Magnetski rotirajući uređaj. Elektrogravitacija je laka
Danas postoje trajni magneti korisna primjena u mnogim područjima ljudskog života. Ponekad ne primjećujemo njihovu prisutnost, međutim, u gotovo svakom stanu u raznim električnim uređajima i u mehanički uređaji, ako pažljivo pogledate, možete pronaći . Brijač i zvučnik, video player i Zidni sat, mobitel i mikrovalna pećnica, vrata hladnjaka, konačno - trajne magnete možete pronaći posvuda.
Koriste se u medicinskoj tehnici iu mjernoj opremi, u razni alati i u automobilskoj industriji, u istosmjernim motorima, u akustični sustavi, u kućanskim električnim uređajima i na mnogim, mnogim drugim mjestima: radiotehnika, izrada instrumenata, automatizacija, telemehanika itd. - nijedno od ovih područja ne može bez upotrebe trajnih magneta.
Konkretna rješenja koja koriste trajne magnete mogla bi se nabrajati beskonačno, ali to će biti tema ovog članka kratki osvrt nekoliko primjena permanentnih magneta u elektrotehnici i energetici.
Od vremena Oersteda i Ampèrea, opće je poznato da vodiči s strujom i elektromagneti međusobno djeluju s magnetsko polje trajni magnet. Rad mnogih motora i generatora temelji se na ovom principu. Ne morate daleko tražiti primjere. Ventilator u napajanju vašeg računala ima rotor i stator.
Rotor s lopaticama je rotor s trajnim magnetima koji su postavljeni u krug, a stator je jezgra elektromagneta. Remagnetiziranjem statora, elektronički sklop stvara efekt rotacije magnetskog polja statora, magnetsko polje statora, pokušavajući ga privući, prati magnetski rotor - vrti se ventilator. Rotacija se provodi na sličan način tvrdi disk, i raditi na sličan način.
U električnim generatorima, permanentni magneti su također našli svoju primjenu. Sinkroni generatori za kućne vjetrenjače, na primjer, jedno su od područja primjene.
Na statoru generatora po obodu se nalaze zavojnice generatora, koje tijekom rada vjetrenjače presječe izmjenično magnetsko polje pokretnih (pod djelovanjem vjetra koji puše na lopatice) permanentnih magneta montiranih na rotoru. Poslušavajući se, vodiči zavojnica generatora ukršteni magnetima usmjeravaju struju u krug potrošača.
Takvi se generatori koriste ne samo u vjetrenjačama, već iu nekim industrijskim modelima, gdje su trajni magneti ugrađeni na rotor umjesto uzbudnog namota. Prednost rješenja s magnetima je mogućnost dobivanja generatora s niskim nazivnim brzinama.
Vodljivi disk rotira u polju stalnog magneta. Potrošnja struje, koja prolazi kroz disk, djeluje s magnetskim poljem trajnog magneta, a disk se okreće.
Što je struja veća, to je veća frekvencija rotacije diska, budući da zakretni moment stvara Lorentzova sila koja djeluje na pokretne nabijene čestice unutar diska iz magnetskog polja trajnog magneta. Zapravo, takav brojač je mala snaga s magnetom na statoru.
Za mjerenje slabih struja koriste se - vrlo osjetljivi mjerni instrumenti. Ovdje potkovasti magnet stupa u interakciju s malom zavojnicom kojom teče struja koja je obješena u procjepu između polova trajnog magneta.
Otklon zavojnice tijekom mjerenja nastaje zbog zakretnog momenta koji nastaje zbog magnetske indukcije koja nastaje pri prolasku struje kroz zavojnicu. Dakle, ispada da je otklon zavojnice proporcionalan vrijednosti rezultirajuće magnetske indukcije u rasporu i, prema tome, struji u žici zavojnice. Za mala odstupanja skala galvanometra je linearna.
Vjerojatno imate mikrovalnu pećnicu u kuhinji. I ima dva trajna magneta. Za generiranje mikrovalnog raspona, ugrađen je u mikrovalnu pećnicu. Unutar magnetrona elektroni se kreću u vakuumu od katode do anode, au procesu kretanja njihova putanja mora biti zakrivljena kako bi rezonatori na anodi bili dovoljno snažno pobuđeni.
Za savijanje putanje elektrona, prstenasti trajni magneti ugrađeni su iznad i ispod vakuumske komore magnetrona. Magnetsko polje permanentnih magneta savija putanje elektrona tako da se dobije snažan vrtlog elektrona koji pobuđuje rezonatore koji pak generiraju mikrovalne elektromagnetske valove za zagrijavanje hrane.
Kako bi glava tvrdog diska bila točno pozicionirana, njezini pokreti u procesu pisanja i čitanja informacija moraju biti vrlo precizno kontrolirani i kontrolirani. Još jednom, permanentni magnet dolazi u pomoć. Unutar tvrdog diska, u magnetskom polju stacionarnog trajnog magneta, kreće se zavojnica sa strujom, spojena na glavu.
Kada se na zavojnicu glave dovede struja, magnetsko polje te struje, ovisno o svojoj vrijednosti, jače ili slabije odbija zavojnicu od permanentnog magneta, u jednom ili drugom smjeru, tako da se glava počinje pomicati, a s visoka preciznost. Ovim kretanjem upravlja mikrokontroler.
Kako bi se povećala učinkovitost potrošnje energije, u nekim zemljama se za poduzeća grade uređaji za mehaničko skladištenje energije. To su elektromehanički pretvarači koji rade na principu inercijalnog skladištenja energije u obliku kinetičke energije rotirajućeg zamašnjaka, tzv.
Na primjer, u Njemačkoj je ATZ razvio uređaj za pohranu kinetičke energije od 20 MJ s kapacitetom od 250 kW, sa specifičnim sadržajem energije od približno 100 Wh/kg. Uz zamašnjak težine 100 kg, rotirajući na 6000 okretaja u minuti, cilindričnu strukturu promjera 1,5 metara, bili su potrebni visokokvalitetni ležajevi. Kao rezultat toga, donji ležaj je napravljen, naravno, na bazi trajnih magneta.
Danas je za vas još jedan eksperiment koji će vas, nadamo se, natjerati na razmišljanje. Ovo je dinamička levitacija u magnetskom polju. U ovom slučaju, jedan prstenasti magnet nalazi se iznad istog, ali većeg. U ovoj kineskoj trgovini magneti se prodaju jeftinije.
Ovo je tipični levitron, koji je već prikazan (materijal). Veliki i mali magnet. Usmjereni su jedan prema drugom istoimenim polovima, odnosno odbijaju se, zbog toga dolazi do levitacije. Postoji, naravno, magnetska šupljina, ili potencijalna jama, u kojoj se nalazi gornji magnet. Još jedna stvar je da se rotira zbog žiroskopskog momenta, ne okreće se neko vrijeme dok se njegova brzina ne smanji.
Koja je svrha eksperimenta?
Ako zavrtimo vrh samo da se ne preokrene, postavlja se pitanje. Za što? Ako možete uzeti neku vrstu igle za pletenje, na primjer, drvenu. Čvrsto pričvrstite gornji magnet na njega, a utovarivač objesite odozdo i postavite ovu strukturu iznad druge. Dakle, u teoriji bi također trebao visjeti, a manja težina neće dopustiti da se prevrne.
Bit će potrebno vrlo precizno postaviti ravnotežu mase ove vrtnje. Ispostavilo bi se magnetska levitacija bez troškova energije.
Kako radi?
Ovdje je prstenasti magnet, u njega je kruto umetnuta drvena igla. Sljedeća je plastična ploča s rupom za stabilizaciju žbica. I na kraju - uteg. Komad plastelina za prikladnije podešavanje odabira mase. Možete malo odgristi i pokupiti toliku masu cijele ove strukture da mali prstenasti magnet jasno padne u zonu levitacije.
Pažljivo ga stavimo unutar donjeg magneta, nekako visi. Komadićem pleksiglasa možete pokušati stabilizirati njegov položaj. Ali iz nekog razloga to mu ne daje horizontalnu stabilizaciju.
Ako uklonite ploču i sve vratite natrag, tada će magnet, zajedno s osi na kojoj leži, pasti na stranu. Kada se okreće, iz nekog razloga stabilizira se u magnetskoj jami. Iako, obratite pozornost, tijekom ove rotacije pomiče se s jedne strane na drugu, vjerojatno za pet milimetara. Na isti način oscilira u okomitom položaju od vrha prema dolje. Čini se da ovaj magnetski bunar ima određeni zazor. Čim gornji magnet padne u jamu, on ga hvata i drži. Ostaje samo žiroskopski moment koji osigurava da se ovaj magnet ne prevrne.
Koja je bila svrha eksperimenta?
Provjerite, ako napravimo prikazanu konstrukciju s osi, ona zapravo radi istu stvar, sprječavajući magnet da se preokrene. Dovodi ga u zonu potencijalne rupe, odabiremo težinu ove strukture. Magnet je u rupi, ali kad uđe u nju, iz nekog se razloga ne stabilizira vodoravno. Ipak, ova struktura pada u stranu.
Nakon ovog eksperimenta postoji glavno pitanje: zašto je tako nepravedno, kad se ovaj magnet vrti kao vrh, visi u potencijalnoj jažici, sve je savršeno stabilizirano i uhvaćeno; a kada se stvore isti uvjeti, sve je isto, odnosno masa i visina, jama kao da nestaje. Samo iskoči.
Zašto nema stabilizacije gornjeg magneta?
Vjerojatno je to zato što je magnete nemoguće napraviti savršenima. I po obliku i po magnetizaciji. Polje ima neke nedostatke, distorzije, pa stoga naša dva magneta ne mogu u njemu pronaći ravnotežno stanje. Sigurno će skliznuti, jer među njima nema trenja. A kada se Levitron rotira, čini se da su polja izglađena, gornji dio strukture nema vremena otići u stranu tijekom rotacije.
To je razumljivo, ali ono što je motiviralo autora videa da napravi ovaj eksperiment je prisutnost potencijalne bušotine. Nadali su se da ova jama ima neku sigurnosnu granicu da drži strukturu. Ali, nažalost, to se iz nekog razloga nije dogodilo. Želio bih pročitati vaše mišljenje o ovoj zagonetki.
Ima još materijala o ovoj temi.
Proučavajući Faradayev disk i tzv. “Faradayev paradoks”, proveo nekoliko jednostavni pokusi i došli do zanimljivih otkrića. Prije svega o tome na što treba obratiti najviše pozornosti kako bi se bolje razumjeli procesi koji se odvijaju u ovom (i sličnom) unipolarnom stroju.
Razumijevanje principa rada Faradayeva diska također pomaže razumjeti kako svi transformatori, zavojnice, generatori, električni motori (uključujući unipolarni generator i unipolarni motor), itd., općenito rade.
U bilješci, crteži i detaljan video s različitim iskustvima koja ilustriraju sve zaključke bez formula i izračune, "na prste".
Sve što slijedi pokušaj je razumijevanja bez pretenzija na akademsku pouzdanost.
Smjer linija magnetskog polja
Glavni zaključak koji sam napravio za sebe: prva stvar na koju uvijek trebate obratiti pozornost u takvim sustavima je geometrija magnetskog polja, smjer i konfiguracija linije sile.
Samo geometrija linija magnetskog polja, njihov smjer i konfiguracija mogu unijeti neku jasnoću u razumijevanje procesa koji se odvijaju u unipolarnom generatoru ili unipolarnom motoru, Faradayevom disku, kao iu bilo kojem transformatoru, zavojnici, elektromotoru, generatoru itd.
Za sebe sam rasporedio stupanj važnosti na sljedeći način - 10% fizika, 90% geometrija(magnetsko polje) kako bismo razumjeli što se događa u tim sustavima.
Sve je detaljnije opisano u videu (vidi dolje).
Mora se shvatiti da Faradayev disk i vanjski krug s kliznim kontaktima na neki način tvore dobro poznatu još iz školskih vremena okvir- tvori ga presjek diska od središta do spoja s kliznim kontaktom na rubu, kao i cijeli vanjski krug(prikladni vodiči).
Smjer Lorentzove sile, Ampère
Amperova sila poseban je slučaj Lorentzove sile (vidi Wikipediju).
Dvije slike ispod prikazuju Lorentzovu silu koja djeluje na pozitivne naboje u cijelom krugu ("okvir") u polju magneta tipa krafne za slučaj kada je vanjski krug kruto spojen na bakreni disk(tj. kada nema kliznih kontakata i kada je vanjski krug izravno zalemljen na disk).
1 riža. - za slučaj kada se cijeli krug vrti vanjskom mehaničkom silom ("generator").
2 riže. - za slučaj kada se istosmjerna struja dovodi kroz krug iz vanjskog izvora ("motor").
Kliknite na jednu od slika za povećanje.
Lorentzova sila se manifestira (stvara se struja) samo u dijelovima kruga KOJI SE KREĆU u magnetskom polju
Unipolarni generator
Dakle, budući da će Lorentzova sila koja djeluje na nabijene čestice Faradayeva diska ili unipolarnog generatora djelovati suprotno na različite dijelove kruga i diska, tada da bi se dobila struja iz ovog stroja, samo oni dijelovi kruga (ako moguće) treba pokrenuti (rotirati), smjer u kojem će se Lorentzove sile podudarati. Preostale sekcije moraju biti fiksirane ili isključene iz kruga, ili rotirati na suprotna strana .
Rotacija magneta ne mijenja jednolikost magnetskog polja oko osi rotacije (pogledajte zadnji odjeljak), stoga nije važno da li magnet stoji ili rotira (iako ne postoje idealni magneti, a nehomogenost polja oko osi magnetizacije uzrokovane nedovoljnim kvaliteta magneta, također ima određeni učinak na rezultat).
Ovdje važnu ulogu igra koji dio cijelog strujnog kruga (uključujući odvodne žice i kontakte) rotira, a koji miruje (budući da se Lorentzova sila javlja samo u pokretnom dijelu). I što je najvažnije - u kojem dijelu magnetskog polja nalazi se rotirajući dio, te iz kojeg dijela diska se uzima struja.
Na primjer, ako disk strši daleko izvan magneta, tada se u dijelu diska koji strši izvan ruba magneta može ukloniti struja suprotnog smjera od struje, koja se može ukloniti u dijelu diska nalazi neposredno iznad magneta.
Unipolarni motor
Sve gore navedeno o generatoru vrijedi i za način rada "motor".
Potrebno je primijeniti struju, ako je moguće, na one dijelove diska u kojima će Lorentzova sila biti usmjerena u jednom smjeru. Upravo se ti dijelovi moraju osloboditi, dopuštajući im da se slobodno okreću i "razbijaju" strujni krug na odgovarajućim mjestima postavljanjem kliznih kontakata (pogledajte donje slike).
Preostala područja treba, ako je moguće, isključiti ili minimizirati.
Video - pokusi i zaključci
Vrijeme različite faze ovaj video:
3 min 34 sek- prva iskustva
7 min 08 sek- na što obratiti glavnu pozornost i nastavak pokusa
16 min 43 sek- ključno objašnjenje
22 min 53 sek- GLAVNO ISKUSTVO
28 min 51 sek- 2. dio, zanimljiva zapažanja i više eksperimenata
37 minuta 17 sekundi- pogrešan zaključak jednog od pokusa
41 min 01 sek- o Faradayevom paradoksu
Što odbija što?
Kolega inženjer elektronike i ja smo dugo razgovarali o ovoj temi i on je izrazio ideju izgrađenu oko riječi " odbijeni".
Ideja s kojom se slažem je da ako se nešto počne micati, onda se od nečega mora odbiti. Ako se nešto kreće, onda se kreće u odnosu na nešto.
Jednostavno rečeno, možemo reći da se dio vodiča (vanjski krug ili disk) odbija od magneta! Sukladno tome, na magnet (preko polja) djeluju odbojne sile. Inače se cijela slika ruši i gubi logiku. O rotaciji magneta - pogledajte odjeljak u nastavku.
Na slikama (možete kliknuti za povećanje) - opcije za način rada "motor".
Za način rada "generator" rade isti principi.
Ovdje se događa akcija-reakcija između dva glavna "sudionika":
Prema tome, kada se disk rotira, i magnet miruje, tada se događa akcija-reakcija između magnet i dio diska .
I kada magnet se okreće zajedno s diskom, tada se događa akcija-reakcija između magnet i vanjski dio lanca (fiksne provodne žice). Činjenica je da je rotacija magneta u odnosu na vanjski dio kruga jednaka rotaciji vanjskog dijela kruga u odnosu na fiksni magnet (ali u suprotnom smjeru). U ovom slučaju, bakreni disk gotovo ne sudjeluje u procesu "odbijanja".
Ispada da je, za razliku od nabijenih čestica vodiča (koje se mogu kretati unutar njega), magnetsko polje kruto povezano s magnetom. uklj. po kružnici oko osi magnetiziranja.
I još jedan zaključak: sila koja privlači dva trajna magneta nije neka misteriozna sila okomita na Lorentzovu silu, nego je ovo Lorentzova sila. Sve je u "rotaciji" elektrona i samom " geometrija". Ali to je druga priča...
Rotacija golog magneta
Na kraju videa je smiješno iskustvo i zaključak zašto dio električni krug se može natjerati na rotaciju, ali nije moguće natjerati "krafnu" magnet da se okreće oko osi magnetiziranja (kod stacionarnog istosmjernog električnog kruga).
Vodič se može slomiti na mjestima suprotnog smjera od Lorentzove sile, ali se magnet ne može slomiti.
Činjenica je da magnet i cijeli vodič (vanjski krug i sam disk) čine povezani par - dva sustava u interakciji, od kojih svaki zatvoreno unutar sebe . U slučaju vodiča - zatvoreno strujni krug, u slučaju magneta - "zatvorene" linije sile magnetsko polje.
Istodobno, u električnom krugu, vodič može biti fizički pauza, bez prekida samog strujnog kruga (postavljanjem diska i klizni kontakti), na onim mjestima gdje se Lorentzova sila "odmotava" u suprotnom smjeru, "oslobađa" različite dijelove električnog kruga da se kreću (rotiraju) svaki u svom suprotnom smjeru jedni od drugih, i prekidaju "lanac" magnetskog polja ili magnetske linije sile, tako da različiti dijelovi magnetskog polja "ne interferiraju" jedni s drugima - očito nemoguće (?). Čini se da još nisu izumljene nikakve sličnosti "kliznih kontakata" za magnetsko polje ili magnet.
Dakle, postoji problem s rotacijom magneta - njegovo magnetsko polje je integralni sustav, koji je uvijek zatvoren u sebe i neodvojiv u tijelu magneta. U njemu se suprotne sile u područjima gdje je magnetsko polje u različitim smjerovima međusobno kompenziraju, ostavljajući magnet nepomičan.
pri čemu, Raditi Lorentzova sila, Amper u nepomičnom vodiču u polju magneta, očito ide ne samo na zagrijavanje vodiča, već i na izobličenje linija magnetskog polja magnet.
USPUT! Bilo bi zanimljivo provesti pokus u kojem, kroz nepomični vodič koji se nalazi u polju magneta, prolazi ogromna struja, i vidjeti kako će magnet reagirati. Hoće li se magnet zagrijati, demagnetizirati ili će se možda samo razbiti na komade (a onda je zanimljivo - na kojim mjestima?).
Sve navedeno pokušaj je shvaćanja bez pretenzija na akademsku pouzdanost.
Pitanja
Ono što ostaje nejasno i potrebno je provjeriti:
1. Je li još uvijek moguće natjerati magnet da rotira odvojeno od diska?
Ako daš priliku i disku i magnetu, slobodno neovisno okretati, i dovode struju na disk kroz klizne kontakte, hoće li se i disk i magnet okretati? I ako je tako, u kojem smjeru će se magnet okretati? Za eksperiment vam je potrebna velika Neodimijski magnet- Još ga nemam. Kod običnog magneta nema dovoljne jakosti magnetskog polja.
2. Rotacija različitih dijelova diska u različitim smjerovima
Ako se radi slobodno rotirajući neovisno jedan o drugom a od nepokretnog magneta - središnji dio diska (iznad "rupe za krafnu" magneta), srednji dio diska, kao i dio diska koji strši izvan ruba magneta, i dovode struju kroz klizne kontakte (uključujući klizne kontakte između ovih rotirajućih dijelova diska ) - hoće li se središnji i krajnji dijelovi diska okretati u jednom smjeru, a srednji - u suprotnom smjeru?
3. Lorentzova sila unutar magneta
Djeluje li Lorentzova sila na čestice unutar magneta čije je magnetsko polje iskrivljeno vanjskim silama?
Problem izuma perpetuum mobile stroja počeo je dugo zabrinjavati dizajnere i mehaničare. Prisutnost takvog uređaja u velikim razmjerima mogla bi uvelike promijeniti život u svim njegovim pojavnim oblicima i ubrzati razvoj većine područja znanosti i industrije.
Iz povijesti izuma magnetskog motora
Povijest prvog pojavljivanja magnetskog motora počinje 1969. godine. Upravo je te godine izumljena lopta i konstruiran prvi prototip ovog mehanizma koji se sastojao od drvenog kućišta i nekoliko magneta.
Snaga ovih magneta bila je toliko slaba da je njihova energija bila dovoljna samo za rotaciju rotora. Ovaj magnetski motor kreirao je dizajner Michael Brady vlastitim rukama. Izumitelj je većinu svog života posvetio dizajnu motora. A 90-ih godina prošlog stoljeća stvorio je potpuno novi model za koji je dobio patent.
Prvi koraci
Uzimajući magnetski motor kao osnovu, vlastitim rukama i uz sudjelovanje pomoćnika, Brady je dizajnirao električni generator koji je imao malu snagu od 6 kW. Izvor energije bio je pogonski motor, koji je radio isključivo na trajne magnete.
Ali ovaj je model imao svoj nedostatak - brzina i snaga motora ostali su konstantni.
Ova novonastala poteškoća potaknula je znanstvenike da stvore model uređaja u kojem je bilo moguće promijeniti silu momenta i brzinu rotacije rotora. Da bi se to postiglo, uz trajne magnete, bilo je potrebno dodati magnetske zavojnice u dizajn kako bi se pojačalo magnetsko polje.
Dakle, je li moguće sada, kada je znanost zakoračila daleko naprijed, a mi smo okruženi velikim brojem stvari jedinstvenih u prirodi, dizajnirati motor s trajnim magnetima vlastitim rukama? Takav motor se može konstruirati, ali će njegova učinkovitost biti prilično niska, a sam izum će više izgledati kao demonstracijski model nego kao ozbiljna jedinica.
Što će biti potrebno?
Za izradu pojednostavljenog prototipa magnetskog motora trebat će vam neodimijski magneti, plastični ili drugi dielektrični rub, osovina s najmanjim otporom rotacije, neki alati i druge sitnice koje uvijek mogu biti pri ruci.
Proces sklapanja
Trebali biste započeti sastavljanje magnetskog motora vlastitim rukama tako što ćete čvrsto pričvrstiti neodimijske magnete po cijelom obodu postojećeg ruba. Magneti trebaju biti ravni i imati najveću površinu. Magnete možete pričvrstiti ljepilom, trebali bi biti smješteni što bliže jedan drugome kako bi se stvorilo kontinuirano jedno magnetsko polje. Štoviše, svi magneti moraju biti okrenuti prema van s istim polom.
Rub s čvrsto pričvršćenim magnetima treba biti pričvršćen na vodoravnu ravninu, na primjer, na list šperploče ili ploču. U središtu ovog dizajna morate postaviti rotirajuću osovinu, malo višu od visine naplatka.
Traka ili cijev od neprovodljivog materijala trebala bi se protezati od vrha osovine, malo duža od polumjera ruba, na koju će također biti fiksiran magnet paralelno s magnetskim prstenom. Štoviše, ovaj bi magnet trebao biti smješten s istim polom u odnosu na ostale magnete kao i oni pričvršćeni na rubu.
Dakle, davanjem blagog ubrzanja magnetu koji se nalazi na osovini, može se promatrati njegova rotacija oko osi. U tom će slučaju rotacija biti konstantna ako se oko ruba formira kontinuirano magnetsko polje. Takva rotacija se postiže međudjelovanjem magnetskih polja istog predznaka, odnosno njihovim odbijanjem. Magnetsko polje stvoreno oko ruba jače je i pokušava gurnuti pojedinačni magnet izvan svojih granica, što uzrokuje njegovu rotaciju.
Čak i ako koristite više jaki magneti, tada će potencijal ovog uređaja biti vrlo mali i neće moći nositi nikakvu praktičnu funkciju. Ako ga pokušate ponovno stvoriti u velikim razmjerima, tada će generirano magnetsko polje biti toliko snažno da će biti vrlo opasno za osobu biti u zoni njegovog djelovanja. Osim toga, snaga golemih magneta može biti dovoljna da izazove nerješive probleme tijekom njihovog transporta povezane s privlačenjem opreme, tračnica i drugih metalnih predmeta.
U budućnost s vječnim pokretom
Mnogi fizičari, dizajneri i drugi znanstvenici tijekom mnogih desetljeća više puta su pobijali mogućnost izuma perpetuum mobile stroja. Teorijski je dokazana nemogućnost njezina nastanka i potaknula nastanak različitih zakona i postulata.
Nada uvijek ostaje, jer u svijetu postoji ogroman broj neobjašnjivih fenomena čija tajna može poslužiti kao novi poticaj u razvoju znanosti. Uostalom, ako imate priliku dizajnirati vječni stroj za kretanje i racionalno ga koristiti, možete jednom zauvijek zaboraviti na u velikom broju problemi koji gutaju civilizacije na globalnoj razini.
Može se jednom zauvijek zaboraviti na problem vađenja goriva i, kao rezultat toga, na ekološki problem koji proizlazi iz njihove upotrebe. Stvaranje trajnog magnetskog motora spasit će šume, vodene resurse i nikada se više neće vratiti na pitanja vezana uz energetsku nestabilnost. Imena izumitelja ovog remek-djela mogu se popeti na vrhunac slave i poštovanja i biti upisana u povijest stoljećima. Uostalom, ti će ljudi biti vrijedni najvećeg bogatstva, nagrada i počasti za svoja postignuća.
Kao što je ranije pokazano, jedna od najvažnijih prednosti polifaznih sustava je proizvodnja rotirajućeg magnetskog polja pomoću fiksnih zavojnica, što je osnova za rad AC motora. Razmatranje ovog pitanja započet će analizom magnetskog polja zavojnice s sinusoidnom strujom.
Magnetsko polje zavojnice sa sinusoidnom strujom
Propuštanjem sinusne struje kroz zavojnicu stvara se magnetsko polje čiji se vektor indukcije mijenja (pulsira) uzduž ove zavojnice također po sinusoidnom zakonu.Trenutna orijentacija vektora magnetske indukcije u prostoru ovisi o zavoju zavojnice i trenutnog smjera struje u njoj i određuje se pravilom desnog gimleta. Dakle, za slučaj prikazan na Sl. 1, vektor magnetske indukcije usmjeren je prema gore duž osi zavojnice. Nakon pola perioda, kada s istim modulom struja promijeni predznak na suprotan, vektor magnetske indukcije iste apsolutne vrijednosti promijenit će svoju orijentaciju u prostoru za 1800. S obzirom na prethodno, magnetsko polje zavojnice s naziva se sinusna struja pulsirajući.
Kružno okretno magnetsko polje dvofaznih i trofaznih namota
Kružno okretno magnetsko polje je polje čiji vektor magnetske indukcije, ne mijenjajući apsolutnu vrijednost, rotira u prostoru s konstantnom kutnom frekvencijom.
Za stvaranje kružnog rotirajućeg polja moraju biti ispunjena dva uvjeta:
Osi zavojnica moraju biti pomaknute u prostoru jedna u odnosu na drugu za određeni kut (za dvofazni sustav - za 90 0, za trofazni sustav - za 120 0).
Struje koje napajaju zavojnice moraju biti pomaknute u fazi prema prostornom pomaku zavojnica.
Razmotrimo dobivanje kružnog rotirajućeg magnetskog polja u slučaju dvofaznog Teslinog sustava (slika 2a).
Prilikom prolaska harmonijskih struja kroz zavojnice, svaka od njih će, u skladu s gore navedenim, stvoriti pulsirajuće magnetsko polje. Vektori i obilježja ovih polja usmjereni su duž osi odgovarajućih zavojnica, a njihove se amplitude također mijenjaju prema harmonijskom zakonu. Ako struja u svitku B zaostaje za strujom u svitku A za 90 0 (vidi sliku 2, b), tada.
Nađimo projekcije rezultirajućeg vektora magnetske indukcije na x i y osi Kartezijevog koordinatnog sustava povezanog s osima zavojnica:
Modul rezultirajućeg vektora magnetske indukcije prema sl. 2, in je jednako
Dobivene relacije (1) i (2) pokazuju da je vektor rezultirajućeg magnetskog polja nepromijenjene apsolutne vrijednosti i rotira u prostoru s konstantnom kutnom frekvencijom , opisujući kružnicu, što odgovara kružnom rotirajućem polju.
Pokažimo da simetrični trofazni sustav zavojnica (vidi sliku 3a) također omogućuje dobivanje kružnog rotirajućeg magnetskog polja.
Svaki od svitaka A, B i C, kada kroz njih prolaze harmonijske struje, stvara pulsirajuće magnetsko polje. Vektorski dijagram u prostoru za ova polja prikazan je na sl. 3b. Za projekcije rezultirajućeg vektora magnetske indukcije na
osi kartezijevog koordinatnog sustava, čija je y-os poravnata s magnetskom osi faze A, mogu se napisati
Gornji odnosi uzimaju u obzir prostorni raspored zavojnica, ali se također napajaju trofaznim sustavom struja s privremenim faznim pomakom od 1200. Stoga, za trenutne vrijednosti indukcija zavojnice, odnosi
;
;.
Zamjenom ovih izraza u (3) i (4) dobivamo:
|
|
U skladu s (5) i (6) i sl. 2,c za modul vektora magnetske indukcije rezultirajućeg polja tri zavojnice sa strujom, možemo napisati:
,
a sam vektor s x-osi zaklapa kut a za koji
,
Dakle, u ovom slučaju također postoji vektor magnetske indukcije koji je konstantan u apsolutnoj vrijednosti i rotira u prostoru s konstantnom kutnom frekvencijom, što odgovara kružnom polju.
Magnetsko polje u električnom automobilu
Kako bi se pojačalo i koncentriralo magnetsko polje u električnom stroju, za njega se stvara magnetski krug. Električni stroj sastoji se od dva glavna dijela (vidi sliku 4): fiksnog statora i rotirajućeg rotora, izrađenih u obliku šupljih i čvrstih cilindara.
Na statoru se nalaze tri identična namota, čije su magnetske osi pomaknute duž provrta magnetskog kruga za 2/3 podjele polova, čija je vrijednost određena izrazom
,
gdje je polumjer provrta magnetskog kruga, a p broj pari polova (broj ekvivalentnih rotirajućih permanentnih magneta koji stvaraju magnetsko polje, u slučaju prikazanom na sl. 4, p = 1).
Na sl. 4 pune linije (A, B i C) označavaju pozitivne smjerove pulsirajućih magnetskih polja duž osi namota A, B i C.
Uz pretpostavku da je magnetska permeabilnost čelika beskonačno velika, nacrtamo krivulju distribucije magnetske indukcije u zračnom rasporu stroja, nastalu namotavanjem faze A, za određeni trenutak vremena t (slika 5). Pri konstruiranju uzimamo u obzir da se krivulja naglo mijenja na mjestima stranica zavojnice, au dijelovima bez struje postoje horizontalni dijelovi.
W 
Zamijenimo ovu krivulju sinusoidom (treba istaknuti da je za stvarne strojeve, zbog odgovarajuće izvedbe faznih namota za rezultirajuće polje, takva zamjena povezana s vrlo malim pogreškama). Uzimajući amplitudu ove sinusoide za odabrano vrijeme t jednaku VA, pišemo
|
|
;|
|
.Zbrajanjem relacija (10)…(12), uzimajući u obzir činjenicu da je zbroj zadnjih članova u njihovim desnim dijelovima identički jednak nuli, dobivamo izraz za rezultirajuće polje duž zračnog raspora stroja
što je jednadžba putujućeg vala.
Magnetska indukcija je konstantna ako 
. Stoga, ako mentalno odaberemo određenu točku u zračnom rasporu i pomičemo je duž provrta magnetske jezgre brzinom
,
tada će magnetska indukcija za ovu točku ostati nepromijenjena. To znači da se tijekom vremena krivulja distribucije magnetske indukcije, bez promjene oblika, pomiče duž oboda statora. Stoga se nastalo magnetsko polje vrti konstantnom brzinom. Ta se brzina obično definira u okretajima u minuti:
.
Princip rada asinkronih i sinkronih motora
Uređaj indukcijski motor odgovara slici na sl. 4. Rotirajuće magnetsko polje koje stvaraju strujni namoti koji se nalaze na statoru u interakciji je sa strujama rotora, uzrokujući njegovu rotaciju. Kavezni indukcijski motor je trenutno najrašireniji zbog svoje jednostavnosti i pouzdanosti. Bakrene ili aluminijske šipke koje nose struju postavljaju se u utore rotora takvog stroja. Krajevi svih šipki s oba kraja rotora povezani su bakrenim ili aluminijskim prstenovima koji kratko spajaju šipke. Otuda i naziv rotora.
U kratkospojenom namotu rotora, pod djelovanjem EMF-a uzrokovanog rotirajućim poljem statora, nastaju vrtložne struje. U interakciji s poljem, oni uključuju rotor u rotaciju brzinom bitno manjom od brzine rotacije polja 0 . Otuda naziv motora - asinkroni.
Vrijednost
nazvao relativno klizanje. Za motore normalne izvedbe S=0,02…0,07. Nejednakost brzina magnetskog polja i rotora postaje očigledna ako uzmemo u obzir da pri , rotirajuće magnetsko polje neće prijeći strujne šipke rotora i, prema tome, struje uključene u stvaranje momenta u njima se neće inducirati.
Temeljna razlika između sinkronog i asinkronog motora je dizajn rotora. Potonji u sinkronom motoru je magnet napravljen (pri relativno maloj snazi) na bazi trajnog magneta ili na bazi elektromagneta. Budući da se suprotni polovi magneta privlače, okretno magnetsko polje statora, koji se može protumačiti kao rotirajući magnet, vuče za sobom magnetski rotor, a njihove brzine su jednake. Ovo objašnjava naziv motora - sinkroni.
Zaključno, napominjemo da, za razliku od asinkronog motora, koji obično ne prelazi 0,8 ... 0,85, sinkroni motor može postići veću vrijednost, pa čak i dovesti struju do napona u fazi. U ovom slučaju, kao i baterije kondenzatora, sinkroni stroj se koristi za poboljšanje faktora snage.
Književnost
Osnove teorija sklopova: Proc. za sveučilišta /G.V.Zeveke, P.A.Ionkin, A.V.Netushil, S.V.Strakhov. –5. izd., revidirano. -M .: Energoatomizdat, 1989. -528s.
Bessonov L.A. Teorijska osnova elektrotehnika: Električni krugovi. Proc. za studente sveučilišnih studija elektrotehnike, energetike i izrade instrumenata. –7. izd., revidirano. i dodatni – M.: Viši. škola, 1978. -528s.
Teorijski osnove elektrotehnike. Proc. za sveučilišta. U tri tone Ispod totala. izd. K.M. Polivanova. T.1. K. M. Polivanov. Linearni električni krugovi s paušalnim konstantama. -M .: Energija - 1972. -240s.
ispitna pitanja
Koje se polje naziva pulsirajućim?
Koje se polje naziva rotirajućim kružnim poljem?
Koji su uvjeti potrebni za stvaranje kružnog rotirajućeg magnetskog polja?
Koji je princip rada kaveznog indukcijskog motora?
Koji je princip rada sinkronog motora?
Na kojim se sinkronim brzinama kod nas proizvode izmjenični motori opće industrijske izvedbe?
