Генератор электрической энергии

Генератор электрической энергии

Реферат

 

Изобретение относится к электротехнике и энергетике и может быть использовано в народном хозяйстве и в быту. Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в упрощении конструкции и изготовлении генератора, повышении его технологичности, уменьшении тормозного момента, повышении к. п. д. и мощности генератора электрической энергии. Указанная задача достигается тем, что в генераторе электрической энергии, согласно изобретению, содержится группа генераторов электрической энергии. Генератор состоит из двух боковых подшипниковых щитов и промежуточных щитов. Боковые подшипниковые щиты с наружной стороны содержат ребра жесткости, а с внутренней стороны, совместно с внутренними промежуточными щитами, генератор содержит базовый составной кольцевой упор и направляющие, образующие Т-образные пазы, в которых до упора при помощи Т-образных выступов-салазок установлены одноименными полюсами вплотную друг к другу корпуса с постоянными кольцевыми магнитами. Корпуса для постоянных кольцевых магнитов состоят из дюралюминиевого сплава. Ротор содержит группу роторов, каждый из которых посажен неподвижно на вал и состоит из двух дисков, собранных в пакет. На дисках установлены и зафиксированы в пазах кронштейны, изготовленные из ферросплава. На виде сверху в горизонтальной плоскости кронштейны имеют Т-образную форму. На виде сбоку кронштейны имеют Г-образную форму. На одном их конце имеется выступ для фиксации в пазу диска ротора, а на противоположном конце содержится сквозное горизонтальное отверстие для установки ферросплавного составного кольца, на магнитопроводе которого, между кронштейнами, размещены дугообразные плоские изолированные проводники с контактными отверстиями на концах, каждый из которых имеет противоположную фазу возбуждения и согласованное последовательное соединение между собой, образуя зигзагообразный проводник по периметру окружности ротора. Концы выводов проводников подсоединены к контактным кольцам, к которым подведены токосъемные щетки. Первый несущий диск в пакете каждого отдельного ротора служит основанием. На торцевой плоскости первого диска содержатся сквозные крепежные отверстия и круговая базовая канавка на периферии. Второй диск ротора служит матрицей для кронштейнов и имеет по центру отверстие для вала, отверстия под головки винтов и сквозные пазы по его периметру, равные по ширине кронштейнам, которые располагаются на равномерном шаговом расстоянии, соразмерном шаговому расстоянию между кольцевыми постоянными магнитами. 17 ил.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в народном хозяйстве и в быту.

Известен генератор электрической энергии, содержащий корпус со статором, с постоянными магнитами, закрепленный на валу ротор с катушками обмотки. Статор с магнитами служит для возбуждения главного магнитного поля машины, а во вращающемся роторе индуктируется ЭДС и проходят токи.

С. А. Гусев. Очерки по истории развития электрических машин. ГЭИ. М. - Л. 1955 г. , с. 80-81, фиг. 2-8.

Недостатком такого генератора электрической энергии является, недостаточный коэффициент полезного действия и производительность из-за малой плотности поступающего потока энергии, которая образуется в зазоре между ротором и статором, а также из-за того, что затрачивается большая механическая работа при преобразовании механической энергии в электрическую.

Задача, решаемая изобретением, состоит в том, чтобы за счет изменения конструкции генератора сделать генератор простым для изготовления в технологическом плане, кроме того, в самом генераторе электрической энергии, за счет установки постоянных кольцевых магнитов на статоре одноименными полюсами вплотную друг к другу, увеличить плотность массы поступающего потока потенциальной магнитной энергии, при помощи которой, за счет совершения механической работы, в зазоре между ротором и статором, в проводниках ротора индуктируется ЭДС, а также, одновременно с этим, за счет уменьшения ширины намотки катушек ротора и сжатия магнитной массы магнитного поля, уменьшить в генераторе электромагнитный тормозной момент, стремящийся к бесконечно малой величине и за счет этого уменьшить в генераторе электрической энергии затрачиваемую механическую работу, при индуктировании ЭДС, в результате получить в генераторе электрической энергии коэффициент полезного действия больше единицы и одновременно с этим за счет применения промежуточных щитов увеличить мощность генератора электрической энергии.

Указанная задача достигается тем, что в одном генераторе электрической энергии содержится группа генераторов электрической энергии, генератор состоит из двух боковых подшипниковых щитов и внутренних промежуточных щитов, зафиксированных между собой при помощи распорных трубок и шпилек с резьбовым соединением, кроме того, подшипниковые щиты с наружной стороны содержат приделанные ребра жесткости, изготовленные заодно с корпусами подшипников, а с внутренней стороны, совместно с внутренними промежуточными щитами, содержат базовый кольцевой, составной упор и направляющие, образующие Т-образные пазы, располагающиеся на равномерном шаговом расстоянии, в которые до упора, при помощи Т-образных выступов-салазок, установлены одноименными полюсами вплотную друг к другу корпуса с постоянными кольцевыми магнитами, в которых предусмотрена прорезь, образующая на статоре внутри магнитов кольцевую дугообразную полость для ротора, корпуса для постоянных кольцевых магнитов состоят из дуралюминиевого сплава, постоянные кольцевые магниты закреплены в корпусах при помощи клея и зафиксированные в пазах боковых подшипниковых щитов и внутренних промежуточных щитов от выпадания при помощи угольников с прижимными болтами со стопорной гайкой, которые прикреплены на щитах резьбовым соединением, и закрыты с наружной стороны цилиндрическим круговым кожухом, состоящим из двух половин, соединенных между собой при помощи резьбового соединения болтов с гайкой, а ротор, закрепленный на валу, содержит в себе группу роторов, каждый из которых посажен неподвижно на вал при помощи шпонок через промежуточные втулки и состоит из двух дисков, собранных в пакет при помощи резьбового соединения, на дисках установлены и зафиксированы в пазах при помощи прихватов, имеющих отверстие под болт, кронштейны, изготовленные из ферросплава, на виде сверху в горизонтальной плоскости имеют Т-образную форму, на широкой части которой содержится сквозное вертикальное отверстие для установки диэлектрических втулок-изоляторов и крепежного соединительного болта с гайкой, а на виде сбоку кронштейны имеют Г-образную форму, на одном конце кронштейнов имеется выступ для фиксации в пазу диска, а на их противоположном конце содержится сквозное горизонтальное отверстие для установки ферросплавного составного кольца, на магнитопроводе которого, между кронштейнами, размещены плоские дугообразные изолированные проводники с контактными отверстиями на загнутых концах, каждый из которых при работе имеет противоположную фазу возбуждения и согласованное последовательное соединение между собой, образуя зигзагообразный проводник по периметру окружности ротора, концы выводов проводников подсоединены к контактным кольцам, к которым подведены токосъемные щетки, при этом, первый несущий диск в пакете каждого отдельного ротора служит основанием, которое содержит ступицу, а на торцевой плоскости первого несущего диска содержатся сквозные крепежные отверстия и круговая базовая канавка на периферии первого несущего диска, второй диск ротора служит матрицей для кронштейнов и содержит по центру отверстие для вала, отверстия крепежные сквозные и с зенковкой под головки винтов, а также нарезанные по его периметру сквозные пазы, равные по ширине кронштейнам, которые располагаются на равномерном шаговом расстоянии, соразмерном шаговому расстоянию между кольцевыми постоянными магнитами, располагающимися на статоре, генератор электрической энергии содержит установочные опоры и погрузочные проушины, которые установлены и закреплены на шпильках, стягивающих подшипниковые щиты.

Изобретение на мой взгляд является новым, так как в отличие от прототипа в одном генераторе электрической энергии содержится группа генераторов электрической энергии, генератор состоит из двух боковых подшипниковых щитов и внутренних промежуточных щитов, зафиксированных между собой при помощи распорных трубок и шпилек с резьбовым соединением, кроме того, боковые подшипниковые щиты с наружной стороны содержат ребра жесткости, изготовленные заодно с корпусами подшипников, а с внутренней стороны, совместно с внутренними промежуточными щитами, содержат базовый кольцевой, составной упор и направляющие, образующие Т-образные пазы, располагающиеся на равномерном шаговом расстоянии, в которых до упора, при помощи Т-образных выступов-салазок, установлены одноименными полюсами вплотную друг к другу корпуса с постоянными кольцевыми магнитами, в которых предусмотрена прорезь, образующая на статоре, внутри магнитов кольцевую дугообразную полость для ротора, корпуса для постоянных кольцевых магнитов состоят из дуралюминиевого сплава, постоянные кольцевые магниты закреплены в корпусах при помощи клея и зафиксированные в пазах боковых подшипниковых щитов и внутренних промежуточных щитов от выпадания при помощи угольников с прижимными болтами со стопорной гайкой, которые прикреплены на щитах резьбовым соединением и закрыты с наружной стороны цилиндрическим круговым кожухом, состоящим из двух половин, соединенных между собой при помощи резьбового соединения болтов с гайкой, а ротор, закрепленный на валу, содержит группу роторов, каждый из которых посажен неподвижно на вал при помощи шпонок через промежуточные втулки и состоит из двух дисков, собранных в пакет при помощи резьбового соединения, на дисках установлены и зафиксированы в пазах при помощи прихватов, имеющих отверстие под болт, кронштейны, изготовленные из ферросплава, и на виде сверху в горизонтальной плоскости имеют Т-образную форму, на широкой части которой содержится сквозное вертикальное отверстие для установки диэлектрических втулок-изоляторов и крепежного соединительного болта с гайкой, а на виде сбоку кронштейны имеют Г-образную форму, на одном конце кронштейнов имеется выступ для фиксации в пазу диска, а на их противоположном конце содержится сквозное горизонтальное отверстие для установки ферросплавного составного кольца, на магнитопроводе которого, между кронштейнами, размещены дугообразные плоские изолированные проводники с контактными отверстиями на загнутых концах, каждый из которых при работе имеет противоположную фазу возбуждения и согласованное последовательное соединение между собой, образуя зигзагообразный проводник по периметру окружности ротора, концы выводов проводников подсоединены к контактным кольцам, к которым подведены токосъемные щетки, первый несущий диск в пакете каждого отдельного ротора служит основанием, которое содержит ступицу, а на торцевой плоскости первого несущего диска содержатся сквозные крепежные отверстия и круговая базовая канавка на периферии первого несущего диска, второй диск ротора служит матрицей для кронштейнов и содержит по центру диска отверстие для вала, отверстия крепежные сквозные и с зенковкой под головки винтов, а также нарезанные по периметру диска сквозные пазы, равные по ширине кронштейнам, которые располагаются на равномерном шаговом расстоянии, соразмерном шаговому расстоянию между кольцевыми постоянными магнитами, располагающимися на статоре, генератор электрической энергии содержит установочные опоры и погрузочные проушины, которые установлены и закреплены на шпильках, стягивающих подшипниковые щиты.

В результате применения такой конструкции генератора упрощается технология изготовления генератора электрической энергии, а в самом генераторе электрической энергии увеличивается плотность массы поступающего потока потенциальной магнитной энергии, при помощи которой, за счет совершения механической работы, в зазоре между ротором и статором, в проводниках ротора образуется ЭДС, и одновременно с этим, за счет уменьшения ширины намотки катушек ротора и сжатия массы магнитного поля, уменьшается электромагнитный тормозной момент, который стремится к бесконечно малой величине, в результате чего уменьшается затрачиваемая механическая работа при индуктировании ЭДС. В итоге, коэффициент полезного действия генератора электрической энергии становится больше единицы, и увеличивается мощность генератора.

Предлагаемый генератор электрической энергии изображен на фиг. 1, 2, а также, как показано на отдельных узлах (фиг. 3, 4, 5), который состоит: из установочных опор 1, ребер жесткости 2, боковых подшипниковых щитов 3, промежуточных щитов 4, кожуха 5, распорных втулок 6, стягивающих шпилек 7, угольников с прижимными болтами 8, корпусов для магнитов 9 с Т-образными салазками 10, кольцевых магнитов 11, крепежных болтов с гайкой для проводников 12, диэлектрических втулок-изоляторов 13, кронштейнов из ферросплава 14, прижимающих прихватов 15, вала 16, распорных втулок 17, подшипниковых корпусных опор 18, дисков-матриц 19, ферросплавного магнитного провода 20, дугообразных проводников 21, Т-образных направляющих 22, кольцевого базового упора 23, щеток 24, контактных колец 25, крышек для корпусов под подшипники 26, подшипников 27, шпонок 28, диска основания ротора 29, погрузочных проушин 30.

Генератор электрической энергии работает следующим образом. При вращении вала ротора 16, ротор будет совершать вращательное движение в дугообразной тороидальной полости статора, который состоит из кольцевых магнитов 11, установленных одноименными полюсами вплотную друг к другу, вследствие чего, в проводниках 21 ротора (фиг. 3), при пересечении магнитных силовых линий магнитного потока, будет индуктироваться ЭДС, а на контактных кольцах 25 образуется разность потенциалов. Снятие разности потенциала в генераторе электрической энергии осуществляется при помощи контактных щеток 24, к которым может быть подключена нагрузка. Проводники, располагающиеся на роторе, могут быть соединены последовательно, как показано на фиг. 6, а сами секции, находящиеся между подшипниковыми и промежуточными щитами, соединены параллельно.

Рассмотрим, каким образом решается поставленная задача в новом генераторе электрической энергии.

Известно, что все энергетические процессы сводятся к трансформации одного вида энергии в другой вид энергии, и это происходит согласно закону сохранения энергии. Трансформацию энергии обычно можно рассматривать как происходящую в некотором объеме, в который через поверхность поступает один вид энергии, а выходит преобразованная энергия. Плотность поступающей энергии ограничена физическими свойствами той среды, через которую она течет. В материальной среде плотность потока энергии U ограничивается следующим выражением: U<F, где - скорость распространения деформации, обычно равной скорости звука. F - плотность энергии, которая может быть либо тепловой, либо упругой. U - есть вектор. (При стационарных процессах div U определяет величину преобразования энергии в другой вид). Впервые вектор U был предложен в 1874 году русским физиком Н. А. Умовым. Десятью годами позже такой же вектор для описания энергетических процессов в электромагнитном поле был дан Дж. Пойтинтингом. Поэтому его принято называть вектором Умова-Пойнтинга.

Исходя из тангенциальных сил взаимодействия между статором и ротором в электромагнитном генераторе электрической энергии, которые определяются энергией магнитного поля, согласно формуле плотности, плотность потока энергии, преобразующейся в зазоре между ротором и статором из механической энергии в электрическую энергию, может быть определена по формуле: U = a(H²/4), где - окружная скорость ротора, которая по конструктивным соображениям берется около 100 м/с. Коэффициент a определяется конструкцией генератора и характеризуется косинусом угла, образованного силой F и скоростью . Обычно a имеет величину, равную нескольким десятым долям единицы. Магнитное поле определяется насыщением железа и не превышает 210² Э. При этом плотность потока энергии (которая трансформируется из механической энергии в электрическую энергию) получается около 1кВт на 1 см², что является недостаточным на сегодняшний день.

П. Л. Капица. Эксперимент. Теория. Практика. Москва. Наука. 1981 г. , с. 97-102.

Поэтому, чтобы вывести энергетику страны на новый уровень, необходимо создать новый тип генераторов электрической энергии, в которых, с одной стороны, повысилась бы плотность массы поступающего потока энергии, а с другой стороны, уменьшилась бы затрачиваемая механическая работа при индуктировании ЭДС. Эту задачу возможно решить следующим образом.

Известно, что магнитное поле представляет собой одну из форм материи, которая создается молекулярными электрическими токами, образованными движением электронов, а также обладает энергией, массой и количеством движения.

Л. А. Бессонов. Теоретические основы электротехники. Москва. Высшая школа. 1964 г. , с. 650.

Магнитное поле характеризуется следующими свойствами: 1) каждая линия магнитного поля замкнута сама на себя. Это значит, что силовые линии идут не только вне магнита, но, выходя из одного полюса и входя в другой, они проходят также внутри самого магнита; 2) все линии выходят из северного полюса и входят в южный полюс; 3) магнитные силовые линии никогда не пересекаются друг с другом; 4) каждая линия стремится сократить свою длину, т. е. обладает натяжением. Для наглядности можно сравнить магнитные силовые линии с натянутыми шнурами; 5) линии, направленные в одну и ту же сторону, стремятся оттолкнуться одна от другой, т. е. раздвинуться.

Общее число силовых линий, выходящих из северного полюса или входящих в южный полюс магнита, называется магнитным потоком (обозначается буквой "Ф").

Чем сильнее магнит, тем больший магнитный поток он создает и тем гуще будут идти силовые линии его магнитного поля. В однородном поле магнитный поток Ф, пронизывающий какую-либо поверхность с площадью S, перпендикулярную к магнитным силовым линиям, можно вычислить как произведение магнитной индукции на площадь: Ф= ВS.

Федосеев П. К. Электротехника. Гос. Кино. Издат. Москва. 1951 г. , с. 140-142.

Исходя из свойств, которыми обладают магнитные силовые линии магнитного поля, для решения поставленной задачи, в изобретении применены кольцевые постоянные магниты, так как известно, что кольцевые магниты содержат две зоны, в которых магнитные силовые линии магнитного поля меняют свое направление.

Остриков М. Ф. Мир в магнитном кольце. Журнал. Техника молодежи. N 6-1991 г. , с. 2.

В новом генераторе электрической энергии, для решения поставленной задачи, кольцевые магниты установлены на статоре одноименными полюсами вплотную друг к другу (фиг. 7, 8). В связи с этим можно сказать, что против отталкивающихся сил одноименных полюсов магнитов совершилась механическая работа. В результате совершения механической работы произошло сжатие объема магнитных силовых линий поперечной части магнитного потока кольцевых магнитов. Это действие хорошо просматривается при помощи металлических опилок, которые проявляют невидимые магнитные силовые линии поля. При сжатии магнитных силовых линий магнитного поля совершается отрицательная работа dV<0.

-dA= PSdx= PdV, где Р - внешнее давление, S - площадь торцов одноименных полюсов, dV= Sdx - приращение объема магнитного поля.

Согласно первому и второму законам Ньютона, все изменения состояния движения тела вызываются силами. Силы в механике характеризуются рядом признаков. Каждая из сил имеет: соответствующую природу, точку приложения, направление, модуль, способ воздействия на тело. Складываются силы геометрически. Сила есть векторная величина. По своей природе, происхождению или, образно выражаясь, по своей биографии силы в механике делятся на три группы: силы тяготения, силы упругости, силы трения. При этом последние три группы сил имеют с физической точки зрения единую электромагнитную природу. Механике известны три способа непосредственного действия сил на тело: давление, тяга, удар.

А. С. Иванов. Мир механики и техники. Москва. Просвещение. 1993 г. , с. 60 - 61.

Силы, создавая давление, могут изменять форму тела или, как в этом случае, форму магнитных силовых линий магнитного поля. Поэтому полную работу, совершаемую внешними силами, можно определить интегрированием , где Р= 2F/S - две силы отталкивающихся полюсов одинаковой полярности, S - площадь торцов одноименных полюсов кольцевых магнитов, d = Sdl - изменение объема магнитных силовых линий магнитного поля.

Следовательно, затраченная отрицательная работа будет равна: .

За счет механической работы внешних сил (-dA)= 2Fdl происходит приращение энергии магнитного поля d(W₁+W₂)= (-dA), где W₁ и W₂ - энергия магнитного поля рядом стоящих магнитов.

Но так как энергия в единице объема равна W= ВН/2, то приращение энергии магнитного поля двух рядом стоящих магнитов в единице объема составит: d(W₁+W₂)= (ВН/2+ВН/2)dV, тогда ВН dV= 2F dl, заменяя dV= S dl, находим 2F= BHS.

Подставим полученное выражение в формулу работы: или .

Так как площадь торцов магнитов, откуда идут магнитные силовые линии магнитного потока, и энергия магнитного поля магнитов имеют постоянную величину, то значение этих величин можно вынести за знак интеграла .

Проинтегрировав, получим: (-A)= BHS(l₂-l₁)= BHS0= 0.

При сжатии массы магнитного поля, между торцами одноименных полюсов кольцевых магнитов, потенциальная энергия магнитного поля, в результате деформации, приобретает вид параболы. Из этого следует, что с возрастанием деформации магнитных силовых линий, которые образуют тело магнитного поля, потенциальная энергия тела магнитного поля увеличивается, а кинетическая - уменьшается. Но в любом случае, при уменьшении кинетической энергии, она не может стать отрицательной величиной. В генераторе электрической энергии потенциальная кривая магнитного поля имеет периодический вид, с чередующимися максимумами и минимумами, между которыми содержатся потенциальные барьеры.

Т. И. Трофимова. Курс физики. Москва. Высшая школа. 1985 г. , с. 25.

В связи с сжатием объема поперечной части магнитного потока одноименных полюсов постоянных кольцевых магнитов, занимаемый объем поперечным магнитным потоком в зазоре между магнитами стремится к бесконечно малой величине. В связи с этим, плотность массы магнитного поля поперечной части магнитного потока магнитов стремится к бесконечно большой величине.

где m - масса энергии магнитного поля двух магнитов, V - объем магнитной массы.

Одновременно с этим, установка постоянных кольцевых магнитов на статоре одноименными полюсами вплотную друг к другу привела к удвоению энергии магнитного поля между торцами одноименных полюсов магнитов. В связи с этим, формула плотности поступающего потока энергии, изображенная на с. 5 для генератора электрической энергии, изменится и примет следующий вид U = a[(HB/2+HB/2)/2] = a(HB/2). В этом случае в генераторе электрической энергии проводники ротора пересекают магнитный поток одновременно, под прямым углом. Поэтому, коэффициент a, характеризующийся косинусом угла, образованного силой F и скоростью , равен единице. Кроме того, время t перемещения проводника в поперечном магнитном потоке сократилось и стремится к нулю, в результате чего, скорость изменения поперечного магнитного потока стремится к бесконечно большой величине.

Электродвижущая сила электромагнитной индукции в контуре. Известно, что в проводе, который двигаясь в магнитном поле, пересекает магнитные силовые линии, возникает ЭДС. Это физическое явление было открыто в 1831 г. М. Фарадеем и получило название электромагнитной индукции.

А. С. Касаткин, Основы электротехники. Москва. Высшая школа. 1975 г. , с. 59.

При помощи проделанных опытов М. Фарадей установил, что индуктируемая в контуре ЭДС определяется не значением самого магнитного потока, а скоростью его изменения, т. е.

-e = /t. Исходя из зависимости электродвижущей силы от скорости изменения магнитного потока, в изобретении ожидалось в результате сжатия магнитных силовых линий поперечной части магнитного потока до размера, стремящегося к нулю, получить в генераторе электрической энергии скорость изменения магнитного потока, стремящуюся к бесконечно большой величине, в свою очередь, согласно установленному правилу, это должно было привести индуктируемую ЭДС, стремящуюся к бесконечно большой величине.

Но, на практике, как оказалось, этого не происходит. Не происходит потому, что это противоречит принципу закона сохранения энергии, и это дает основание подвергнуть сомнению установленный факт М. Фарадеем.

Как известно, сама по себе механическая энергия не может преобразоваться в электрическую энергию. В связи с этим, есть утверждение в том, что преобразование механической энергии в электрическую, происходит за счет магнитного поля, которое служит катализатором. Если открыть словарь русского языка, то можно прочитать, что катализатор это вещество. А раз это вещество, то оно имеет массу. Обладать массой - все равно, что обладать энергией.

Если говорить вообще, то до настоящего времени остается вопрос открытым: "Обладает ли магнитное поле энергией? Если да, то какой энергией? " Все дело в свойстве магнитного поля быть всюду "поперек". Энергия - это способность совершать работу, а работа численно равна произведению силы на отрезок пути, пройденный под действием этой силы. В магнитном поле сила действует в направлении, перпендикулярном к направлению движения заряда, и ничто, кроме заряда, наличия магнитного поля не ощущает. Изменится направление движения заряда - изменится и направление силы. Ну а ясно, что сила, направленная поперек направления движения, работы совершить не может.

А. В. Шилейко. В океане энергии. Знание. Москва, 1989 г. , с. 82-87.

С автором этого утверждения можно не согласиться, так как в нем заложено противоречие, а именно, например, на железнодорожном переезде происходит наезд автомобиля на движущийся железнодорожный состав. Действие силы автомобиля к составу происходит под прямым углом. Происходит авария. В этом случае можно задать вопрос: - "Была ли совершена механическая работа при столкновении автомобиля с поездом? - Если да, то какая работа? " Отвечая на эти вопросы, можно сразу сказать, что была совершена отрицательная работа, которая привела к разрушению автомобиля и частично железнодорожного состава. Исходя из этого, возникает другой вопрос: - "Какая работа совершается в генераторе электрической энергии, при взаимодействии проводника с магнитным полем магнита? " Чтобы ответить на поставленные вопросы, а также определить, почему не работает закон электромагнитной индукции, проделаем ряд новых экспериментов, которые до этого ранее не проводились. В связи с этим, исследуем зависимость электродвижущей силы от скорости изменения магнитного потока, зная, что магнитное поле можно количественно характеризовать величиной импульса напряжения, индуцируемого в пробной катушке при наложении или снятии поля.

Х. К. Кухлинг. Справочник по физике, Москва, Издательство. Мир. 1983 г. , с. 337.

Для проведения экспериментов соберем испытуемое устройство (фиг. 9), которое состоит: из прямоугольного основания 1, электропривода с червячным редуктором 2, намоточного барабана 3, проволочной тяги 4, стержня 5, тормоза 6, проводников 7, цилиндра 8, подставки для фиксации магнитов 9, кольцевых магнитов 10, катушки индуктивности 11, микроамперметра 12.

Для того чтобы подготовить испытательное устройство к работе, необходимо собрать кольцевые магниты 10 в два пакета (фиг. 10), где каждый отдельный пакет в сборе должен содержать три кольцевых магнита, обращенных друг к другу разноименными полюсами. При такой установке кольцевых магнитов, их торцы разноименных полюсов притягиваются, в результате чего образуется единый, целый кольцевой магнит. Далее, два собранных пакета из магнитов необходимо установить на цилиндр 8 одноименными полюсами вплотную друг к другу. В этом случае одноименные полюса магнитов отталкиваются, и для их сближения необходимо применить силу. После этого, цилиндр 8 с магнитами 10 необходимо положить на подставку 9, а внутри цилиндра 8 установить испытуемую катушку индуктивности 11, закрепленную на стержне 5, который связан проволочной тягой 4 с барабаном 3. Соединим концы катушки индуктивности при помощи проводников 7 с измерительным прибором, микроамперметром 12. Такая установка магнитов 10 в пакет увеличивает нейтральную зону между разноименными полюсами внутри магнитов, в котором магнитные силовые линии располагаются по долевой, в прямом направлении, это дает возможность стрелке микроамперметра между измеряемыми импульсами успокоиться и занять исходную позицию для последующего измерения.

Испытуемое устройство работает следующим образом. Путем подачи напряжения на электропривод 2 с редуктором, на приводном валу которого установлен сменный намоточный барабан 3, запустим испытуемое устройство в работу. В свою очередь, намоточный барабан вместе с валом приводного устройства начнет совершать вращательное движение со скоростью n= 45 об/мин, наматывая на себя гибкий провод 4, связанный с тягой 5, на которой закреплена испытуемая катушка индуктивности 11. В результате этого действия, катушка индуктивности 11 начнет совершать поступательное перемещение внутри цилиндра 8, на котором установлены кольцевые постоянные магниты 5. Линейная скорость поступательного перемещения катушки индуктивности в цилиндре определяется по формуле = Dn/60м/мин., где D - диаметр намоточного барабана, n - количество оборотов вала редуктора.

Производя замену намоточного барабана с меньшего диаметра на больший диаметр, этим действием мы создаем возможность изменять линейную скорость перемещения испытуемой катушки индуктивности внутри цилиндра, так например, при помощи барабана D= 7 мм, скорость линейного перемещения катушки индуктивности равна = 16 мм/с, а при барабане D= 14 мм скорость линейного перемещения равна = 32 мм/с.

Первое наблюдение. Установим на цилиндр в испытуемом устройстве (фиг. 9) кольцевые магниты, как показано на фиг. 10. На стержень 5 оденем катушку индуктивности 11 с W= 400 витками медного провода сечением 0,3 мм, после чего расположим ее внутри цилиндра 8, за пределами кольцевого магнита 10. К выводам катушки индуктивности 11 подсоединим измерительный прибор микроамперметр 12 с пределом измерения на 100 мкА. На вал приводного устройства 2 установим приводной барабан 3 диаметром D= 7 мм. Барабан 3 соединим проволочной тягой 4 со стержнем 5, на котором закреплена катушка индуктивности, после чего запустим испытуемое устройство в работу, наблюдая при этом за показаниями микроамперметра.

В результате наблюдения было установлено, что при входе в пакет кольцевого магнита стрелка микроамперметра отклонилась на величину тока I= 35 мкА. В середине пакета, там, где поперечный магнитный поток удваивается, стрелка микроамперметра отклонилась на величину I= 70 мкA, а на выходе из пакетного магнита стрелка микроамперметра отклонилась на величину тока I= 35 мкA.

Второе наблюдение. Установим на вал приводного устройства 2 намоточный барабан 3 диаметром D= 14мм, соединим проволочной тягой барабан 3 со стержнем 5. На стержень 5 испытуемого устройства установим и зафиксируем катушку индуктивности 11. Расположим катушку индуктивности 11 внутри цилиндра 8 на исходную позицию за пределами магнита, после чего запустим испытуемое устройство в работу, наблюдая за показаниями микроамперметра 12.

В результате наблюдения было установлено, что при входе катушки индуктивности в пакет магнита стрелка микроамперметра показала величину тока I= 35 мкA, в середине магнита, там, где магнитный поток удваивается, стрелка микроамперметра показала величину тока I= 70 мкA, и на выходе из пакета магнитов стрелка микроамперметра показала величину тока I= 35 мкА.

Анализируя результаты измерений первого и второго наблюдений, следует отметить то, что индуктируемая величина тока, как в первом, так и во втором наблюдении имеет одинаковую величину, несмотря на то, что скорость перемещения катушки индуктивности во втором наблюдении была увеличена в два раза. Этот же эффект наблюдался при увеличении скорости перемещения в три и четыре раза. Это говорит о том, что величина индуктируемого тока не зависит от скорости изменения магнитного потока.

В то же самое время по результатам измерений хорошо видно, что, там, где поперечный магнитный поток удвоился, то величина тока в этом случае увеличилась в два раза. Этот результат показывает и подтверждает то, что любая работа, совершаемая над телом, увеличивает его энергию и делает его способным в свою очередь совершать работу.

Кухлинг X. К. Справочник по физике. Москва. Издательство. "Мир". 1983 г. , с. 80.

Чтобы окончательно ответить на вопрос, - "Что происходит в генераторе электрической энергии при преобразовании механической энергии в электрическую энергию? " - проведем еще ряд экспериментов. Для этого соберем новое испытательное устройство (фиг. 11). Устройство содержит: раму 1, подшипниковые щиты 2, кольцевые магниты 3, зафиксированные в корпусе 4, контактные кольца 5, токосъемные щетки 6, лампочки 7, ротор 8, катушки индуктивности 9, распорные втулки 10, крепежные шпильки 11, приводной редуктор 12, рукоятку 13.

Испытательное устройство по конструкции напоминает генератор электрической энергии, изображенный на фиг. 1, 2, но содержит всего два магнита. Это устройство дает возможность измерить индуктируемую величину напряжения и тока при различных скоростях вращения ротора без подключенной нагрузки, а также измерить индуктируемую величину напряжения и тока при подключенной нагрузке, в качестве которой может служить электрическая лампочка 7.

Для измерения индуктируемой величины напряжения воспользуемся измерительным прибором типа тестер Ц4326, а для установления количества совершаемых оборотов ротором применим механический тахометр.

Третье наблюдение. Установим между подшипниковыми щитами 2 противоположно с той и другой стороны вала два кольцевых магнита 3, а на роторе 8 установим две катушки индуктивности 9, содержащие по W= 400 витков медного провода сечением S= 0,5 мм, которые между собой соединены последовательно. Магнитные полюса кольцевых магнитов сориентированы таким образом, чтобы катушки индуктивности при вращении возбуждались в одной фазе. Соединим выводы концов катушек 9 с контактными кольцами 5. Подсоединим к токосъемным щеткам измерительный прибор тестер Ц4326, настроенный на измерение напряжения.