Параметрический электромеханический генератор

2024-05-26

Параметрический электромеханический генератор. Эта заметка размещена в разделе «Идеи» и не претендует на 100% работоспособность. Однако принцип действия такого двигателя может оказаться отличным подспорьем для искателей свободной энергии, тем более, что в его основе заложен вполне понятный математический аппарат, который мы здесь также представим. Принцип действия параметрического электромеханического генератора основан на параметрическом изменении индуктивности L катушки при помощи ферромагнитного сердечника с относительной магнитной проницаемостью μ, перемещающегося вверх и вниз по каналу . Неким механическим аналогом электрического конденсатора здесь выступает пружина , накапливающая механическую энергию при падении сердечника, а затем отдающая её при его подъёме. Башмак крепится к пружине и ограничивает сердечник при его перемещениях . В целом, должен получиться электромеханический колебательный контур.

Работа устройства происходит следующим образом. На катушку L подаётся напряжение, в следствии чего в катушке возникает магнитное поле с первоначальной напряжённостью \, которое втягивает сердечник в катушку за время \. За это время индуктивность катушки изменяется от \ до \. Когда сердечник достигает максимального верхнего положения, напряжение с катушки снимается, а её обратная ЭДС перенаправляется в нагрузку. После этого, сердечник под своим весом падает на пружину и сжимает её. Когда же, в следствии разжатия пружины, сердечник начинает вновь подниматься, то на катушку снова подаётся напряжение. Цикл, таким образом, замыкается. Разница энергий при подъёме, и при падении, возникает за счёт разницы индуктивностей, а следовательно затраченной и полученной энергии. Давайте её подсчитаем, только пока условимся, что механический КПД пружины, притяжения сердечника и утилизации обратной ЭДС равен 100%. А также, что сердечник притягивается равномерно и так же равномерно меняется его проницаемость. Для более реального подсчёта направляем наших читателей к . Подсчёт энергий и COP. Подсчитаем затрачиваемую электрическую энергию на втягивание сердечника в катушку. Она складывается из механической энергии на подъём, которую мы назовём \, и электрической. Последняя также включается в себя два вида энергетических затрат: затраты на втягивание сердечника \, и затраты на увеличение магнитной индукции катушки \. Необходимо заметить, что \ и \ — это возвратные энергии, то есть те, которые затрачиваются при подъёме и полностью возвращаются при падении сердечника. В обычных случаях такой же можно было бы назвать и энергию \, и тогда энергетический баланс на подъём и падение сердечника был бы нулевой, то есть, никакой прибавки мы бы не получили. Такая ситауция описывается в и присуща почти всем известным устройствам. Выход из неё такой: необходимо параметрические изменения первого рода превратить в параметрические изменения второго рода, т.е. когда характеристика изменения проницаемости сердечника на подъёме отличалась бы от характеристики изменения проницаемости сердечника при его падении. Это и позволяет сделать наше устройство. Теперь подсчитаем разность энергий \ при подъёме и при падении сердечника, и сделаем вывод о принципиально возможной энергетической прибавке. Возьмём уже готовую формулу : \[ W_L = L_0 \int_{I}^{I} \left[ M_2 - M_1 \right]\,I\, dI \tag{1}\] Здесь \ — начальная индуктивность катушки , \, I\) — начальный ток , и конечный ток, когда вердечник находится в самом верху, а напряжение на катушке ещё не отключено. Время \ — это время подъёма сердечника. \, M_2\) — закономерности изменения индуктивности катушки от проходящего по ней тока при подъёме и при падении сердечника . Из формулы , например, следует, что если \ и \ одинаковые, что обычно и бывает, то \ будет равна нулю. Но не в нашем случае!. Давайте рассмотрим, что из себя представляют эти характеристики. Когда сердечник втягивается, то \ может быть такой: \[ M_1 = 0 + a\, I \tag{2}\] где \ — некоторый коэффициент. А линейную зависимость мы предположили в самом начале . В самой верхней точке сердечник полностью входит в катушку, а значит \ в этой точке будет равен: \[ M_2 = 0 + a\, I \tag{3}\] Но мы знаем, что мы утилизируем обратную ЭДС в нагрузку, и при этом сердечник всё ещё находится в верхнем положении. А это значит, что \ остаётся постоянной величиной. Далее, для простоты, обозначим: \ = I_1\). Теперь можно смело переписать формулу : \[ W_L = a\, L_0 \int_{0}^{I_1} \left[ I_1 - I \right]\,I\, dI \tag{4}\] Решая этот интеграл мы получим: \[ W_L = a\, L_0 \left[ {I_1^3 \over 2} - {I_1^3 \over 3} \right] = {a\, L_0 I_1^3 \over 6} \tag{5}\] Это и есть наша абсолютная прибавка энергии! Относительная прибавка тогда будет подсчитываться так: \[ K_{\eta 2} = {a\, L_0 I_1^3 / 0 + W_P + W_M \over a\, L_0 I_1^3 / 0 + W_P + W_M} \tag{6}\] Но поскольку мы не знаем \ и \, то пока оставим формулу в таком виде. Главное, что она показыавает — энергетическая прибавка возможна, но не может превышать значения 1.5 для данной характеристики изменения индуктивности от тока, которая следует из формулы . Кроме этого нужно вспомнить, что здесь мы не учитывали реальные КПД пружины, притяжения сердечника и утилизации обратной ЭДС, которые также внесут свой вклад в формулу . Но если свести эти потери к минимуму, правильно подобрать катушку и материал сердечника, выбрать оптимальное время срабатывания ключей, то получение генератора ПЭГ с COP более единицы, становится вполне возможным!. А если взять другую характеристику сердечника?. Если взять другую характеристику изменения индуктивности катушки от тока, то можно получить другой достижимый максимум для COP. Например, если характеристика будет такой : \[ M_1 = 0 + a\, I^2 \tag{7}\] то максимально достижимый COP будет равен 2. Интересно, что такую характеристику получить даже проще, чем по формуле , для чего нужно работать на самом начальном участке :

. Недостатком такого участка является относительно малые рабочие токи, а значит небольшие мощности всей установки. Это может относиться ко всем известным ферромагнитным материалам, т.к. кривая Столетова применима практически ко всем ним. Изменим конструкцию устройства. Такая схема представлена на рисунке 1b. Вместо ферромагнитного сердечника здесь работают магниты M0-M4, которые расположены на круге радиусом R. Неподвижные катушки L1.1-L1.4, индуктивность которых меняют эти магниты, крепятся на статоре. Их работа заключается в притягивании магнитов, а при прохождении катушки — их отталкивании. Съём энергии осуществляется катушками L2.1-L2.4, которые также крепятся к статору. Преимуществом такой конструкции является больший механический КПД, недостаток — более сложная регулировка времени срабатывания ключей, предназначенных для работы катушек. Очевидно, что на принципе, представленном в этой заметке, можно разработать и другие конструктивные варианты, которые могут оказаться эффективнее оригинала. .