успешно выдает нужный продукт без шума, вращения, пыли и запаха. А суть в следующем.

Основой служит обычный трехфазный генератор, скажем от бензинового "движка". Ротор его перематывается так, чтобы получить 4 катушки, расположенные крестообразно. Противолежащие катушки соединены последовательно. Таким образом, имеем 2 пары катушек, при включении каждой пары катушек имеем магнитные полюса на роторе, расположенные квадратурно. Остается только подключить схему управления, чтобы получить ВРАЩАЮЩЕЕСЯ магнитное поле. Такие двухфазные схемы применяются для управления шаговыми двигателями и широко известны.
Все дело в том, что в "нормальном" генераторе работу совершает именно вращающееся ПОЛЕ, каким - то образом преобразуя небольшую мощность обмотки подмагничивания в большую выходную. Классическая электромеханика утерждает, что механическая работа вращающегося ротора превращается в электрическую. Этим как бы объясняется сохранение энергии. Да ничего подобного! Ротор только вращает магнитные полюса и противодействует магнитному моменту, который возрастает при возрастании нагрузки. Так что оставляем ротор в покое и вращаем поле электронным приводом. Скажете: - А токи Фуко и т.д.? Непонятно как, но этот генератор РАБОТАЕТ и выдает свои штатные киловатты. Так, что стройте, обогревайте и освещайте свои жилища.

.......................

Мощность выдает свою т.е у меня 2.2 Квт, так примерно и выдает. Мощность на обмотке подмагничивания? Схема сделана на двухфазном мостовом драйвере L298N c ШИМ стандартное включение ток около 2 ампер в каждой фазе напряжение 42 в,
работает в полушаговом режиме частота 120 - 150 гц. После старта питает сам себя. Индуктивность катушек чем больше, тем лучше, т.к магнитный поток W = L*I. Важно получить вращающееся магнитное поле интенсивностью не ниже чем в штатном режиме. Так что стройте и наслаждайтесь жизнью.
Насчет сомнений - я же сказал РАБОТАЕТ!

.............

Если кто разбирал трехфазный генератор, то должен знать, что там вращается двухполюсный ротор!