Магнитные двигатели на постоянных магнитах схемы: обзор, принцип работы. Двигатель на магнитах Аксиальный электродвигатель на постоянных магнитах

Содержание

существует ли «рог изобилия» магнитной энергии? Магнитный двигатель своими руками — фантастика или реальность Двигатель с магнитным ротором

Эта статья посвящена рассмотрению моторов, работающих на постоянных магнитах, с помощью которых предпринимаются попытки получить КПД>1 путем изменения конфигурации схемы соединений, схем электронных переключателей и магнитных конфигураций. Представлено несколько конструкций, которые можно рассматривать в качестве традиционных, а также несколько конструкций, которые представляются перспективными. Надеемся, что эта статья поможет читателю разобраться в сущности данных устройств перед началом инвестирования подобных изобретений или получением инвестиций на их производство. Информацию о патентах США можно найти на сайте http://www.uspto.gov .

Введение

Статья, посвященная моторам, работающим на постоянных магнитах, не может считаться полной без предварительного обзора основных конструкций, которые представлены на современном рынке. Промышленные моторы, работающие на постоянных магнитах, обязательно являются двигателями постоянного тока, так как используемые в них магниты постоянно поляризуются перед сборкой. Многие щеточные моторы, работающие на постоянных магнитах, подключаются к бесщеточным электродвигателям, что способно снизить силу трения и изнашиваемость механизма. Бесщеточные моторы включают в себя электронную коммутацию или шаговые электромоторы. Шаговый электромотор, часто применяемый в автомобильной промышленности, содержит более длительный рабочий вращающий момент на единицу объема, по сравнению с другими электромоторами. Однако обычно скорость подобных моторов значительно ниже. Конструкция электронного переключателя может быть использована в переключаемом реактивном синхронном электродвигателе. В наружном статоре подобного электродвигателя вместо дорогостоящих постоянных магнитов используется мягкий металл, в результате чего получается внутренний постоянный электромагнитный ротор.

По закону Фарадея, вращающий момент в основном возникает из-за тока в обкладках бесщеточных двигателей. В идеальном моторе, работающем на постоянных магнитах, линейный вращающий момент противопоставлен кривой частоты вращения. В моторе на постоянных магнитах конструкции как внешнего, так и внутреннего ротора являются стандартными.

Чтобы обратить внимание на многие проблемы, связанные с рассматриваемыми моторами, в справочнике говорится о существовании «очень важной взаимосвязи между моментом вращения и обратной электродвижущей силой (эдс), чему иногда не придается значения». Это явление связано с электродвижущей силой (эдс), которая создается путем применения изменяющегося магнитного поля (dB/dt). Пользуясь технической терминологией, можно сказать, что «постоянная вращающего момента» (N-m/amp) равняется «постоянной обратной эдс» (V/рад/сек). Напряжение на зажимах двигателя равняется разности обратной эдс и активного (омического) падения напряжения, что обусловлено наличием внутреннего сопротивления. (Например, V=8,3 V, обратная эдс=7,5V, активное (омическое) падение напряжения=0,8V).

Этот физический принцип, заставляет нас обратиться к закону Ленца, который был открыт в 1834г., через три года после того, как Фарадеем был изобретен униполярный генератор. Противоречивая структура закона Ленца, также как используемое в нем понятие «обратной эдс», являются частью так называемого физического закона Фарадея, на основе которого действует вращающийся электропривод. Обратная эдс — это реакция переменного тока в цепи. Другими словами, изменяющееся магнитное поле естественно порождает обратную эдс, так как они эквивалентны.

Таким образом, прежде чем приступать к изготовлению подобных конструкций, необходимо тщательно проанализировать закон Фарадея. Многие научные статьи, такие как «Закон Фарадея — Количественные эксперименты» способны убедить экспериментатора, занимающегося новой энергетикой, в том, что изменение, происходящее в потоке и вызывающее обратную электродвижущую силу (эдс), по существу равно самой обратной эдс. Этого нельзя избежать при получении избыточной энергии, до тех пор, пока количество изменений магнитного потока во времени остается непостоянным.

Это две стороны одной медали. Входная энергия, вырабатываемая в двигателе, конструкция которого содержит катушку индуктивности, естественным образом будет равна выходной энергии. Кроме того, по отношению к «электрической индукции» изменяемый поток «индуцирует» обратную эдс.

Двигатели с переключаемым магнитным сопротивлением

При исследовании альтернативного метода индуцированного движения в преобразователе постоянного магнитного движения Эклина (патент № 3,879,622) используются вращающиеся клапаны для переменного экранирования полюсов подковообразного магнита. В патенте Эклина №4,567,407 («Экранирующий унифицированный мотор- генератор переменного тока, обладающий постоянной обкладкой и полем») повторно высказывается идея о переключении магнитного поля путем «переключения магнитного потока». Эта идея является общей для моторов подобного рода. В качестве иллюстрации этого принципа Эклин приводит следующую мысль: «Роторы большинства современных генераторов отталкиваются по мере их приближения к статору и снова притягиваются статором, как только минуют его, в соответствии с законом Ленца.

Таким образом, большинство роторов сталкиваются с постоянными неконсервативными рабочими силами, и поэтому современные генераторы требуют наличия постоянного входного вращающего момента». Однако «стальной ротор унифицированного генератора переменного тока с переключением потока фактически способствует входному вращающему моменту для половины каждого поворота, так как ротор всегда притягивается, но никогда не отталкивается. Подобная конструкция позволяет некоторой части тока, подведенного к обкладкам двигателя, подавать питание через сплошную линию магнитной индукции к выходным обмоткам переменного тока…» К сожалению, Эклину пока не удалось сконструировать самозапускающуюся машину.

В связи с рассматриваемой проблемой стоит упомянуть патент Ричардсона №4,077,001, в котором раскрывается сущность движения якоря с низким магнитным сопротивлением как в контакте, так и вне его на концах магнита (стр.8, строка 35). Наконец, можно привести патент Монро №3,670,189, где рассматривается схожий принцип, в котором, однако, пропускание магнитного потока игается с помощью прохождения полюсов ротора между постоянными магнитами полюсов статора.

Требование 1, заявленное в этом патенте, по своему объему и детальности кажется удовлетворительным для доказательства патентоспособности, однако, его эффективность остается под вопросом.

Кажется неправдоподобным, что, являясь замкнутой системой, мотор с переключаемым магнитным сопротивлением способен стать самозапускающимся. Многие примеры доказывают, что небольшой электромагнит необходим для приведения работы якоря в синхронизированный ритм. Магнитный двигатель Ванкеля в своих общих чертах может быть приведен для сравнения с представленным типом изобретения. Патент Джаффе №3,567,979 также может использоваться для сравнения. Патент Минато №5,594,289, подобный магнитному двигателю Ванкеля, является достаточно интригующим для многих исследователей.

Изобретения, подобные мотору Ньюмана (патентная заявка США №06/179,474), позволили обнаружить тот факт, что нелинейный эффект, такой как импульсное напряжение, благоприятен для преодоления эффекта сохранения силы Лоренца по закону Ленца. Кроме того, сходным является механический аналог инерциального двигателя Торнсона, в котором используется нелинейная ударная сила для передачи импульса вдоль оси перпендикулярно плоскости вращения. Магнитное поле содержит момент импульса, который становится очевидным при определенных условиях, например, при парадоксе диска Фейнмана, где он сохраняется. Импульсный способ может быть выгодно использован в данном моторе с магнитным переключаемым сопротивлением, при условии, если переключение поля будет производиться достаточно быстро при стремительном нарастания мощности. Тем не менее, необходимы дополнительные исследования по этой проблеме.

Наиболее удачным вариантом переключаемого реактивного электромотора является устройство Гарольда Аспдена (патент №4,975,608), который оптимизирует пропускную способность входного устройства катушки и работу над изломом B-H кривой. Переключаемые реактивные двигатели также объясняются в .

Мотор Адамса получил широкое признание. Например, в журнале Nexus был опубликован одобрительный отзыв, в котором это изобретение называется первым из когда-либо наблюдавшихся двигателей свободной энергии.

Однако работа этой машины может быть полностью объяснена законом Фарадея. Генерация импульсов в смежных катушках, приводящих в движение намагниченный ротор, фактически происходит по той же схеме, что и в стандартном переключаемом реактивном моторе.

Замедление, о котором Адамс говорит в одном из своих Интернет сообщений, посвященных обсуждению изобретения, может объясняться экспонентным напряжением (L di/dt) обратной эдс. Одним из последних добавлений к этой категории изобретений, которые подтверждают успешность работы мотора Адамса, является международная патентная заявка №00/28656, присужденная в мае 2000г. изобретателям Бритс и Кристи, (генератор LUTEC). Простота этого двигателя легко объясняется наличием переключаемых катушек и постоянного магнита на роторе. Кроме того, в патенте содержится пояснение о том, что «постоянный ток, подводимый к катушкам статора, производит силу магнитного отталкивания и является единственным током, подводимым снаружи ко всей системе для создания совокупного движения…» Хорошо известным является тот факт, что все моторы работают по этому принципу.

На странице 21 указанного патента содержится объяснение конструкции, где изобретатели выражают желание «максимизировать воздействие обратной эдс, которое способствует поддержанию вращения ротора/якоря электромагнита в одном направлении». Работа всех моторов данной категории с переключаемым полем направлена на получение этого эффекта. Рисунок 4А, представленный в патенте Бритс и Кристи, раскрывает источники напряжения «VA, VB и VC». Затем на странице 10 приводится следующее утверждение: «В это время ток подводится от источника питания VA и продолжает подводиться, пока щетка 18 не перестает взаимодействовать с контактами с 14 по 17». Нет ничего необычного в том, что эту конструкцию можно сравнить с более сложными попытками, ранее упомянутыми в настоящей статье. Все эти моторы требуют наличия электрического источника питания, и ни один из них не является самозапускающимся.

Подтверждает заявление о том, что была получена свободна энергия то, что работающая катушка (в импульсном режиме) при прохождении мимо постоянного магнитного поля (магнита) не использует для создания тока аккумуляторную батарейку. Вместо этого было предложено использовать проводники Вейганда , а это вызовет колоссальный Баркгаузеновский скачок при выравнивании магнитного домена, а импульс приобретет очень четкую форму. Если применить к катушке проводник Вейганда, то он создаст для нее достаточно большой импульс в несколько вольт, когда она будет проходить изменяющееся внешнее магнитное поле порога определенной высоты. Таким образом, для этого импульсного генератора входная электрическая энергия не нужна вовсе.

Тороидальный мотор

По сравнению с существующими на современном рынке двигателями, необычную конструкцию тороидального мотора можно сравнить с устройством, описанным в патенте Лангли (№4,547,713). Данный мотор содержит двухполюсный ротор, расположенный в центре тороида. Если выбрана однополюсная конструкция (например, с северными полюсами на каждом конце ротора), то полученное устройство будет напоминать радиальное магнитное поле для ротора, использованного в патенте Ван Гила (№5,600,189). В патенте Брауна №4,438,362, права на который принадлежат компании Ротрон, для изготовления ротора в тороидальном разряднике используются разнообразные намагничивающиеся сегменты. Наиболее ярким примером вращающегося тороидального мотора является устройство, описанное в патенте Юинга (№5,625,241), который также напоминает уже упомянутое изобретение Лангли. На основе процесса магнитного отталкивания в изобретении Юинга используется поворотный механизм с микропроцессорным управлением в основном для того, чтобы воспользоваться преимуществом, предоставляемым законом Ленца, а также с тем, чтобы преодолеть обратную эдс. Демонстрацию работы изобретения Юинга можно увидеть на коммерческом видео «Free Energy: The Race to Zero Point». Является ли это изобретение наиболее высокоэффективным из всех двигателей, в настоящее время представленных на рынке, остается под вопросом. Как утверждается в патенте: «функционирование устройства в качестве двигателя также возможно при использовании импульсного источника постоянного тока». Конструкция также содержит программируемое логическое устройство управления и схему управления мощностью, которые по предположению изобретателей должны сделать его более эффективным, чем 100%.

Даже если модели мотора докажут свою эффективность в получении вращающегося момента или преобразования силы, то из-за движущихся внутри них магнитов эти устройства могут остаться без практического применения. Коммерческая реализация этих типов моторов может быть невыгодной, так как на современном рынке существует множество конкурентоспособных конструкций.

Линейные моторы

Тема линейных индукционных моторов широко освещена в литературе. В издании объясняется, что эти моторы являются подобными стандартным асинхронным двигателям, в которых ротор и статор демонтированы и помещены вне плоскости. Автор книги «Движение без колес» Лэйтвайт известен созданием монорельсовых конструкций, предназначенных для поездов Англии и разработанных на основе линейных асинхронных моторов.

Патент Хартмана №4,215,330 представляет собой пример одного из устройств, в котором с помощью линейного мотора достигнуто перемещение стального шара вверх по намагниченной плоскости приблизительно на 10 уровней. Другое изобретение из этой категории описано в патенте Джонсона (№5,402,021), в котором использован постоянный дуговой магнит, установленный на четырехколесной тележке. Этот магнит подвергается воздействию со стороны параллельного конвейера с зафиксированными переменными магнитами. Еще одним не менее удивительным изобретением является устройство, описанное в другом патенте Джонсона (№4,877,983) и успешная работа которого наблюдалась в замкнутом контуре в течение нескольких часов. Необходимо отметить, что генераторная катушка может быть размещена в непосредственной близости от движущегося элемента, так чтобы каждый его пробег сопровождался электрическим импульсом для зарядки батареи. Устройство Хартмана также может быть сконструировано как круговой конвейер, что позволяет продемонстрировать вечное движение первого порядка.

Патент Хартмана основывается на том же принципе, что и известный эксперимент с электронным спином, который в физике принято называть экспериментом Стерна-Герлаха. В неоднородном магнитном поле воздействие на некий объект с помощью магнитного момента вращения происходит за счет градиента потенциальной энергии. В любом учебнике физики можно найти указание на то, что этот тип поля, сильный на одном конце и слабый на другом, способствует возникновению однонаправленной силы, обращенной в сторону магнитного объекта и равного dB/dx. Таким образом, сила, толкающая шар по намагниченной плоскости на 10 уровней вверх в направлении, полностью согласуется с законами физики.

Используя промышленые качественные магниты (включая сверхпроводящие магниты, при температуре окружающей среды, разработка которых в настоящее время находится на завершающей стадии), будет возможна демонстрация перевозки грузов, обладающих статочно большой массой, без затрат электричества на техническое обслуживание. Сверхпроводящие магниты обладают необычной способностью годами сохранять исходное намагниченное поле, не требуя периодической подачи питания для восстановления напряженности исходного поля. Примеры того положения, которое сложилось на современном рынке в области разработки сверхпроводниковых магнитов, приведены в патенте Охниши №5,350,958 (недостаток мощности, производимой криогенной техникой и системами освещения), а также в переизданной статье, посвященной магнитной левитации .

Статический электромагнитный момент импульса

В провокационном эксперименте с использованием цилиндрического конденсатора исследователи Грэм и Лахоз развивают идею, опубликованную Эйнштейном и Лаубом в 1908 году, в которой говорится о необходимости наличия дополнительного периода времени для сохранения принципа действия и противодействия. Цитируемая исследователями статья была переведена и опубликована в моей книге , представленной ниже. Грэм и Лахоз подчеркивают, что существует «реальная плотность момента импульса», и предлагают способ наблюдения этого энергетического эффекта в постоянных магнитах и электретах.

Эта работа является вдохновляющим и впечатляющим исследованием, использующим данные, основанные на работах Эйнштейна и Минковского. Это исследование может иметь непосредственное применение при создании, как униполярного генератора, так и магнитного преобразователя энергии, описанного ниже. Данная возможность обусловлена тем, что оба устройства обладают аксиальным магнитным и радиальным электрическим полями, подобно цилиндрическому конденсатору, использовавшемуся в эксперименте Грэма и Лахоза.

Униполярный мотор

В книге подробно описываются экспериментальные исследования и история изобретения, сделанного Фарадеем. Кроме того, уделяется внимание тому вкладу, которое привнес в данное исследование Тесла. Однако в недавнем времени был предложен ряд новых конструкторских решений униполярного двигателя с несколькими роторами, который можно сравнить с изобретением Дж. Р.Р. Серла.

Возобновление интереса к устройству Серла также должно привлечь внимание к униполярным двигателям. Предварительный анализ позволяет обнаружить существование двух различных явлений, происходящих одновременно в униполярном двигателе. Одно из явлений можно назвать эффектом «вращения» (№1), а второй — эффектом «свертывания» (№2). Первый эффект может быть представлен в качестве намагниченных сегментов некоего воображаемого сплошного кольца, которые вращаются вокруг общего центра. Примерные варианты конструкций, позволяющих произвести сегментацию ротора униполярного генератора, представлены в .

С учетом предложенной модели может быть рассчитан эффект №1 для силовых магнитов Тесла, которые намагничиваются по оси и распологаются вблизи одиночного кольца с диаметром 1 метр. При этом эдс, образующаяся вдоль каждого ролика, составляет более 2V (электрическое поле, направленное радиально из внешнего диаметра роликов к внешнему диаметру смежного кольца) при частоте вращения роликов 500 оборотов в минуту. Стоит отметить, что эффект №1 не зависит от вращения магнита. Магнитное поле в униполярном генераторе связано с пространством, а не с магнитом, поэтому вращение не будет оказывать влияния на эффект силы Лоренца, имеющий место при работе этого универсального униполярного генератора .

Эффект №2, имеющий место внутри каждого роликового магнита, описан в , где каждый ролик рассматривается как небольшой униполярный генератор. Этот эффект признается чем-то более слабым, так как электричество вырабатывается от центра каждого ролика к периферии. Эта конструкция напоминает униполярный генератор Тесла , в котором вращающийся приводной ремень связывает внешний край кольцевого магнита. При вращении роликов, имеющих диаметр, приблизительно равный одной десятой метра, которое осуществляется вокруг кольца с диаметром 1 метр и при отсутствии буксировки роликов, вырабатываемое напряжение будет равно 0,5 Вольт. Конструкция кольцевого магнетика, предложенная Серлом, будет способствовать усилению B-поля ролика.

Необходимо отметить, что принцип наложения применим к обоим этим эффектам. Эффект №1 представляет собой однородное электронное поле, существующее по диаметру ролика. Эффект №2 — это радиальный эффект, что уже было отмечено выше . Однако фактически только эдс, действующая в сегменте ролика между двумя контактами, то есть между центром ролика и его краем, который соприкасается с кольцом, будет способствовать возникновению электрического тока в любой внешней цепи. Понимание данного факта означает, что эффективное напряжение, возникающее при эффекте №1 составит половину существующей эдс, или чуть больше 1 Вольт, что примерно в два раза больше, чем вырабатываемое при эффекте №2. При применении наложения в ограниченном пространстве мы также обнаружим, что два эффекта противостоят друг другу, и две эдс должны вычитаться. Результатом этого анализа является то, что примерно 0,5 Вольт регулируемой эдс будет представлено для выработки электричества в отдельной установке, содержащей ролики и кольцо с диаметром 1 метр. При получении тока возникает эффект шарикоподшипникового двигателя , который фактически толкает ролики, допуская приобретение роликовыми магнитами значительной электропроводности. (Автор благодарит за данное замечание Пола Ла Виолетте).

В связанной с данной темой работе исследователями Рощиным и Годиным были опубликованы результаты экспериментов с изобретенным ими однокольцевым устройством, названным «Преобразователем магнитной энергии» и имеющим вращающиеся магниты на подшипниках. Устройство было сконструировано как усовершенствование изобретения Серла. Анализ автора этой статьи, приведенный выше, не зависит от того, какие металлы использовались для изготовления колец в конструкции Рощина и Година. Их открытия достаточно убедительны и детальны, что позволит возобновить интерес многих исследователей к этому типу моторов.

Заключение

Итак, существует несколько моторов на постоянных магнитах, которые могут способствовать появлению вечного двигателя с кпд, превышающим 100%. Естественно, необходимо принимать во внимание концепции сохранения энергии, а также должен исследоваться источник предполагаемой дополнительной энергии. Если градиенты постоянного магнитного поля претендуют на появление однонаправленной силы, как это утверждается в учебниках, то наступит момент, когда они будут приняты для выработки полезной энергии. Конфигурация роликового магнита, который в настоящее время принято называть «преобразователем магнитной энергии», также представляет собой уникальную конструкцию магнитного мотора. Проиллюстрированное Рощиным и Годиным в Российском патенте №2155435 устройство является магнитным электродвигателем-генератором, который демонстрирует возможность выработки дополнительной энергии. Так как работа устройства основана на циркулировании цилиндрических магнитов, вращающихся вокруг кольца, то конструкция фактически представляет собой скорее генератор, чем мотор. Однако это устройство является действующим мотором, так как для запуска отдельного электрогенератора используется вращающий момент, вырабатываемый самоподдерживающимся движением магнитов.

Литература

1. Motion Control Handbook (Designfax, May, 1989, p.33)

2. «Faraday’s Law — Quantitative Experiments», Amer. Jour. Phys.,

3. Popular Science, June, 1979

4. IEEE Spectrum 1/97

5. Popular Science (Популярная наука), May, 1979

6. Schaum’s Outline Series, Theory and Problems of Electric

Machines andElectromechanics (Теория и проблемы электрических

машин и электромеханики) (McGraw Hill, 1981)

7. IEEE Spectrum, July, 1997

9. Thomas Valone, The Homopolar Handbook

10. Ibidem, p. 10

11. Electric Spacecraft Journal, Issue 12, 1994

12. Thomas Valone, The Homopolar Handbook, p. 81

13. Ibidem, p. 81

14. Ibidem, p. 54

Tech. Phys. Lett., V. 26, #12, 2000, p.1105-07

Томас Валон Integrity Research Institute, www.integrityresearchinstitute.org

1220 L St. NW, Suite 100-232, Washington, DC 20005

Магнитные двигатели (двигатели на постоянных магнитах) являются наиболее вероятной моделью «вечного двигателя». Еще в давние времена была высказана эта идея, но так никто его не создал. Многие устройства дают ученым возможность приблизиться к изобретению такого двигателя. Конструкции подобных устройств еще не доведены до практического результата. С этими устройствами связано много различных мифов.

Магнитные двигатели не расходуют энергию, являются агрегатом необычного типа. Силой, двигающей мотор, является свойство магнитных элементов. Электродвигатели также применяют магнитные свойства ферромагнетиков, но магниты приводятся в движение электрическим током. А это является противоречием основному принципиальному действию вечного двигателя. В двигателе на магнитах используется магнитное влияние на объекты. Под действием этих объектов начинается движение. Небольшими моделями таких двигателей стали аксессуары в офисах. На них двигаются постоянно шарики, плоскости. Но там для работы применены батарейки.

Ученый Тесла занимался серьезно проблемой образования магнитного двигателя. Его модель была выполнена из катушки, турбины, проводов для соединения объектов. В обмотку закладывался маленький магнит, захватывающий два витка катушки. Турбине давали небольшой толчок, раскручивали ее. Она начинала движение с большой скоростью. Такое движение называлось вечным. Двигатель Тесла на магнитах стал идеальной моделью вечного двигателя. Его недостатком стала необходимость начального задания скорости турбине.

По закону сохранения электропривод не может содержать более 100% КПД, энергия частично тратится на трение в двигателе. Такой вопрос должен решать магнитный двигатель, у которого постоянные магниты (роторный тип, линейный, униполярный). В нем осуществление механического движения элементов идет от взаимодействия магнитных сил.

Принцип работы

Многие инновационные магнитные двигатели применяют работу трансформации тока во вращение ротора, являющееся механическим движением. Вместе с ротором вращается вал привода. Это дает возможность утверждать, что всякий расчет не даст результата КПД равного 100%. Агрегат не получается автономным, он имеет зависимость. Такой же процесс можно увидеть в генераторе. В нем крутящий момент, который образуется от энергии движения, создает выработку электроэнергии на пластинах коллектора.

1 — Линия раздела магнитных силовых линий, замыкающихся через отверстие и внешнюю кромку кольцевого магнита
2 — Катящийся ротор (Шарик от подшипника)
3 — Немагнитное основание (Статор)
4 — Кольцевой постоянный магнит от громкоговорителя (Динамика)
5 — Плоские постоянные магниты (Защелки)
6 — Немагнитный корпус

Магнитные двигатели применяют другой подход. Необходимость в дополнительных источниках питания сводится к минимуму. Принцип работы легко объяснить «беличьим колесом». Для производства демонстративной модели не нужны специальные чертежи или прочностной расчет. Нужно взять постоянный магнит, чтобы его полюса находились на обеих плоскостях. Магнит будет главной конструкцией. К ней добавляется два барьера в виде колец (внешний и внутренний) из немагнитных материалов. Между кольцами располагают стальной шарик. В магнитном двигателе он станет ротором. Силами магнита шарик притянется к диску противоположным полюсом. Этот полюс не будет менять свое положение при движении.

Статор включает в себя пластину, изготовленную из экранируемого материала. На нее по траектории кольца закрепляют постоянные магниты. Полюса магнитов находятся перпендикулярно в виде диска и ротора. В итоге, при приближении статора к ротору на некоторое расстояние, появляется отталкивание и притяжение в магнитах поочередно. Оно создает момент, переходит во вращательное движение шарика по траектории кольца. Запуск и торможение осуществляется движением статора с магнитами. Такой метод магнитного двигателя действует, пока магнитные свойства магнитов будут сохраняться. Расчет делается относительно статора, шариков, управляющей цепи.

На таком же принципе работают действующие магнитные двигатели. Самыми известными стали магнитные двигатели на тяге магнитов Тесла, Лазарева, Перендева, Джонсона, Минато. Так же известны двигатели на постоянных магнитах: цилиндровые, роторные, линейные, униполярные и т.д. У каждого двигателя своя технология изготовления, основанная на магнитных полях, образующихся вокруг магнитов. Вечных двигателей не бывает, так как постоянные магниты утрачивают свои свойства через несколько сотен лет.

Магнитный двигатель Тесла

Ученый исследователь Тесла стал одним из первых, кто изучал вопросы вечного двигателя. В науке его изобретение называется униполярным генератором. Сначала расчет такого устройства сделал Фарадей. Его образец не произвел стабильности работы и должного эффекта, не достиг необходимой цели, хотя принцип действия был сходным. Название «униполярный» дает понять, что по схеме модели проводник находится в цепи полюсов магнита.

По схеме, обнаруженной в патенте, видна конструкция из 2-х валов. На них помещены 2 пары магнитов. Они образуют отрицательное и положительное поля. Между магнитами находятся униполярные диски с бортами, которые применяются как образующие проводники. Два диска друг с другом имеют связь тонкой лентой из металла. Лента может использоваться для вращения диска.

Двигатель Минато

Этот тип двигателя также использует магнетическую энергию для самостоятельного движения и самовозбуждения. Образец двигателя разработан японским изобретателем Минато более 30 лет назад. Двигатель обладает высокой эффективностью, характеризуется бесшумной работой. Минато утверждал, что магнитный самовращающийся двигатель такого исполнения выдает КПД более 300%.

Ротор изготовлен в форме колеса или дискового элемента. На нем находятся магниты, расположенные под определенным углом. Во время приближения статора с мощным магнитом создается момент вращения, диск Минато вращается, применяет отторжение и сближение полюсов. Скорость вращения и крутящий момент мотора зависит от расстояния между ротором и статором. Напряжение мотора подается по цепи реле прерывателя.

Для предохранения от биения и импульсных движений при вращении диска применяют стабилизаторы, оптимизируют расход энергии управляющего электрического магнита. Негативной стороной можно назвать то, что нет данных по свойствам нагрузки, тяге, которые применяются реле управления. Также периодически необходимо производить намагничивание. Об этом Минато в своих расчетах не упоминал.

Двигатель Лазарева

Русский разработчик Лазарев сконструировал действующую простую модель двигателя, применяющего магнитную тягу. Роторный кольцар включает в себя резервуар с пористой перегородкой на две части. Эти половины между собой сообщаются трубкой. По этой трубке поступает поток жидкости из нижней камеры в верхнюю. Поры создают перетекание вниз за счет гравитации.

При расположении колеса с расположенными на лопастях магнитами под напором жидкости возникает постоянное магнитное поле, двигатель вращается. Схема двигателя Лазарева роторного типа применяется при разработке простых устройств с самовращением.

Двигатель Джонсона

Джонсон в своем изобретении применял энергию, которая генерируется потоком электронов. Эти электроны находятся в магнитах, образуют цепь питания двигателя. Статор двигателя соединяет в себе множество магнитов. Они располагаются в виде дорожки. Движение магнитов и их расположение зависит от конструкции агрегата Джонсона. Компоновка может быть роторной или линейной.

1 — Магниты якоря
2 — Форма якоря
3 — Полюса магнитов статора
4 — Кольцевая канавка
5 — Статор
6 — Резьбовое отверстие
7 — Вал
8 — Кольцевая втулка
9 — Основание

Магниты прикрепляются к особой пластине, обладающей большой магнитной проницаемостью. Одинаковые полюса магнитов статора поворачиваются в сторону ротора. Этот поворот создает отторжение и притяжение полюсов по очереди. Совместно с ними смещаются элементы ротора и статора между собой.

Джонсон организовал расчет воздушного промежутка между ротором и статором. Он дает возможность коррекции усилия и магнитной совокупности взаимодействия в направлении увеличения или снижения.

Магнитный двигатель Перендева

Двигатель самовращающейся модели Перендева так же является примером применения работы магнитных сил. Создатель этого мотора Брэди оформил патент и создал фирму еще до начала уголовного дела на него, организовал работу на поточной основе.

При анализе принципа работы, схемы, чертежей в патенте можно понять, что статор и ротор выполнены в форме внешнего кольца и диска. На них по траектории кольца располагают магниты. При этом соблюдают угол, определенный по центральной оси. Из-за взаимного действия поля магнитов образуется момент вращения, осуществляется их перемещение друг относительно друга. Цепь магнитов рассчитывается путем выяснения угла расхождения.

Синхронные магнитные двигатели

Главным видом электрических двигателей является синхронный вид. У него обороты вращения ротора и статора одинаковые. У простого электромагнитного двигателя эти две части имеют в составе обмотки на пластинах. Если изменить конструкцию якоря, вместо обмотки установить постоянные магниты, то получится оригинальная эффективная рабочая модель двигателя синхронного типа.

1 — Стержневая обмотка
2 — Секции сердечника ротора
3 — Опора подшипника
4 — Магниты
5 — Стальная пластина
6 — Ступица ротора
7 — Сердечник статора

Статор сделан по привычной конструкции магнитопровода из катушек и пластин. В них образуется магнитное поле вращения от электрического тока. Ротор образует постоянное поле, взаимодействующее с предыдущим, и образует момент вращения.

Нельзя забывать о том, что относительное нахождение якоря и статора имею возможность изменяться в зависимости от схемы двигателя. Например, якорь может быть сделан в форме наружной оболочки. Для запуска двигателя от сети питания применяется схема из магнитного пускателя и реле тепловой защиты.

Содержание:

Существует немало автономных устройств, способных вырабатывать электрическую энергию. Среди них следует особо отметить двигатель на неодимовых магнитах, который отличается оригинальной конструкцией и возможностью использования альтернативных источников энергии. Однако существует целый ряд факторов, препятствующих широкому распространению этих устройств в промышленности и в быту. Прежде всего, это негативное влияние магнитного поля на человека, а также сложности в создании необходимых условий для эксплуатации. Поэтому прежде чем пытаться изготовить такой двигатель для бытовых нужд, следует тщательно ознакомиться с его конструкцией и принципом работы.

Общее устройство и принцип работы

Работы над так называемым вечным двигателем ведутся уже очень давно и не прекращаются в настоящее время. В современных условиях этот вопрос становится все более актуальным, особенно в условиях надвигающегося энергетического кризиса. Поэтому одним из вариантов решения этой проблемы является двигатель свободной энергии на неодимовых магнитах, действие которого основано на энергии магнитного поля. Создание рабочей схемы такого двигателя позволит без каких-либо ограничений получать электрическую, механическую и другие виды энергий.

В настоящее время работы по созданию двигателя находятся в стадии теоретических изысканий, а на практике получены лишь отдельные положительные результаты, позволяющие более подробно изучить принцип действия этих устройств.

Конструкция двигателей на магнитах полностью отличается от обычных электрических моторов, использующих электрический ток в качестве главной движущей силы. В основе работы данной схемы лежит энергия постоянных магнитов, которая и приводит в движение весь механизм. Весь агрегат состоит из трех составных частей: сам двигатель, статор с электромагнитом и ротор с установленным постоянным магнитом.

На одном валу с двигателем устанавливается электромеханический генератор. Дополнительно на весь агрегат устанавливается статический электромагнит, представляющий собой кольцевой магнитопровод. В нем вырезается дуга или сегмент, устанавливается катушка индуктивности. К этой катушке подключается электронный коммутатор для регулировки реверсивного тока и других рабочих процессов.

Самые первые конструкции двигателей изготавливались с металлическими частями, которые должны были подвергаться влиянию магнита. Однако для возвращения такой детали в исходное положение затрачивается такое же количество энергии. То есть, теоретически использование такого двигателя нецелесообразно, поэтому данная проблема была решена путем использования медного проводника, по которому пропущен . В результате, возникает притяжение этого проводника к магниту. Когда ток отключается, то прекращается и взаимодействие между магнитом и проводником.

Установлено, что сила воздействия магнита находится в прямой пропорциональной зависимости от ее мощности. Таким образом, постоянный электрический ток и рост силы магнита, увеличивают воздействие этой силы на проводник. Повышенная сила способствует вырабатыванию тока, который затем будет подан на проводник и пройдет через него. В результате, получается своеобразный вечный двигатель на неодимовых магнитах.

Этот принцип был положен в основу усовершенствованного двигателя на неодимовых магнитах. Для его запуска используется индуктивная катушка, в которую подается электрический ток. Полюса должны быть расположены перпендикулярно зазору, вырезанному в электромагните. Под действием полярности постоянный магнит, установленный на роторе, начинает вращаться. Начинается притяжение его полюсов к электромагнитным полюсам, имеющим противоположное значение.

Когда разноименные полюса совпадают, ток в катушке выключается. Под собственным весом, ротор вместе с постоянным магнитом проходит по инерции данную точку совпадения. При этом, в катушке происходит изменение направления тока, и с наступлением очередного рабочего цикла полюса магнитов становятся одноименными. Это приводит к их отталкиванию друг от друга и дополнительному ускорению ротора.

Конструкция магнитного двигателя своими руками

Конструкция стандартного двигателя на неодимовых магнитах состоит из диска, кожуха и металлического обтекателя. Во многих схемах практикуется использование электрической катушки. Крепление магнитов осуществляется с помощью специальных проводников. Для обеспечения положительной обратной связи используется преобразователь. Некоторые конструкции могут быть дополнены ревербераторами, усиливающими магнитное поле.

В большинстве случаев для того, чтобы собственноручно изготовить магнитный двигатель на неодимовых магнитах, используется схема на подвеске. Основная конструкция состоит из двух дисков и медного кожуха, края которого должны быть тщательно обработаны. Большое значение имеет правильное подключение контактов по заранее составленной схеме. Четыре магнита располагаются с внешней стороны диска, а слой диэлектрика проходит вдоль обтекателя. Применение инерционных преобразователей позволяет избежать возникновения отрицательной энергии. В данной конструкции движение положительно заряженных ионов будет происходить вдоль кожуха. Иногда могут потребоваться магниты с повышенной мощностью.

Двигатель на неодимовых магнитах может быть самостоятельно изготовлен из кулера, установленного в персональном компьютере. В данной конструкции рекомендуется использовать диски с небольшим диаметром, а крепление кожуха выполнять с внешней стороны каждого из них. Для рамы может использоваться любая, наиболее подходящая конструкция. Толщина обтекателей составляет в среднем чуть более 2 мм. Подогретый агент выводится через преобразователь.

Кулоновские силы могут иметь разное значение, в зависимости от заряда ионов. Для повышения параметров охлажденного агента рекомендуется применение изолированной обмотки. Проводники, подключаемые к магнитам, должны быть медными, а толщина токопроводящего слоя выбирается в зависимости от типа обтекателя. Основной проблемой таких конструкций является невысокая отрицательная заряженность. Ее можно решить, используя диски с большим диаметром.

Магнитные двигатели — это автономные устройства, которые способны вырабатывать электроэнергию. На сегодняшний день существуют различные модификации, все они отличаются между собой. Основное преимущество двигателей заключается в экономии топлива. Однако недостатки в данной ситуации также следует учитывать. В первую очередь важно отметить, что магнитное поле способно оказывать негативное влияние на человека.

Также проблема заключается в том, что для различных модификаций необходимо создать определенные условия для эксплуатации. Трудности еще могут возникнуть при подключении мотора к устройству. Чтобы разобраться в том, как сделать в домашних условиях вечный двигатель на магнитах, необходимо изучить его конструкцию.

Схема простого двигателя

Стандартный вечный двигатель на магнитах (схема показана выше) включает в себя диск, кожух, а также металлический обтекатель. Катушка во многих моделях используется электрическая. Магниты крепятся на специальных проводниках. Положительная обратная связь обеспечивается за счет работы преобразователя. Дополнительно в некоторых конструкциях встроены ревербераторы для усиления магнитного поля.

Модель на подвеске

Чтобы сделать с подвеской вечный двигатель на неодимовых магнитах своими руками, необходимо использовать два диска. Кожух для них лучше всего подбирать медный. При этом края необходимо тщательно заточить. Далее, важно подсоединить контакты. Всего магнитов на внешней стороне диска должно находиться четыре. Слой диэлектрика обязан проходить вдоль обтекателя. Чтобы исключить возможность появления отрицательной энергии, используются инерционные преобразователи.

В данном случае положительно заряженные ионы обязаны двигаться вдоль кожуха. У некоторых проблема часто заключается в малой холодной сфере. В такой ситуации магниты следует использовать довольно мощные. В конечном итоге выход подогретого агента должен осуществляться через обтекатель. Подвеска устанавливается между дисками на небольшом расстоянии. Источником самозаряда в устройстве является преобразователь.

Как сделать двигатель на кулере?

Как складывается вечный двигатель на постоянных магнитах своими руками? С использованием обычного кулера, который можно взять из персонального компьютера. Диски в данном случае важно подобрать небольшого диаметра. Кожух при этом закрепляется на их внешней стороне. Раму для конструкции можно изготовить из любой коробки. Обтекатели чаше всего используются толщиной 2,2 мм. Выход подогретого агента в данной ситуации осуществляется через преобразователь.

Высота кулоновских сил зависит исключительно от заряженности ионов. Чтобы повысить параметр охлажденного агента, многие специалисты советуют использовать изолированную обмотку. Проводники для магнитов целесообразнее подбирать медные. Толщина токопроводящего слоя зависит от типа обтекателя. Проблема данных двигателей часто заключается в малой отрицательной заряженности. В данном случае диски для модели лучше всего взять большего диаметра.

Модификация Перендева

При помощи статора большой мощности можно сложить данный вечный двигатель на магнитах своими руками (схема показа ниже). Сила электромагнитного поля в этой ситуации зависит от многих факторов. В первую очередь следует учитывать толщину обтекателя. Также важно заранее подобрать небольшой кожух. Пластину для двигателя необходимо использовать толщиной не более 2,4 мм. Преобразователь на это устройство устанавливается низкочастотный.

Дополнительно следует учитывать, что ротор подбирается только последовательного типа. Контакты на нем установлены чаще всего алюминиевые. Пластины для магнитов необходимо предварительно прочистить. Сила резонансных частот будет зависеть исключительно от мощности преобразователя.

Чтобы усилить положительную обратную связь, многие специалисты рекомендуют воспользоваться усилителем промежуточной частоты. Устанавливается он на внешнюю сторону пластины возле преобразователя. Для усиления волновой индукции применяются спицы небольшого диаметра, которые закрепляются на диске. Отклонение фактической индуктивности происходит при вращении пластины.

Устройство с линейным ротором

Линейные роторы обладают довольно высоким образцовым напряжением. Пластину для них целесообразнее подбирать большую. Стабилизация проводящего направления может осуществляться за счет установки проводника (чертежи вечного двигателя на магнитах показаны ниже). Спицы для диска следует использовать стальные. На инерционный усилитель желательно устанавливать преобразователь.

Усилить магнитное поле в данном случае можно только за счет увеличения количества магнитов на сетке. В среднем их там устанавливается около шести. В этой ситуации многое зависит от скорости аберрации первого порядка. Если наблюдается в начале работы некоторая прерывистость вращения диска, то необходимо заменить конденсатор и установить новую модель с конвекционным элементом.

Сборка двигателя Шконлина

Вечный двигатель данного типа собрать довольно сложно. В первую очередь следует заготовить четыре мощных магнита. Патина для данного устройства подбирается металлическая, а диаметр ее должен составлять 12 см. Далее необходимо использовать проводники для закрепления магнитов. Перед применением их необходимо полностью обезжирить. С этой целью можно воспользоваться этиловым спиртом.

Следующим шагом пластины устанавливаются на специальную подвеску. Лучше всего ее подбирать с затупленным концом. Некоторые в данном случае используют кронштейны с подшипниками для увеличения скорости вращения. Сеточный тетрод в вечный двигатель на мощных магнитах крепится напрямую через усилитель. Увеличить мощность магнитного поля можно за счет установки преобразователя. Ротор в этой ситуации необходим только конвекционный. Термооптические свойства у данного типа довольно хорошие. Справиться с волновой аберрацией в устройстве позволяет усилитель.

Антигравитационная модификация двигателя

Антигравитационный вечный двигатель на магнитах является наиболее сложным устройством среди всех представленных выше. Всего пластин в нем используется четыре. На внешней их стороне закрепляются диски, на которых находятся магниты. Все устройство необходимо уложить в корпус для того, чтобы выровнять пластины. Далее важно закрепить на модели проводник. Подсоединение к мотору осуществляется через него. Волновая индукция в данном случае обеспечивается за счет нехроматического резистора.

Преобразователи у этого устройства используются исключительно низкого напряжения. Скорость фазового искажения может довольно сильно меняться. Если диски вращаются прерывисто, необходимо уменьшить диаметр пластин. В данном случае отсоединять проводники не обязательно. После установки преобразователя к внешней стороне диска прикладывается обмотка.

Модель Лоренца

Чтобы сделать вечный двигатель на магнитах Лоренца, необходимо использовать пять пластин. Расположить их следует параллельно друг другу. Затем по краям к ним припаиваются проводники. Магниты в данном случае крепятся на внешней стороне. Чтобы диск свободно вращался, для него необходимо установить подвеску. Далее к краям оси прикрепляется катушка.

Управляющий тиристор в данном случае устанавливается на ней. Чтобы увеличить силу магнитного поля, используется преобразователь. Вход охлажденного агента происходит вдоль кожуха. Объем сферы диэлектрика зависит от плотности диска. Параметр кулоновской силы, в свою очередь, тесно связан с температурой окружающей среды. В последнюю очередь важно установить статор над обмоткой.

Как сделать двигатель Тесла?

Работа данного двигателя основывается на изменении положения магнитов. Происходит это за счет вращения диска. Для того чтобы увеличить кулоновскую силу, многие специалисты рекомендуют пользоваться медными проводниками. В таком случае вокруг магнитов образуется инерционное поле. Нехроматические резисторы в данной ситуации используются довольно редко. Преобразователь в устройстве крепится над обтекателем и соединяется с усилителем. Если движения диска в конечном счете являются прерывистыми, значит, необходимо катушку использовать более мощную. Проблемы с волновой индукцией, в свою очередь, решаются за счет установки дополнительной пары магнитов.

Реактивная модификация двигателя

Для того чтобы сложить реактивный вечный двигатель на магнитах, необходимо использовать две катушки индуктивности. Пластины в данном случае следует подбирать диаметром около 13 см. Далее необходимо использовать преобразователь низкой частоты. Все это в конечном счете значительно увеличит силу магнитного поля. Усилители в двигателях устанавливаются довольно редко. Аберрация первого порядка происходит за счет использования стабилитронов. Для того чтобы надежно закрепить пластину, необходимо использовать клей.

Перед установкой магнитов контакты тщательно зачищаются. Генератор для данного устройства необходимо подбирать индивидуально. В данном случае многое зависит от параметра порогового напряжения. Если устанавливать конденсаторы перекрытия, то они значительно снижают порог чувствительности. Таким образом, ускорение пластины может быть прерывистым. Диски для указанного устройства необходимо по краям зачищать.

Модель при помощи генератора на 12 В

Применение генератора на 12 В позволяет довольно просто собрать вечный двигатель на неодимовых магнитах. Преобразователь для него необходимо использовать хроматический. Сила магнитного поля в данном случае зависит от массы пластин. Для увеличения фактической индуктивности многие специалисты советуют применять специальные операционные усилители.

Подсоединяются они напрямую к преобразователям. Пластину необходимо использовать только с медными проводниками. Проблемы с волновой индукцией в данной ситуации решить довольно сложно. Как правило, проблема чаще всего заключается в слабом скольжении диска. Некоторые в сложившейся ситуации советуют устанавливать подшипники в вечный двигатель на неодимовых магнитах, которые крепятся к подвеске. Однако сделать это порой невозможно.

Использование генератора на 20 В

Сделать при помощи генератора на 20 В вечный двигатель на магнитах своими руками можно, имея мощную катушку индуктивности. Пластины для данного устройства целесообразнее подбирать небольшого диаметра. При этом диск важно надежно закрепить на спицы. Чтобы увеличить силу магнитного поля, многие специалисты рекомендуют устанавливать в вечный двигатель на постоянных магнитах низкочастотные преобразователи.

В этой ситуации можно надеяться на быстрый выход охлажденного агента. Дополнительно следует отметить, что добиться большой кулоновской силы у многих получается за счет установки плотного обтекателя. Температура окружающей среды на скорость вращения влияет, однако незначительно. Магниты на пластине следует устанавливать на расстоянии 2 см от края. Спицы в данном случае необходимо крепить с промежутком 1,1 см.

Все это в конечном счете позволит уменьшить отрицательное сопротивление. Операционные усилители в двигателях устанавливаются довольно часто. Однако для них необходимо подбирать отдельные проводники. Лучше всего их устанавливать от преобразователя. Чтобы не произошла волновая индукция, прокладки следует использовать прорезиненные.

Применение низкочастотных преобразователей

Низкочастотные преобразователи в двигателях способны эксплуатироваться только вместе с хроматическими резисторами. Приобрести их можно в любом магазине электроники. Пластину для них следует подбирать толщиной не более 1,2 мм. Также важно учитывать, что низкочастотные преобразователи довольно требовательны к температуре окружающей среды.

Увеличить кулоновские силы в сложившейся ситуации получится за счет установки стабилитрона. Крепить его следует за диском, чтобы не произошла волновая индукция. Дополнительно важно позаботиться об изоляции преобразователя. В некоторых случаях он приводит к инерционным сбоям. Все это происходит за счет изменения внешней холодной среды.

Практически все происходящее в нашем быту целиком зависит от электроэнергии, однако существуют некоторые технологии, позволяющие совсем избавиться от проводной энергии. Давайте вместе рассмотрим, можно ли изготовить магнитный двигатель своими руками, в чес состоит принцип его работы, как он устроен.

Принцип работы

Сейчас существует понятие, что вечные двигатели могут быть первого и второго вида. К первому относятся устройства, производящие самостоятельно энергию – как бы из воздуха, а вот второй вариант – двигатели, получающие эту энергию извне, в ее качестве выступает вода, солнечные лучи, ветер, а затем устройство преобразовывает полученную энергию в электричество. Если рассматривать законы термодинамики, то каждая из этих теорий практически неосуществима, однако с подобным утверждением совершенно не согласны некоторые ученые. Именно они начали разрабатывать вечные двигатели, относящиеся ко второму типу, работающие на получаемой от магнитного поля энергии.

Разрабатывали подобный «вечный двигатель» множество ученых, причем во разное время. Если рассматривать конкретнее, то наибольший вклад в такое дело, как развитие теории создания магнитного двигателя совершили Василий Шкондин, Николай Лазарев, Никола Тесла. Помимо них хорошо известны разработки Перендева, Минато, Говарда Джонсона, Лоренца.

Все они доказывали, что силы, заключенные в постоянных магнитах, имеют огромную, постоянно возобновляемую энергию, которая пополняется из мирового эфира. Тем не менее, суть работы постоянных магнитов, а также их действительно аномальную энергетику никто на планете до сих пор не изучил. Именно поэтому так никто не смог пока достаточно эффективно применить магнитное поле для того, чтобы получить действительно полезную энергию.

Сейчас еще никто не смог создать полноценного магнитного двигателя, однако существует достаточное количество весьма правдоподобных устройств, мифов и теорий, даже вполне обоснованных научных работ, которые посвящены разработке магнитного двигателя. Всем известно, что для сдвига притянутых постоянных магнитов требуется значительно меньше усилий, нежели для того, чтобы их оторвать один от другого. Именно это явление чаще всего используется, чтобы создать настоящий «вечный» линейный двигатель на основе магнитной энергии.

Каким должен быть настоящий магнитный двигатель

В общем, выглядит подобное устройство следующим образом.

  1. Катушка индуктивности.
  2. Магнит подвижный.
  3. Пазы катушек.
  4. Центральная ось;
  5. Шарикоподшипник;
  6. Стойки.
  7. Диски;
  8. Постоянные магниты;
  9. Закрывающие магниты диски;
  10. Шкив;
  11. Приводной ремень.
  12. Магнитный двигатель.

Любое устройство, которое изготовлено на подобном принципе, вполне успешно может быть использовано для выработки по-настоящему аномальной электрической и механической энергии. Причем, если применять его как генераторный электрический узел – то он способен вырабатывать электроэнергию такой мощности, которая существенно превышает аналогичное изделие, в виде механического приводного двигателя.

Теперь разберем подробнее, что вообще представляет из себя магнитный двигатель, а также почему множество людей пытаются разработать и воплотить в реальность эту конструкцию, видя именно в ней заманчивое будущее. Действительно настоящий двигатель этой конструкции должен функционировать исключительно только на магнитах, при этом используя непосредственно для перемещения всех внутренних механизмов их постоянно выделяемую энергию.

Важно: основной проблемой разнообразных конструкций основанных именно на использовании постоянных магнитов, становится то, что они склонны стремиться к статическому положению, именуемому равновесием.

Когда рядом привинтить два достаточно сильных магнита, то они двигаться будут только до момента, когда будет достигнуто на минимально возможной удаленности максимальное притяжение между полюсами. В реальности они просто друг к другу повернутся. Поэтому каждый изобретатель разнообразных магнитных двигателей пытается сделать переменным притяжение магнитов за счет механических свойств самого двигателя или использует функцию своеобразного экранирования.

При этом магнитные двигатели в чистом виде очень неплохи по своей сущности. А если добавить к ним реле и управляющий контур, использовать гравитацию земли и дисбаланс, то они становятся действительно идеальными. Их смело можно именовать «вечными» источниками поставляемой бесплатной энергии! Есть сотни примеров всевозможных магнитных двигателей, начиная от наиболее примитивных, которые можно собрать собственноручно и заканчивая японскими серийными экземплярами.

В чем преимущества и минусы работающих двигателей на магнитной энергии

Преимуществами магнитных двигателей является их полная автономия, стопроцентная экономия топлива, уникальная возможность из средств, находящихся под руками, организовать в любом требуемом месте установку. Также явным плюсом выглядит то, что мощный прибор, изготовленный на магнитах может обеспечивать жилое помещение энергией, а также такой фактор, как возможность гравитационному мотору работать до тех пор, пока он не износится. При этом даже перед физической кончиной он способен выдавать максимум энергии.

Однако у него имеются и определенные недостатки:

  • доказано, что магнитное поле весьма негативно воздействует на здоровье, особенно этим отличается реактивный движок;
  • хотя имеются положительные результаты экспериментов, большинство моделей совсем не функционируют в естественных условиях;
  • приобретение готового устройства еще не гарантирует, что оно будет успешно подключено;
  • когда появится желание купить магнитный поршневой или импульсный двигатель, стоит быть настроенным на то, что он будет иметь слишком завышенную стоимость.

Как самостоятельно собрать подобный двигатель

Подобные самоделки пользуются неизменным спросом, о чем свидетельствуют практически все форумы электриков. Из-за этого следует подробнее рассмотреть, каким же образом можно самостоятельно собрать дома работающий магнитный двигатель.

То приспособление, которое сейчас мы вместе попробуем сконструировать, будет состоять из соединенных трех валов, причем они должны скрепляться так, чтобы центральный вал был прямо повернут к боковым. По центру среднего вала необходимо прикрепить диск, изготовленный из люцита и имеющий диаметр около десяти сантиметров, а его толщина составляет немногим больше одного сантиметра. Наружные валы также должны оснащаться дисками, но уже вдвое меньшего диаметра. На этих дисках закрепляются небольшие магниты. Из них восемь штук крепят на диск большего диаметра, а на маленькие — по четыре.

При этом ось, где расположены отдельные магниты, должна располагаться параллельно плоскости валов. Их устанавливают так, чтобы концы магнитов проходили с минутным проблеском возле колес. Когда эти колеса приводятся руками в движение, то полюсы магнитной оси станут синхронизироваться. Чтобы получить ускорение настоятельно рекомендуется в основании системы установить брусок из алюминия так, чтобы конец его немного соприкасался с магнитными деталями. Выполнив подобные манипуляции, можно будет получить конструкцию, которая будет вращаться, выполняя полный оборот за две секунды.

При этом приводы необходимо устанавливать определенным образом, когда все валы будут вращать относительно других аналогично. Естественно, когда выполнить на систему сторонним предметом тормозящее воздействие, то она прекратит вращение. Именно такой вечный двигатель на магнитной основе впервые изобрел Бауман, однако у него не получилось запатентовать изобретение, поскольку в то время устройство относилось к той категории разработок, на которые патент не выдавался.

Этот магнитный двигатель интересен тем, что совершенно не нуждается во внешних энергетических затратах. Только магнитное поле вызывает вращение механизма. Из-за этого стоит попробовать самостоятельно соорудить вариант подобного устройства.

Для выполнения эксперимента потребуется заготовить:

  • диск, изготовленный из оргстекла;
  • двухсторонний скотч;
  • заготовку, выточенную из шпинделя, а затем закрепленную на стальном корпусе;
  • магниты.

Важно: последние элементы необходимо слегка подточить с одной из сторон под углом, тогда можно будет получить более наглядный эффект.

На заготовку из оргстекла в виде диска по всему периметру требуется наклеить с помощью двухстороннего скотча кусочки магнита. Располагать их необходимо наружу сточенными краями. При этом следует обязательно проследить, чтобы все сточенные края каждого магнита обязательно имели одностороннее направление.

В результате полученный диск, на котором расположены магниты, необходимо закрепить на шпинделе, а затем проверить, насколько свободно он будет вращаться, чтобы не допустить ни малейшего цепляния. Когда к выполненной конструкции поднести маленький магнит, аналогичный тем, которые уже наклеены на оргстекло, то ничего не должно измениться. Хотя если попробовать сам диск немного покрутить, то станет заметен небольшой эффект, хотя и весьма незначительный.

Теперь следует поднести больший размерами магнит и понаблюдать, как изменится ситуация. При подкручивании рукой диска механизм останавливается все равно в промежутке, имеющемся между магнитами.

Когда взять только половинку магнита, который поднести к изготовленному механизму, зрительно видно, что после легкого подкручивания он немного продолжает движение из-за воздействия слабого магнитного поля. Осталось проверить, каким будет наблюдаться вращение, если поочередно убирать магнитики с диска, делая между ними большие промежутки. И этот эксперимент обречен на фиаско — диск неизменно будет останавливаться точно в магнитных промежутках.

Проведя длительные исследования, каждый сможет воочию убедиться, что подобным образом не получится изготовить магнитный двигатель. Следует поэкспериментировать с иными вариантами.

Заключение

Магнитомеханическое явление, заключающееся в необходимости применять действительно незначительные усилия, чтобы сдвигать магниты, если сравнивать с попыткой их отрыва, использовано повсеместно для создания, так называемого, «вечного» линейного магнитного мотора-генератора.

Разработка электродвигателей и генераторов с помощью COMSOL®

В этой статье нашего корпоративного блога мы рассмотрим электрическую машину на постоянных магнитах (PM), содержащую 12 пазов и 10 полюсов и смоделированную в программном обеспечении COMSOL Multiphysics® с помощью инструментов модуля AC/DC. Такая конструкция вращающегося механизма является достаточно типовой и репрезентативной примером. Её размеры — наружный диаметр 35 мм и осевая длина 80 мм. При небольших изменениях условий на входе одна и та же модель может стать либо двигателем, либо генератором. В будущих статьях мы подробнее остановимся на каждом из аспектов разработки, обсуждаемых в данной заметке.

Это первая часть серии блогов. В ней сформулированы общие положения о некоторых аспектах проектирования вращающихся машин с использованием численного моделирования и постобработки в программе COMSOL Multiphysics®.

Разработка электродвигателей и генераторов: общая конфигурация модели

В двигателе на постоянных магнитах магнитные поля роторной части вращаются синхронно с магнитными полями, генерируемыми токами на статоре. Взаимодействие магнитных полей ротора и статора создает суммарный крутящий момент, который и обеспечивает преобразование тока обмоток в механическую мощность электродвигателя. Как следствие синхронного характера возбуждения, в двигателе на постоянных магнитах мгновенный крутящий момент сильно зависит от углового положения ротора — поскольку положение синхронизировано с токами статора. Отличная картина наблюдается в асинхронных машинах, где обмотки статора индуцируют магнитные поля ротора, которые зависят от запаздывания скорости между ротором и статором (отсюда популярное название этой группы устройств в англоязычной литературе — индукционная машина). \circ/N_p}, где N_p – количество полюсов ротора. Знаменатель определяет угловой размах одного полюса ротора.

Исследование и оптимизация распределения магнитного поля

Распределение магнитного поля или индукции является очень важным фактором при проектировании электрических машин. В синхронных вращающихся машинах ключевым параметром для исследования индуцированных напряжений является пространственное распределение магнитной индукции в воздушном зазоре (между ротором и статором). Фазное напряжение на статоре будет синусоидальным только в том случае, если радиальная компонента магнитной индукции имеет синусоидальное распределение по периферии ротора. Эта пространственная волновая мода в литературе иногда называется волной магнитодвижущей силы в воздушном зазоре. Если такая волна несинусоидальна, в индуцированном напряжении существуют гармоники более высокого порядка.

В рассматриваемой модели для оценки волны магнитодвижущей силы, мы проанализируем радиальную составляющую магнитной индукции вдоль центра зазора (в геометрии это граница тождественной пары, на которую накладывается условие непрерывности). В постобработке мы можем пронаблюдать как по мере вращения ротора осциллирует волна магнитодвижущей силы. Простой визуальной оценки достаточно для понимая того, что наведенное напряжение не будет идеально синусоидальным. В одной из следующих статей этой серии мы объясним, как провести пространственно-временные Фурье-преобразования магнитной индукции в зазоре и как связать их с оценкой потокосцепления и гармонических искажений напряжения.

Слева: Изменение магнитной индукции при вращении ротора. Справа: Динамика волны магнитодвижущей силы в воздушном зазоре при вращении ротора.

Исследование и оптимизация механического крутящего момента

Существует несколько способов актуации обмоток статора для конкретной конфигурации пазы/полюса двигателя на постоянных магнитах. Вариант, показанный на схеме типовой модели машины (первый рисунок в блогпосте), является одним из способов управления электродвигателем, содержащим 12 пазов и 10 полюссов. Возбуждение обмоток статора (или начальное положение ротора) необходимо отрегулировать таким образом, чтобы к ротору прилагался максимальный крутящий момент. В численной модели для подбора оптимальных условий на роторе задается начальное угловое смещение. Угол \alpha изменяется в диапазоне углового промежутка (размаха) для одного магнита ротора, а на выходе рассчитывается средний крутящий момент. В качестве итогового начального положения ротора выбирается значение начального углового перемещения, соответствующее максимальному среднему крутящему моменту. После проведения параметрического свипа становится легче определить и визуализировать, какое относительное положение статора и ротора создает максимальный крутящий момент.

В представленном здесь случае наблюдаются два максимума:

  1. Положительный максимум, который будет соответствовать вращению против часовой стрелки – при условии, что будет применена правильная последовательность фаз.
  2. Отрицательный максимум, который приведет к вращению по часовой стрелке (также после точной настройки последовательности фаз)

Форма сигнала крутящего момента ротора, приведенная в следующем разделе, соответствует запуску с положительного максимума, определенного по рассчитанной кривой среднего крутящего момента ротора. \circ}, что соответствует данным анализа кривой среднего крутящего момента в предыдущем разделе. Как вы можете видеть из графиков и кривой крутящего момента ниже, использование железа оптимально, когда радиальный размер железа составляет около 2 мм: использование менее 2 мм окажет негативное влияние на крутящий момент, а увеличение добавит ненужный материал — и, следовательно, увеличит вес и стоимость — для двигателя.

Распределение магнитной индукции для различных значений радиального размера железа. Слева: 1 мм. В центре: 2 мм. Справа: 3 мм.

Изменение формы волны крутящего момента ротора в зависимости от радиального размера железных компонентов.

Однако это еще не итоговый результат: при определении характерного размера железа необходимо учитывать дополнительные факторы, такие как механическая прочность, резистивные и магнитные потери. При исследовании магнитной индукции и крутящего момента также можно оценить влияние переменного размера железа на э/м потери в нём. Начиная с версии 5.6 COMSOL Multiphysics, доступен встроенный инструмент Loss Calculation. Он позволяет легко оценивать потери в меди и железе с использованием либо формулы по Штайнмецу (Steinmetz), либо формулировки по Бертотти (Bertotti), либо пользовательского критерия. В следующих частях серии мы продолжим обсуждение мультифизических аспектов моделирования вращающихся машин, таких как расчет эффективности, оценка нагрева, анализ вибраций и акустического шума.

Распределение потерь железа при различных значениях характерного размера железных компонентов. Слева: 1 мм. В центре: 2 мм. Справа: 3 мм.

Резюме

Мы обсудили использование некоторых функциональных возможностей, предоставляемых COMSOL Multiphysics и модулем AC/DC, а вы получили представление о некоторых аспектах проектирования вращающихся машин. Мы увидели, как линейный график магнитной индукции в воздушном зазоре машины показывает, будет ли индуцированное напряжение синусоидальным. Используя Parametric Sweep в COMSOL Multiphysics, можно определить начальный угол ориентации ротора, который обеспечит максимальный крутящий момент. Анализ графиков распределения магнитной индукции позволяет визуально определить, является ли использование железа оптимальным для эффективного вырабатывания крутящего момента. С использованием встроенных инструментов COMSOL Multiphysics можно также определить э/м потери в железных компонентах и влияние на них характерного радиального размера ротора и статора.

Это первая статья серии блогпостов иллюстрирует, как мощные возможности моделирования и постобработки COMSOL Multiphysics могут быть использованы для получения ценной информации о конструкции вращающихся электрических машин. В следующих частях будут подробно обсуждаться методы расчета крутящего момента, расчет эффективности, анализ потерь в железе и тепловых характеристик, а также принцип исследования вибраций и шума от двигателя. Следите за анонсами и новостями!

Материалы для самостоятельного разбора

Попробуйте смоделировать электродвигатель, описанный здесь. Все файлы и материалы доступны по ссылке:

Сила и слабость постоянных магнитов — Энергетика и промышленность России — № 7 (59) июль 2005 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 7 (59) июль 2005 года

Поскольку электрический ток (его свойства) – следствие движения электрических зарядов, а последние перемещаются относительно других неподвижных зарядов, возникают различные электрические взаимодействия. Что же следует понимать под «чистым» электрическим током?

Чистым или нейтральным током можно, по всей видимости, назвать ситуацию, когда имеются условно удаленные от других заряды, состоящие из равного количества отрицательно и положительно заряженных частиц, одни из которых двигаются относительно других в преобладающем направлении. Именно взаимное движение зарядов противоположного знака друг относительно друга – и есть нейтральный ток. Другие варианты движения зарядов, допустим, с преобладанием зарядов одного знака, будут в своем роде производными от нейтрального тока и соответственно иметь некоторые особенности электрических взаимодействий.

Во многих ситуациях мы имеем дело далеко не с нейтральными токами, поскольку существуют как неравномерное распределение зарядов по длине проводников с током, так и скачки напряженности электрического поля на некоторых границах проводников (наличие вызывающего ток ЭДС и т. п.). Поэтому для изучения свойств нейтрального тока следует пользоваться либо кольцевым сверхпроводником с током, либо постоянными магнитами, которые в данном случае условно можно рассматривать как систему с кольцевым нейтральным током.

Кольцевые токи магнитов

Рассматривая постоянные магниты, как кольцевые нейтральные токи, можно сделать некоторые общие замечания. Электрический кольцевой ток поддерживается без внешней подпитки достаточно длительное время. Процесс протекания нейтрального тока не сопровождается тепловыделением или электромагнитными излучениями (просто поддерживается тепловой баланс с окружающей средой и телом постоянного магнита).

Несмотря на то что «магнитные» нейтральные кольцевые токи, будем считать, постоянны по величине, при взаимодействии магнитов между собой возникают ситуации, когда возможны как некоторые переходные процессы, так и взаимное влияние токов друг на друга. Другими словами, возникает явление электрической взаимной индукции.

Взаимная индукция двух контуров с током при наличии магнитной связи достаточно подробно описана в литературе. Известно, что энергия двух контуров с током, обладающих магнитной связью, отличается от суммы собственных энергий токов на величину взаимной энергии двух токов. Распространяя это правило на взаимодействие постоянных магнитов, можно сказать, что энергия системы магнитов отличается от суммарной энергии каждого магнита. Это понятно, поскольку при сближении или удалении магнитов происходит механическая работа.

Но так ли постоянны по величине эквивалентные круговые токи постоянных магнитов? Действительно, они представляют, упрощенно, сумму огромного числа элементарных молекулярных токов. Но в отличие от прочих материальных тел постоянный магнит имеет внешнее и внутреннее магнитное поле, которое «связывает» все элементарные токи, и каждый круговой ток реагирует на колебания остальных, как и они в свою очередь на его колебания. Другими словами, в постоянном магните все элементарные токи представляют как бы единый «организм», что и делает его собственно постоянным магнитом. Если разрушить данный «организм» и каждый элементарный ток начнет независимое «существование», магнитные свойства у данного объекта пропадают.

Вращение – залог эффективности

В группе из трех магнитов средний магнит «модулирует» суммарное магнитное поле всех трех магнитов. Причем максимум плотности смещается в одну сторону, а с противоположной стороны магнитное поле практически отсутствует. При изменении магнитной силы среднего магнита происходит плавное изменение суммарного поля, причем плотность магнитного потока как бы перемещается на другую сторону.

Что в конечном итоге это дает? Поскольку средний магнит можно просто вращать, будет происходить и перемещение максимума плотности суммарного магнитного потока по кругу, равное частоте вращения среднего магнита. Другими словами, один средний магнит может управлять суммарным полем, которое складывается из силы трех магнитов. Причем при вращении среднего магнита не происходит изменения суммарной энергии магнитного поля, т. е. вращение среднего магнита происходит без затрат энергии.

Вращающийся или меняющий свое направление максимум магнитного потока можно использовать в различных устройствах – начиная от простейших вариантов насосов и заканчивая двигателями или генераторами. Все устройства будут отличаться высокой эффективностью и низким энергопотреблением.

Конечно, вращение среднего постоянного магнита – не единственный вариант практического использования группы из трех постоянных магнитов в генераторах или двигателях. Данный средний магнит можно заменить на электромагнит, через обмотку которого пропускают переменный ток различной формы (в зависимости от назначения или конструкции).

Наибольший интерес представляет использование этого эффекта в двух видах двигателей: с линейным возвратно-поступательным движением и вращательных. Момент вращения таких двигателей может достигать значительных величин при относительно небольших рабочих оборотах.

Где можно использовать постоянные магниты?

Одной из особенностей двигателей с активным использованием постоянных магнитов является возможность использования электрического резонанса. Поскольку управляющий электромагнит периодически меняет полярность, т. е. питается переменным током, от частоты которого зависят обороты (в случае вращательного двигателя) в соотношении 1 / К, где К – число полюсов, электромагниты можно включить в состав колебательного контура с емкостью. Соединение электромагнитов может быть последовательное, параллельное или комбинированное, а емкость подбирается по резонансу на рабочей частоте двигателя, при этом среднее значение тока, проходящего через электромагниты, будет большим, а внешняя подпитка по току будет компенсировать в основном активные потери.

Данный режим работы будет наиболее привлекательным с точки зрения экономичности, а двигатель, в котором он используется, будет называться магнитно-резонансный шаговый. Обороты двигателя в этом случае практически не зависят от нагрузки и определяются частотой электрического резонанса, разделенного на число полюсов, несмотря на увеличение потребляемого тока при увеличении нагрузки. С целью повышения рабочих оборотов возможно применение многофазных схем питания электромагнитов двигателей. Среднее ожидаемое снижение потребляемой электрической энергии данными магнитно-резонансными шаговыми двигателями может достигать 60‑75 % по сравнению с обычными электрическими двигателями. Подобные двигатели отличаются большим моментом вращения, достаточно жесткой нагрузочной характеристикой, стабильной частотой вращения, высокой надежностью (якорь не имеет токонесущих элементов), отсутствием подвижных контактов и искрения и т. п., поэтому область их применения будет иметь свои особенности.

Несмотря на это, они могут превосходить по некоторым параметрам как трехфазные асинхронные и синхронные машины, так и коллекторные двигатели постоянного тока. Одно из основных преимуществ – низкое энергопотребление.

Генератор с повышенным КПД

Применение постоянных магнитов эффективно, например, в конструкции электрического генератора с неподвижным ротором. Достоинство подобных генераторов – отсутствие подвижных частей, высокая надежность, экономичность, простота конструкции. Применение магнитных материалов с особыми свойствами позволит получить еще большую экономичность. Среднее сокращение энергозатрат при производстве электроэнергии на генераторах такого типа может достигать 50% и более.

В основе их конструкции лежит принцип модуляции суммарного магнитного поля трех постоянных магнитов средним магнитом, в качестве которого выступает электромагнит. Применение постоянных магнитов позволяет достичь снижения энергетических затрат при генерации электрической энергии.

Магнитная система данного генератора представляет в общем виде «крест в кольце», где одна из перекладин креста представляет собой постоянные магниты, а другая – электромагнит управления, катушка которого может быть разбита на две части или использоваться в виде единой катушки. Кольцо представляет собой магнитопровод с низкими потерями на вихревые токи, на котором располагаются 4 рабочие обмотки (выходные обмотки), соединение которых осуществляется попарно. Выходное напряжение имеет удвоенную частоту по отношению к частоте тока, питающего электромагнит управления.

Если при работе обычного генератора (с вращающимся ротором) неизменный магнитный поток ротора (постоянные магниты или электромагнит), вращаясь от приводного внешнего двигателя, периодически изменяет магнитный поток в статорных обмотках, то увеличиваются механические затраты со стороны приводного двигателя.

В случае с неподвижным ротором отсутствуют потери на трение и противодействующий вращательный момент приводного двигателя. По сути это особый вид трансформаторного преобразователя с дополнительной подпиткой от магнитного поля постоянных магнитов. В процессе преобразования входного переменного тока происходит удвоение частоты выходного тока. Поскольку магнитное поле постоянных магнитов не меняет своего направления – происходит лишь периодическое перераспределение его по секторам кольца ‑то оно активно работает, вкладывая свой «вклад» в генерацию ЭДС.

Магнитный поток управляющей или первичной обмотки электромагнита меняет знак, т. е. происходит процесс, аналогичный процессу простого трансформатора. КПД трансформаторного преобразования достаточно велик. Другими словами, мы получаем трансформатор-удвоитель частоты с повышенным КПД.

Что в конечном итоге это дает? Получается, что входная мощность как минимум меньше выходной. Превышение выходной мощности над входной происходит за счет энергии постоянных магнитов, которые, в отличие от привычной схемы генерации, неподвижны.

Дополнительные возможности данного генератора можно получить, применив для кольцевого сердечника статора магнитные материалы с особыми свойствами.
К недостаткам устройства можно отнести следующее: удвоение частоты выходного напряжения, некоторую сложность изготовления магнитопроводов и обмоток, необходимость компенсационных обмоток для задания необходимой нагрузочной характеристики. Максимальная мощность определяется в основном энергией применяемых постоянных магнитов, от которых зависят все остальные параметры.

Для создания трехфазного тока можно применить либо 3 подобных преобразователя (питание управляющих обмоток синхронизировано), либо аналогичную конструкцию, изготовленную в трехфазном варианте.

Постоянные магниты. Использование магнитов в синхронных машинах.

 

Уважаемые клиенты!

 

Сегодня расскажем Вам использование постоянных магнитов в синхронных машинах.

 

Назначение. Машины с постоянными магнитами позволяют уменьшить потери в машине, а также (при полюсах, расположенных на роторе) устранить подвод тока через контактные кольца к обмотке возбуждения. В настоящее время синхронные машины с постоянными магнитами широко используют как микродвигатели, генераторы небольшой мощности и тахогенераторы. В этих машинах вместо обмотки возбуждения применяют блок постоянных магнитов, изготовляемый из магнитотвердого материала — кобальтовой стали, а также различных сплавов из алюминия, никеля, железа и кобальта, обладающих большой коэрцитивной силой. Постоянные магниты в таких машинах располагают в большинстве случаев на роторе. Статор имеет обычную конструкцию, в его пазах размещают одно, двух- или трехфазную обмотку.

 

 

 

Рис.  1.  Устройство син-хронного двигателя  с  постоянными магнитами:
1 — обмотка статора; 2 — статор; 3 — пуско-вая обмотка типа «беличья клетка »; 4 — пакет ротора; 5 — постоянные магниты

Двигатели. В синхронных микродвигателях на роторе кроме блока постоянных магнитов устанавливают собранный из листовой стали пакет, в пазах которого размещают пусковую короткозамкнутую обмотку типа «беличья клетка». Последняя по окончании процесса пуска служит демпфером, препятствующим качаниям ротора. Наибольшее применение получили микродвигатели двух конструктивных исполнений: с радиальным (рис. 1, а) и аксиальным (рис. 1,б) расположением блока постоянных магнитов и стального пакета ротора с короткозамкнутой обмоткой.

 

При радиальном расположении пакет ротора выполнен в виде кольца, напрессованного на блок постоянных магнитов, в котором имеются прорези, разделяющие полюсы разной полярности; размеры прорезей выбирают из условий оптимального использования энергии постоянных магнитов.

 

При аксиальном расположении пакет ротора насаживают непосредственно на вал двигателя, а по его краям устанавливают один или два блока постоянных магнитов, выполненных в виде дисков. Пуск синхронных микродвигателей с постоянными магнитами обычно производят непосредственным включением в сеть. Разгон двигателя осуществляется за счет асинхронного вращающего момента Мас , возникающего в результате взаимодействия вращающегося магнитного поля с током в пусковой, обмотке ротора . При питании двигателя от однофазной сети в цепь одной из фаз включают конденсатор, необходимый для получения вращающегося магнитного поля.

 

 

Рис. 2. Зависимость M=f(s)для двигателя с постоянными  магни­тами

 

Характерной особенностью рассматриваемого двигателя является то, что при пуске кроме асинхронного вращающего момента Мас возникает еще и тормозной момент Мт, образующийся из-за наличия на роторе постоянных магнитов. В процессе разгона двигателя поле постоянных магнитов пересекает обмотку статора и индуцирует в ней ЭДС Е1п , изменяющуюся с переменной частотой, пропорциональной частоте вращения ротора. Для ЭДС Е1п обмотка статора, присоединенная обычно к достаточно мощному источнику электрического тока, может считаться короткозамкнутой, вследствие чего в ней возникает переменный ток, который, взаимодействуя с магнитным потоком ротора, создает тормозящий момент Мт.

 

Электромагнитные процессы, происходящие в синхронных машинах с постоянными магнитами, в основном аналогичны электромагнитным процессам, происходящим в машинах с электромагнитным возбуждением. Однако на магнитный поток, создаваемый постоянными магнитами, сильное воздействие ока­зывает МДС якоря. Значительному размагничивающему действию со стороны якоря постоянные магниты подвергаются во время пуска синхронного двигателя, когда ток якоря наибольший. В машинах с радиальным расположением блока постоянных магнитов при небольшой частоте вращения ротора (больших скольжениях) постоянные магниты достаточно хорошо экранируются пусковой короткозамкнутой обмоткой. Однако при небольших скольжениях защитное действие беличьей клетки мало, и значительная реакция якоря может вызвать необратимое размагничивание постоянных магнитов, при котором их свойства после отключения обмотки статора полностью не восстанавливаются. Максимальное размагничивающее действие возникает при асинхронном вращении, когда ротор периодически проходит положения, при которых МДС полюсов ротора и обмотки статора оказываются направленными встречно. В машинах с аксиальным расположением блока постоянных магнитов наибольшее размагничивание магнитов происходит в момент подключения двигателя к сети при неподвижном роторе.

 

 

Двигатели с постоянными магнитами по сравнению с другими типами синхронных двигателей обладают хорошими энергетическими показателями (КПД и cos φ), повышенной устойчивостью работы в синхронном режиме и высокой стабильностью частоты вращения.

 

 

Рис. 3. Роторы генераторов с постоянными магнитами: 1 —блок постоянных  магнитов;  2 — стальная  втулка;  3 — полюсные  на­конечники;   4 — литой  алюминий;  5 — немагнитная   втулка;   6 — полюсы; 7 — вал

 

 

 

 

 

 

 

рис. 4. Принцип устройства концентратора магнитного потока (а) и конструктивная схема генератора с постоянными магнитами (б): 1 — статор; 2 — ротор; 3 — постоянные магниты

Генераторы. В синхронных генераторах малой мощности с возбуждением от постоянных магнитов ротор можно выполнить или в виде единого блока из магнитно-твердого материала (рис. 3, а),или с постоянными магнитами, установленными в стальной втулке (рис. 3,б). Промежутки между магнитами в некоторых случаях заливают алюминием, благодаря чему обеспечивается монолитность конструкции ротора. В генераторах, используемых в некоторых транспортных установках, иногда применяют ротор с когтеобразными полюсами (рис.3,в). При повышении мощности машины для увеличения индукции в воздушном зазоре и зубцах применяют различные концентраторы магнитного потока. Принцип устройства концентратора состоит в том, что площадь поперечного сечения магнита берется больше площади воздушного зазора (рис. 4, а). Особенно выгодно применение машин с концентраторами магнитного потока при высоких частотах вращения и повышенной частоте тока. На рис. 4,б изображена конструктивная схема двенадцатиполюсного генератора мощностью 20 кВт на частоту 300 Гц при частоте вращения 3000 об/мин.

 

Недостатком таких генераторов является невозможность регулировать выходное напряжение. Однако изменение напряжения под нагрузкой не очень велико, так как отношение короткого замыкания весьма значительно: ОКЗ ≈ 3,5. В дальнейшем синхронные машины значительной мощности с постоянными магнитами могут найти широкое применение в комбинации с полупроводниковыми преобразователями не только как генераторы, но и как двигатели.

 

 

А вот так выглядит изделие с применением наших магнитов (до и после заливки):

 

 

Постоянные магниты для самостоятельного изготовления вы можете найти в нашем магазине магнитов: здесь.

 

 

 

 

Выдержки и фото использованы из  выдержки: http://www.induction.ru/library/book_002/glava7/7-2.html

Следите за новостями!

Эквивалентная схема магнитной цепи синхронного двигателя с инкорпорированными магнитами

В Ы В О Д Ы

1. Получена эквивалентная схема магнитной цепи синхронного двига-

теля с инкорпорированными магнитами.

2. На основе эквивалентной схемы составлена система уравнений по

первому и второму законам Кирхгофа для магнитных цепей.

3. Полученная система уравнений позволяет графически или аналити-

чески решить две задачи расчета:

• найти требуемые размеры магнитов по заданному значению магнит-

ного потока и заданным размерам ротора и статора двигателя;

• определить магнитный поток, рабочую точку магнита при известной

конструкции ротора и статора.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Ш т е л т и н г, Г. Электрические микромашины: пер. с нем. / Г. Штелтинг,

А. О. Байссе. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 229 с.

2. Б у л ь, О. Б. Методы расчета магнитных систем электрических аппаратов: магнит-

ные цепи, поле и программа FEMM: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений /

О. Б. Буль. – М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 336 с.

3. Б у т, Д. А. Бесконтактные электрические машины: учеб. пособие для электромех.

и электроэнерг. спец. вузов / Д. А. Бут. – М.: Высш. шк., 1990. – 416 с.

4. S é g u i e r, G. Electrotechnique Industrielle / G. Séguier, F. Notelet. – Paris: Technique &

Documentation, 1996. – 484 p.

5. О с и н, И. Л. Электрические машины: синхронные машины: учеб. пособие для вузов

по спец. «Электромеханика» / И. Л. Осин, Ю. Г. Шакарян; под ред. И. П. Копылова. –

М.: Высш. шк., 1993. – 304 с.

6. Б е с с о н о в, Л. А. Теоретические основы электротехники: электрические цепи:

учеб. для студ. в электротехн., энергетич. и приборостроит. спец. вузов. – 7-е изд., перераб.

и доп. / Л. А. Бессонов. – М.: Высш. шк., 1978. – 528 с.

7. Л е д о в с к и й, А. Н. Электрические машины с высококоэрцитивными постоянными

магнитами / А. Н. Ледовский. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 168 с.

8. M i l l e r, T. J. E. Brushless Permanent-Magnet and Reluctance Motor Drives / T. J. E. Mil-

ler. – Oxford: Clarendon Press, 1989. – 207 р.

9. И в а н о в-С м о л е н с к и й, А. В. Электрические машины: учеб. для вузов /

А. В. Иванов-Смоленский. – М.: Энергия, 1980. – 928 с.

10. Б р о н ш т е й н, И. Н. Справочник по математике для инженеров и учащихся вту-

зов / И. Н. Бронштейн, К. А. Семендяев. – М.: Наука. Главная ред. физ.-мат. лит-ры, 1981. –

720 с.

R E F E R E N C E S

1. S t e l t i n g, G., & Baisse, А. О. (1991) Electric Micromachines. Moscow, Energo-

atomizdat. 229 p. (in Russian).

2. B u l’, О. B. (2005) Computational Techniques for Magnetic Systems of the Electric Appa-

ratuses: Magnetic Circuits, Field and Program FEMM. Moscow, Publication Center ‘Akade-

miya’. 336 p. (in Russian).

3. B u t, D. А. (1990) Noncontact Electric Machines. Moscow, Vysshaia Shkola. 416 p.

(in Russian).

4. S é g u i e r, G., & Notelet, F. (1996) Electrotechnique Industrielle. Paris, Technique &

Documentation. 484 p.

5. O s i n, I. L., Shakarian, Yu. G., & Kopylov, I. P. (1993) Electrical Machinery: Syn-

chronous Machines. Moscow, Vysshaia Shkola. 304 p. (in Russian).

23

Репозиторий БНТУ

Энергия из магнитов | Лучшие радиолюбительские схемы

Существует много различных успешных проектов, которые извлекают энергию из постоянных магнитов, в том числе магнитные двигатели / генераторы Ван Шэньхэя (Wang Shenhe), которые вырабатывают киловатты электроэнергии. Здесь мы рассмотрим только один пример:

Charles “Двигатель с постоянным магнитом Чарльза «Джо» Флинна (Charles “Joe” Flynn).
Хотя мы знаем, что плавучесть используется для преобразования энергии волн в электричество, мы, похоже, пренебрегаем идеей использования очень мощных сил плавучести в качестве прямого инструмента в местах, удаленных от моря. Это определенно ошибка, потому что из такой системы могут генерироваться серьезные уровни мощности. Одна из таких систем:

Разнесённый вид, чётко показывает различные части::

Эта конструкция относительно проста, но при этом она очень мощная. Питание обеспечивается тремя магнитами, показанными в синих и жёлтых тонах. Нижний магнит имеет форму диска с полюсами, расположенными на больших круглых плоских гранях. Это магнит статора, который не двигается. Над ним расположен диск из немагнитного материала (заштрихованный в серым цветом), в который встроены два магнита. Этот диск является роторным и прикреплен к центральному вертикальному валу.

Обычно ротор не вращается, но между двумя дисками имеется кольцо из семи катушек, которые используются для изменения магнитных полей и создания мощного вращения. Включение этих катушек очень просто и оно организовано путём подачи луча ультрафиолетового света от одного из светоизлучающих диодов через щель в оптическом синхронизирующем диске, прикрепленном к вращающемуся валу. Светодиоды и фототранзисторы совмещены с центрами семи катушек. Положение и ширина ячейки определяет, какой фототранзистор включается и как долго он остается включенным. Это очень аккуратная и компактная композиция. Действительно интересная часть конструкции заключается в том, как катушки модифицируют магнитные поля для получения выходной мощности устройства. Ориентация полюсов магнитов может быть изменена при условии, что это сделано для всех трех магнитов.

Здесь показана ситуация, когда один из магнитов ротора повернулся туда, где он находится над одной из катушек, которые ещё не включены. Южный полюс магнита ротора притягивается к северному полюсу, который представляет собой всю верхнюю поверхность магнита статора, как показано тремя стрелками. Если на катушку подается напряжение, то эта магнитная связь нарушается и изменяется. Если какой-либо крутящий момент развивается в результате включения катушки, то он будет разворачиваться по обе стороны от активированной катушки. Если катушка не включена, то между магнитами будет полное притяжение, и вращающая сила не будет создаваться. Вы заметите, что есть два вращающихся магнита (чётное число) и семь катушек (нечеётное число), поэтому, когда один из магнитов ротора находится над катушкой, то другой нет. Такое смещение двух положений важно для создания плавного, непрерывного вращающего момента и самозапуска без необходимости вращения вала вручную.

Диаграмма выше показывает кусок с обеих сторон диска ротора, чтобы объяснить работу катушек. Слева магнит 56 перекрывает катушку 32 и катушку 34. Катушка 32 включается и это разрывает магнитную связь на левой стороне магнита 56. Но катушка 34 не включается, поэтому притяжение между магнитом 56 и дисковым магнитом под катушками остается. Несмотря на то, что это притяжение находится под углом вниз, оно создает толчок ротора, направляя его вправо, как показано красной стрелкой.

Пока это происходит, ситуация вокруг другой стороны диска ротора показана справа. Здесь магнит 54 находится над катушкой 36 и эта катушка не запитана, поэтому результирующий привод в любом направлении отсутствует — просто натяжение магнита ротора в направлении магнита статора под ним. Соседняя катушка 38 также не включена и поэтому не влияет на вращение. Этот метод работы очень похож на метод двигателя Роберта Адамса, описанный в следующей главе. Важно понимать, что этот метод работы не похож на метод импульсов Джона Бедини, где вращение диска вызвано электрическим импульсом, приложенным к катушке, создающей отталкивающую тягу к магниту ротора. Вместо этого, здесь, катушка действует как магнитный экран, имея минимально возможную мощность для выполнения своей работы. Катушка, по сути, представляет собой экран, который не имеет движущихся частей и поэтому является очень умным механизмом для преодоления тенденции к фиксации магнитов ротора к магнитам статора и предотвращения вращения.

В любой момент шесть из семи катушек в этом исполнении неактивны, так что по сути, питание подается только на одну катушку. Это не главная утечка тока. Важно понимать, что мощность этого двигателя обеспечивается постоянными магнитами притягивающимися друг к другу. Каждый из двух магнитов прикладывает горизонтальное натяжение к ротору каждую седьмую оборота, то есть каждые 51,1 градуса вращения. Поскольку число катушек неравномерно, ротор получает магнитное притяжение каждые 25,5 градуса вращения, сначала от одного магнита ротора, а затем от другого магнита ротора.

Из этого следует, что мощность двигателя может быть увеличена путем добавления большего количества магнитов. Первым шагом в этом поиске дополнительной мощности является добавление второго дискового магнита и катушек на другой стороне ротора, чтобы обеспечить второе притяжение магнита. Это имеет дополнительное преимущество, заключающееся в том, что он уравновешивает тягу первого дискового магнита вниз и тягу вверх, обеспечивая улучшенную и сбалансированную горизонтальную тягу, как показано здесь:

Переключение катушек с дополнительным слоем катушек показано здесь:

Это производит большую горизонтальную тягу. Несмотря на то, что эта конструкция обеспечивает оптимальную производительность, я предлагаю использовать гораздо более простую форму с кольцом из стандартных круглых неодимовых магнитов вместо одного большого дискового магнита и обычных круглых катушек, размещенных поверх круглых магнитов и это позволит создавать роторы большого диаметра, больший диаметр даёт большую мощность на выходном валу:

Чтобы снова увеличить мощность выходного вала, можно добавить дополнительные наборы магнитов и катушек, как показано здесь:

Следует помнить, что показанная выше секция синхронизации может быть заменена схемой таймера NE555, которая генерирует устойчивый поток импульсов включения / выключения. Когда эти импульсы поступают на катушки, двигатель вращается, подчиняясь частоте импульсов. Это обеспечивает немедленное регулирование скорости двигателя, а также избавляет от необходимости точного позиционирования диска с прорезями, что позволяет светодиодам светить непосредственно на фототранзисторы в соответствующий момент. Если этот подход будет принят, то раздел синхронизации, показанный выше, будет опущен.

Схема, которую Чарльз определяет для питания катушек, чтобы блокировать магнитные поля постоянных магнитов, использует N-канальные МОП-транзисторы (N-channel MOSFET) и очень проста. Вот его схема для управления одной из катушек:

Используется всего пять компонентов. Ток через катушку контролируется транзистором. В этом случае это полевой транзистор, обычно называемый «FET». Используется наиболее распространенный тип полевых транзисторов, а именно полевой транзистор с «N-каналом», который является грубым эквивалентом NPN-транзистора, как описано в главе 12. Полевой транзистор этого типа отключается, когда напряжение на его «затворе» (обозначено «g» на диаграмме) составляет 2,5 В или ниже. Он включается, когда напряжение на его затворе составляет 4,5 В или более.

В этой схеме мы хотим, чтобы полевой транзистор включался, когда синхронизирующий диск двигателя находился в правильном положении и был выключен в любое другое время. Это достигается путем освещения света от светодиода или «LED» через отверстие в диске синхронизации, которое вращается вместе с валом двигателя. Когда отверстие находится напротив светодиода для катушки, которая должна быть включена, свет проходит через отверстие и на светочувствительное устройство, Чарльз решил использовать светочувствительный транзистор, но вместо этого можно использовать фоторезистор, такой как ORP12. Когда светится на устройстве «Опто1» на принципиальной схеме, его сопротивление резко падает, повышая напряжение на затворе полевого транзистора и включая его. Когда отверстие диска синхронизации проходит мимо светодиода, свет отключается, и напряжение на затворе полевого транзистора падает, выключая полевой транзистор. Такое расположение приводит к тому, что катушка двигателя включается и выключается в нужное время, чтобы обеспечить мощное вращение вала двигателя. В цепи имеется резистор «R1», чтобы убедиться, что ток, протекающий через светодиод, не является чрезмерным. Резистор «R2» имеет низкое значение по сравнению с сопротивлением «Opto1», когда на него не падает свет и это удерживает напряжение затвора полевого транзистора до низкого значения, обеспечивая полное отключение полевого транзистора.

Как видите, это в принципе очень простая схема. Однако, поскольку одна из этих цепей используется для каждой катушки (или каждой пары катушек, если в этой секции двигателя имеется четное число катушек), схема в патенте выглядит довольно сложной. Это на самом деле очень просто. Резистор «R1» используется для ограничения тока через все используемые светодиоды, а не только через один светодиод. Вы можете, конечно, использовать один резистор для каждого светодиода, если хотите. Схема для питания двух катушек (и не показывает диск синхронизации) выглядит следующим образом:

Участок внутри зелёной пунктирной линии является идентичной цепью для второй катушки. Это дополнение к цепи выполняется для каждой катушки и в этот момент двигатель готов к работе. Если как обычно, используются несколько слоев магнитов, то катушки расположенные друг над другом, могут быть соединены в цепочку следующим образом:

Соединение нескольких катушек «последовательно» (в виде цепочки) как эта, уменьшает количество необходимых электронных компонентов и гарантирует, что импульсы для каждой из этих катушек будут одновременными. Альтернативно, возможно связать эти катушки друг с другом «параллельно», выбор обычно продиктован сопротивлением катушек. Представленный выше патентный чертёж, по-видимому указывает на наличие большого зазора между светодиодами и оптическими устройствами. Вероятно, это не тот случай, так как большинство людей предпочли бы сохранить зазор между светодиодом и светозависимым устройством как можно меньшим, устанавливая их так, чтобы они просто были свободны от диска синхронизации на каждой его стороне.

В этом патенте Чарльз Флинн отмечает, что этот магнитный двигатель можно использовать практически для любых целей, когда требуется привод двигателя или мотора и где количество энергии доступной или необходимой для создания движущей силы, может варьироваться от малого до нуля. Чарльз выпустил двигатели этого типа, которые способны вращаться с очень высокой скоростью — 20000 об / мин и со значительным крутящим моментом. Также могут быть получены меньшие скорости и двигатель может быть настроен на автоматический запуск. Из-за низкой мощности необходимой для работы устройства, Чарльз смог управлять двигателем используя только 9-вольтовую сухую батарею.

Одним из применений, которое наиболее подходит для этой конструкции двигателя, является нагреватель Френетты (Frenette), показанный в главе 14. Использование этого двигателя для привода дисков внутри барабана нагревателя приведёт к нагревателю, который по-видимому, приводится в действие только 9-вольтной батареей. Однако несмотря на то как это выглядит, реальность такова, что мощность этого двигателя исходит из постоянных магнитов, а не от батареи. Ток батареи используется только для предотвращения обратного притяжения магнитов и не используется для привода двигателя.

Patrick Kelly
http://www.free-energy-info.com
http://www.free-energy-devices.com
http://www.free-energy-info.tuks.nl

Перевод Diabloid73

Строим магнитный двигатель МГ | События и Мнения

Власов В.Н.

 

На форуме, посвященному этому двигателю первая запись сделана в 2004 году, а последняя в феврале 2007 года. Видимо, некоторые поняли, как создать магнитный двигатель по указанной МГ схеме, но секрет этот решили другим не открывать. Поэтому, надеюсь, многим будет интересно узнать, по какому принципу может работать магнитный двигатель МГ, и по какой схеме можно построить безтопливный агрегат, закрывающий вместе с двигателем Минато эру Огня. Вот сама задача МГ, адрес которой указан выше:

«Дорогие друзья! Если ОЧЕНЬ желаете построить генератор дармовой энергии (на базе постоянных магнитов), предлагается… ЗАДАЧА.
Нужно, имея в руках ТОЛЬКО карандаш и стирательную резинку, а также МОЗГИ заинтересованного, целеустремлённого и наблюдательного исследователя, найти ПРИНЦИП оперативного управления магнитным полем, позволяющий запустить изображённый механизм в режим самовращения ротора! Особо подчёркиваю: никаких иных дополнительных материальных объектов!!! ТОЛЬКО карандаш, резинка, рисунок (только изображённые на нём детали) и мозги! Кроме того: никакого подталкивания либо притягивания ротора – ротор должен вращаться исключительно от взаимодействия собственных полей имеющихся магнитов. И ещё: желающие решить задачу должны забыть про так называемые ‘’свободную энергию’’, ‘’энергию нулевой точки’’, ‘’энергию эфира’’, ‘’perpetum mobile”-вечный двигатель, “сверхединичный двигатель”, ‘’КПД более 100%’’ и иную ЧЕПУХУ: вращение ротора должно базироваться на простом преобразовании потенциальной энергии взаимодействующих полей постоянных магнитов в кинетическую энергию вращающегося вала, основанном на действующих физических законах!!! Очень прошу многочисленных восторженных лиц, уже решивших эту задачу по переписке, строящих или построивших свой источник, отключившись от газовой и электрических сетей, не мешать новичкам ломать голову! …»

 

Рис.1.

Чтобы не перепечатывать далее всю статью МГ о его задаче по магнитному вечному двигателю, ограничимся тремя рисунками из этой статьи (Рис.1). На данном рисунке на подрисунке рис.1. двигатель показан сбоку, на подрисунке рис.2 – сверху, а на подрисунке рис.3. показаны векторы магнитных потоков магнитов статора и ротора, а также векторы механических моментов. Но фишка в том, что магнитный двигатель на предлагаемых МГ рисунках немного не доведен до ума и МГ предлагает читателям самим найти решение этой очень простой задачи, чтобы из игрушки получить полноценный двигатель, использующий кругооборот магнитных потоков в Природе, как ГЭС использует кругооборот воды. Тот факт, что на форуме за несколько лет так и не появилось решение задачи МГ, показывает, что образование в России настроено на подготовку исполнителей (менеджеров), а не творцов. Плоское мышление не способно к творчеству в многомерном пространстве с числом измерений более двух.

Чтобы получить из заготовки МГ схему полноценного двигателя следует использовать тот же приём, посредством которого можно построить 4 треугольника с помощью шести спичек, но не на плоскости, а в пространстве. Так и в случае с задачей МГ следует «крутить» магниты ротора не в плоскости, а в пространстве. Внимательно смотрим на схему векторов магнитных потоков и векторов механических моментов. Что не хватает, чтобы началось вращение вокруг пунктирной вертикальной оси? Не хватает механического момента сил в плоскости вращения магнитов ротора! И если механических моментов сил нет, то надо их создать! На то и голова на плечах, чтобы никто владельца головы в страну Дураков заманить не мог.

Создаем этот момент сил. Поворачивает роторные магниты вокруг оси В-В на 45 градусов. Справа против часовой стрелки, слева – по часовой. После этого векторы М1 и М2 дадут на плоскость вращения роторных магнитов проекцию примерно равную по абсолютной величине 0.7М1 и 0.7М2. Эти проекции будут направлены противоположно друг другу, А это значит, что поворотом роторных магнитов в пространстве с выходом за пределы плоскости рисунка рис.1 мы получили необходимую пару сил, способных закрутить ротор. Поворачиваем и наслаждаемся вращением ротора нашего рукотворного вечного двигателя против часовой стрелки, если смотреть на ротор сверху. Ибо северные полюса роторов начинают отталкиваться от северного полюса статора. И вращение будет продолжаться, пока магниты не размагнитятся, или установка не разрушится. МГ – гений!

А откуда дровишки и энергия для вращения, спросит суровый академик? А нет никакой энергии! Есть РАБОТА, а это — информация о произведении силы на пройденное её расстояние. Сила есть? Есть! Расстояние, равное длине окружности помноженное на число сделанных кругов есть? Есть! Значит, есть и работа магнитного потенциального поля (тоже информации). Приравниваем выполненную магнитным полем РАБОТУ некой величине, которую называем ЭНЕРГИЯ, и дальше следим, как эта величина изменяется при дальнейшем движении потоков вещества, и информации, порожденных РАБОТОЙ магнитного поля. Вот тут-то ЭНЕРГИЯ подчиняется закону сохранения ЭНЕРГИИ! И подчиняется потому, что любой поток в первую очередь подчиняется ЗАКОНУ СОХРАНЕНИЯ МОЩНОСТИ и закон сохранения энергии выполняется в каждый конкретный момент времени, а за конкретный промежуток времени он проявляется в результате операции интегрирования.

То есть, закон сохранения энергии справедлив для потока мощности, который уже пойман и направлен по нужному адресу. А пока лошадка не приручена, мощность и энергия её для человека не существует. И один тонкий момент, касающийся всех неизвестных человеку сил и потоков вещества, ими порождаемыми. А может как раз наоборот, потоками вещества и силами ими порождаемыми? Что мы знаем о природе вещественных потоков, порождающих силы магнетизма? Ничего! Что мы знаем о силах порождаемых водным потоком? Много, так как воду мы можем ощущать своими органами чувств, а вот поток «магнитного» вещества мы не можем регистрировать нашими органами чувств. Этот поток прошивает наши тела, практически без задержки, хотя человеческое тело является диамагнетиком и при сильном магнитном поле может магнитным потоком поднято над поверхностью земли. Лягушки и собаки уже доказали, что могут летать в сильном магнитном потоке (поле), так что и человек, скорее всего, полетит.

И если нет возможности ощущать поток «магнитного» вещества посредством органов чувств, то приходится опираться на практикой проверенные инструментальные методы. И строить гипотезы о строении и природе «магнитного» вещества. У одних академиков одни гипотезы, у других другие. Пока еще на 100% академики не договорились. Как впрочем, не договорились и о строении и свойствах воды. Поэтому «энергии» магнитного поля для них нет, потока магнитного вещества для них не существует. Есть, по их понятиям, пустота, называемая магнитным полем. И мы должны верить им, что огромные силы порождаются этой пустотой, в которой, как пустоте, негде и не на что опереться. Вот когда вертушка крутится над фонтаном воды, то это понятно — вертушку крутит поток воды. Но когда два магнита крутятся над третьим, то это уже будет нарушением закона сохранения энергии, так как магнитное поле наши академики представляют в виде мертвого потенциального поля, а не потока неощущаемого человеком вещества. Но этот поток существует, так как есть силы и очень заметные. Как существует поток гамма-лучей при ядерном взрыве. И для этого надо вооружить свои руки магнитами или ферромагнетиками. Осталось только надеть специальные очки, через стекла которых потоки «магнитного» вещества откроют нам свои тайны. Творите академики, а то уж скучно становится от опустошающей теории относительности и вероятностной (статистической) квантовой механики!

Теперь, когда стал ясен принцип работы магнитного двигателя МГ, попробуем схематично обрисовать, как он должен выглядеть, чтобы использовать магнитные силы с большим КПД. Ясно, что наивысший КПД использования магнитного потока статора будет иметь место тогда, когда эти магнитные потоки будут на 100% опираться на однополюсное поле множества роторных магнитов, установленных с наклоном в 45% вдоль окружности круга, вращающего в плоскости, перпендикулярной центральной оси статора. Размеры этого круга должны быть примерно равны окружности, составляющей верхнее сечение статора. Размеры магнитов ротора будут определяться размером круга, на котором они будут размещаться, а также техническими возможностями текущего производства.

Представим диск диаметром 20 и более см, по периметру которого одним и тем же полюсом приклеены (крепко закреплены) магниты с размером в костяшку домино под углом 45 градусов к поверхности диска. Если теперь такой диск насадить на ось, один конец оси закрепить ее в центре статорного магнита, а второй – над центром статорного магнита. Сам статор надо повернуть к диску-ротору тем же полюсом, какими приклеены к диску роторные магниты. И тогда, чем ближе будет от торца статора располагаться ротор, тем быстрее он будет вращаться, так как по мере приближения ротора к статору будет нарастать напряженность магнитного поля статора, которое, взаимодействуя с магнитным полем магнитов ротора, будет в каждом магните ротора формировать силу, направленную примерно вдоль оси магнита ротора. А так как каждый магнит ротора будет установлен с наклоном в 45 градусов, то это приведет к тому, что диск начнет вращаться в сторону наклона магнитов ротора. И вращение будет самопроизвольным и до тех пор, пока составные части такого мотора не разрушатся от действия времени.

Но у статорного магнита есть и другой полюс. Располагаем с его стороны такой же диск, но теперь магниты этого ротора должны быть установлены друг к другу другим полюсом, а наклон под 45 градусов такой, чтобы оба диска могли вращаться в одну сторону. Чтобы было более понятно, приводим схематичный рисунок, поясняющий эти идеи (рис.2). Правда, художник из меня получился неважный. И, конечно, на каждом роторе не по три магнита, а достаточно много, по крайней мере, не менее 16-20. И надо иметь в виду, что, если смотреть на «устройство» слева или справа, то, как роторы, так и статор будут представлять собой круги.

Рис.2.

Итак, в центре мотора на основании жестко закреплен статор – круглый магнит, на торцах которого расположены северный и южный полюс. Через отверстие в центре статора проходит вал, на котором закреплен слева от статора северный ротор, т.е., ротор, северные концы наклонных магнитов которого смотрят на северный полюс статора, а справа от статора на валу закреплен южный ротор, южные полюса магнитов которого смотрят на южный полюс статора. Магниты обоих роторов наклонены в разные стороны, что обеспечивает вращение обоих роторов в одну и ту же сторону. Концы вала закреплены в опорах с помощью подшипников, можно использовать магнитные или электретные подвески. Такой мотор не надо раскручивать, он и вправду является идеальным вечным двигателем. Если бы не одно НО, а, именно, необходимость тратить часть своей энергии (движения) на преодоление трения.

Но и собрать такой двигатель будет крайне сложно, так как перед закреплением роторов на валу придется преодолеть силу отталкивания ротора от статора при наличии вращения. А после того, как оба ротора будут закреплены на валу на должном расстоянии от статора, вал между роторами будет находиться в постоянном растяжении, что потребует принятия мер для предотвращения разрыва вала. Кроме того, управлять таким двигателем будет невозможно, его угловая скорость вращения будет зависеть от максимальной мощности взаимодействия магнитных потоков и мощности нагрузки.

Поэтому реальный магнитный двигатель МГ должен иметь статор в виде электромагнита, что позволит управлять угловой скоростью вращения роторов в зависимости от мощности нагрузки. Любой электромагнит – это усилитель мощности источника тока. В простейшем случае это может быть генератор прямоугольных импульсов с регулируемой скважностью, частота и скважность импульсов которого будет определяться расхождением реальной частоты вращения от стандартной, заданной программно или конструктивно.

Но есть и еще один механизм управления силой взаимодействия магнита статора с магнитами ротора. Как удалось добиться вращения ротора? Поворотом роторных магнитов вокруг их «горизонтальных» или «радиальных» осей. И если сделать для каждого магнита ротора поворотное устройство, которое в процессе вращения поворачивало бы роторный магнит на нужный угол, по отношению к плоскости ротора, то посредством этого появилась бы возможность управлять угловой скоростью вращения и мощность ротора. И в этом случае сборка электродвигателя не была бы столь трудной, как в первом случае.

Опять в очередной раз следует отметить, что работа этого двигателя осуществляется в полном соответствии с законом невозможности тепловой смерти Вселенной, а также законом единства и преумножения противоположностей. Разделяй и властвуй, направляя противоположности на умножение возможностей человека – вот этот девиз должен быть у каждого настоящего изобретателя.

В таком исполнении, особенно первом, магнитный двигатель МГ очень похож на двигатель Минато. Так же статор воздействует на магниты ротора, расположенные на роторе под углом в 45 градусов. Но есть и отличия. В двигателе Минато статор каждый момент времени взаимодействует только с одним магнитом ротора (или отдыхает), а в двигателе МГ статор воздействует сразу на все магниты роторов. В двигателе Минато магнитное взаимодействие между статором и магнитом ротора направлено в плоскости ротора, а в двигателе МГ в моей реализации статор и магниты ротора взаимодействуют по линиям, перпендикулярным плоскости ротора. Но в обоих двигателях в итоге возникает вектор силы (сил) вдоль плоскости ротора мимо оси вращения, что порождает механический момент, заставляющий роторы вращаться. Использование для управления мощностью двигателя МГ сразу двух способов: силой и скважностью тока электромагнитного статора и углом поворота магнитов ротора (а при использовании на роторе электромагнитов, то и силой тока через их обмотки) превращает этот двигатель в мощный усилитель, способный работать с любой нагрузкой, затраты энергии на управление которым не идут ни в какое сравнение с энергетической пользой, т.е. полезной мощностью. Остается только реализовать такой двигатель в натуре. Надеюсь, что такой двигатель заинтересовал бы нашу космонавтику, так как двигатель универсален.

В отношении мотора Минато следует отметить, что он очень экономно использует энергию источника тока (батареи) для создания импульсов магнитного поля статора, т.е., ток, используется только во время импульса, а остальное время тока нет и батарея (аккумулятор) «отдыхает». В магнитном двигателе МГ ситуация в этом отношении хуже. Но если магниты на роторе расположить с максимальной плотностью, а заботу об экономичности мотора поручить «умному» генератору прямоугольных импульсов, то можно добиться экономичности не хуже, чем у мотора Минато. Есть смысл попробовать вращать роторы не за счет сил отталкивания одноименных полюсов, а за счет притяжения разноименных полюсов на статоре и роторе. Тогда вал будет подвергаться при вращении сжатию, что позволит обеспечить мотору большую максимальную мощность, так как метал легче переносит сжатие, чем растяжение.

Минато справедливо однажды заметил, что он только использует возможности магнитного поля, как источника энергии, и ничего сам не придумывает. И удивляется, почему до него никто не додумался создать магнитный вращателя Минато. Видимо, авторитет Теслы не позволял ученым и инженером преодолеть потенциальный барьер уважения к этому гению и пересмотреть некоторые положения электротехники. А также ложно понимаемый закон сохранения энергии, который выполняется всегда, надо только, как говорят, знать хорошие места для сбора энергии, как хороший грибник знает урожайные делянки.

Энергия источника питания расходуется на создание магнитного поля электромагнита, а за то, что уже начинает творить созданное магнитное поле, батарейка никакой ответственности не несет, если только нерадивые конструкторы не заставят батарейку (сеть) расплачиваться за работу магнитного поля силой своей некомпетентности. Любая симметричная схема должна находится под подозрением, что она всегда энергозатаратна. Зато в ассиметричной схеме всегда скрыты возможности производить необходимую человеку энергию.

Чтобы читатели могли сравнить двигатель Минато и двигатель МГ, предоставляем им возможность рассмотреть некоторые схемы, показывающие конструкцию и принцип работы магнитного вращателя Минато (рис.3)

Рис.3.

Явственно видны маховик, два ротора и двухполюсный статор. На этой схеме не показана система управления, но этот нюанс работы двигателя Минато будет показан ниже.

На оригинальном магнитном вращателе Минато на роторе вместо части магнитов установлены балансиры, который согласно описанию патента можно заменять на магниты, а магниты заменять на балансиры. Это позволяет управлять мощностью мотора.

Приступим к изучению схемы управления (рис.4). Теперь уже составные части мотора можно рассмотреть более подробно. Показана система импульсного управления вращением ротора со стороны статора. Ключ 30 на FIG. 2 (обычный геркон) замыкает и размыкает цепь питания статорных обмоток, когда один из магнитов ротора подходит к нужной позиции. Батарея 42 на FIG. 4 подстраховывается внешним источником питания 44, в качестве которого может выступать солнечная батарея, стандартная электрическая сеть или иной альтернативный источник электрической энергии.

Рис.4.

 

Электромагниты статора направлены своей осью точно на центр ротора, что снижает эффективность и мощность вращателя. Но Минато нашел выход в том, что магниты ротора он разместил лесенкой под углом к радиусу. Поэтому электромагнитный импульс статора, воздействую на магнит ротора, создает силу, вектор которой направлен мимо центра ротора, что порождает момент сил и заставляет ротор вращаться. Это видно на следующем рисунке (рис.5).

Рис 5.

Но так как полюс электромагнита статора взаимодействует с полюсом магнита ротора не «лоб в лоб», а несколько сбоку, то это ведет к ослаблению силового взаимодействия и снижению мощности мотора. Но это уже плата за выбор неудачной позиции для статора. Автору (Минато) виднее. Даже и в таком случае магнитный вращатель является важным этапом в развитии альтернативной энергетики, так как позволяет человечеству избавиться от экологически вредных методов получения энергии, в том числе и электроэнергии. Вот так выглядит двигатель Минато (рис.6). Чудо, сплошная пластмасса!

Рис.6.

Что касается якобы нарушения закона сохранения энергии в двигателе Минато, как и в двигателе МГ, то с этим всё в порядке. Магниты, селеноиды (электромагниты) 12 и 14 используют ток батареи 42 исключительно для «загона» силовых магнитных линий в внутрь катушки с магнитопроводом. Причем Природа «загнанные» в катушку силовые линии заставляет вращаться в виде тора с выходом во внешнее по отношению к селеноиду пространство. Суммарная мощность магнитного потока внутри катушки и вне её равны по абсолютной величине, но противоположны по направлению. Только в катушке (магните) магнитное поле концентрировано, а во внешнем пространстве оно сильно рассеяно. Поэтому в Природе всё по нулям. А ток источника питания 42 тратится исключительно на внутреннее сопротивление и сопротивление обмотки, а также на переключение в соответствие с FIG4.

А так как мощность магнитного поля внутри катушки определяется силой тока, числом витков и магнитной проницаемостью магнитопровода, то мощность двигателя уже определяется силовым взаимодействием магнитных полей, помноженной на плечо взаимодействия. Вот он закон единства и преумножения в действии! В этом прекрасно разбирался Фарадей. Что и реализовал в одном из своих двигателей (рис.7), на котором видно огромное число витков в обмотке статора и асимметричное(!!!) расположение дискового ротора относительно полюсов статора.

Рис. 7.

Если бы Минато расположил магниты ротора строго по радиусу, даже при условии расположения одноименных полюсов по внешней окружности ротора, то его сверхединичный двигатель превратился в обычный электродвигатель с КПД меньше единицы, так как теперь уже ротор бы вращался за счет энергии источника тока, а магнитные поля статора и ротора служили бы исключительно вспомогательную роль. Чем мощнее были бы магнитные поля, тем мощнее был бы двигатель, но поля бы из-за симметричности своей формы появлялись и исчезали бы, не порождая работы, а расплачиваться за их силу пришлось бы слабой батарейке или электрической сети.

А при несимметричной схеме, как у Минато, чем мощнее магниты и электромагниты, тем мощнее магнитный вращатель. Остается посадить на ось вращателя стандартный электрогенератор подходящей мощности и можно забыть о Чубайсе и тарифах на электроэнергию.

 

Выпускаемые нашей промышленностью двигатели безтолково используют электромагнитные поля, в результате чего эти двигатели вместо работы в качестве усилителя мощности проходящего через обмотки тока, превращаются в энергозатратные механизмы с коэффициентом усиления и КПД меньше единицы. Для производства двигателей достаточно на едином роторе располагать сразу 2 типа обмоток, одни с северными полюсами наружу, а другие — с южным. Обмотки должны быть расположены лесенкой с единым наклоном по отношению к радиусу, каждый ротор должен управляться двумя статорными обмотками, северные обмотки статора должны толкать северные обмотки ротора, а южные обмотки статора – южные обмотки ротора. Статоры должны быть смещены примерно на половину радиуса, один чуть ниже оси вращения, в другой чуть выше. Расположение обмоток с южным полюсом должно копировать расположение обмоток статора с северным полюсом. Остальное, как говорится, дело техники. Пусть инженеры думают. Все варианты рассмотренных двигателей несложны и право на их производство принадлежит всему человечеству.

В связи с тем, что в магнитном двигателе МГ, так или иначе, придется в качестве статора использовать электромагнит, предлагаю вновь схему двигателя, принцип действия которого похож на принцип работы двигателя Минато, но в котором статоры смещены ассиметрично относительно оси вращения роторов (рис.8).

Рис.8.

Это позволит использовать импульсный механизм управления магнитным полем статора, расходовать экономно энергию источника дополнительного питания, в качестве которого можно задействовать часть тока с выхода спаренного электрогенератора (хитер оказался Минато, когда ввел в свою конструкцию батарейку и тем самым избежал в обвинении, что мастерит вечный двигатель, а также назвал свой двигатель магнитным вращателем). Небольшой статор позволит в нужный момент концентрировать большую плотность магнитного потока, что сделать в двигателе МГ гораздо труднее, у него поле статора сразу закручивается в тор, снижая резко плотность магнитного потока перед магнитами ротора.

Питая обмотки больших электромагнитов статора от маломощной батарейки или аккумулятора, используя их (обмотки статора) как усилители мощности источника тока, включая большие статорные электромагниты в момент подхода к ним магнитов ротора и выключая их после «ухода» магнитов ротора, можно раскручивать ротор до нужных скоростей вращения, предел которых определяется мощность магнитов и электромагнитов, вариантом (в том числе и продолжительностью) воздействия магнита статора на магнит ротора, прочностью материалов, использованных для изготовления такого магнитного вращателя.

Постоянные магниты ротора можно заменить на электромагниты, а электромагниты статора на постоянные магниты при условии, что схема управления должна остаться прежней, только электромагнит ротора меняется с магнитом статора местами в цепи управления. Вот так, разделяя процесс во времени и в пространстве, можно реализовать принцип «разделяй и властвуй» для нового типа электродвигателя, который после раскрутки будет крутить себя сам, опираясь на свойства магнитного поля, если часть энергии отбирать на подпитку источника тока для электромагнитов. И вот, как новая задача, интересная схема для любознательных (рис.9).

Рис.9.

Попробуйте из стандартного промышленного электромотора создать такой мотор, работающий по тем же принципам, что заставляет крутиться ротор в моторе Минато и МГ, т.е. быть усилителем тока статорных и роторных электромагнитов. Помните, что энергии для создания магнитных полей в селеноиде требуется меньше той работы, которую эти селеноиды могут совершить, взаимодействую между собой. Главное, создать условия для такого движения. Слабый ток оживляет гигантские дремлющие силы. Желаю удачи.

Поводя итог после анализа различных вариантов магнитных двигателей, хочу отметить, что идеальных вечных двигателей в природе не существует. В этом Французская академия наук была и остается права. Но реальные вечные двигатели не только возможны, и в этом отношении Французская академия оказалась не на высоте. Реальные вечные двигатели — есть основа фрактально организованной Вселенной, в которой в качестве базового фрактала выступает усилитель мощности. Практически каждый усилитель мощности при правильной настройке и корректном управлении превращается в реальный вечный двигатель. Таковыми является сама Вселенная, Солнце и солнечная система, Земля, живая Природа, каждое живое существо, в том числе и человек. Тратя на управление энергии меньше, чем получается на выходе, любой усилитель мощности работает в режиме самоокупаемости. И в этом нет никакого нарушения закона сохранения энергии. Конструируя любой усилитель мощности следует всегда думать о цене затрат и цене приобретения. Важно, чтобы энергия затрат всегда была меньше получаемой энергетической выгоды.

Каждый поток следует рассматривать отдельно. И когда мы научимся так поступать, то поймем, что не закон сохранения энергии самый главный во Вселенной. Самый главный закон состоит в том, что Вселенная существует в Вечном Движении, остановить которое никто и ничто, даже сама Вселенная не в состоянии. И человеку ничего не остается, кроме как использовать часть потоков Вечного Движения для реализации своих целей, желаний, потребностей и т.д. и т.п. И чтобы это осуществлять, человеку приходится применять не менее важные законы – законы управления, которые гласят, что любым мощным потоком можно управлять с помощью более слабого потока, если правильно сконструировать систему управления и подобраться к управляемому потоку под прямым углом, как снимают сливки или сметану с молока.

И природа, и человек всегда поступают примерно одинаково. Вначале находят поток для управления. Затем создают систему для управления найденным потоком. Потом находят более слабый поток для постоянного управления более мощным потоком, или после первого «запуска» системы находят возможность питать систему управления частью управляемого потока. В качестве примера можно привести два взаимосвязанных контура (кольца): кольца тока и кольца магнитного потока. Изменяя ток в кольце можно управлять величиной магнитного потока, на одно токовое кольцо можно «насадить» сразу несколько магнитных колец. Также и на магнитное кольцо можно» насадить сразу несколько одинаковых колец с током, а изменяя силу плотность магнитного потока можно изменять сразу плотность и величну тока в кольце с током. И оба кольца взаимно управляют друг другом, обеспечивая Вечное Движение. И оба кольца топологически перпендикулярны друг другу. По отношению к каждому потоку можно быть уверенным в соблюдении закона сохранения энергии, но вот по отношению управления одним потоком другим этого сказать нельзя, если не учитывать всю полноту связей во всей Вселенной. Мир не плоский, Мир многомерный и мыслить надо объемными категориями усилителей и потоков, а не плоских цифр.

В очередной раз хочу напомнить, что торговать энергией – себе в убыток, так как покупатель, используя вращатели типа Минато или МГ, будут энергетически жиреть и экономически богатеть, а продавец, т.е. мы, рискует остаться без штанов, если вовремя не успеет начать выпуск двигателей по схеме Минато, МГ или по схеме, показанной на рис.8.

Теперь только вперед! Энергию можно добывать не только из нефти и газа. Океаны энергии можно получать, опираясь на силу Архимеда, силу тяготения, электростатику или магнетизм. Пусть олигархи, да и наше государство тоже, подавятся своей нефтью и газом. Пусть чахнут над златом, рублями и долларами – этой туалетной бумагой сатаны. Мы всегда сможем найти другие альтернативные источники энергии, более мощные и экологичные, чтобы обеспечить с их помощью достойную жизнь себе и своим детям. Не надо ждать милости от олигархов и государства. Их надо заставить принять в качестве универсального денежного стандарта энергетический стандарт в виде кватт*часа или джоуля. И тогда вся мировая экономика и финансовая система обретут точку опоры, которой им так не хватает сейчас. Поэтому и плаваем в финансовой и экономической невесомости, при которых богатые становятся еще богаче, а бедные – беднее. И медленно дрейфуем в новой мировой войне. Природа предоставляет огромный выбор для тех, кто ищет и находит выход из, казалось бы, безвыходной ситуации. Нужно только смотреть на мир детскими глазами и не бояться назвать голого короля голым.

 

5 октября 2007 года.

Двигатель с постоянным магнитом — обзор

6.5.3 Шаговый двигатель

Шаговый двигатель или шаговый двигатель производит вращение на равные углы, так называемые шагов , для каждого цифрового импульса, подаваемого на его вход. Например, если с таким двигателем 1 входной импульс вызывает вращение на 1,8 °, то 20 входных импульсов будут производить вращение на 36,0 °, 200 входных импульсов — на один полный оборот на 360 °. Таким образом, его можно использовать для точного углового позиционирования.При использовании двигателя для привода непрерывного ремня угловое вращение двигателя преобразуется в линейное движение ремня, что позволяет достичь точного линейного позиционирования. Такой двигатель используется с компьютерными принтерами, плоттерами x y , роботами, станками и широким спектром инструментов для точного позиционирования.

Существует два основных типа шаговых двигателей: с постоянным магнитом типа с ротором с постоянным магнитом и с переменным магнитным сопротивлением типа с ротором из мягкой стали.На рисунке 6.35 показаны основные элементы типа постоянного магнита с двумя парами полюсов статора.

Рисунок 6.35. Основные принципы работы шагового двигателя с постоянным магнитом (2-фазный) с шагом 90 °.

Каждый полюс двигателя с постоянными магнитами активируется током, проходящим через соответствующую обмотку возбуждения, причем катушки устроены так, что противоположные полюса образуются на противоположных катушках. Ток подается от постоянного тока. источник к обмоткам через переключатели. С токами, коммутируемыми через катушки таким образом, чтобы полюса были такими, как показано на рисунке 6.35, ротор переместится в линию со следующей парой полюсов и остановится там. Для рисунка 6.35 это будет угол 45 °. Если затем переключить ток так, чтобы полярность поменялась, ротор переместится на ступеньку, чтобы выровняться со следующей парой полюсов под углом 135 ° и остановится на этом. Полярности, связанные с каждым шагом:

Шаг Полюс 1 Полюс 2 Полюс 3 Полюс 4
1 Север Юг Юг Север
2 Юг Север Юг Север
3 Юг Север Север Юг
4 Север Юг Север Юг
5 Повторение шагов 1–4

Таким образом, в этом случае есть четыре возможных положения ротора: 45 °, 135 °, 225 ° и 315 °.

На рис. 6.36 показана основная форма шагового двигателя с переменным сопротивлением типа . Ротор такой формы изготовлен из мягкой стали и не является постоянным магнитом. Ротор имеет несколько зубцов, меньшее, чем количество полюсов статора. Когда противоположная пара обмоток на полюсах статора коммутирует ток, создается магнитное поле с силовыми линиями, которые проходят от полюсов статора через ближайший набор зубцов на роторе. Поскольку силовые линии можно рассматривать скорее как эластичную нить, которая всегда пытается укоротиться, ротор будет двигаться до тех пор, пока зубья ротора и полюса статора не совпадут.Это называется положением минимального сопротивления. Таким образом, переключая ток на последовательные пары полюсов статора, ротор можно заставить пошагово вращаться. При количестве полюсов и зубцов ротора, показанном на рисунке 6.36, угол между каждым последующим шагом будет 30 °. Угол можно уменьшить, увеличив количество зубцов на роторе.

Рисунок 6.36. Основные принципы работы трехфазного шагового двигателя с переменным сопротивлением.

Существует еще одна версия шагового двигателя — гибридный шаговый двигатель .Он сочетает в себе особенности двигателей с постоянным магнитом и электродвигателя с переменным сопротивлением. У них есть ротор с постоянным магнитом, заключенный в железные колпачки, на которых есть зубья. Ротор устанавливается в положение с минимальным сопротивлением в ответ на включение пары катушек статора.

Ниже приведены некоторые из терминов, обычно используемых при описании шаговых двигателей:

1.

Фаза

Это количество независимых обмоток на статоре, т.е.г. четырехфазный мотор. Требуемый ток для каждой фазы, ее сопротивление и индуктивность будут указаны таким образом, чтобы был указан коммутационный выход контроллера. На рис. 6.35 показан пример двухфазного двигателя, такие двигатели, как правило, используются в легких приложениях. Рисунок 6.36 представляет собой пример трехфазного двигателя. Четырехфазные двигатели обычно используются для приложений с более высокой мощностью.

2.

Угол шага

Это угол, на который ротор поворачивается за одно переключение для катушек статора.

3.

Удерживающий момент

Это максимальный крутящий момент, который может быть приложен к двигателю с приводом, не перемещая его из положения покоя и вызывая вращение шпинделя.

4.

Момент втягивания

Это максимальный крутящий момент, с которым двигатель запускается при заданной частоте импульсов и достигает синхронизма без потери шага.

5.

Момент отрыва

Это максимальный крутящий момент, который может быть приложен к двигателю, работающему с заданной частотой шагов, без потери синхронизма.

6.

Скорость втягивания

Это максимальная частота переключения или скорость, с которой нагруженный двигатель может запускаться без потери шага.

7.

Скорость отрыва

Это частота переключения или скорость, с которой нагруженный двигатель будет оставаться в синхронном состоянии, поскольку частота переключения уменьшается.

8.

Диапазон поворота

Это диапазон скоростей переключения между втягиванием и отрывом, в котором двигатель работает синхронно, но не может запускаться или реверсировать.

На рисунке 6.37 показаны общие характеристики шагового двигателя.

Рисунок 6.37. Характеристики шагового двигателя.

Шаговый двигатель с переменным сопротивлением не содержит магнита, что помогает сделать его более дешевым и легким, а также более быстрым ускорением. Однако это отсутствие магнита означает, что, когда на него не подается питание, нет ничего, что могло бы удерживать ротор в фиксированном положении. Двигатель с постоянным магнитом обычно имеет больший угол шага, 7,5 ° или 15 °, чем двигатель с переменным сопротивлением.Гибридный двигатель обычно имеет 200 зубцов ротора и вращается с шагом 1,8 °. Они обладают высоким статическим и динамическим крутящим моментом и могут работать с очень высокой частотой шагов. Как следствие, они очень широко используются.

Для приведения в действие шагового двигателя, чтобы он действовал шаг за шагом для обеспечения вращения, требуется, чтобы каждая пара катушек статора включалась и выключалась в требуемой последовательности, когда вход представляет собой последовательность импульсов (рисунок 6.38). Имеются схемы драйверов, обеспечивающие правильную последовательность и рисунок 6.39 показан пример SAA1027 для четырехфазного униполярного шагового двигателя. Двигатели обозначаются как униполярные, , если они подключены так, что ток может течь только в одном направлении через любую конкретную клемму двигателя, биполярный , если ток может течь в любом направлении через любую конкретную клемму двигателя. Шаговый двигатель будет вращаться на один шаг каждый раз, когда вход триггера меняется с низкого на высокий. Двигатель вращается по часовой стрелке при низком входном вращении и против часовой стрелки при высоком.Когда установленный вывод становится низким, выход сбрасывается. В системе управления эти входные импульсы могут подаваться микропроцессором.

Рисунок 6.38. Вход и выход для системы привода шагового двигателя.

Рисунок 6.39. Схема драйвера SAA1027 для 4-фазного шагового двигателя 12 В.

Некоторые приложения требуют очень малых углов шага. Хотя угол шага можно сделать небольшим за счет увеличения количества зубцов ротора и / или количества фаз, обычно более четырех фаз и 50–100 зубцов не используются.Вместо этого используется метод, известный как мини-шаг , при котором каждый шаг делится на ряд подшагов равного размера с использованием разных токов в катушках, так что ротор перемещается в промежуточные положения между нормальными положениями шага. Например, этот метод можно использовать для разделения шага 1,8 ° на 10 равных шагов.

В разделе 4.4.2 показано применение шагового двигателя для управления положением инструмента. Данные производителя для шагового двигателя включают: 12 В, 4-фазный, униполярный, угол шага 7.5 °, подходящий драйвер SAA1027.

Пример

Шаговый двигатель должен использоваться для привода каретки принтера через систему ремня и шкивов (рис. 6.40). Лента должна перемещать массу в 500 г, которая должна набирать скорость 0,2 м / с за время 0,1 с. Трение в системе означает, что для перемещения каретки требуется постоянное усилие в 2 Н. Шкивы имеют эффективный диаметр 40 мм. Определите требуемый момент втягивания.

Рисунок 6.40. Пример.

Сила F , необходимая для ускорения массы, составляет

F = ma = 0,500 × (0,2 / 0,1) = 1,0 Н.

Общая сила, которую необходимо преодолеть, складывается из вышеуказанной силы и силы трения. Таким образом, общая сила, которую необходимо преодолеть, составляет 1,0 + 2 = 3 Н.

Эта сила действует в радиусе 0,020 м, поэтому крутящий момент, который необходимо преодолеть для запуска, то есть крутящий момент втягивания, составляет

крутящий момент = сила × радиус = 3 × 0,020 = 0,06 Нм

Индукция Vs. КПД двигателя с постоянным магнитом

Поскольку электрификация автомобилей продолжается ускоренными темпами, многие задаются вопросом, какой тип двигателя лучше всего подходит для современной электрической трансмиссии.

Может быть трехфазный асинхронный двигатель или двигатель с постоянными магнитами? Оба мотора в настоящее время используются в электромобилях. Оба предлагают высокую эффективность и хорошую производительность. Но что лучше?

Существует веских аргументов в пользу того, что двигатель с постоянными магнитами лучше , чем асинхронный двигатель. Неотъемлемые преимущества порошковой металлургии — потенциал для повышения производительности двигателя и снижения общей стоимости — могут быть эффективным инструментом при производстве этих приводных систем.

Давайте проведем несколько сравнений эффективности асинхронных двигателей с двигателями с постоянными магнитами, чтобы увидеть их преимущества и потенциальные недостатки. Мелкие детали конструкции электродвигателя более сложны, чем описано ниже, но это отличное начало для тех, кто взвешивает свои варианты.

КПД двигателя с постоянным магнитом

Как следует из названия, электромотор с постоянными магнитами использует постоянные магниты на роторе (см. Рисунок ниже). Переменный ток, приложенный к статору, приводит к вращению ротора.Поскольку магниты постоянно намагничены, ротор может работать синхронно с коммутируемым переменным током. Устранено проскальзывание, необходимое в асинхронных двигателях, повышает тепловую эффективность.

Собственный КПД двигателя с постоянными магнитами выше, чем у асинхронного двигателя. Оба двигателя имеют трехфазную конструкцию благодаря полностью оптимизированной производительности. Однако асинхронные двигатели были разработаны для работы в основном на частоте 60 Гц. При увеличении частоты потери на вихревые токи в асинхронных двигателях будут намного больше, чем в двигателях с постоянными магнитами, использующих технологию порошкового металла.

Независимо от того, как вы изгибаете или формируете асинхронный двигатель, хорошо спроектированный синхронный двигатель с постоянными магнитами обеспечит увеличенный диапазон, лучшую производительность и т. Д.

Использование материалов двигателя с постоянным магнитом

В постоянном магните ротор теперь может быть сплошной деталью, например, из магнитного материала порошковой металлургии, полученного методом прессования и спекания. Вы можете спроектировать ротор таким образом, чтобы магниты были приклеены к внешнему диаметру или заключены в ротор, как показано ниже:

( Сравнение асинхронного двигателя переменного тока идвигатель с постоянными магнитами)

Необязательно изготавливать из листовой электротехнической стали! Ротор из порошкового металла может иметь прорези, которые вы видите на изображении выше, разработанные за счет чистой формы порошкового металла, что устраняет любую необходимость в дорогостоящей механической обработке. Используя спеченный магнитомягкий материал, силовой металлический ротор для двигателя с постоянными магнитами может достигать прочности, аналогичной конкурирующим процессам.

Однако индукционный ротор по-прежнему требует штамповки и ламинирования.В процессе штамповки образуется гораздо больше отходов, чем при порошковой металлургии.

Использование постоянных магнитов в двигателях

Постоянный двигатель мощностью 50 кВт (около 70 л.с.) обычно весит менее 30 фунтов. (Обратите внимание, что вам все равно понадобится инвертор постоянного тока в переменный, чтобы генерировать достаточное напряжение и частоту.)

В автомобильной промышленности используются двигатели с постоянными магнитами, включая Chevy Volt (производство прекращено), Chevy Bolt и Tesla Model 3.

  • Chevy Bolt — это конструкция мощностью 200 л.с. с магнитами внутри ротора.В нем используется односкоростной редуктор с соотношением 7,05: 1 для привода колес. Общедоступных оценок веса нет.
  • Tesla Model 3 также использует двигатель с постоянными магнитами. Доступно очень мало деталей, но ходят слухи, что магниты расположены в виде массива Halback. Этот массив фокусирует магнитные линии потока для полной оптимизации производительности.

Скорость двигателя с постоянными магнитами такая же, как и у его индукционного аналога:

  • Ns = 120 * частота / количество полюсов

(Ns — синхронная скорость.Число полюсов — это общее число полюсов на фазу, включая северный и южный полюса.)

Помните, ротор не будет скользить относительно рабочей частоты статора.

Стоимость против. Производительность

Одним из основных факторов, влияющих на двигатели с постоянными магнитами, является стоимость магнитов. Если вы использовали высокоэнергетические магниты (такие как железо, неодим, бор), вы почувствовали боль в своем бюджете (или у вашего начальника). Потенциальные потери при штамповке ламинирующего материала только усугубляют проблему.

Возможности для порошковой металлургии в этих типах двигателей изобилуют. Роторы двигателя с постоянными магнитами могут быть изготовлены из спеченного порошкового металла, независимо от того, выбираете ли вы внутреннюю или внешнюю конструкцию. Статор также может быть изготовлен из магнитомягких композитов. При ожидаемых высоких частотах переключения потери в SMC ниже, чем в ламинированном 3% кремниевом железе , что еще больше повышает эффективность этой конструкции. Проще говоря, магнитомягкие композиты созданы специально для высоких частот.

Металлический порошок может повысить эффективность двигателя с постоянными магнитами по сравнению с асинхронным двигателем. Возможности порошковой металлургии создавать трехмерные формы позволяют формировать статор так, чтобы весь провод был полностью покрыт магнитомягким композитом, чтобы исключить потери на конце витка. .

Это некоторые из многих преимуществ, которые предлагает металлический порошковый металл — как спеченные магнитомягкие материалы, так и SMC.

(Кривая КПД двигателя с постоянным магнитом в зависимости отасинхронные двигатели. Эта диаграмма характеристик была разработана для частоты сети около 60 Гц. Ожидайте, что по мере увеличения частоты производительность станет еще лучше. График любезно предоставлен Empowering Pumps & Equipment )

Вышеупомянутое обсуждение было сосредоточено на рассмотрении двигателей с постоянными магнитами, в которых используются конструкции статора, аналогичные тем, которые используются в асинхронных двигателях переменного тока. Однако было сделано основных разработок в конструкции двигателей нового типа , в которых также используются постоянные магниты для повышения эффективности электродвигателя.

Linear Labs разработала новую схему двигателей, сочетающую высокую эффективность с прочной конструкцией. Это устраняет некоторые из дорогих редкоземельных магнитов, с которыми вы привыкли годами.

Мы думаем, что двигатели с постоянными магнитами — это волна будущего. Для полноты картины давайте теперь посмотрим на конструкцию асинхронного двигателя, с которой работают 90% инженеров.

КПД трехфазного асинхронного двигателя переменного тока

Никола Тесла изобрел асинхронный двигатель в 1883 году.По сути, это та же базовая конструкция статора, что и у постоянного двигателя, но без постоянных магнитов.

Его основной принцип работы заключается в том, что магнитное поле, создаваемое в статоре, создает встречный ток в стержнях ротора. Индуцированный ток ротора затем создает магнитное поле в пластинах ротора. Это противоположное поле заставляет ротор вращаться — при переключении тока статора ротор всегда отстает и заставляет ротор вращаться.

Преимущества этого индуцированного магнитного поля заключаются в том, что не нужны ни щетки, ни обмотка ротора.Двигатели этого типа:

  • Надежный
  • Прочный
  • Низкие эксплуатационные расходы

Выше представлена ​​типичная конфигурация асинхронного двигателя. Обратите внимание, что ротор имеет пластинки в сердечнике и электропроводящий материал (медь или алюминий) в пазах ротора, так называемых стержнях ротора.

Для большинства промышленных применений (более 1 л.с.) и автомобильных трансмиссий трехфазный асинхронный двигатель является наиболее распространенным явлением.В этой конструкции три фазы обернуты вокруг статора таким образом, чтобы обеспечить более плавную работу и высокий КПД. Трехфазные двигатели переменного тока самозапускаются при подаче напряжения на обмотки статора. Во многих случаях так называемые стержни ротора расположены под углом для увеличения крутящего момента.

Эффективность асинхронного двигателя переменного тока на практике

Трехфазное использование в промышленных приложениях относительно просто, поскольку входящее напряжение уже трехфазное. Однако в автомобильной промышленности вам необходимо преобразовать мощность постоянного тока аккумулятора в трехфазный переменный ток.Это происходит через преобразователь постоянного тока в переменный.

В асинхронных двигателях переменного тока необходимо учитывать скорость ротора относительно входящей частоты переменного тока. Первоначально это определяется так называемой синхронной скоростью. Для асинхронного двигателя переменного тока синхронная скорость рассчитывается следующим образом:

  • Ns = 120 * частота / количество полюсов

(Помните, что Ns — это синхронная скорость. Число полюсов — это общее число полюсов на фазу, включая как северный, так и южный полюса.)

Для двухполюсного асинхронного двигателя переменного тока, работающего при 60 Гц, синхронная скорость двигателя будет 3600 об / мин. Однако, если бы в этой конфигурации ротор вращался со скоростью 3600 об / мин, у вас был бы нулевой крутящий момент от двигателя. В идеале должно быть некоторое проскальзывание ротора относительно частоты; обычно это около 5%. Таким образом, эти двигатели считаются асинхронными двигателями.

КПД трехфазных асинхронных двигателей может варьироваться от 85% до 96%. См. Таблицу ниже для зависимости крутящего момента отсоскальзывать.

(Типичный крутящий момент в зависимости от скольжения для асинхронных двигателей переменного тока — любезно предоставлено All About Circuits )

Асинхронные двигатели мощностью 50–100 л.с. для промышленного применения различаются по массе от 700 до почти 1000 фунтов. Слишком тяжелый для автомобильного применения, не так ли?

Утверждается, что некоторые модели асинхронных двигателей Tesla весят всего 70 фунтов. и может генерировать 360 л.с. при 18 000 об / мин. Общий вес двигателя и инвертора составляет около 350 фунтов.- все еще намного легче, чем средний двигатель внутреннего сгорания.

Этот двигатель представляет собой трехфазную конструкцию с восемью полюсами на фразу, что означает, что частота переменного тока, используемая для выработки этой мощности, составляет около 1200 Гц. На этих рабочих частотах вихретоковый нагрев ламинирующего материала будет довольно высоким. Этот автомобильный двигатель Tesla требует значительного охлаждения, чтобы не допустить его перегрева. Также немного иронично, что GM дебютировала в своем автомобиле EV1 в середине 90-х с асинхронным двигателем, который был ограничен тем фактом, что он использовал свинцово-кислотные батареи вместо литий-ионных батарей.

Стоимость асинхронных двигателей

Ключевым преимуществом асинхронных двигателей переменного тока для электромобилей является стоимость. Они относительно дешевы в сборке.

В индукционных конструкциях

переменного тока используются стальные пластины как в статоре, так и в роторе; их можно штамповать почти одновременно из одного листа материала. Другими словами, процент брака намного ниже, чем у вашей средней работы по штамповке.

Однако уникальный дизайн автомобильного мотора Tesla немного дороже.Трудно найти точную цену в Интернете, но вариант с полным приводом для Tesla добавляет около 4000 долларов к общей стоимости автомобиля. Вы также должны учитывать повышенные требования к охлаждению на этих высоких частотах переменного тока.

Индукция против. Эффективность двигателя с постоянным магнитом: победитель …

Несмотря на преимущества использования магнитомягких материалов в двигателе с постоянными магнитами (SMC не играют роли в индукционных конструкциях), выбор типа двигателя для вашей трансмиссии затруднен.У каждого есть свои преимущества и недостатки.

Несмотря на то, что асинхронный двигатель переменного тока был впервые разработан более 100 лет назад, он по-прежнему жизнеспособен благодаря повышению эффективности и производительности в 20-м и 21-м веках. Двигатель с постоянными магнитами — относительная новинка, но обещает более высокую производительность и, возможно, меньший вес.

Основным камнем преткновения для двигателей с постоянными магнитами является потенциально высокая стоимость магнитов. К счастью, на горизонте есть многообещающие разработки, которые могут устранить этот недостаток.

Мы пользуемся услугами уважаемого дизайнера двигателей, чтобы помочь клиентам в реализации подобных проектов. Если вам нужна помощь в разработке компонентов, чтобы в полной мере использовать весь потенциал порошковой металлургии для магнитных приложений переменного или постоянного тока, посетите наш новый ресурсный центр или свяжитесь с нами!

Motor & Motion College — Разработка двигателей постоянного тока с постоянными магнитами

О курсе

Этот курс был разработан, чтобы научить участников:

  • вычислить мощность двигателя
  • выберите размер двигателя и материалы
  • анализировать проблемы с производительностью двигателя
  • снизить затраты на проектирование и производство и повысить оперативность рыночных требований

Об инструкторе

Брэд Фрустальо — вице-президент по инженерным вопросам в Yeadon Energy Systems.Он выпускник Мичиганского технологического университета и зарегистрированный профессиональный инженер. Он имеет 15-летний опыт работы с YES ™ в качестве разработчика электродвигателей, тестировщика электродвигателей и разработчика программного обеспечения.

Г-н Фрустальо является членом A3 и соавтором Справочника по малым электродвигателям. Он постоянный разработчик программного обеспечения и инструктор программного обеспечения YES, инструмента для проектирования электродвигателей. Он имеет опыт проектирования в области BLDC, PMSM, одно- и многофазной индукции переменного тока, шаговых, универсальных двигателей, двигателей с постоянным постоянным током, линейных приводов и специальных электромагнитных устройств.Его опыт проектирования включает в себя множество приложений для бытовой техники, промышленности, автомобильных аксессуаров, тяговых автомобилей, медицинских, аэрокосмических и специальных высокотемпературных двигателей и приводов.

Все курсы включают справочные материалы, которые можно взять домой!

Обучите группу своих сотрудников дешевле, чем их отправка на обучение, и делайте это в соответствии с вашим собственным оптимальным графиком.

Заинтересованы в обучении на дому?

Сообщите нам об интересующем вас тренинге, и мы подготовим ваше предложение!

Запросить предложение

Синхронный двигатель с постоянными магнитами (PMSM)

Field Oriented Control (FOC) — это метод управления двигателем для генерации трехфазных синусоидальных сигналов, которыми можно легко управлять по частоте и амплитуде, чтобы минимизировать ток, что, в свою очередь, означает максимизировать эффективность.Основная идея состоит в том, чтобы преобразовать трехфазные сигналы в два сигнала фиксации ротора и наоборот.

Основная идея заключается в преобразовании трехфазных дискретизированных токовых сигналов в два фиксированных сигнала ротора и наоборот. В системе отсчета с фиксированным ротором токи можно рассматривать как стационарные значения, и ими легко управлять. Используя обратное вращение вектора, генерируемые контроллером опорные напряжения могут быть возвращены вращающемуся вектору в опорной системе статора. Преобразование от трехфазной системы к двухфазной системе называется преобразованием Кларка, тогда как преобразование от стационарной к вращающейся двухфазной системе называется преобразованием Парка.

Обратная связь по положению ротора и скорости ротора требуется для управления двигателем FOC. Обратная связь может поступать от ВОК без датчиков или от ВОК с датчиками.

  • Бездатчиковый FOC определяет положение и скорость ротора на основе моделирования двигателя, напряжения, приложенного к фазам двигателя, и тока в трех фазах двигателя.
  • FOC с датчиками определяет положение ротора и скорость ротора с помощью датчиков ротора, таких как датчики Холла или энкодер.

Обратная связь по фазным токам может быть измерена в фазе двигателя, в шунте ноги или шунте звена постоянного тока на полевом МОП-транзисторе нижнего уровня.

Семейство микроконтроллеров

XMC ™ идеально подходит в качестве контроллера для различных типов двигателей, таких как синхронные двигатели с постоянным магнитом (PMSM), бесщеточные двигатели постоянного тока (BLDC), асинхронные двигатели переменного тока (ACIM), серводвигатели и щеточные двигатели постоянного тока. Наша бесплатная и простая в использовании интегрированная среда разработки (IDE) DAVE ™ поставляется с большим количеством предварительно определенных, настраиваемых и протестированных программных блоков (DAVE ™ APP), предназначенных для конкретных приложений, что позволяет быстро создавать прототипы и разрабатывать приложения.

В этом приложении для программного обеспечения XMC1000 измерение фазного тока ожидается от шунта ноги или шунта DC-Link.

В бессенсорное программное обеспечение PMSM FOC включено множество инноваций и уникальных функций Infineon, например:

  • Оптимизированный FOC (без обратного парковочного преобразования, самая низкая стоимость за счет исключения внешнего операционного усилителя)
  • SVM с псевдонулевыми векторами (PZV), для измерения тока через один шунт
  • MET (отслеживание максимальной эффективности) для плавного перехода от разомкнутого контура U / f к замкнутому контуру FOC
  • PLL Estimator, бессенсорный механизм обратной связи, который требует только одного параметра двигателя — индуктивности статора L, для обратной связи по скорости и положению ротора (скорость ротора и обратная связь по положению двигателя определяются в программной библиотеке PLL Estimator.Эта библиотека содержит запатентованный IP-адрес Infineon и предоставляется в виде скомпилированного файла libPLL_Estimator.a.)
Типы двигателей постоянного тока

| Шунтирующий, последовательный, составной двигатель постоянного тока с постоянным магнитом

Четыре основных типа двигателей постоянного тока — это двигатели постоянного тока, параллельные двигатели постоянного тока, комбинированные двигатели постоянного тока и двигатели постоянного тока с постоянными магнитами. См. Рис. 1. Эти двигатели постоянного тока имеют схожий внешний вид, но различаются по внутренней конструкции и выходным характеристикам.

Рисунок 1. Четыре основных типа двигателей постоянного тока Диаграммы: двигатели постоянного тока, параллельные двигатели постоянного тока, составные двигатели постоянного тока и двигатели постоянного тока с постоянными магнитами.

TECH FACT

Выводы якоря двигателя постоянного тока обозначены A1 A2, выводы шунтирующего поля обозначены F1 и F2, а последовательные выводы поля обозначены S1 и S2. Когда выводы двигателя постоянного тока подключены к источнику постоянного тока, A1, F1 и S1 обычно подключаются ближе всего к положительной стороне питания, а A2, F2 и S2 подключаются ближе всего к стороне отрицательной мощности.

Двигатель постоянного тока

Двигатель постоянного тока — это двигатель постоянного тока, у которого последовательное поле соединено последовательно с якорем. Поле должно проводить ток нагрузки, проходящий через якорь. В поле относительно мало витков толстого провода.

Провода, выходящие из последовательной катушки, имеют маркировку S1 и S2. Провода, идущие от якоря, имеют маркировку А1 и А2. См. Рисунок 2.

Рисунок 2. Двигатель постоянного тока (принципиальная схема) — это двигатель с полем, подключенным последовательно с якорем.

Характеристики двигателя постоянного тока

Двигатель постоянного тока обеспечивает высокий пусковой момент. См. Рисунок 3. Обмотка возбуждения (последовательное поле) двигателя подключена последовательно с якорем.

Несмотря на плохое регулирование скорости, двигатель постоянного тока обеспечивает очень высокий пусковой момент и идеально подходит для приложений с большой пусковой нагрузкой. Применения включают краны, подъемники, электрические автобусы, трамваи, железные дороги и другие приложения для тяжелой тяги.

Рис. 3. Кривая скорости вращения крутящего момента двигателя постоянного тока A

Крутящий момент, создаваемый двигателем, зависит от силы магнитного поля двигателя . Сила магнитного поля зависит от силы тока, протекающего через последовательное поле.

Величина тока, протекающего через двигатель, зависит от размера нагрузки. Чем больше нагрузка, тем больше ток.

Любое увеличение нагрузки увеличивает ток как в якоре, так и в последовательном поле, потому что якорь и поле соединены последовательно.Этот увеличенный ток — это то, что обеспечивает двигатель постоянного тока с высоким выходным крутящим моментом.

Серии DC Скорость крутящего момента двигателя Характеристики

В двигателях серии DC скорость изменяется быстро при изменении крутящего момента.

Когда крутящий момент высокий, скорость низкая; а при высокой скорости крутящий момент низкий. Это происходит из-за значительного увеличения магнитного потока, поскольку увеличенный ток (создаваемый нагрузкой) протекает через последовательное поле. Этот увеличенный поток создает большую противодействующую электродвижущую силу, которая значительно снижает скорость двигателя.

По мере снятия нагрузки двигатель быстро увеличивает скорость. Без нагрузки двигатель неконтролируемо набирал скорость. В некоторых случаях скорость может стать достаточно большой, чтобы повредить двигатель. По этой причине последовательный двигатель постоянного тока всегда должен подключаться непосредственно к нагрузке, а не через ремни, цепи и т. Д.

Управление скоростью последовательного двигателя постоянного тока

Скорость последовательного двигателя постоянного тока регулируется путем изменения приложенного напряжения. . Хотя регулирование скорости последовательного двигателя не так хорошо, как регулирование скорости параллельного двигателя, не для всех приложений требуется хорошее регулирование скорости.

Преимущество высокого выходного крутящего момента перевешивает хорошее регулирование скорости в определенных приложениях, таких как стартер в автомобиле.

Параллельный двигатель постоянного тока

Параллельный двигатель постоянного тока — это двигатель постоянного тока, в котором поле подключено шунтирующим образом (параллельно) к якорю.

Провода, выходящие из поля шунтирования двигателя постоянного тока, имеют маркировку F1 и F2. Обмотки якоря имеют маркировку А1 и А2. См. Рисунок 4.

Рисунок 4. Шунтирующий двигатель постоянного тока (принципиальная электрическая схема) — это двигатель с полем, соединенным шунтом (параллельно) с якорем.

Поле имеет множество витков провода, и ток в поле не зависит от якоря, обеспечивая шунтирующий двигатель постоянного тока с отличным контролем скорости.

Шунтирующее поле может быть подключено к тому же источнику питания, что и якорь, или может быть подключено к другому источнику питания.

Самовозбуждающееся шунтирующее поле — это шунтирующее поле, подключенное к тому же источнику питания, что и якорь. Отдельно возбуждаемое шунтирующее поле — это шунтирующее поле, подключенное к другому источнику питания, чем якорь.

Шунтирующие двигатели постоянного тока Приложения

Параллельные двигатели постоянного тока используются там, где требуется постоянная или регулируемая скорость и средние условия запуска.

Типичные области применения: вентиляторы, нагнетатели, центробежные насосы, конвейеры, подъемники, деревообрабатывающее и металлообрабатывающее оборудование.

Характеристики параллельного двигателя постоянного тока

В параллельном двигателе постоянного тока, если напряжение на якорь уменьшается, скорость также уменьшается. Если напряженность магнитного поля уменьшается, двигатель ускоряется.

Шунтирующие двигатели постоянного тока ускоряются за счет уменьшения напряженности шунтирующего поля, поскольку при меньшей напряженности поля в якоре создается меньшая противодействующая электродвижущая сила. Когда противодействующая электродвижущая сила уменьшается, ток якоря увеличивается, вызывая увеличение крутящего момента и скорости.

Для управления скоростью шунтирующего двигателя постоянного тока изменяется напряжение на якорь или ток возбуждения шунта. См. Рисунок 5.

Рисунок 5. Для управления скоростью шунтирующего двигателя постоянного тока напряжение на якорь изменяется по мере изменения тока шунтирующего поля.

Регулировка скорости параллельного двигателя постоянного тока

Полевой реостат или реостат якоря используется для регулировки скорости параллельного двигателя постоянного тока. См. Рисунок 6.

Реостат используется для увеличения или уменьшения напряженности поля или якоря. После установки напряженности поля она остается постоянной независимо от изменений тока якоря.

По мере увеличения нагрузки на якорь ток якоря и крутящий момент двигателя увеличиваются. Это замедляет якорь, но уменьшение противодействующей электродвижущей силы (CEMF) одновременно позволяет еще больше увеличить ток якоря и, таким образом, возвращает двигатель к установленной скорости.Двигатель работает с довольно постоянной скоростью при любой настройке управления.

Рисунок 6. Полевой реостат или реостат якоря используется для регулировки скорости шунтирующего двигателя постоянного тока.

Характеристики крутящего момента и скорости параллельного двигателя постоянного тока

Параллельный двигатель постоянного тока имеет относительно высокий крутящий момент на любой скорости. Крутящий момент двигателя прямо пропорционален току якоря. По мере увеличения тока якоря увеличивается и крутящий момент двигателя, только с небольшим падением скорости двигателя.

Составной двигатель постоянного тока

Составной двигатель постоянного тока — это двигатель постоянного тока с полем, подключенным последовательно и шунтирующим с якорем.

Катушка возбуждения представляет собой комбинацию последовательного поля (S1 и S2) и шунтирующего поля (F1 и F2). См. Рисунок 7.

Рисунок 7. Составной двигатель постоянного тока (принципиальная схема) — это двигатель с полем, соединенным последовательно и шунтирующим с якорем.

Составной двигатель постоянного тока Характеристики

Последовательное поле соединено последовательно с якорем.Шунтирующее поле подключается параллельно комбинации последовательного поля и якоря.

Такое расположение дает двигателю преимущества последовательного двигателя постоянного тока (высокий крутящий момент) и параллельного двигателя постоянного тока (постоянная скорость). См. Рис. 8.

Рис. 8. Кривая характеристик крутящего момента составного двигателя постоянного тока A

Применение составного двигателя постоянного тока Составные двигатели постоянного тока

используются, когда требуются высокий пусковой момент и постоянная скорость.Типичные области применения включают пробивные прессы, ножницы, гибочные станки и подъемники.

Управление скоростью комбинированного двигателя постоянного тока

Управление скоростью достигается в составном двигателе постоянного тока путем изменения силы тока шунтирующего поля или изменения напряжения, подаваемого на якорь. Это достигается с помощью контроллера, в котором используются резисторы для уменьшения приложенного напряжения, или с помощью источника переменного напряжения.

Двигатель постоянного тока с постоянными магнитами

Двигатель постоянного тока с постоянными магнитами — это двигатель, в котором в качестве полюсов поля используются магниты, а не обмотка.

Двигатели постоянного тока с постоянными магнитами имеют формованные магниты, установленные в стальной корпус. Постоянные магниты — это катушки возбуждения. Питание постоянного тока подается только на якорь. См. Рисунок 9.

Рисунок 9. Двигатель с постоянными магнитами постоянного тока (принципиальная схема) использует магниты, а не обмотку для полюсов поля.

Применение двигателей постоянного тока с постоянными магнитами

Двигатели с постоянными магнитами постоянного тока используются в автомобилях для управления сиденьями с электроприводом, электрическими стеклоподъемниками и дворниками.

Характеристики двигателя с постоянным магнитом постоянного тока

Двигатели с постоянным магнитом постоянного тока вырабатывают относительно высокий крутящий момент на низких скоростях и обеспечивают некоторое самоторможение при отключении питания. Не все двигатели постоянного тока с постоянными магнитами предназначены для непрерывной работы из-за быстрого перегрева. Перегрев разрушает постоянные магниты.

Двигатель с постоянными магнитами: техническое обслуживание (часть 2)



(продолжение из части 1)

6. Мониторинг состояния

По мере усложнения электромеханического привода затраты на его обслуживание поднимается.Мониторинг состояния может предсказать, когда электромеханический привод выйдет из строя и существенно снизит стоимость обслуживания, в том числе ремонт. Электродвигатели — наиболее уязвимые компоненты электрических приводных систем (см. Таблицу 1), поэтому их состояние и раннее обнаружение неисправностей ключевой.

Контроль состояния электродвигателей должен производиться в режиме онлайн с помощью датчиков, установленных снаружи, например, трансформаторов тока, акселерометров, датчики температуры, поисковые катушки и др.без изменения конструкции двигателя, перестановка его частей или изменение его номинальных параметров. Следующее Возможные методы:

• слуховой и визуальный мониторинг

• измерения операционных переменных

• текущий мониторинг

• вибромониторинг

• датчик осевого потока

Звуковой и визуальный мониторинг требует высококвалифицированного инженерного персонала. Неисправность обычно обнаруживается, когда она уже достаточно развита.Измерения рабочие параметры, такие как электрические параметры, температура, эксцентриситет вала, и т. д., просты и недороги, но, как и в случае слухового и визуального мониторинга, существует опасность, что неисправность будет обнаружена слишком поздно.

Самый надежный, информативный, простой и изощренный метод — это контроль входного тока, вибрации или осевого потока. Трансформатор тока может использоваться как преобразователь тока. Для контроля вибрации пьезоэлектрический могут быть установлены акселерометры или другие преобразователи.Для измерения осевого потока может быть установлена ​​катушка, намотанная на вал двигателя. Потому что часто это неудобно для наматывания катушек на вал двигателя, который находится в эксплуатации, печатная плата была предложена раздельная катушка.

Методы мониторинга основаны на измерениях и частоте во временной области. доменные измерения.

Сигналы во временной области могут обнаруживать, например, механические повреждения подшипников и шестерен. Временной сигнал может быть усреднен по большому количеству периодов синхронно. со скоростью двигателя, чтобы обеспечить синхронное усреднение.Фоновый шум и периодические события, не синхронные со скоростью двигателя, отфильтровываются.

Периодическая форма волны во временной области, если пропускается через узкополосный фильтр. с регулируемой центральной частотой, преобразуется в частотные составляющие которые появляются как выходные пики, когда полоса пропускания фильтра совпадает с частотой компоненты. Этот метод применяется в высокочастотных спектральных анализаторах. Альтернативный подход состоит в том, чтобы дискретизировать сигнал во временной области через дискретные интервалы. и выполнить дискретное преобразование Фурье (ДПФ) для значений выборочных данных для определения результирующих частотных спектров.Время, необходимое для вычисления ДПФ сигнала во временной области можно уменьшить с помощью быстрого преобразования Фурье. (БПФ) процесс расчета, который перестраивает и минимизирует вычислительные требования процесса DFT. Часто используются современные методы мониторинга БПФ.

Спектры вибрации или тока часто уникальны для конкретной серии двигателей. или даже отдельные двигатели. Когда двигатель введен в эксплуатацию или когда он находится в в работоспособном состоянии отслеживается эталонный спектр, который впоследствии можно сравнивать со спектрами, снятыми через последовательные интервалы времени.Это позволяет сделать некоторый вывод и прогрессивное двигательное состояние, которое необходимо сформулировать.

При анализе частотных спектров входного тока обычно амплитуду боковых полос сравниваются с амплитудой линейной частоты. Следующее проблемы в бесщеточных двигателях с постоянными магнитами могут быть обнаружены во временной области измерение входного тока:

(а) несбалансированное магнитное притяжение и неровности воздушного зазора (б) ротор механический дисбаланс (c) изогнутый вал (d) овальный статор, ротор или подшипники.

Распространенные неисправности, которые можно обнаружить с помощью контроля вибрации электродвигателей являются:

(a) механический дисбаланс или эксцентриситет ротора, характеризующийся синусоидальной формой вибрация с частотой один раз за оборот (количество оборотов на второй) (б) дефекты подшипников, в результате которых частоты зависят от дефект, геометрия подшипника и частота вращения, обычно от 200 до 500 Гц (c) вихрь масла в подшипники, обычно характеризующиеся частотами от 0,43 до 0,48 числа оборотов в секунду (г) трущиеся детали, характеризующиеся частотой вибрации равное или кратное числу оборотов в секунду (e) несоосность вала, обычно характеризуется частотой два раза за оборот (f) механический люфт в опорах двигателя или концевых раструбах подшипников, что приводит к направленному вибрация с большим количеством гармоник (g) характеристики зубчатых передач частотами числа зубьев на оборот, обычно модулируемыми частота вращения (h) резонанс (собственные частоты вала, корпуса машины или структуры возбуждаются скоростью или гармониками скорости), что приводит к резкому падение амплитуд колебаний при небольшом изменении скорости (i) тепловой дисбаланс, что приводит к медленному изменению амплитуды вибрации при нагревании двигателя. (j) ослабление пластин статора, в результате чего частота колебаний равна удвоить частоту линии с частотными боковыми полосами примерно равными 1000 Гц (k) небалансное линейное напряжение, характеризующееся частотой вибрации, равной удвоить частоту линии.

Измеряя осевой поток, можно идентифицировать множество ненормальных рабочих условий, например:

(а) несимметричное питание, характеризующееся увеличением некоторых четных гармоник спектра потока, пропорционального степени неуравновешенности (б) обмотки статора межвитковые короткие замыкания, характеризующиеся уменьшением некоторых высших гармоник и субгармоники спектра магнитного потока (в) эксцентриситет ротора, характеризующийся увеличение частоты спектра потока равной частоте линии и ее вторая гармоника.

Единый анализ различных средств оценки параметров и мониторинг состояния методы и диагностика электрических машин можно найти в специальной литературе.

7. Защита

Защита двигателя зависит главным образом от мощности двигателя, которая функция размера двигателя и типа обслуживания. Чем больше двигатель, тем больше дорогая электромеханическая приводная система и все необходимые меры следует принять меры для защиты двигателя от повреждений.Основная функция защиты это обнаружение неисправного состояния, и через открытие соответствующих контакторы или автоматические выключатели, отключение неисправного элемента от растение. Потенциальные опасности, учитываемые при защите электродвигателя:

(a) Фазовые замыкания и замыкания на землю (короткое замыкание между фазами или фазой и землей) (b) Термическое повреждение от:

— перегрузка (чрезмерная механическая нагрузка)

— ротор заблокирован

(c) Ненормальные условия:

— несимметричный режим

— повышенное и пониженное напряжение

— чередование фаз

— включение напряжения при работающем двигателе

— необычные условия окружающей среды (слишком высокая или слишком низкая температура, давление, влажность)

— неполное кормление, эл.г., разрыв предохранителя в одной фазе

(d) Потеря возбуждения (в двигателях с постоянными магнитами это означает полное размагничивание магнитов) (e) Работа вне синхронизма (только для синхронных двигателей) (f) Синхронизация в противофазе (только для синхронных двигателей).

Большинство нежелательных эффектов вызывают перегрев деталей двигателя, в частности обмотки. Есть старое эмпирическое правило, которое гласит, что каждые 100 градусов Цельсия повышаются. при рабочей температуре обмотки приводит к потере изоляции 50% жизнь.

Защитные устройства, применяемые для одной опасности, могут срабатывать для другой, например, реле нагрузки может также защитить от фазовых замыканий. Защита может быть встроена контроллер мотора или установлен непосредственно на моторе. Двигатели мощностью до 600 В обычно коммутируются контакторами или полупроводниковыми устройствами и защищены. предохранителями или низковольтными выключателями с магнитными расцепителями. Двигатели номиналом от 600 до 4800 В коммутируются силовыми выключателями или контакторами. Электродвигатели от 2400 В до 13 000 В включаются силовыми выключателями.

Самыми простыми одноразовыми защитными устройствами являются предохранители. В результате чрезмерного ток плавится плавкий элемент, размыкает цепь и отключает мотор от источника питания.

Тепловое реле типа «реплика» термо-электромеханическое. аппарат, максимально точно имитирующий изменяющиеся тепловые условия в двигателе, позволяя двигателю работать до точки, за которой повреждение вероятно будет вызвано. Это реле состоит из трех однофазных блоков, каждый блок содержит нагреватель и связанный с ним биметаллический спиральный элемент.

Биметаллические элементы реагируют на повышение температуры нагревателей, которые в свою очередь производят перемещение контактного узла. Однофазная защита обычно включается в трехфазное реле теплового моделирования.

Защита от короткого замыкания в обмотке двигателя или выводы клемм часто встраиваются в тепловое реле как отдельные устройства защиты от сверхтока. или элементы замыкания на землю, или и то, и другое.

Реле блокировки используется в сочетании с тепловой перегрузкой и однофазным реле.Он состоит из управляющего контактора и установленного блока тепловой защиты. в том же случае.


РИС. 5. Блок-схема типового электронного реле перегрузки.


РИС. 6. Интегральная схема, включающая инвертор для бесщеточного привода ПМ. двигатель, схемы привода, схема источника питания, схемы регулирования скорости и схема защиты для защиты инвертора от перегрузки по току согласно к патенту США 5327064.

Альтернативой тепловому реле является электронное реле перегрузки (РИС.5) использование твердотельных устройств вместо биметаллических элементов.

Для двигателей малой и средней мощности с номинальным током до 25 А (или Pout = 15 кВт), более простые и менее дорогие тепловые и электромагнитные расцепители взамен тепловых реле перегрузки технически и экономически оправданы. При тепловом расцеплении ток двигателя проходит непосредственно через биметаллическую ленту. или нагреватель, работающий с биметаллическим элементом, питается от трансформаторов тока подключен к силовой цепи двигателя.Биметаллические элементы работают механически. отключение для размыкания контактора двигателя в условиях перегрузки. Электромагнитный расцепитель состоит из последовательно намотанной катушки, окружающей вертикальный ферромагнитный плунжер. и связанная с ним задержка по времени, т.е. дашпот, заполненный маслом или силиконовой жидкостью, или воздух флюгер. Регулируемый ток перегрузки поднимает плунжер, который открывает двигатель. контактор. Электромагнитные расцепители относительно нечувствительны к небольшим перегрузкам.

Термисторы, прикрепленные к эмалированным проводникам якоря во время производства, обычно называется защитой двигателя от перегрева.Подключения термистора вынесен на электронный блок управления и отдельно установлен промежуточный блок. для небольших двигателей и обычно встраивается в клеммные коробки двигателей с номиналом выше 7,5 кВт. Реле срабатывает, когда термисторы показывают температуру обмотки. и, косвенно, фазные токи превышают допустимые значения.

Защита от пониженного напряжения необходима для обеспечения того, чтобы контакторы двигателя или автоматические выключатели срабатывают при полной потере питания, так что когда питание восстановлено не перегружено одновременным запуском всех двигатели.Катушки расцепителя минимального напряжения, работающие непосредственно на контакторе или выключатель, реле или контакторы с электрически удерживаемыми катушками обычно использовал.

Самым современным в области защиты электродвигателей является микропроцессорная защита. реле. Эти многофункциональные реле с передовой технологией запрограммированы на обеспечение следующие функции:

• тепловая защита от перегрузки с регулируемой кривой тока / времени

• предварительная сигнализация перегрузки через отдельное выходное реле

• блокировка ротора и защита от опрокидывания

• максимальная токовая защита с высокой уставкой

• защита от нулевого чередования фаз или замыкания на землю

• защита от обратной последовательности или асимметрии фаз

• минимальная токовая защита

• постоянный самоконтроль.

Микросхемы

для управления бесщеточными двигателями с постоянными магнитами имеют встроенные защитные функции, такие как как, например, цепи ограничения тока, тепловое отключение, блокировка при пониженном напряжении, и т.д. Фиг. 6 показана ИС для привода бесщеточного двигателя с переменными скоростями с постоянными магнитами. схемы ограничения пускового тока и защиты от сверхтока в соответствии с США Патент 5327064.

8. Помехи электромагнитные и радиочастотные

Электромагнитная совместимость (ЭМС) определяется как способность всех типов оборудования, излучающего высокочастотные сигналы, частоты выше, чем основная частота питания, чтобы работать взаимно совместимым образом.

Конструкторы электрических машин должны знать спецификации ЭМС. которые влияют на их общий дизайн. Все электродвигатели могут быть источником электромагнитные помехи (EMI) и радиочастотные помехи (RFI). RFI — это электрические помехи, вызывающие нежелательные аудио- или видеоэффекты в принимаемом сигналы, вызванные прерыванием тока в электрических цепях, например, искрение между щеткой и коммутатором.

Основными причинами минимизации электромагнитных помех являются высокочастотный шум. в сеть будет введено в другое оборудование, что может повлиять на их работа, т.е., зашумленные сигналы поступают на чувствительные нагрузки, такие как компьютеры и коммуникационное оборудование, а также помехи, излучаемые в Атмосфера электрическими и магнитными полями может мешать различным коммуникациям оборудование. Трехфазные электродвигатели часто потребляют токи с частотой компоненты, которые являются нечетными целыми кратными (гармониками) основного источника питания частота. Эти гармонические токи вызывают повышенный нагрев и приводят к более короткому замыканию. срок службы бытовой техники.

Кондуктивное излучение шума подавляется с помощью фильтров, обычно с пассивным фильтр нижних частот, предназначенный для ослабления частот выше 10 кГц.Под нелинейным нагрузки, например, связанные с приводами с регулируемой скоростью и электронными источники питания, в этих фильтрах может происходить значительное рассеяние мощности. Излучение, излучаемое экраном, можно подавить с помощью металлических экранов и минимизации проемы в корпусах.

Фильтрация, необходимая для уменьшения высокочастотного излучения, может быть довольно дорогостоящей. и снизить КПД электромеханического привода.

Правила

EMI устанавливают ограничения на кондуктивные и излучаемые излучения для нескольких классы продукции.Один из важнейших международных стандартов коммерческие организации EMC — это CISPR, Международный специальный комитет. по радиопомехам в IEC (Международная электротехническая комиссия). В Европейское сообщество разработало общий набор требований ЭМС, в значительной степени основанных на по стандартам CISPR. Федеральная комиссия по связи (FCC) устанавливает ограничения излучаемых и кондуктивных излучений в США. Пример руководства для инженеров-электриков и электронщиков, содержащих полный охват фильтра электромагнитных помех дизайн.


РИС. 7. Цепи радиопомех и фильтры щеточных двигателей: (а) асимметричная схема. тока высокой частоты, (б) симметричная схема тока высокой частоты, (в), (г), (д) ​​Фильтры радиопомех.

8.1 Щеточные двигатели

Коллекторные (щеточные) двигатели

являются источником серьезных электромагнитных и радиопомех. Сильнее искрение тем интенсивнее помехи. Неправильное обслуживание, грязь или изношен коммутатор, неправильный выбор щеток, неуравновешенный коммутатор, неуравновешенный ротор и др., являются наиболее серьезными причинами EMI и RFI.

RFI вызывает щелчки при радиоприеме, которые слышны во всем диапазоне радио волны. Прием ТВ нарушается из-за изменения яркости экрана и времени base, который, в свою очередь, выполняет вертикальное перемещение линий изображения на экране.

EMI и RFI излучаются непосредственно из их источника и соединительных проводов, как колодец от электросети, от которой двигатель питается через преобразователь. Они принимаются радио или телевизионными антеннами. Кроме того, RFI может быть передан на радио или телевизоры с помощью электромонтажа, или даже с помощью водопроводных и газовых труб и любые металлические прутки.

В электрической сети протекает ток помехи высокой частоты. работа питая двигатель, затем через емкость Ce1 между питающей проволокой и заземление и емкость Ce2 между источником помех и земля (фиг. 7а). Этот высокочастотный ток, называемый асимметричным высокочастотным ток вызывает особенно сильные помехи. Заземленная рама двигателя усиливает уровень RFI, поскольку он замыкает цепь для тока высокой частоты. Симметричный токи высокой частоты замыкаются емкостями Cp между проводами (РИС.7б).

Для устранения RFI используются фильтры, состоящие из элементов RLC (фиг. 7c, d, e). Сопротивление R необходимо для гашения высокочастотных колебаний.

Дроссель имеет высокую индуктивность L для высокочастотного тока, так как его реактивное сопротивление XL = 2pfL увеличивается с увеличением частоты f и индуктивности L. Емкостное реактивное сопротивление XC = 1 / (2pfC) обратно пропорционально частоте и емкости C. Для токов высокой частоты емкостное сопротивление равно низкий.

Симметричные индуктивности, включенные последовательно с обмоткой якоря на обоих его выводы могут гасить колебания более эффективно, чем только одна индуктивность. В последовательных двигателях обмотки возбуждения используются в качестве индуктивностей фильтра радиопомех. В фильтре показанный на фиг. 7в цепь высокочастотного тока замыкается конденсаторами C. Конденсатор C1 — это защитный конденсатор от поражения электрическим током.

Если к корпусу двигателя прикоснется человек, соприкасающийся с землей, ток, текущий через человеческое тело на землю, будет ограничен конденсатор С1, емкость которого мала (около 0.005 мкФ) по сравнению с C (от 1 до 2 мкФ для двигателей постоянного тока).

Фильтры радиопомех эффективны, если соединительные провода между конденсаторами и щетками должны быть как можно короче (менее 0,3 м). Это приводит к минимизации помехи, излучаемые непосредственно источником. Рекомендуется, чтобы RFI фильтры встраиваются в двигатели. Если это невозможно, все соединительные провода должен быть экранирован. Сопротивления могут эффективно гасить колебания и улучшать качество фильтра RFI (РИС.7г). Простой фильтр RFI RL для трех катушек Коллекторные электродвигатели с постоянными магнитами для игрушек и бытовой техники показаны на фиг. 8.


РИС. 8. Устранение радиопомех в трехкатушечном щеточном двигателе постоянного тока с постоянными магнитами: 1 -? — подключенный якорь. обмотка, 2 — пакет якоря, 3 — цилиндрический ПМ, 4 — сегмент коммутатора, 5 — рамка, 6 — резистор фильтра ВЧ-помех.

8,2 Бесщеточные двигатели с электронной коммутацией

В бесщеточных двигателях постоянного тока

используются твердотельные преобразователи на основе инвертора. Электрический ток и формы сигналов напряжения от этих преобразователей либо синусоидальные, либо квадратные. волна.В обоих случаях преобразователь генерирует сигналы желаемой формы с помощью ШИМ, обычно переключается на частотах от 8 до 20 кГц. Когда напряжение резко меняет амплитуду по времени изменения производной dv / dt создают нежелательные гармоники. Нелинейные характеристики твердотельных устройств ухудшают ситуацию. Этим объясняются большие импульсные токи через силовые выводы, которые связаны с электромагнитными помехами и значительным искажением формы волны напряжения в система питания.

Снижение электрического шума обычно достигается за счет надлежащего заземления, Избегайте удлинения кабелей от инвертора к двигателю, скручивания кабелей и фильтрации входная мощность инверторного привода.

Для предотвращения излучаемого шума заземляющий провод двигателя необходимо скрутить. или плотно связан с тремя линейными проводами. Электропроводка двигателя должна держаться как можно дальше от сигнальной проводки положения ротора и любых другая легкая проводка. Для подключения рекомендуется экранированный кабель. энкодера или резольвера с секцией управления движением инвертора.

Установка фильтров на линиях электропередач к инверторам не только подавляет гармоники выходя из привода, но также защищает привод от входящего высокочастотного сигналы.На рис. 9 показан трехфазный фильтр нижних частот, используемый для фильтрации EMI / RFI.


РИС. 9. Типовой фильтр электромагнитных помех для трехфазного входа.

Эти сетевые фильтры громоздки и существенно увеличивают стоимость привода.


РИС. 10. Схема питания трехфазного модифицированного преобразователя с подавлением ЭМП. компоненты.

На рис. 10 показана недорогая альтернатива: инвертор с компонентами подавления электромагнитных помех. К ним относятся:

(a) емкость заземления C1 с обеих сторон промежуточного контура до радиатора близко к коммутационным устройствам, что обеспечивает физически короткий путь для RF токи заземления, протекающие от коммутирующего устройства к двигателю;

(b) Емкость линии C2 в промежуточном звене постоянного тока рядом с переключающими устройствами. который обеспечивает низкий импеданс для дифференциального ВЧ-тока, протекающего от коммутационные устройства, такие как обратный ток восстановления диодов, а также от кабельно-моторной нагрузки;

(c) линейная емкость C3 на входных клеммах переменного тока рядом с диодом выпрямители, которые служат еще одной шунтирующей цепью в сочетании с DC емкость линии для компенсации шума дифференциального режима, особенно для шум, создаваемый диодами выпрямителя; (d) индуктивность синфазной линии L1, вставленный в каждую фазу входной цепи переменного тока выпрямителя, обеспечивает высокий импеданс для ВЧ-токов в электросети; (e) общий режим индуктивность L2, вставленная в каждую фазу выходной цепи переменного тока инвертор уменьшает производную по времени выходных модовых напряжений, наложенных на двигателя, но не влияют на линейное напряжение.

9. Смазка

9.1 Подшипники

В машинах с ПМ обычно используются подшипники качения и подшипники из пористого металла.

В высокоскоростных машинах с постоянным магнитом используются магнитные, воздушные или фольговые подшипники, которые не обсуждаются в этом разделе.

Уровни напряжений в подшипниках качения ограничивают выбор материалов с высокой текучестью и высоким сопротивлением ползучести. Стали получили самое широкое признание в качестве материалов, контактирующих с качением, поскольку они представляют собой лучший компромисс среди требований, а также по экономическим соображениям.Стали с добавкой C, Si, Mn и Cr являются наиболее популярными. Для повышения прокаливаемости и эксплуатационных качеств. температура вольфрама (W), ванадия (V), молибдена (Mo) и никеля (Ni) добавлен. Основные способы установки подшипников качения на горизонтальные валы: показанный на фиг. 11.


РИС. 11. Основные способы установки подшипников качения на горизонтальные. вал: (a) два радиальных шарикоподшипника с глубоким желобом, (b) один шарикоподшипник с один цилиндрический роликоподшипник.

Подшипники из пористого металла используются в малых и больших электродвигателях.Графитированный оловянная бронза (Cu-Sn-графит) — это сплав общего назначения, обеспечивающий хороший баланс между прочностью, износостойкостью, пластичностью и простотой изготовления. Там, где ржавчина не проблема, менее дорогие и прочные сплавы на основе железа может быть использован. Узлы самоустанавливающихся подшипников из пористого металла с припуском для дополнительной смазки показаны на фиг. 12. В большинстве подшипников электродвигателей Смазочный материал — масло или консистентная смазка.


РИС. 12. Установка самоустанавливающихся подшипников из пористого металла для малых, горизонтальных вал двигателя: 1 — подшипник, 2 — войлочная прокладка, пропитанная маслом, 3 — шпоночное отверстие, 4 — отверстие для масла, 5 — паз под ключ, 6 — заглушка (можно заливать смазкой). 6 n vdb — 4db _ h (ур.50)

где kb — коэффициент, зависящий от типа подшипников, n — скорость в об / мин. db — диаметр отверстия подшипника в мм. Для сферических роликоподшипников и конических роликовые подшипники kb = 1, для цилиндрических и игольчатых роликоподшипников kb = 5 и для радиальных шарикоподшипников kb = 10. Количество смазки, необходимое для повторного смазывания. это:

мг = 0,005Dbwb г (уравнение 51)

, где Db — внешний диаметр подшипника, а wb — его ширина, оба в миллиметрах.

Преимущества использования консистентной смазки:

• Удобно наносить и удерживать смазку в корпусе подшипника

• остается, чтобы покрывать и защищать полированные поверхности, даже когда подшипник в покое

• помогает создать очень эффективное закрытие между валом и корпусом, таким образом предотвращение попадания посторонних предметов

• исключает загрязнение окружающей среды смазкой


РИС.13. Графики для выбора кинематической вязкости масла для прокатки. подшипники в зависимости от диаметра отверстия подшипника db и рабочей температуры? при постоянном скорость n.

Масляная смазка. Масляная смазка используется в таких условиях эксплуатации, как скорость или температура исключают использование смазки. Шариковые и роликовые подшипники должны смазывать маслом, когда рабочая скорость превышает рекомендованную максимальная скорость смазки, а также при рабочей температуре более 93 град. С.

Представлено руководство по подходящей кинематической вязкости масла для подшипников качения. в виде графиков на фиг.2 / с. Вязкость масла оценивается по основание диаметра подшипника, скорости и рабочей температуры.

9,3 Смазка подшипников из пористого металла

Как правило, масло в порах следует пополнять каждые 1000 часов использования или ежегодно, в зависимости от того, что наступит раньше. В некоторых случаях графики в ИНЖИР. 14 следует использовать для изменения этой общей рекомендации. Чем ниже несущая пористость — более частое пополнение. Потеря масла увеличивается со скоростью вала и температурой подшипников.2 с или сантипуаз, т.е. 1 сП = 10-3 кг / (мс) = 10-3 Па с.


РИС. 15. Графики для выбора динамической вязкости масла в сантипуазах. при 60 град. С.

При выборе смазочных материалов действуют следующие правила:

• смазочные материалы должны иметь высокую стойкость к окислению

• если не указано иное, большинство стандартных подшипников из пористого металла пропитаны с высокоочищенным маслом с ингибитором окисления с вязкостью SAE 20/30

• масла, которые нельзя смешивать с обычными минеральными маслами, следует не выбран

• смазку следует использовать только для заполнения глухой полости (РИС.12)

• следует избегать суспензий твердых смазочных материалов, если нет опыта работы в специальных приложения указывает иное

• Для получения информации о методах повторной пропитки обращайтесь к производителям.

Числовые примеры

[скоро]

Синхронный двигатель с постоянными магнитами и синусоидальным магнитным потоком распределение

Описание

Блок PMSM моделирует постоянный магнит синхронный двигатель с трехфазным статором со звездообразной обмоткой.На рисунке показан эквивалентный электрический схема для обмоток статора.

Вы можете выбрать различные встроенные параметризации для этого блока. Для большего информацию см. в разделе «Предопределенная параметризация».

Конструкция двигателя

На этом рисунке показана конструкция двигателя с одной парой полюсов на роторе.

Постоянные магниты создают магнитное поле ротора, которое создает синусоидальную скорость. изменения потока с углом ротора.

Для обозначения осей на предыдущем рисунке, a -фаза потоки постоянного магнита выровнены при механическом угле ротора, θ r , равно нулю. Блок поддерживает определение второй оси ротора, в котором механический угол ротора определяется как угол между магнитной осью — фаза и ротором q — ось.

Уравнения

Напряжения на обмотках статора определяются следующим образом:

где:

  • v a , v b и v c индивидуальные фазные напряжения на обмотках статора.

  • R s — эквивалентное сопротивление каждой обмотки статора.

  • i a , i b , и i c — токи протекает в обмотках статора.

  • dψadt, dψbdt и dψcdt — скорости изменения магнитного потока в каждом статоре. обмотка.

Постоянный магнит и три обмотки вносят вклад в общую магнитную связь каждая обмотка. Общий поток определяется как:

где:

  • ψ a , ψ b , и ψ c — полные потоки соединение каждой обмотки статора.

  • L aa , L bb , и л куб.см являются самоиндуктивности обмоток статора.

  • L ab , L ac , L ba и т. Д. взаимные индуктивности обмоток статора.

  • ψ am , ψ bm , и ψ см — постоянные магнитные потоки, связывающие обмотки статора.

Индуктивности в обмотках статора зависят от электрического угла ротора, определено:

и

где:

  • θ r — ротор механический угол.

  • θ e — электрический ротор угол.

  • смещение ротора равно 0 , если вы определяете электрический угол ротора относительно оси d, или -pi / 2 , если вы определяете электрический угол ротора с помощью относительно оси q.

  • L s — собственная индуктивность статора на фазу. Это значение представляет собой среднюю самоиндукцию каждого статора. обмотки.

  • L м — индуктивность статора колебания. Это значение представляет собой колебание самоиндукции и взаимной индуктивности. индуктивность при изменении угла ротора.

  • M s — взаимное соединение статора индуктивность.Это значение представляет собой среднюю взаимную индуктивность между статором. обмотки.

Магнитная связывающая обмотка постоянного магнита a является максимальной, когда θ e = 0 ° и ноль, когда θ e = 90 °. Следовательно связанный поток двигателя определяется как:

, где ψ м — поток постоянного магнита связь.

Simplified Electrical Equations

Применение преобразования Парка к электрическим уравнениям блока дает выражение для крутящего момента, не зависящего от угла ротора.

Преобразование Парка определяется следующим образом:

, где θ e — электрический угол, определенный как r . N — это номер пар полюсов.

Использование преобразования Парка для преобразования напряжений и токов обмотки статора их к раме dq0, которая не зависит от угла ротора:

и

Применение преобразования Парка к первым двум электрическим уравнениям дает следующие уравнения, которые определяют поведение блока:

и


где:

  • L d = л с + M с + 3/2 Д м . L d — статор d — осевая индуктивность.

  • L q = л с + M с — 3/2 Д м . L q — статор q — осевая индуктивность.

  • L 0 = л с — 2 M с . L 0 — статор индуктивность нулевой последовательности.

  • ω — механическая скорость вращения ротора.

  • N — номер полюса постоянного магнита ротора. пары.

  • T — крутящий момент ротора. Крутящий момент течет из корпуса мотора (заблокировать физический порт C) к ротору двигателя (заблокировать физический порт R).

Блок PMSM использует исходный, неортогональный реализация трансформации Парка. Если вы попытаетесь применить альтернативу реализации, вы получите разные результаты для напряжения и тока dq0.

Альтернативная параметризация потокосцепления

Вы можете параметрировать двигатель, используя обратную ЭДС или постоянные крутящего момента, которые чаще указывается в технических характеристиках двигателей при использовании магнитного потока постоянного магнита рычаг вариант.

Постоянная обратной ЭДС определяется как пиковое напряжение, индуцированное постоянным магнит в каждой из фаз на единицу скорости вращения. Это связано с пиком потокосцепление с постоянными магнитами от:

Из этого определения следует, что обратная ЭДС e ph для одной фазы дано по:

Постоянная крутящего момента определяется как максимальный крутящий момент, создаваемый каждой из фаз. на единицу тока.Это численно идентично по величине постоянной обратной ЭДС, когда оба выражены в единицах СИ:

Когда L d = L q , и когда токи во всех трех фазах уравновешены, следует, что комбинированный крутящий момент T определяется по:

, где I pk — пиковый ток в любом из три обмотки.

Коэффициент 3/2 следует из того, что он представляет собой установившуюся сумму крутящих моментов из все фазы.Следовательно, постоянная крутящего момента k t также можно определить как:

, где T — измеренный общий крутящий момент, когда испытание сбалансированным трехфазным током с пиковым линейным напряжением Я пк . Запись по среднеквадратичному линейному току:

Расчет потерь в железе

Потери в железе делятся на два члена, один из которых представляет основное намагничивание. путь, а другой представляет путь вершины поперечного зуба, который становится активным во время работа в ослабленном поле.Модель потерь в стали, основанная на работе Меллор [3].

Член, представляющий основной путь намагничивания, зависит от наведенного среднеквадратичного значения. Напряжение статора между фазой и нейтралью, Vmrms:

Это преобладающий термин при работе без нагрузки. k — это постоянная обратной ЭДС, относящаяся к среднеквадратичному значению вольта на Гц. Он определяется как k = Vmrms / f, где f — электрическая частота. Первое член в правой части — потери на магнитный гистерезис, второй — вихревые текущий убыток, и третий — избыточный убыток.Три коэффициента, появляющиеся на числители получены из значений, которые вы предоставляете для разомкнутой цепи гистерезис, вихревые и избыточные потери.

Термин, представляющий путь вершины поперечного зуба, становится важным, когда размагничивающее поле устанавливается и может быть определено с помощью конечно-элементного анализа испытание на короткое замыкание. Это зависит от среднеквадратичной ЭДС, связанной с кончиком поперечного зуба. поток, Vdrms *:

Три члена числителя получены из значений, которые вы указываете для гистерезис короткого замыкания, вихревые и избыточные потери.

Предопределенная параметризация

Имеется несколько доступных встроенных параметризаций для блока PMSM.

Эти данные предварительной параметризации позволяют настроить блок для представления комплектующие от конкретных поставщиков. Параметризация этих постоянных магнитов синхронные двигатели соответствуют паспортам производителя. Чтобы загрузить предопределенный параметризации, нажмите на Выберите предопределенный параметризация гиперссылка в маске блока PMSM и выберите деталь вы хотите использовать из списка доступных компонентов.

Примечание

Предопределенные параметризации компонентов Simscape используют доступные источники данных для предоставления значений параметров. Инженерная оценка и упрощение предположения используются для заполнения недостающих данных. В результате отклонения между смоделированным и реальным физическим поведением следует ожидать. Для обеспечения необходимая точность, вы должны проверить смоделированное поведение по сравнению с экспериментальным данные и при необходимости уточните модели компонентов.

Для получения дополнительной информации о предварительной параметризации и списка доступных компоненты, см. Список предварительно параметризованных компонентов.

Тепловые порты

Блок имеет четыре дополнительных тепловых порта, по одному на каждую из трех обмоток и один для ротора. По умолчанию эти порты скрыты. Чтобы открыть тепловые порты, щелкните правой кнопкой мыши блок в вашей модели, выберите> , а затем выберите. Это действие отображает тепловые порты на блоке значок, и отображает Температурную зависимость и Термопорт параметров.Эти параметры описаны далее на этой справочной странице.

Используйте тепловые порты для моделирования влияния сопротивления меди и потерь в стали которые преобразуют электрическую энергию в тепло.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *