3.5. ОТКРЫТИЕ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ И СОЗДАНИЕ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ. История электротехники

3.5. ОТКРЫТИЕ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ И СОЗДАНИЕ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Начало современного этапа в развитии электротехники относится к 90-м годам XIX столетия, когда решение комплексной энергетической проблемы вызвало к жизни электропередачу и электропривод. Электрификация началась тогда, когда оказалось возможным строить крупные электрические станции в местах, богатых первичными ресурсами, объединять их работу на общую сеть и снабжать электроэнергией любые центры и объекты электропотребления.

Техническая сторона электрификации заключалась в разработке многофазных систем, из которых практика сделала выбор в пользу системы трехфазной. Наиболее важными и во всяком случае новыми элементами трехфазной системы были электродвигатели, действие которых основано на использовании явления вращающегося магнитного поля.

Ранее упоминался опыт Д.Ф. Араго, в котором диск и вращающийся магнит отражали только возможность осуществления асинхронного электродвигателя с вращающимся магнитным полем.

Однако это поле создавалось не неподвижным устройством, каким в современных машинах является статор, а вращающимся магнитом.

^{Рис. 3.9. Прибор Бейли} 

Долгое время явление, открытое Д.Ф. Араго, не находило практического применения. Только в 1879 г. английский ученый Уолтер Бейли сконструировал прибор (рис. 3.9), в котором пространственное перемещение магнитного поля осуществлялось с помощью неподвижного устройства —: путем поочередного намагничивания четырех расположенных по периферии круга электромагнитов. Намагничивание производилось импульсами постоянного тока, посылаемыми в обмотки электромагнитов специально приспособленным для этого коммутатором. Полярность верхних концов стержней изменялась в определенной последовательности так, что через восемь переключений коммутатора магнитный поток изменял свое направление в пространстве на 360°. Над полюсами электромагнитов, как и в опытах Д.Ф. Араго, был подвешен медный диск. У. Бейли указывал, что при бесконечно большом числе электромагнитов можно было бы обеспечить равномерное вращение магнитного поля.

Прибор У. Бейли не нашел никакого применения. Тем не менее он был некоторым связующим звеном между опытом Д.Ф. Араго и более поздними исследованиями. С позиций сегодняшнего дня представляется крайне простым осуществление вращающегося магнитного поля в установке У. Бейли или в подобном приборе иной конструкции путем питания электромагнитов синусоидальными токами с различными начальными фазами. Однако в 80-х годах XIX столетия на это ушло несколько лет работы и поисков многих ученых, среди которых были Марсель Депре, разработавший в 1883 г. систему синхронной связи двух движений, изобретатель репульсионного двигателя американский ученый Илайю Томсон (1853–1937 гг.), американский электротехник Чарльз Бредли, немецкий инженер Фредерик Хазельвандер (1859–1932 гг.) и др. В связи с этим интересно привести фразу И. Томсона: «Трудно составить такую комбинацию из магнитов переменного тока и кусков меди, которая не имела бы тенденции к вращению». История открытия вращающегося магнитного поля и многофазных систем до крайности запутана. В 90-е годы XIX в. прошли многие судебные процессы, на которых разные фирмы, скупившие патенты изобретателей, пытались утвердить свои права на многофазные системы. Только американская фирма «Вестингауз» провела более 25 судебных процессов.

^{Рис. 3.10. К пояснению открытия Феррариса} 

Однако исчерпывающие и получившие наибольшую известность экспериментальные и теоретические исследования вращающегося магнитного поля выполнили независимо друг от друга выдающиеся ученые итальянец Галилео Феррарис (1847–1897 гг.) и серб Никола Тесла (1856–1943 гг.) [1.6; 3.6; 3.7].

Г. Феррарис утверждал, что суть явления вращающегося магнитного поля он осознал еще в 1885 г., но доклад «Электродинамическое вращение, произведенное с помощью переменных токов» он сделал в Туринской академии (членом которой он состоял с 1880 г.) 18 марта 1888 г.

Н. Тесла в своей автобиографии рассказывал, что идея двухфазного асинхронного двигателя родилась у него еще в 1882 г., когда он работал в Будапештской телеграфной компании. Гуляя в парке с другом, он, осененный идеей, тростью сделал на песке набросок принципа, который изложил шесть лет спустя на конференции в американском Институте электроинженеров. Доклад в этом институте состоялся 16 мая 1888 г., т.е. на два месяца позднее доклада Г. Феррариса. Но первую заявку на получение патента на многофазные системы Н. Тесла подал еще 12 октября 1887 г, т.е. ранее выступления Г. Феррариса.

Остановимся сначала на работе Г. Феррариса, исходя не из приоритетных соображений, а из того, что в его работе дан более обстоятельный теоретический анализ, и еще потому, что именно перевод доклада Г. Феррариса в английском журнале попал в свое время в руки М.О. Доливо-Добровольскому и вызвал первый импульс в серии последующих замечательных изобретений.

^{Рис. 3.11. Модель двигателя Феррариса} 

Г. Феррарис умел в очень ясной форме объяснять трудные физические процессы. Вот как им было объяснено явление вращающегося магнитного поля. Рассмотрим показанную на рис. 3.10 пространственную диаграмму, на которой ось х представляет собой положительное направление вектора магнитной индукции, создаваемой одной из катушек, а ось у — положительное направление поля другой катушки. Для момента времени, когда одна магнитная индукция в точке

О изображается отрезком ОА, а другая — ОБ, суммарная результирующая магнитная индукция изобразится отрезком OR. При изменении ОА и OB точка R перемещается по кривой, форма которой определяется законами изменений во времени двух полей. Если две напряженности магнитного поля имеют одинаковые амплитуды и сдвинуты по фазе на четверть периода, то геометрическим местом точки R станет окружность. Налицо вращение магнитного поля. Если фазу одной из напряженностей магнитного поля или возбуждающего его тока изменить на 180°, то изменится и направление вращения результирующего магнитного поля. Если поместить в это магнитное поле снабженный валом и подшипниками медный цилиндр, то он будет вращаться. Позднее асинхронные двигатели с полым ротором в виде медного стакана получили название двигателей Феррариса.

Но как получить два переменных тока, сдвинутых один относительно другого по фазе? Г. Феррарис предложил метод «расщепления фаз», при котором искусственным путем создавался сдвиг по фазе при включении в цепь двух взаимно перпендикулярно расположенных катушек фазосмещающих устройств. На рис. 3.11 показан внешний вид модели двухфазного асинхронного двигателя, хранящейся в музее г. Турина, директором которого до конца жизни был Г. Феррарис.

Г. Феррарисом был сделан существенный вклад в теорию переменных токов. В 1886 г. в своем труде «О разности фаз у токов, о запаздывании вследствие индукции и о потерях в трансформаторе» он впервые рассматривает разность фаз токов в первичной и вторичной обмотках трансформаторов, а также дает методы расчета потерь на гистерезис и вихревые токи. В 1898 г. был опубликован его фундаментальный труд «Научные основания электротехники», вскоре переведенный на русский язык.

Н. Тесла, один из самых известных и плодовитых ученых в области электротехники, начинавший свою научную карьеру в 80-х годах XIX в., получил только в области многофазных систем 41 патент. Некоторое время Н. Тесла работал в Эдисоновской компании в Париже (1882–1884 гг.), а затем переехал в США. В 1888 г. все свои патенты по многофазным системам Н. Тесла продал главе известной фирмы Д. Вестингаузу, который в своих планах развития техники переменного тока сделал ставку на работы Н. Теслы. Впоследствии Н. Тесла много внимания уделял технике высоких частот (трансформатор Теслы) и идее передачи электроэнергии без проводов. Интересная деталь: при решении вопроса о стандартизации промышленной частоты, а диапазон предложений был от 25 до 133 Гц, Н. Тесла решительно высказался за принятую им для своих опытных установок частоту 60 Гц. Тогда отказ инженеров Вестингауза от предложения Н. Теслы послужил начальным импульсом для ученого, решившего расстаться с Вестингаузом. Но вскоре именно эта частота была принята в США в качестве стандартной.

В патентах Н. Теслы были описаны различные варианты многофазных систем. В отличие от Г. Феррариса Н. Тесла полагал, что токи следует получать от многофазных источников, а не пользоваться фазосмещающими устройствами. Утверждая, что двухфазная система, являясь минимальным вариантом системы многофазной, окажется и наиболее экономичной, Н. Тесла, а вслед за ним и фирма «Вестингауз», основное внимание сосредоточили именно на этой системе.

Схематически система Н. Теслы в ее наиболее характерной форме представлена на рис. 3.12, слева изображен синхронный генератор, справа — асинхронный двигатель. В генераторе между полюсами вращались две взаимно перпендикулярные катушки в которых генерировались два тока, сдвинутые по фазе на 90°. Концы каждой катушки были выведены на кольца, расположенные на валу генератора (на чертеже для ясности эти кольца имеют различные диаметры). Ротор двигателя имел обмотку в виде двух расположенных под прямым углом одна к другой замкнутых на себя катушек.

Основным недостатком двигателя Н. Тесла, который впоследствии сделал его неконкурентоспособным, было наличие выступающих полюсов с сосредоточенной обмоткой. Эти двигатели имели большое магнитное сопротивление и крайне неблагоприятное распределение намагничивающей силы вдоль воздушного зазора, что приводило к ухудшению характеристик машины. Таковы были следствия механического переноса в технику переменного тока конструктивных схем машины постоянного тока.

Конструкция обмотки ротора, как выяснилось позднее, тоже оказалась неудачной. Действительно, выполнение обмоток сосредоточенными (а не распределенными по всей окружности ротора) при выступающих полюсах на статоре приводило к ухудшению пусковых условий двигателя (зависимость пускового момента от начального положения ротора), а то обстоятельство, что обмотки ротора имели сравнительно большое сопротивление, ухудшало рабочие характеристики.

^{Рис. 3.12. Конструктивные схемы генератора и двигателя Тесла} 

Неудачным оказался и выбор двухфазной системы токов из всех возможных многофазных систем. Известно, что значительную долю стоимости установки для передачи электроэнергии составляют затраты на линейные сооружения и, в частности, на линейные провода. В связи с этим казалось очевидным, что чем меньше принятое число фаз, тем меньше будет число проводов и тем, следовательно, экономичнее устройство электропередачи. Двухфазная система требовала применения четырех проводов, а удвоение числа проводов по сравнению с установками постоянного или однофазного переменного токов представлялось нежелательным. Поэтому Н. Тесла предлагал в некоторых случаях применять в двухфазной системе трехпроводную линию, т.е. делать один провод общим. В этом случае число проводов уменьшалось до трех. Однако расход металла на провода при этом снижался меньше, чем можно было ожидать, так как сечение общего провода должно было быть примерно в 1,5 раза (точнее, в ?2 раз) больше сечения каждого из двух других проводов.

Встретившиеся экономические и технические трудности задерживали внедрение двухфазной системы в практику. Фирма «Вестингауз» построила несколько станций по этой системе, из которых наибольшей по масштабам была Ниагарская гидроэлектростанция.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Семейство «Открытие» (КрАЗ-6315/6316) (1982 – 1991 гг.)

Семейство «Открытие» (КрАЗ-6315/6316) (1982 – 1991 гг.) В феврале 1976 года вышло секретное Постановление Совмина и ЦК КПСС о разработке на основных советских автозаводах семейств принципиально новых тяжелых армейских грузовиков и автопоездов, выполненных по требованиям

Выбор электродвигателей

Выбор электродвигателей Вопрос. Для каких механизмов обеспечивается самозапуск их электродвигателей?Ответ. Обеспечивается для механизмов, сохранение которых в работе после кратковременных перерывов питания или понижения напряжения, обусловленных отключением КЗ,

Установка электродвигателей

Установка электродвигателей Вопрос. На каком расстоянии от конструкций зданий устанавливаются электродвигатели и их коммутационные аппараты, за исключением имеющих степень защиты не ниже IP44, а резисторы и реостаты – всех исполнений?Ответ. Устанавливаются на

Защита асинхронных и синхронных электродвигателей напряжением выше 1 кВ

Защита асинхронных и синхронных электродвигателей напряжением выше 1 кВ Вопрос. Какие защиты предусматриваются для электродвигателей?Ответ. Предусматриваются защиты от многофазных замыканий, однофазных замыканий на землю, токов перегрузки, а также от потери питания и

Защита электродвигателей напряжением до 1 кВ

Защита электродвигателей напряжением до 1 кВ Вопрос. Какая защита предусматривается для электродвигателей переменного тока?Ответ. Предусматривается защита от многофазных замыканий, в сетях с глухозаземленной нейтралью – также от однофазных замыканий на заземленные

Глава 1.

ОТКРЫТИЕ ЭЛЕМЕНТА

Глава 1. ОТКРЫТИЕ ЭЛЕМЕНТА ХОББИ СВЯЩЕННИКА Семь металлов древности, а также сера и углерод — вот и все элементы, с которыми человечество познакомилось за многие тысячелетия своего существования вплоть до XIII века нашей эры. Восемь веков назад начался период алхимии. Он

Открытие древнего гончара

Открытие древнего гончара Один из величественнейших городов Междуречья – древний Ур. Он громаден и многолик. Это почти целое государство. Сады, дворцы, мастерские, сложные гидротехнические сооружения, культовые постройки.В небольшой гончарной мастерской, с виду

§ 3.19 Спин и квантование магнитного момента атома

§ 3.19 Спин и квантование магнитного момента атома Но мы всё ещё не у предела; после электронов или атомов электричества пришёл магнетон или атом магнетизма, который входит сейчас двумя различными путями: через изучение магнитных тел и через изучение спектров элементов…

СОТРУДНИКИ ЦНИИ ИМ.

АКАД. А. И. КРЫЛОВА Специалисты в области совершенствования параметров магнитного поля ММК

СОТРУДНИКИ ЦНИИ ИМ. АКАД. А. И. КРЫЛОВА Специалисты в области совершенствования параметров магнитного поля ММК И. М. Фомин Л. А. Рудня В. А. Скулябин Е. П. Лапицкий И.И. Гуссв Э. П. Рамлау С. Т. Гузеев К). И. Назаров И. П. Краснов Г. Н.

ГЛАВА 5 Открытие электромагнетизма и создание разнообразных электрических машин, ознаменовавших начало электрификации

ГЛАВА 5 Открытие электромагнетизма и создание разнообразных электрических машин, ознаменовавших начало электрификации Открытие действия «электрического конфликта» на магнитную стрелкуВ июне 1820 г. в Копенгагене была издана на латинском языке небольшая брошюра

ГЛАВА 11 РАСЧЕТНАЯ МОДЕЛЬ УЩЕРБА ПРИ ОТКАЗАХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

ГЛАВА 11 РАСЧЕТНАЯ МОДЕЛЬ УЩЕРБА ПРИ ОТКАЗАХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ В гл. 8 был оценен экономический ущерб от повышенного потребления реактивной мощности асинхронными двигателями (АД), составляющие которого приведены на рис. 5.Чтобы получить более полное представление о

1.3. ОТКРЫТИЕ НОВЫХ СВОЙСТВ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

1.3. ОТКРЫТИЕ НОВЫХ СВОЙСТВ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА Одним из первых, кто, познакомившись с книгой В. Гильберта, решил получить более сильные проявления электрических сил, был известный изобретатель воздушного насоса и опыта с полушариями магдебургский бургомистр Отто фон Герике

2.4. ОТКРЫТИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ И ЕЕ ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

2.4. ОТКРЫТИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ И ЕЕ ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ Наибольший интерес из всех работ В.В. Петрова представляет открытие им в 1802 г. явления электрической дуги между двумя угольными электродами, соединенными с полюсами созданного им источника высокого

2.

6. ОТКРЫТИЕ ЯВЛЕНИЯ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСТВА И УСТАНОВЛЕНИЕ ЗАКОНОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ

2.6. ОТКРЫТИЕ ЯВЛЕНИЯ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСТВА И УСТАНОВЛЕНИЕ ЗАКОНОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ Дальнейшее изучение явлений электричества и магнетизма привело к открытию новых фактов [1.4–1.6].В 1821 г. профессор Берлинского университета Томас Иоганн Зеебек (1770–1831 гг.), занимаясь

2.7. ОТКРЫТИЕ ЯВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ

2.7. ОТКРЫТИЕ ЯВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ Большой вклад в современную электротехнику сделал английский ученый Майкл Фарадей, труды которого, в свою очередь, были подготовлены предшествовавшими работами по изучению электрических и магнитных явлений [1.1; 1.6; 2.6].Есть

HydroMuseum – Вращающееся магнитное поле

Вращающееся магнитное поле — поле, вектор магнитной индукции которого, не изменяясь по модулю, вращается с постоянной угловой скоростью.

Вращающееся магнитное поле создаётся двумя или более пульсирующими магнитными полями одинаковой частоты, но сдвинутыми друг относительно друга по фазе и в пространстве. Это явление было открыто независимо в 1882 году сербским инженером Н. Тесла и, немного позже, итальянским физиком Г. Феррарисом. Нашло применение в синхронных и асинхронных машинах.

Электрические машины переменного тока подразделяются на два основных вида: асинхронные и синхронные. Принцип действия этих машин основан на использовании вращающегося магнитного поля.

Двухполюсное магнитное поле. В двухполюсной машине переменного тока вращающееся поле создается при питании трехфазным током трех катушек (фаз) I, II, III, оси которых сдвинуты одна относительно другой в пространстве на 120° (рис. 1,а). Эти катушки расположены на неподвижной части машины — статоре; их соединяют «звездой» или «треугольником» и подключают к сети трехфазного переменного тока.

Рассмотрим более подробно, как образуется вращающееся магнитное поле в двухполюсной машине. Для этого изобразим картины магнитных полей (рис. 2), которые создаются в различные моменты времени всеми тремя катушками I, II и III при прохождении по ним переменных токов i₁, i₂ и i₃. При этом условимся считать ток в любой катушке положительным, когда он направлен от начала к ее концу, и отрицательным, когда он направлен от конца к началу. Начала катушек обозначены на рис. 2 буквами А, В, С, а их концы — X, Y и Z; направления токов в сторонах катушки показаны точками и крестиками. Как видно из графика изменения токов в катушках (рис. 1,б), в момент времени, соответствующий ?t = 0, i₁ = 0, i₂ отрицателен, i₃ положителен. Следовательно, по катушке I ток проходить не будет, в катушке II он будет направлен от конца Y к началу В, а в катушке III — от начала С к концу Z. Картина магнитного поля, образованного токами i₂ и i₃ (рис. 2, а), построена по правилу буравчика.

Если поместить внутри статора 1 с катушками постоянный магнит 2, то под действием магнитного поля, созданного катушками, он будет занимать горизонтальное положение. Направление результирующего поля внутри статора условно показано стрелкой.
Через  периода (t = 60°) ток i₁ будет иметь некоторое положительное значение, ток i₂ будет еще отрицательным, а ток i₃ станет равным нулю. Следовательно, в катушке I ток будет направлен от начала А к концу X, в катушке II — от конца У к началу В, а в катушке III тока нет. Направление результирующего магнитного поля, созданного катушками, при этом изменится, и магнит 2
повернется на угол 60° (рис. 2, б). Еще через 1/6 периода (t=120°) ток i₁ будет все еще иметь положительное направление (см. рис. 1,б), ток i₂ станет равным нулю, а ток i₃ — отрицательным. При этом в катушке I ток будет направлен от начала А к концу X, в катушке II тока не будет, а в катушке III он будет направлен от конца Z к началу С. Созданное катушками магнитное поле снова изменит свое направление и магнит 2 опять повернется на угол 60° (рис. 2,б).

Продолжая рассматривать процесс прохождения токов i₁, i₂, i₃ по катушкам обмотки статора машины и определяя направление

Рис. 1. Схема пространственного расположения катушек на статоре двухполюсного асинхронного двигателя (а) и график изменения в них тока (б)

Рис. 2. Упрощенные картины магнитных полей, создаваемых токами i₁, i₂ и i₃ в фазах обмотки статора двухполюсного двигателя в различные моменты времени

Рис. 3. Схема включения катушек обмотки статора четырехполюсного двигателя (а) и картина возникающего магнитного поля (б)

созданного им магнитного поля (рис. 2, г), д), е), можно легко доказать, что в течение одного периода изменения тока магнитный поток машины, а следовательно, и находящийся в ее поле магнит повернутся на один оборот. Таким образом, при питании трехфазным током трех катушек, сдвинутых одна относительно другой на угол 120°, возникает магнитное поле, вращающееся в пространстве с постоянной частотой вращения n₁=60f₁ (здесь f₁ — частота изменения питающего напряжения), которую называют синхронной. Амплитуда результирующего потока, создаваемого всеми тремя катушками, в 1,5 раза больше максимального значения потока одной катушки. Полученное вращающееся поле имеет два полюса.

Магнитная индукция результирующего поля распределяется вдоль окружности статора и ротора по закону, близкому к синусоидальному. Это обеспечивается путем соответствующего выполнения обмотки статора: укладки проводников каждой фазы в нескольких рядом расположенных пазах, укорачивания шага обмотки и скоса пазов.

Многополюсное магнитное поле. При размещении на статоре шести катушек А-Х; B-Y; C-Z; А’-Х’; В’-Y’ и C’-Z’, оси которых сдвинуты на угол 60°, и включении их, например, по схеме рис. 3, а возникает четырехполюcное вращающееся поле. Рис. 3, б иллюстрирует картину создаваемого катушками магнитного поля в момент времени t = 0 (см. рис. 1,б). Четырехполюсный постоянный магнит в рассматриваемый момент времени устанавливается, как показано на рис. 3,б. Частота вращения четырехполюсного магнитного поля будет в 2 раза меньше, чем двухполюсного, так как за один период изменения тока оно поворачивается на угол, равный 180°. В общем случае, когда каждая фаза асинхронного двигателя состоит из р катушек, оси которых сдвинуты друг от друга по окружности статора на угол (360/р)°, а оси катушек разных фаз расположены под углами (120/р)°, возникает 2р-полюсное поле, частота вращения которого

n₁=60f₁/p

При f = 50 Гц синхронная частота вращения n₁ для трехфазных машин с различным числом полюсов 2р будет равна:

2p	n1 об/мин	2p	n1 об/мин
2	3000	8	750
4	1500	10	600
6	1000	12	500

Вращающееся магнитное поле можно получить также с помощью двух обмоток, сдвинутых по окружности на 90°, если пропускать по ним токи, сдвинутые по фазе на четверть периода, т. е. на 90° (двухфазный ток). Такое вращающееся магнитное поле используют в двухфазных электродвигателях.

вращающееся магнитное поле на уроке. Вращающееся магнитное поле

Под ВМП (Вращающееся Магнитное Поле) подразумевается то поле, градиент магнитного возбуждения которого, не меняясь по модулю, циркулирует со стабильной угловой скоростью.

Наглядный пример

Практическое действие магнитных полей поможет продемонстрировать установка, собранная в домашних условиях. Это вращающийся диск из алюминия, закрепленный на неподвижном импосте.

Если поднести к нему магнит, то можно убедиться, что он не увлекается за магнитом, то есть не намагничивается. Но, если разместить в непосредственной близи вращающийся магнит, то это вызовет неизбежное вращение алюминиевого диска. Почему?

Ответ может показаться простым – вращение магнита вызывают вихревые воздушные потоки, раскручивающие диск. Но все, на самом деле иначе! Поэтому, для доказательства, между диском и магнитом устанавливается органическое или обычное стекло. И, тем не менее, диск вращается, увлекаясь вращением магнита!

Причина в том, что при перемене магнитного поля (а вращающийся магнит именно его и создает) появляется ЭДС (электрическая движущая сила) возбуждения (индукции) , которое способствует возникновению электротоков в алюминиевом диске, обнаруженные впервые физиком А. Фуко (чаще всего их так и называют «токи Фуко») . Появившиеся в диске токи, своим влиянием создают свое, отдельное магнитное поле. А взаимодействие двух полей, вызывает их противодействие и спин алюминиевого диска.

Принцип работы электродвигателя

Проведенный эксперимент порождает вопрос – можно ли без вращения магнита, но с использованием природы переменного тока создать ВМП? Ответ – да, можно! На этом физическом законе построена целая отрасль электротехнического оборудования, в том числе электродвигатели.

Для этого можно взять четыре катушки и расположить их попарно, под 900 относительно друг друга. Затем подавать переменный ток, посменно на одну, а затем на другую пару катушек, но уже через конденсатор. В этом случае на второй паре катушек напряжение сдвинется касательно тока на π/2. Так образуется двухфазный ток.

Если на одной паре катушек нулевое напряжение – магнитное поле отсутствует. На второй паре, в это время напряжение пиковое и МП (магнитное поле) максимально. Попеременное подключение и отключение катушек будет создавать ВМП с изменением направления и постоянной величиной. По сути, был создан электродвигатель, тип которого называется однофазным конденсаторным.

Как создаются трехфазные токи?

Они протекают по четырехжильным проводам. Один играет роль нулевого, а по трем другим подается синусоидальный ток с фазовым сдвигом на 120º. Ели по тому же принципу расположить три обмотки на одной оси под углом 120º и подать на них ток из трех фаз, то результатом будет возникновение трех магнитных вращающихся полей или принцип трехфазного электродвигателя.

Практическое применение

Подача электрического тока по трем фазам, наиболее широко распространена в промышленности, как эффективный способ трансляции энергии. Двигатели и генераторные установки, приводимые в движение трехфазным током, более надежны в эксплуатации, чем однофазные. Их простота в использовании, обусловлена отсутствием необходимости строгой регулировки постоянной частоты вращения, а так же достижение большей мощности.

Тем не менее, двигатели такого типа можно использовать не во всех случаях, так как их обороты зависят от частоты вращения магнитного поля, которое составляет 50Гц. При этом отставание скорости оборотов двигателя, должно быть меньше от вращения магнитного поля вдвое, так как в противном случае не появится эффект магнитного возбуждения. Корректирование скорости вращения ротора электрического двигателя, возможно только при постоянном токе, с помощью реостата.

По этой самой причине трамваи и троллейбусы оснащены двигателями постоянного тока, с возможностью управления частотой вращения. Этот же принцип управления используется на электропоездах, где напряжение переменного тока, в силу перемещения тысячетонных грузов, соответствует 28000V. Преобразование переменного тока в постоянный, происходит за счет выпрямителей, которые и занимают большую часть электровоза.

Все же коэффициент полезного действия в асинхронных двигателях переменного электрического тока достигает 98%. Стоит, так же отметить, что ротор такого двигателя переменного тока состоит из немагнитного материала с преобладающей алюминиевой составляющей. Причина в том, что токи, лучше всего вызывают эффект индукции магнитного поля, именно в алюминии. Пожалуй, единственным ограничением в использовании трехфазного двигателя, является нерегулируемая величина количества оборотов. Но с этой задачей справляются добавочные механизмы такие, как вариаторы или коробки передач. Правда, это ведет к удорожанию агрегата, как и в случае с использованием выпрямителя и реостата для двигателя постоянного тока.

Вот таким образом занимательная физика, вращающееся магнитное поле в частности, помогает человечеству создавать двигатели, и не только, для более комфортного нашего существования.

Электрогравитация это просто

Вступление. В статье описана простейший генератор электрогравитации способный как уменьшай свой вес так и увеличивать. На сегодняшний день рабочая установка способна изменять вес в весьма маленьком диапазоне до 50 % от изначального веса. Поэтому даны рекомендации по ее доработке. Опыты Сергея Година и Василия Рощина Два российских физика создали очень интересный генератор. По факту это постоянные магниты помещенные в специальный диск с полостями для магнитов. При вращении «диска с магнитами» по часовой стрелке вес генератора уменьшался, а при вращении против часовой стрелки уменьшался.

Ученые ставят опыт ы но никаких теорий своим экспериментам пока не предлагают.

Все их опыты свелись к тому, что ученые изменяют скорость вращения и наблюдают за изменением веса. По их данным вес уменьшался до 50 % Летающая тарелка, это просто. На первый взгляд усилить антигравитационный эффект можно просто быстрее раскрутив «барабан» с магнитами. Увы центробежные силы просто разорвут барабан. Что и наблюдали экспериментаторы. Поэтому первый шаг это кроме основного электродвигателя поставить небольшой электродвигатель на каждый магнит. Диаметр каждого магнита много меньше целого барабаны и сама по себе конструкция отдельно взятого магнита прочнее сборного «барабана» поэтому и раскрутить каждый магнит по отдельности можно до больших скоростей.

А усилить дополнительно антигравитационный эффект можно за счет добавления новых способных вращаться магнитов оснащенных мини электродвигателями. Второй шаг, следует

, заменить в «барабане» постоянные магниты на электромагниты. Что такое постоянный магнит? По сути это набор кольцевых токов таких себе маленьких электромагнитиков «вшитых» в тело магнита.

Текущих в одной плоскости . Таким образом мы можем все магниты в барабане Рощина Погодина заменить на электромагниты. И подать к ним напряжение, через скользящие или жидкие контакты и раскрутить при помощи отдельных мини электромагнитных двигателяей.

Вот и все устройство «летающей тарелки» согласно опытам Рощина Година и двум описанным в статье электромагнитным парадоксам. Хотим увеличения веса, вращаем электромагниты и «барабан» в одну сторону хотим уменьшения веса крутим в другую. Далее надо отметить очень инт е ресный факт , обнаруженный физиками, это охлаждение магнитов . То же самое обнаружил и Серл в своих экспериментах . Это позволит избежать вероятного перегрева электромагнитных катушек. Литература -7- Экспериментальное исследование нелинейных эффектов в динамической магнитной системе Владимир РОЩИН , Сергей ГОДИН

Начало современного этапа в развитии электротехники относится к 90-м годам прошлого столетия, когда решение комплексной энергетической проблемы вызвало к жизни электропередачу электропривод. Электрификация началась тогда, когда оказалось возможным строить крупные электрические станции в местах, богатых первичными энергоресурсами, объединять их работу на общую сеть и снабжать электроэнергией любые центры и объект электропотребления.

Техническая сторона электрификации заключалась в разработ­ке многофазных систем, из которых практика сделала выбор в пользу системы трехфазной. Наиболее важным» и во всяком случае новыми элементами трехфазной системы были электродвига­тели, действие которых основано на использовании явления вращающегося магнитного поля.

Ранее упоминался опыт Араго, в котором диск и вращающийся магнит отражали принцип асинхронного электродвигателя с вра­щающимся магнитным полем. Од­нако это поле создавалось не неподвижным устройством, каким в современных машинах является статор, а вращающимся магнитом (рис. 4.2).

Долгое время явление, откры­тое Араго, не находило практиче­ского применения. Только в 1879 г. У. Бели (Англия) сконструиро­вал прибор (рис. 6.1), в котором пространственное перемещение магнитного поля осуществлялось с помощью неподвижного уст­ройства — путем поочередного намагничивания четырех расположснныхпо периферии круга электромагнитов. Намагничива­ние производилось импульсами постоянного тока, посылаемыми в обмотки электромагнитов специально приспособленным для этого коммутатором. Полярность верхних концов стержней из­менялась в определенной последовательности так, что через каждые восемь переключений коммутатора магнитный поток изменял свое направление п пространстве на 360. Над полюсами электромагнитов, как и в опытах Араго, был подвешен медный диск 2. Бели указывал, что при бесконечно большом числе элект­ромагнитов можно было бы обеспечить равномерное вращение магнитного поля. Прибор Бели не нашел никакого применения. Тем не менее, он был некоторым связующим звеном между опы­том Араго и более поздними исследованиями. С позиций сегод­няшнего дня представляется крайне простым осуществление вращающегося поля в установке Бели или в подобном прибо­ре иной конструкции путем питания электромагнитов синусои­дальными токами с различными начальными фазами. Однако в 80-х годах прошлого столетия на это ушло несколько лет ра­боты и поисков многих ученых, среди которых были француз­ский физик Марсель Депре, разработавший в 1883 г. систему синхронной связи двух движений, авторы одной из конструк­ций индукционных электросчетчиков Борель и Шалленбергер, изобретатель репульсионного двигателя И. Томсон, американский электротехник Ч. Бредли, немецкий инженер Ф. Хазельвандер и др. В связи с этим интересно привести фразу Илайю Томсона: «Трудно составить такую комбинацию из маг­нитов, переменного тока и кусков меди, которая не имела бы тенденции к вращению».

История открытия вращающегося магнитного поля и многофаз­ных систем до крайности запутана. В 90-е годы прошли многие су­дебные процессы, на которых разные фирмы, скупившие патенты изобретателей, пытались утвердить свои права на многофазные системы. Только американская фирма Вестингауз провела более 25 судебных процессов.

Однако исчерпывающие и получившие наибольшую извест­ность экспериментальные и теоретические исследования вращаю­щегося магнитного поля выполнили независимо друг от другавыдающиеся ученые итальянец Галилео Феррарис (1847-1897 гг.) и серб Цикола Тесла (1856-1943 гг.).

Г. Феррарис утверждал, что суть явления вращающегося магнитного поля он осознал еще в 1885 г., но доклад «Электродинами­ческое вращение, произведенное с помощью переменных токов» он сделал в Туринской академии (членом которой он состоял с 1880 г. ) 18 марта 1888 г.

Н. Тесла в своей автобиографии рассказывал, что идея двух­фазного асинхронного двигателя родилась у него еще в 1882 г., когда он работал в Будапештской телеграфной компании. Гуляя в парке с другом, он, осененный идеей, «тростью сделал на песке на­бросок принципа, который изложил шесть лет спустя на конфе­ренции в Американском институте электроинженеров». Доклад в этом институте состоялся 16 мая 1888 г., т.е. на два месяца позд­нее доклада Феррариса. Но первую заявку на получение патента на многофазные системы Тесла подал еще 12 октября 1887 г., т.е. ранее выступления Феррариса.

Остановимся сначала на работе Г. Феррариса исходя не из при­оритетных соображений, а из того, что в его работе дан более об­стоятельный теоретический анализ и еще потому, что именно перевод доклада Феррариса в английском журнале попал в свое время в руки М. О. Доливо-Добровольскому и вызвал первый им­пульс в серии последующих замечательных изобретений. Галилео Феррарис был известным в Европе ученым, представ­лявшим Италию на разных международных выставках и конгрес­сах.

Профессор разрабатывал теорию переменных токов и умел в очень ясной форме объяснять трудные физические процессы. Вот как в переложении им было объяснено явление враща­ющегося магнитного поля.

Рассмотрим показанную на рис. 6.2. пространствен­ную диаграмму, на которой ось x: представляет собой положительное направление вектора магнитной индукций создаваемой одной из катушек, а ось у положительноенаправление поля другой катушки. Для момента времени, ког­да индукция одного поля в точке О изображается отрезком OA, а другого — ОВ, суммарная результирующая индукция изобразит­ся отрезком OR. При изменениях OA и ОБ точка R перемещается но кривой, форма которой определяется законами изменений во времени двух полей. Если два поля имеют одинаковые амплитуды и сдвинуты по фазе на четверть периода, то геометрическим мес­том точки R станет окружность. Налицо вращение магнитного поля. Если фазу одного из полей или возбуждающего его тока изменить на 180 , то изменится и направление вращения резуль­тирующего поля. Если поместить в это поле снабженный валом и подшипниками медный цилиндр, то он будет вращаться. Позднее асинхронные двигатели с полым ротором в виде медного стакана получили название двигателей Фер­рариса.

Но как получить два переменных тока, сдвинутых относительно друг друга по фазе Феррарис предложил метод «расщепления фаз», при кото­ром искусственным путем создавался сдвиг по фазе при включении в цепи двух взаимоперпендикулярно распо­ложенных катушек фазосмещающих устройств. На рис. 6.3. показан внеш­ний вид модели двухфазного асинх­ронного двигателя, хранящейся в музее г. Турина, директором которого конца жизни был Галилео Феррарис.

В своем теоретическом анализе Феррарис, находясь в плену методов «слаботочной техники», предположил, что асинхронный Читатель должен работать в режиме, согласованном с источником «чтения, то есть в режиме передачи от источника к двигателю Максимальной мощности. Отсюда вытекало условие работы двига­ла при 50-процентном скольжении, и, как следствие, кпд такого двигателя мог быть только ниже 50 %. «Эти вычисления, — пола­гал Феррарис, — и экспериментальные результаты подтвержда­ет очевидное a priori заключение, что аппарат, основанный на этом принципе, не может иметь какого-либо практического значения…». Эта досадная и поучительная ошибка выдающегося уче­ною снижала ценность открытия и ограничивала область его при­менения только измерительными устройствами. Но именно эта злополучная для Феррариса фраза оказалась счастливой нахшкоЙ дл я Дат 11 по-Доб ронол и-кот.

Никола Тесла, одни из самых известных и плодовитых ученых в области электротехники, начинавший и 80-х подах прошлого ве­ка свою научную карьеру, получил только н области многофазных систем 41 патент. Некоторое время Тесла работал и Эднсоновской компании в Париже (1882-1884 гг.>, а затем переехал в США. В 1888 г. псе своп патенты по многофазным системам Тесла продал главе известной фирмы Джорджу Всстннгаузу, который в своих планах развития техники переменною тока (в противовес компа­нии Эдисона) сделал станку иа работы Тесла. Впоследствии Тесла мною внимания уделял технике высоких частот («трансформатор Тесла») и идее передачи электроэнергии без проводов. Интересная деталь: прн решении вопроса о стандартизации промышленной частоты, а диапазон предложении был от 25 до 133 Гц, Тесла реши­тельно высказался за принятую им для своих опытных установок частоту 60 Гц. Тогда отказ инженерен Вестннгауза от предложе­ния Тесла послужили начальным импульсом для ученого, решив­шего расстаться с Вестингаулом. Но вскоре именно эта частота бы.1.1 принята н США в качестве стандартной.

В патентах Тесла были описаны различные варианты много­фазных систем, В отличие от Феррариса Тесла полагал, что мно­гофазные токи следует получать от многофазных источников, а не пользоваться фазосмещающими устройствами. Утверждая, что двухфазная система, являясь минимальным вариантом системы многофазной, окажется и наиболее экономичной, Тесла, а вслед за ним и фирма Вестннгауза, основное внимание сосредоточили именно на этой системе.

Схематически система Тесла в ее наиболее характерной фор­ме представлена на рис, 6. 4, слепа изображен синхронный гене­ратор, справа — асинхронный двигатель. В генераторе между полюсами вращались две взаимно перпендикулярные катушку в которых генерировались дна тока, сдвинутые по фазе на 90. Концы каждой катушки были выведены на кольца, расположен­ные на валу генератора (на чертеже для ясности эти кольцаимеют различные диаметры).

Ротор двигателя тоже имел обмотку в виде двух расположенных под прямым углом друг к другу замкнутых на себя катушек. Основным недостатком двигателя Тесла, который впоследствии сделал его неконкурентоспособным, было наличие выступающих полюсов с сосредоточенной обмоткой. Эти двигатели имели боль­шое магнитное сопротивление и крайне неблагоприятное распре­деление намагничивающей силы вдоль воздушного зазора, что приводило к ухудшению характеристик машины. Таковы были следствия механического переноса в технику переменного тока конструктивных схем машины постоянного тока.

Конструкция обмотки ротора, как выяснилось позднее, тоже оказалась неудачной. Действительно, выполнение обмоток сосре­доточенными (а не распределенными по всей окружности ротора) при выступающих полюсах на статоре приводило к ухудшению пусковых условий двигателя (зависимость пускового момента от начального положения ротора), а то обстоятельство, что обмотки ротора имели сравнительно большое сопротивление, ухудшало ра­бочие характеристики.

Неудачным оказался и выбор двухфазной системы токов из всех возможных многофазных систем. Известно, что значитель­ную долю стоимости установки для передачи электроэнергии со­ставляют затраты на линейные сооружения и в частности на линейные провода. В связи с этим казалось очевидным, что чемменьше принятое число фаз, тем меньшим будет число прово­дов и тем, следовательно, экономичнее устройство электропе­редачи. Двухфазная система требовала применения четырех проводов, а удвоение числа проводов по сравнению с установ­ками постоянного или однофазного переменного токов пред­ставлялось нежелательным. Поэтому Тесла предлагал в некоторых случаях применять в двухфазной системе трехпроводную линию, то есть делать один провод общим. В этом слу­чае число проводов уменьшалось до трех. Однако расход металла на провода при этом снижался меньше, чем можно было ожидать, так как сечение общего провода должно быть примерно в 1,5 раза (точнее, в 2 раз) больше сечения каж­дого из двух других проводов.

Встретившиеся экономические и технические трудности за­держивали внедрение двухфазной системы в практику. Фирма Вестингауз построила несколько станций по этой системе, из которых наибольшей по масштабам была Ниагарская гидроэлект­ростанция.

Было показано, что его попытка создать практически «вечный двигатель» удалась потому, что автор интуитивно понимал, а может прекрасно знал, но тщательно скрывал истину, как правильно надо создать магнит нужной формы и как правильно надо сопоставить магнитные поля магнитов ротора и статора, чтобы взаимодействие между ними привело к практически вечному вращению ротора. Для этого ему пришлось изогнуть роторные магниты так, что этот магнит в разрезе стал похож на бумеранг, слабоизогнутую подкову или банан.

Благодаря такой форме магнитные силовые линии роторного магнита оказались замкнутыми уже не в виде тора, а в виде «бублика», пусть и сплюснутого. И размещение такого магнитного «бублика» так, чтобы его плоскость была при максимальном приближении магнита ротора к магнитам статора приблизительно или преимущественно параллельна силовым линиям, исходящих от магнитов статора, позволило получить за счет эффекта Магнуса для эфирных потоков силу, которая обеспечила безостановочное вращение арматуры вокруг статора…

Конечно было бы лучше, если бы магнитный «бублик» роторного магнита был бы совсем параллельным силовым линиям, исходящих из полюсов магнитов статора, и тогда эффект Мёбиуса для магнитных потоков, которые есть потоки эфира, проявился бы с бОльшим эффектом. Но для того времени (более 30 лет назад) даже такое инженерное решение было огромным достижением, что, несмотря на запрет выдавать патенты на «вечные двигатели», Говарду Джонсону через несколько лет ожидания, патент получить удалось, так как, видимо, ему удалось убедить патентоведов реально действующим образцом своего магнитного мотора и магнитной дорожки. Но даже по прошествии 30 лет кто-то из власть имущих упорно не желает принять решение о массовом применении подобных двигателей в промышленности, в быту, на военных объектах и т.д.

Убедившись, что мотор Говарда Джонсона использует тот принцип, который понят мной, исходя их теории Эфира, я попытался проанализировать с этих же позиций еще один патент, который принадлежит русскому изобретателю Алексеенко Василию Ефимовичу. Патент был выдан еще в 1997 году, но поиск по Интернету показал, что наша власть и промышленники фактически игнорируют изобретение. Видимо в России еще много нефти и денег, поэтому чиновники предпочитают мягко спать и сладко есть, благо у них зарплата это позволяет. А в это время на нашу страну надвигается экономический, политический, экологический и идеологический кризис, которые могут перерасти в продовольственный и энергетические кризисы, а при нежелательном для нас развитии породить демографическую катастрофу. Но, как любили говорить некоторые царские военноначальники — не беда, бабы новых нарожают…

Предоставляю возможность самим читателям познакомиться с патентом Алексеенко В. Е. Он предложил 2 конструкции магнитных двигателей. Их недостатком является то, что их роторные магниты имеют довольно сложную форму. Но патентоведы, вместо того, чтобы помочь автору патента упростить конструкцию, ограничились формальной выдачей патента. Мне неизвестно, как Алексеенко В.Е. обошёл запрет на «вечные двигатели», но и на том спасибо. А вот то, что это изобретение фактически оказалось никому не нужным, это уже очень плохо. Но это, к сожалению, суровая правда бытия нашего народа, которым управляют недостаточно компетентные или слишком корыстные существа. Пока жаренный петух не клюнет…

ИЗОБРЕТЕНИЕ

Патент Российской Федерации RU2131636

БЕСТОПЛИВНЫЙ МАГНИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Изучая диск Фарадея и т.н. «парадокс Фарадея», провел несколько простых опытов и сделал несколько интересных выводов. В первую очередь о том, на что следует обращать больше всего внимания для того, чтобы лучше понять процессы происходящие в этой (и подобных) униполярной машине.

Понимание принципа работы диска Фарадея помогает понять также то, как работают вообще все трансформаторы, катушки, генераторы, электродвигатели (в т.ч. униполярный генератор и униполярный двигатель) и т.п.

В заметке рисунки и подробное видео с разными опытами, иллюстрирующими все выводы без формул и подсчетов, «на пальцах».

Все нижеизложенное — попытка осмысления без претензий на академическую достоверность.

Направление силовых линий магнитного поля

Главный вывод который я для себя сделал: первое, на что стоит всегда обращать внимание в подобных системах — это геометрия магнитного поля , направление и конфигурация силовых линий.

Только геометрия силовых линий магнитного поля, их направление и конфигурация могут внести определенную ясность в понимание процессов, происходящих в униполярном генераторе или униполярном двигателе, диске Фарадея, а также любом трансформаторе, катушке, электродвигателе, генераторе и т.п.

Я для себя распределил степень важности так — 10% физики, 90% геометрии (магнитного поля) для понимания происходящего в этих системах.

Более подробно все описано в видео (см. ниже).

Надо понимать что диск Фарадея и внешняя цепь со скользящими контактами так или иначе образуют хорошо известную со школьных времен рамку — ее образует участок диска от его центра к месту соединения со скользящим контактом у его края, а также вся внешняя цепь (подходящие к контактам проводники).

Направление силы Лоренца, Ампера

Сила Ампера — частный случай силы Лоренца (см. Википедию).

Ниже на двух картинках показана сила Лоренца действующая на положительные заряды во всей цепи («рамке») в поле магнита типа «бублик» для случая когда внешняя цепь жестко соединена с медным диском (т.е. когда скользящие контакты отсутствуют, и внешняя цепь напрямую припаяна к диску).

1 рис . — для случая когда вся цепь вращается внешним механическим усилием («генератор»).
2 рис . — для случая, когда через цепь подается постоянный ток от внешнего источника («двигатель»).

Нажмите на один из рисунков, чтобы увеличить.

Сила Лоренца проявляется (генерируется ток) только в участках цепи, ДВИГАЮЩИХСЯ в магнитном поле

Униполярный генератор

Итак, поскольку сила Лоренца, действующая на заряженные частицы диска Фарадея или униполярного генератора, будет действовать противоположно на разных участках цепи и диска, то для получения тока из этой машины следует приводить в движение (вращать) только те участки цепи (по возможности), направление силы Лоренца в которых будет совпадать. Остальные участки должны быть либо неподвижны, либо исключены из цепи, либо вращаться в противоположную сторону .

Вращение магнита не изменяет однородность магнитного поля вокруг оси вращения (см. последний раздел), поэтому стоит магнит или вращается — не играет роли (хотя идеальных магнитов не бывает, и неоднородность поля вокруг оси намагниченности, вызванная недостаточным качеством магнита , тоже оказывает некоторое влияние на результат).

Здесь важную роль играет то, какая часть всей цепи (включая подводящие провода и контакты) вращается, а какая неподвижна (т.к. только в движущейся части возникает сила Лоренца). А главное — в какой части магнитного поля находится вращающаяся часть, и из какого участка диска производится съем тока.

Например, если диск будет выступать далеко за пределы магнита, то в выступающей за край магнита части диска можно снять ток направления противоположного току который можно снять в части диска расположенной непосредственно над магнитом.

Униполярный двигатель

Все вышесказанное о генераторе справедливо и для режима «двигатель».

Подавать ток надо по возможности в те части диска, в которых сила Лоренца будет направлена в одну сторону. Именно эти участки надо освободить, предоставив возможность им свободно вращаться и «разорвать» цепь в соответствующих местах, поставив скользящие контакты (см. рисунки далее).

Остальные участки надо по возможности либо исключить, либо минимизировать их влияние.

Видео — опыты и выводы

Время разных этапов этого видео:

3 мин 34 сек — первые опыты

7 мин 08 сек — на что обращать главное внимание и продолжение опытов

16 мин 43 сек — ключевое объяснение

22 мин 53 сек — ГЛАВНЫЙ ОПЫТ

28 мин 51 сек — 2 часть, интересные наблюдения и еще опыты

37 мин 17 сек — ошибочный вывод одного из опытов

41 мин 01 сек — о парадоксе Фарадея

Что от чего отталкивается?

Мы с товарищем-электронщиком долго обсуждали эту тему и он высказал мысль построенную вокруг слова «отталкивается «.
Мысль, с которой я согласен — если что-то начинает движение, то оно от чего-то должно отталкиваться. Если что-то движется, то оно движется относительно чего-то.

Упрощенно говоря, можно сказать, что часть проводника (внешняя цепь или диск) отталкивается от магнита! Соответственно на магнит (через поле) действуют силы отталкивания. Иначе вся картина рушится и теряет логику. Про вращение магнита — см. раздел ниже.

На рисунках (можно кликнуть для увеличения) — варианты для режима «двигатель».
Для режима «генератор» работают те же принципы.

Здесь действие-противодействие происходит между двумя главными «участниками»:

• магнит (магнитное поле)
• разные участки проводника (заряженные частицы проводника)

Соответственно, когда диск вращается, а магнит неподвижен , то действие-противодействие происходит между магнитом и частью диска .

А когда магнит вращается вместе с диском, то действие-противодействие происходит между магнитом и внешней частью цепи (зафиксированными подводящими проводниками). Дело в том, что вращение магнита относительно внешнего участка цепи — это тоже самое, что вращение внешнего участка цепи относительно неподвижного магнита (но в противоположную сторону). В этом случае медный диск в процессе «отталкивания» почти не участвует.

Выходит так, что в отличие от заряженных частиц проводника (которые могут двигаться внутри него), магнитное поле жестко связано с магнитом. В т.ч. вдоль окружности вокруг оси намагниченности.
И еще один вывод: сила притягивающая два постоянных магнита — не какая-то загадочная сила перпендикулярная силе Лоренца, а это сила Лоренца и есть. Все дело во «вращении» электронов и той самой «геометрии «. Но это уже другая история…

Вращение «голого» магнита

В конце видео есть забавный опыт, и вывод о том, почему часть электрической цепи можно заставить вращаться, а заставить вращаться магнит «бублик» вокруг оси намагниченности — не получается (при неподвижной электрической цепи постоянного тока).

Проводник можно разорвать в местах противоположного направления силы Лоренца, а магнит разорвать нельзя

Дело в том что магнит и весь проводник (внешняя цепь и сам диск) образуют связанную пару — две взаимодействующие системы , каждая из которых замкнута внутри себя . В случае с проводником — замкнута электрическая цепь , в случае с магнитом — «замкнуты» силовые линии магнитного поля .

При этом, в электрической цепи проводник можно физически разорвать , не нарушая самой цепи (поставив диск и скользящие контакты ), в тех местах, где сила Лоренца «разворачивается» в обратном направлении, «отпустив» разные участки электрической цепи двигаться (вращаться) каждый в свою, противоположную друг другу сторону, а разорвать «цепь» силовых линий магнитного поля или магнита, так чтобы разные участки магнитного поля «не мешали» друг другу — видимо невозможно (?). Никаких подобий «скользящих контактов» для магнитного поля или магнита кажется еще не придумали.

Поэтому и возникает проблема с вращением магнита — его магнитное поле представляет собой цельную систему, которая всегда замкнута в себе и неразрывна в теле магнита. В ней противоположные силы на участках, где магнитное поле разнонаправленно, взаимно компенсируются, оставляя магнит неподвижным.

При этом, работа силы Лоренца, Ампера в неподвижно зафиксированном проводнике в поле магнита, уходит видимо не только на нагрев проводника, но и на искажение силовых линий магнитного поля магнита.

КСТАТИ! Интересно было бы провести опыт, в котором через неподвижный проводник, находящийся в поле магнита, пропустить огромный ток , и посмотреть — как будет реагировать магнит. Нагреется ли магнит, размагнитится ли, или может быть он просто разломается на куски (и тогда интересно — в каких местах?).

Все вышеизложенное — попытка осмысления без претензий на академическую достоверность.

Вопросы

Что осталось не до конца ясным и требует проверки:

1. Можно ли все-таки заставить вращаться магнит отдельно от диска?

Если дать возможность и диску, и магниту, свободно вращаться независимо друг от друга , и подать ток на диск через скользящие контакты, то будут ли и диск, и магнит вращаться? И если да, то в какую сторону будет вращаться магнит? Для эксперимента нужен большой неодимовый магнит — его у меня пока нет. С обычным магнитом не хватает силы магнитного поля.

2. Вращение разных частей диска в разные стороны

Если сделать свободно вращающимися независимо друг от друга и от неподвижного магнита — центральную часть диска (над «дыркой бублика» магнита), среднюю часть диска, а так же часть диска выступающую за край магнита, и подать ток через скользящие контакты (в т.ч. скользящие контакты между этими вращающимися частями диска) — будут ли центральная и крайняя часть диска вращаться в одну сторону, а средняя — в противоположную?

3. Сила Лоренца внутри магнита

Действует ли сила Лоренца на частицы внутри магнита, магнитное поле которого искажается внешними силами?

Никола Тесла: человек за блоком магнитного поля

. 2004 март; 19(3):369-74.

doi: 10.1002/jmri.20002.

Ариэль Роген ¹

принадлежность

• ¹ Отделение кардиологии, Больница Джона Хопкинса, Балтимор, Мэриленд 21205, США. [email protected]

• PMID: 14994307
• DOI: 10.1002/jmri.20002

Ариэль Роген. J Magn Reson Imaging. 2004 март

. 2004 март; 19(3):369-74.

doi: 10.1002/jmri.20002.

Автор

Ариэль Роген ¹

принадлежность

• ¹ Отделение кардиологии, Больница Джона Хопкинса, Балтимор, Мэриленд 21205, США. [email protected]

• PMID: 14994307
• DOI: 10. 1002/jmri.20002

Абстрактный

Напряженность магнитного поля как магнитной, так и градиентной катушек, используемых в оборудовании для МРТ, измеряется в единицах Тесла, названных в честь Николы Теслы. В этой статье представлены жизнь и достижения этого сербско-американского изобретателя и исследователя, открывшего вращающееся магнитное поле, основу большинства машин переменного тока. У Николы Теслы было 700 патентов в США и Европе, охватывающих все аспекты науки и техники. Открытия Теслы включают катушку Теслы, электрическую проводимость переменного тока, улучшенное освещение, новые формы газотурбинных двигателей, робототехнику, флуоресцентный свет, беспроводную передачу электроэнергии, радио, дистанционное управление, открытие космических радиоволн и использование ионосферы для научных целей. целей. Он был гением, чьи открытия сыграли ключевую роль в продвижении нас в современную эпоху.

Copyright 2004 Wiley-Liss, Inc.

Похожие статьи

• Никола Тесла: необыкновенная жизнь.

  Гундерман РБ, Алаванья А. Гундерман Р.Б. и соавт. Радиология. 2015 апрель; 275(1):5-8. doi: 10.1148/радиол.15142183. Радиология. 2015. PMID: 25799331 Аннотация недоступна.

• Изобретатель по имени Никола Тесла.

  Блайх HL. Блайх ХЛ. МД вычисл. 1995 март-апрель;12(2):81-6. МД вычисл. 1995. PMID: 7700127 Аннотация недоступна.

• НИКОЛА ТЕСЛА И МЕДИЦИНА: 160-ЛЕТИЕ СО ДНЯ РОЖДЕНИЯ ГЕНИЯ, ПОДАВШЕГО СВЕТ МИРУ — ЧАСТЬ II.

  Вучевич Д. , Дордевич Д., Радосавлевич Т. Вучевич Д. и соавт. Мед Прегл. 2016 ноябрь;69(11-12):391-401. дои: 10.2298/mpns1612391v. Мед Прегл. 2016. PMID: 29693867

• Обзор потенциальных проблем и проблем в области МРТ.

  Катхираван С., Канакарадж Дж. Катираван С. и др. Журнал «Научный мир». 2013 27 ноября; 2013:783715. дои: 10.1155/2013/783715. Электронная коллекция 2013. Журнал «Научный мир». 2013. PMID: 24381523 Бесплатная статья ЧВК. Обзор.

• Исторический обзор магнитно-резонансной томографии с акцентом на технологические инновации.

  Ай Т., Морелли Дж. Н., Ху С., Хао Д., Гернер Ф. Л., Агер Б., Рунге В. М. Ай Т и др. Инвестируйте Радиол. 2012 декабрь; 47 (12): 725-41. doi: 10.1097/RLI.0b013e318272d29f. Инвестируйте Радиол. 2012. PMID: 23070095 Обзор.

Посмотреть все похожие статьи

Типы публикаций

термины MeSH

Личное имя как тема

Мои изобретения Николы Теслы — Глава 3: Мои более поздние попытки / Открытие вращающегося магнитного поля

Никола Тесла

http://www.teslauniverse.com/nikola-tesla-article-my-inventions-iii-my-later-endeavors

Оригинальная статья (PDF)

Электрический экспериментатор

апрель 1919 г.

Открытие вращающегося магнитного поля

В возрасте десяти лет я поступил в Реальную гимназию, которая была новым и довольно хорошо оборудованным заведением. На кафедре физики находились различные модели классической научной аппаратуры, электрические и механический. Демонстрации и опыты, время от времени проводимые инструкторами, завораживали меня и, несомненно, служили мощным стимулом к ​​изобретательству. я тоже страстно увлекался математическими занятиями и часто заслуживал похвалы профессора за быстрые вычисления. Это было связано с моей приобретенной способностью визуализировать фигуры и выполнять операции, а не в обычным интуитивным образом, но как в реальной жизни. До определенной степени сложности для меня было абсолютно одинаково, писал ли я символы на доске или вызывал их перед своим мысленным взором. зрение. Но рисование от руки, которому были посвящены многие часы курса, было раздражающим фактором, который я не мог вынести. Это было довольно примечательно, поскольку большинство членов семьи преуспели в этом. Возможно, мое отвращение было вызвано просто пристрастием, которое я находил в невозмутимой мысли. Если бы не несколько исключительно глупых мальчишек, которые вообще ничего не умели, мой послужной список был бы был худшим. Это был серьезный недостаток, так как при существовавшем тогда образовательном режиме с обязательным рисованием этот недостаток грозил испортить всю мою карьеру, а отец значительные проблемы с переводом меня из одного класса в другой.

Никола Тесла в 60 лет. Совсем недавний портрет великого изобретателя. Отличное подобие.

На втором году обучения в этом учреждении я стал одержим идеей создания непрерывного движения за счет постоянного давления воздуха. Инцидент с насосом, о котором я рассказывал, воспламенил мою юношескую жизнь. воображение и поразить меня безграничными возможностями вакуума. Я сходил с ума от желания использовать эту неиссякаемую энергию, но долго блуждал в темноте. Окончательно, однако мои усилия вылились в изобретение, которое должно было позволить мне достичь того, чего не пытался сделать ни один другой смертный. Представьте цилиндр, свободно вращающийся на двух подшипниках и частично окруженный прямоугольным желобом, который идеально вписывается в него. Открытая сторона желоба закрыта перегородкой, так что цилиндрический сегмент внутри корпуса делит последний на два отсека. полностью отделены друг от друга герметичными скользящими соединениями. Одно из этих отделений запечатано и раз и навсегда опустошено, а другое остается открытым, и происходит постоянное вращение цилиндра. по крайней мере, я так думал. Деревянная модель была сконструирована и подогнана с величайшей тщательностью, и когда я применил насос с одной стороны и действительно заметил, что существует тенденция поворачиваясь, я был в бреду от радости. Механический полет был единственной вещью, которую я хотел совершить, несмотря на обескураживающие воспоминания о неудачном падении, которое я выдержал, прыгая с зонтиком. с вершины здания. Каждый день я переносился по воздуху в дальние края, но не мог понять, как мне это удается. Теперь у меня было что-то конкретное — летающий машина с не более чем вращающимся валом, хлопающими крыльями и — вакуумом неограниченной мощности! С тех пор я совершал свои ежедневные воздушные путешествия в машине, максимально комфортной и роскошной. подошли царю Соломону. Потребовались годы, прежде чем я понял, что атмосферное давление действует под прямым углом к ​​поверхности цилиндра и что небольшое вращательное усилие, которое я наблюдал, было из-за утечки. Хотя это знание приходило постепенно, меня это повергло в болезненный шок.

Этот выпуск, без сомнения, самый интересный из трех, опубликованных до сих пор, раскрывает множество необычных событий и переживаний в жизни величайшего изобретателя в мире — опытов. такие, которые не выпадают на долю простых смертных. А Тесла, многоликий, помимо изобретательства, владеет редким искусством рисовать словесные образы. Здесь он делает это мастерски. Он говорит нам как он, наконец, придумал асинхронный двигатель — возможно, его величайшее открытие — изобретение, изменившее лицо земного шара, изобретение, сделавшее возможным трамвай, метро, электропоезд, передача энергии, использование водопадов и бесчисленное множество других. Но пусть Тесла сам расскажет, как все это произошло. Это классика, которую стоит прочитать.

РЕДАКТОР.

Едва я кончил курс в реальной гимназии, как меня поразила опасная болезнь, вернее, несколько десятков, и мое состояние стало настолько отчаянным, что меня бросили. врачи. В течение этого периода мне разрешалось постоянно читать, получая книги из Публичной библиотеки, которые были заброшены и доверены мне для классификации произведений и подготовка каталогов. Однажды мне вручили несколько томов новой литературы, не похожей ни на что из того, что я когда-либо читал раньше, и настолько увлекательной, что я совершенно забыл о своем безнадежном состоянии. Они были более ранние произведения Марка Твена, и им могло быть обязано последующее чудесное выздоровление. Двадцать пять лет спустя, когда я встретил мистера Клеменса, и между нами завязалась дружба, Я рассказал ему об этом опыте и был поражен, увидев, что этот великий смехотворец расплакался.

Мое обучение было продолжено в высшей реальной гимназии в Карлштадте, Хорватия, где проживала одна из моих теток. Это была знатная дама, жена полковника, старого боевого коня. участвовал во многих сражениях. Я никогда не смогу забыть три года, которые я провел в их доме. Ни в одной крепости во время войны не было более жесткой дисциплины. Меня накормили, как канарейку. Все блюда были самого высокого качества и вкусно приготовлены, но их было на тысячу процентов меньше. Ломтики ветчины, нарезанные моей тетей, были похожи на папиросную бумагу. Когда Полковник положил бы что-нибудь существенного на моей тарелке, она выхватывала его и взволнованно говорила ему: «Будь осторожен, Нико очень деликатен». У меня был ненасытный аппетит, и я страдал, как Тантал. Но я жил в атмосфере совершенно необычной для того времени и условий утонченности и художественного вкуса. Земля была низкой и болотистой, и малярийная лихорадка не покидала меня, несмотря на огромное количество хинина. потребляется. Время от времени река поднималась и загоняла в дома полчища крыс, пожирающих все, вплоть до пучков лютой паприки. Эти вредители были для меня желанным гостем диверсия. Я всячески поредел их ряды, чем снискал себе незавидное звание крысолова в обществе. Наконец, однако, мой курс был завершен, страдания закончились, и я получил аттестат зрелости, который привел меня на перекресток.

Первый асинхронный двигатель Теслы. Эта историческая модель — одна из двух, впервые представленных Американскому институту инженеров-электриков.

 

ЧТО ТАКОЕ АИНХОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ?

 

Асинхронный двигатель работает от переменного тока. У него нет коммутатора, как у двигателя постоянного тока, и контактных колец, как у двигателя переменного тока. В отличие от двух только что упомянутых типов ток «поля» не постоянный, а сам ток постоянно вращается, увлекая за собой — за счет индукции — единственную движущуюся часть двигателя — ротор — или якорь. Не имея якоря и контактных колец, асинхронный двигатель никогда не искрит. Следовательно, он не знает проблем с «кистью». Не требует внимания из-за своей жесткости. Изнашиваются только подшипники. Его эффективность тоже выше. Благодаря всему этому асинхронный двигатель применяется в подавляющем большинстве в трамваях, электропоездах, на заводах. и т. д.

 

Все эти годы мои родители ни разу не поколебались в своем решении заставить меня принять духовенство, одна мысль о котором наполняла меня ужасом. Я сильно заинтересовался электричеством под стимулирующим влиянием моего профессора физики, который был изобретательным человеком и часто демонстрировал принципы с помощью приборов собственного изобретения. Среди них я вспоминаю устройство в форма свободно вращающейся лампочки с покрытием из фольги, которая быстро вращалась при подключении к статической машине. Я не в состоянии передать адекватное представление об интенсивности чувство, которое я испытал, наблюдая его выставки этих загадочных явлений. Каждое впечатление производило в моем сознании тысячу отголосков. Я хотел узнать больше об этой чудесной силе; Я жаждал для экспериментов и исследований и смирился с неизбежным с болью в сердце.

Как раз когда я собирался в долгий путь домой, я получил известие, что мой отец желает, чтобы я отправился в охотничью экспедицию. Это была странная просьба, поскольку он всегда упорно сопротивлялся этот вид спорта. Но через несколько дней я узнал, что в этом районе свирепствует холера, и, воспользовавшись случаем, вопреки желанию родителей вернулся в Госпич. Невероятно, насколько люди были совершенно невежественны в отношении причин этого бедствия, посещавшего страну с промежутками от пятнадцати до двадцати лет. Они думали, что смертоносные агенты передавались по воздуху и наполняли его резкими запахами и дымом. Тем временем они пили зараженную воду и умирали кучами. Я заразился ужасной болезнью в самый день моего По прибытии и, несмотря на кризис, я был прикован к постели в течение девяти месяцев и почти не мог двигаться. Моя энергия была полностью исчерпана, и я во второй раз оказался в дверь смерти. В один из периодов упадка, который считался последним, мой отец ворвался в комнату. Я до сих пор вижу его бледное лицо, когда он пытался подбодрить меня тоном, противоречащим его уверенности. «Возможно, — сказал я, — я выздоровею, если вы позволите мне изучать инженерное дело». «Ты поступишь в лучшее техническое заведение в мире», — торжественно ответил он, и я понял, что он имел в виду именно это. Тяжелая тяжесть спала с моего ума, но облегчение пришло бы слишком поздно, если бы не чудесное исцеление, вызванное горьким отваром необычной фасоли. Я ожил, как другой Лазаря ко всеобщему изумлению. Мой отец настоял на том, чтобы я провел год в полезных для здоровья физических упражнениях на свежем воздухе, на что я неохотно согласился. Большую часть этого срока я бродил по горы, нагруженный охотничьим снаряжением и связкой книг, и это общение с природой сделало меня сильнее как телом, так и духом. Я думал и планировал, и задумал много идей почти так же, как правило обманчиво. Видение было достаточно ясным, но знание принципов было очень ограниченным. В одном из своих изобретений я предлагал перевозить письма и посылки через моря на подводной лодке. трубки в сферических контейнерах достаточной прочности, чтобы противостоять гидравлическому давлению. Насосная установка, предназначенная для нагнетания воды по трубе, была точно рассчитана и спроектирована, и все другие детали тщательно проработаны. Лишь одна пустяковая деталь, не имеющая значения, была слегка упущена из виду. Я предполагал произвольную скорость воды и, более того, получал удовольствие, делая это высоко, таким образом достигая колоссальной производительности, поддерживаемой безупречными вычислениями. Однако последующие размышления о сопротивлении труб потоку жидкости заставили меня сделать это общественное достояние изобретения.

Еще один из моих проектов состоял в том, чтобы построить кольцо вокруг экватора, которое, конечно, свободно плавало бы и могло быть остановлено в своем вращательном движении реакционными силами, что позволяло бы путешествовать. со скоростью около тысячи миль в час, что невозможно по железной дороге. Читатель улыбнется. План был трудновыполним, я признаю, но далеко не так плохо, как план хорошо известного Нью-Йорка. Йоркский профессор, желавший перекачать воздух из жарких зон в умеренные, совершенно забыв о том, что Господь предусмотрел для этой цели гигантскую машину.

Еще одна схема, гораздо более важная и привлекательная, заключалась в том, чтобы извлекать энергию из энергии вращения земных тел. Я обнаружил, что предметы на земной поверхности благодаря суточное вращение земного шара, осуществляются попеременно по и против направления поступательного движения. Это приводит к большому изменению импульса, которое можно было бы использовать в простейший из вообразимых способов обеспечить двигательное усилие в любом обитаемом регионе мира. Я не могу найти слов, чтобы описать свое разочарование, когда позже я понял, что оказался в затруднительном положении. Архимеда, который тщетно искал неподвижную точку во Вселенной.

По окончании каникул меня отправили в Политехнический институт в Граце, Штирия, который мой отец выбрал как одно из старейших и пользующихся хорошей репутацией учебных заведений. Это был момент, когда я с нетерпением ждали, и я начал учебу под хорошим покровительством и твердо решил добиться успеха. Моя предыдущая подготовка была выше среднего из-за обучения моего отца и предоставленных возможностей. я приобрел знание ряда языков и перерыл книги нескольких библиотек, подбирая более или менее полезную информацию. Опять же, впервые я мог выбирать предметы, которые мне нравились, и рисование от руки больше не беспокоило меня. Я решил преподнести родителям сюрприз и в течение всего первого года регулярно начинал свою работу в три часа. часов утра и продолжались до одиннадцати вечера, не исключая воскресенья и праздничные дни. Поскольку большинство моих сокурсников относились ко всему легко, вполне естественно, что я побил все рекорды. в В течение этого года я сдал девять экзаменов, и профессора считали, что я заслуживаю большего, чем высшая квалификация. Вооружившись их лестными свидетельствами, я отправился домой на короткий отдых, ожидая триумфа, и был огорчен, когда мой отец пренебрегал этими с трудом завоеванными почестями. Это чуть не убило мои амбиции; но позже, когда он умер, я с болью нашел пачку писем что профессора написали ему в том смысле, что, если он не заберет меня из Института, я умру от переутомления. После этого я посвятил себя главным образом физике, механике и занятиями математикой, проводя часы досуга в библиотеках. У меня была настоящая мания заканчивать начатое, что часто приводило к трудностям. Однажды я начал читал произведения Вольтера, когда, к своему ужасу, узнал, что существует около сотни больших томов, напечатанных мелким шрифтом, которые этот монстр написал, выпивая семьдесят две чашки черного кофе в сутки. Это нужно было сделать, но когда я отложил последнюю книгу, я очень обрадовался и сказал: «Никогда больше!»

Показ моего первого года принес мне признательность и дружбу нескольких профессоров. Среди них были профессор Рогнер, который преподавал арифметические предметы и геометрию; профессор Пешль, который занимал кафедру теоретической и экспериментальной физики, а доктор Алле преподавал интегральное исчисление и специализировался на дифференциальных уравнениях. Этот ученый был самым блестящим лектором в кого я когда-либо слушал. Он проявлял особый интерес к моим успехам и часто оставался на час или два в аудитории, давая мне решать задачи, которые мне нравились. Ему я объяснил задуманный мною летательный аппарат, не иллюзорное изобретение, а основанное на разумных научных принципах, которое стало возможным благодаря моей турбине и скоро будет передано Мир. Оба профессора Рогнер и Пёшль были любопытными людьми. У первого были своеобразные способы самовыражения, и всякий раз, когда он это делал, происходил бунт, за которым следовала долгая и неловкая пауза. Профессор Пешль был методичным и основательным немцем. У него были огромные ступни и руки, похожие на лапы медведя, но все его опыты были выполнены искусно с часовой точностью. и без промаха.

На втором курсе моей учебы мы получили из Парижа динамо-машину Грамма, имевшую подковообразную форму пластинчатого магнита возбуждения и проволочный якорь с коммутатором. Это было подключены и показаны различные эффекты токов. Пока проф. Пёшль демонстрировал, запуская машину как двигатель, щетки давали сбои, плохо искрили, и я заметил, что можно было бы эксплуатировать двигатель без этих приборов. Но он заявил, что это невозможно сделать, и оказал мне честь прочитать лекцию на эту тему в заключение которого он заметил: «г. Тесла может совершать великие дела, но этого он точно никогда не сделает. Это было бы эквивалентно преобразованию постоянной притягивающей силы, такой как сила тяжести, в во вращательное усилие. Это схема вечного двигателя, невозможная идея». Но инстинкт — это то, что превосходит знание. У нас, несомненно, есть некоторые более тонкие волокна, которые позволяют нам воспринимать истины, когда логическая дедукция или любое другое сознательное усилие мозга бесполезны. Какое-то время я колебался, пораженный авторитетом профессора, но вскоре убедился, что был прав и взялся за дело со всем пылом и безграничной уверенностью юности.

Я начал с того, что сначала представил себе машину постоянного тока, работал на ней и следил за изменением тока в якоре. Тогда я бы представил генератор переменного тока и исследовал процессы происходят аналогичным образом. Затем я визуализировал бы системы, состоящие из двигателей и генераторов, и управлял бы ими различными способами. Образы, которые я видел, были для меня совершенно реальными и заметный. Весь мой оставшийся срок в Граце прошел в напряженных, но бесплодных усилиях такого рода, и я почти пришел к выводу, что проблема неразрешима. В 1880 году я отправился в Прагу, Богемии, выполняя желание моего отца завершить там свое образование в университете. Именно в этом городе я предпринял решительный шаг, который состоял в том, чтобы отсоединить коммутатор от машину и изучение явлений в этом новом аспекте, но все еще безрезультатно. В следующем году в моих взглядах на жизнь произошла внезапная перемена. Я понял, что мои родители делали слишком большие жертвы ради меня и решил облегчить их бремя. Волна американского телефона только что достигла европейского континента, и система должна была быть установлена ​​в Будапешт, Венгрия. Это представлялось идеальной возможностью, тем более что во главе предприятия стоял друг нашей семьи. Именно здесь у меня случился полный нервный срыв. которые я упомянул. То, что я испытал в период этой болезни, превосходит все ожидания. Мое зрение и слух всегда были необыкновенными. Я мог четко различать предметы на расстоянии когда другие не видели их следов. Несколько раз в детстве я спасал дома наших соседей от пожара, слыша слабый треск, не нарушавший их сна, и звал за помощью.

Целью этого аналога является максимально достоверное изображение явлений вращающегося магнитного поля Теслы, чтобы сделать их легко понятными среднему читателю. Два Переменные потоки представлены потоками воды, имеющими одинаковое соотношение фазы, амплитуды и направления. Магнитная полярность ротора, имитируемая использованием тела So По форме ведет себя по отношению к потокам, точно так же, как ротор по отношению к полюсам. Более того, соответствующие вращающиеся и неподвижные части имеют одинаковый внешний вид и Распоряжаться подобным образом. Чтобы сделать аналогию полной, можно далее предположить, что жидкость сжимаема, так что будет сдвиг фаз между давлением и потоком, как это Существование между электродвижущей силой и током.

В 1899 году, когда мне было за сорок и я проводил свои эксперименты в Колорадо, я мог отчетливо слышать раскаты грома на расстоянии 550 миль. Предел прослушивания для моих молодых помощников был чуть больше 150 км. Таким образом, мое ухо стало более чем в тринадцать раз более чувствительным. Но тогда я был, так сказать, глух как камень по сравнению с остротой моего слуха под нервное перенапряжение. В Будапеште я мог слышать тиканье часов, ведь между мной и часами было три комнаты. Муха, садившаяся на стол в комнате, вызывала глухой стук в ухо. А повозка, проезжавшая на расстоянии нескольких миль, изрядно сотрясала меня всем телом. Свисток локомотива в двадцати-тридцати милях заставлял скамейку или стул, на котором я сидел, так сильно вибрировать, что боль была невыносимой. Земля под ногами непрерывно дрожала. Мне приходилось поддерживать свою кровать на резиновых подушках, чтобы хоть немного отдохнуть. Ревущие звуки, доносившиеся издалека и вблизи, часто производили эффект произносимых слов, который испугал бы меня, если бы я не был в состоянии разложить их на случайные составляющие. Солнечные лучи, если их периодически перехватывать, вызывали бы удары такая сила на моем мозгу, что они оглушили бы меня. Мне пришлось собрать всю свою силу воли, чтобы пройти под мостом или другим сооружением, так как я испытал сокрушительное давление на череп. В темноте у меня было чувство летучей мыши и мог обнаружить присутствие объекта на расстоянии двенадцати футов по своеобразному жуткому ощущению на лбу. Мой пульс колебался от нескольких до двухсот шестидесяти удары, и все ткани тела дрожали от подергиваний и дрожи, которую, пожалуй, было труднее всего вынести. Известный врач, который ежедневно давал мне большие дозы бромида калия. объявил мою болезнь уникальной и неизлечимой. Я вечно жалею, что не находился в то время под наблюдением специалистов по физиологии и психологии. Я отчаянно цеплялся за жизнь, но никогда не ожидал, что выздоровеет. Может ли кто-нибудь поверить, что такой безнадежный физический развалина может когда-либо превратиться в человека удивительной силы и упорства, способного работать почти тридцать восемь лет? без перерыва на день, и найти себя еще сильным и свежим телом и душой? Таков мой случай. Мощное желание жить и продолжать работу, а также помощь преданного друга и спортсмен совершил чудо. Ко мне вернулось здоровье, а вместе с ним и бодрость духа. Приступая к проблеме снова, я почти пожалел, что борьба должна была скоро закончиться. У меня было так много энергии, чтобы запасной. Когда я взялся за эту задачу, я не был так полон решимости, какую часто проявляют мужчины. Для меня это был священный обет, вопрос жизни и смерти. Я знал, что погибну, если потерплю неудачу. Теперь я почувствовал что битва была выиграна. Еще в глубоких тайниках мозга было решение, но я еще не мог дать ему внешнее выражение. Однажды днем, который всегда присутствует в моей памяти, я был наслаждаясь прогулкой с моим другом в городском парке и чтением стихов. В том возрасте я знал целые книги наизусть, слово в слово. Одним из них был «Фауст» Гёте. Солнце только что садилось и напомнил мне славный пассаж:

«Sie rückt und weicht, der Tag ist überlebt, Dort eilt sie hin und fördert neues Leben. О, dass kein Flügel mich vom Boden hebt Ihr nach und immer nach zu streben!*

Ein schöner Traum indessen sie entweicht, Ach, zu des Geistes Flügeln wird so leicht Kein körperlicher Flügel sich gesellen!»†

Когда я произнес эти вдохновляющие слова, мысль пришла как вспышка молнии, и в одно мгновение истина открылась. Я нарисовал палочкой на песке схемы, показанные шестью годами позже в моей адрес перед Американским институтом инженеров-электриков, и мой спутник прекрасно их понял. Образы, которые я видел, были удивительно четкими и ясными, а также обладали твердостью металла и камень, да так, что я сказал ему: «Посмотри на мой мотор здесь; смотри, как я изменю его». Я не могу начать описывать свои эмоции. Пигмалион, видя, как его статуя оживает, не мог быть более глубокомысленным. взолнованный. Тысячу тайн природы, на которые я мог бы наткнуться случайно, я отдал бы за ту, которую вырвал у нее вопреки всему и с риском для своего существования.

* «Зарево отступает, кончился день труда; Он вон там спешит, исследуя новые области жизни; Ах, если бы ни одно крыло не могло поднять меня с земли, По его следу следовать, следовать за парением!»

† «Прекрасный сон! хотя теперь слава меркнет. Увы! Крылья, что поднимают разум, Никакая помощь Крыльев, поднимающих тело, не может мне завещать».

Мотор Сити | Tesla

Немного о двигателях, магнитах, переменном и постоянном токе и странных маленьких штучках, называемых IGBT, и одновременно пытаюсь ответить на некоторые ваши вопросы. (И да, мы открываем офис в Детройте, но это уже другая история.)

Никола Тесла был твердым сторонником переменного тока (переменного тока) как средства распределения электричества, потому что он был более эффективным, чем постоянный ток (постоянный ток, как предпочитал Томас Эдисон), и потому что было легко повышать или понижать напряжение переменного тока с помощью трансформатор, сделанный из стопки стальных листов и скрученной проволоки. На эту тему написано много. Я рекомендую следующие книги.

Империи света: Эдисон, Тесла, Вестингауз и гонка за электрификацию мира Джилл Джоннс

Тесла: Человек вне времени, Маргарет Чейни

Волшебник: Жизнь и времена Николы Теслы: Биография гения, Марк Дж. Сейфер

Вращающееся магнитное поле Теслы, Томас Коммерфорд Мартин и Никола Тесла

Полное собрание патентов Николы Теслы, составленное Джимом Гленном

Перемотаем все назад в 1888 год: Никола Тесла изобрел многофазный асинхронный двигатель переменного тока (номера патентов США 381968, 381969, 382279, 433700, 433701 и 555190). Тесла был заинтересован в таком двигателе, потому что он был проще, и потому что он мог приводиться в движение напрямую от линий электропередач переменного тока или от динамо-машины без необходимости выпрямления. Тесла работал над совершенствованием асинхронного двигателя переменного тока, и большинство двигателей, которые мы используем в электроприборах и оборудовании, созданы непосредственно благодаря его работе.

Асинхронные двигатели переменного тока имеют ряд преимуществ перед двигателями постоянного тока: они не имеют обмоток возбуждения или постоянных магнитов; у них нет изнашиваемых щеток или коллекторов; они могут быть очень эффективными. Сам Тесла признал, что асинхронные двигатели переменного тока могут хорошо работать в автомобилях. Однако в его время они никогда не использовались в серийных автомобилях, потому что было почти невозможно преобразовать постоянный ток от батарей в переменный для привода двигателя. (Вакуумная лампа по-прежнему была довольно изящной штукой — кремний был наиболее полезен в качестве начинки для пляжа, никаких приличных диодов, транзисторов и т. д.)

Итак, асинхронные двигатели переменного тока нашли свое применение в промышленности и бытовой технике, используя переменный ток, генерируемый динамо-машинами. За последние 100 лет они были в основном разработаны и оптимизированы для работы на фиксированной частоте: 60 Гц здесь, в США, частота переменного тока в каждой электрической розетке в наших домах. (Эта частота, используемая до сих пор, была выбрана Теслой более ста лет назад.)

(Для менее технических специалистов, что означает переменный ток? Переменный ток означает, что ток плавно меняет направление вперед и назад, как волны на пляж — втекает, а затем уходит обратно. Если бы вы могли слушать 60 Гц, это звучало бы как низкий, ровный тон. Более высокая частота означает более высокий тон; раздражающие гудки микроволновок и других электронных устройств имеют частоту около 2000 Гц. Скорее всего, ваш слух достигает максимума около 20 000 Гц.)

Электромобили использовали простые в управлении двигатели постоянного тока вплоть до 1990-х годов. См. длинный список здесь.

Двигателям постоянного тока не нужно много, чтобы заставить их вращаться — подключите их к аккумулятору, и они заработают. Может быть, вы сами играли с двигателем постоянного тока в школе, в игровой автомат, что угодно. Если вы разберете один из них, вы найдете одно и то же, большой он или маленький, старый или новый: ротор (часть, которая вращается), состоящая из пучка проволоки, намотанной на раму на валу, и кожух. к которому прикреплена пара магнитов. Провода к двигателю прикрепляются к «щеткам», которые вращаются на валу ротора, называемом коммутатором. Щетки и коммутатор совместно пропускают ток через спиральный провод ротора (создавая магнетизм) и меняют направление тока (и, следовательно, магнетизма) вперед и назад по мере вращения ротора. За прошедшие годы было проведено множество оптимизаций — причудливые «редкоземельные» магниты, улучшенные коммутаторы, даже хитрый отказ от щеток в (умело названных) бесщеточных двигателях постоянного тока.

JB предупреждает меня:

«Будьте осторожны. Бесщеточный двигатель постоянного тока на самом деле является двигателем переменного тока. Вам нужен инвертор, чтобы управлять им! Лучшее название для этого типа двигателя было бы «синхронный двигатель переменного тока с постоянными магнитами». Большинство людей спрашивают, почему мы не используем бесколлекторный двигатель постоянного тока с постоянными магнитами, как сегодня используют все гибриды. Мы решили не использовать один из них в основном из-за широкого плато эффективности, которое мы получаем от асинхронного двигателя переменного тока (что означает высокий КПД в широком диапазоне оборотов и мощности), а не потому, что это действительно двигатель постоянного тока». (Некоторые из вас спрашивали об использовании ниобия или других передовых магнитов в нашей машине. Если бы мы использовали бесщеточный двигатель постоянного тока, у нас были бы такие магниты. Но у нас их нет :-)) ) Даже сегодня практически все любители, которые делают свои собственные электромобили с двигателями постоянного тока, потому что управление настолько простое.

http://www.geocities.com/NapaValley/Cellar/1574/ev.html

http://www.geocities.com/mathenybrian/s10.htm

http://www.asahi-net. or.jp/~MR5T-OKB/2ev-e.html

http://www.voicenet.com/~tnichols/EV/EV.html

http://www.looneyland.freeserve.co.uk/ feista.htm

http://housebun.org/bob/ev.html http://www.redrok.com/ev.htm

http://www.driveev.com/jeepev/ame.php

http://ourworld.compuserve.com/homepages/Composite_Aircraft_Accessories/…

Но Никола Тесла был прав: асинхронный двигатель переменного тока по своей природе более эффективен, легче, проще и надежнее, чем двигатель постоянного тока, и был бы лучше электромобиля, если бы только можно было легко преобразовать постоянный ток батареи в переменный.

Перенесемся в 1986 год. Транзисторная технология появилась и была усовершенствована настолько, что стало возможным создавать мощный переменный ток из постоянного тока без больших потерь энергии. Aerovironment разрабатывала Sunraycer, гоночный автомобиль на солнечной энергии для GM. Эл Коккони («AC» из AC Propulsion) в то время работал в Aerovironment. Там он придумал, как собрать кучу MOSFET (причудливых транзисторов) вместе, чтобы сделать «инвертор» для Sunraycer, чтобы они могли использовать легкий асинхронный двигатель переменного тока.

Но это был не обычный инвертор. Если вы купили инвертор для своего автомобиля или фургона для питания бытовых приборов, этот инвертор будет просто делать старые добрые 60 Гц, как те, которые вы получаете от своих розеток. Напротив, инвертор Коккони создавал для двигателя сигнал переменного тока с переменной частотой. (В то же время несколько других производителей создали аналогичные преобразователи частоты для электромобилей и других приложений — приличные мощные транзисторы изменили все.)

Почему переменная частота? Небольшой экскурс в то, как работает двигатель переменного тока:

Электричество переменного тока, приводящее в движение двигатель, питает статор (неподвижные обмотки вокруг вращающегося ротора) и создает вращающееся магнитное поле. Оригинальные двигатели Теслы использовали 3 «фазы» переменного тока для привода двигателя: 3 провода к двигателю, каждый с той же частотой переменного тока, но с другой фазой. (Извините, я не могу придумать простого способа объяснить это!) Сегодня маломощные двигатели используют одну фазу, которая (досадно) использует два провода.

Инженеры-двигатели придумали концепцию, называемую «скольжение», которая представляет собой разницу в скорости вращения между этим вращающимся полем и скоростью вращения ротора. Крутящий момент двигателя пропорционален скольжению. Итак, если вам нужен определенный крутящий момент от двигателя переменного тока, вы измеряете скорость его ротора и регулируете частоту переменного тока, чтобы магнитное поле вращалось на нужную величину быстрее, чем ротор (или медленнее для рекуперативного торможения).

Асинхронный двигатель переменного тока иногда называют «двигателем с короткозамкнутым ротором», потому что рабочая часть ротора похожа на одну из тех клеток, в которых бегают домашние грызуны — вал с двумя металлическими кольцами, соединенными между собой связкой металлических стержней. (Примечание: в роторе асинхронного двигателя переменного тока, как правило, нет проволочных обмоток.) ​​Вначале Тесла понял, что он может заполнить беличью клетку (где белки могут бегать) стопкой стальных пластин для увеличения мощности. двигателя.

Тесла в основном использовал медь для изготовления своих беличьих клеток, но с трудом их изготавливал. По этой причине Тесла стал выступать за алюминий для ротора вместо меди, хотя это значительно снизило эффективность двигателя.

Как отмечалось выше, двигатели переменного тока, предназначенные для электроприборов, обычно работают на одной скорости. Некоторые из вас отметили, что мы должны использовать бесступенчатую трансмиссию (CVT), чтобы согласовать скорость нашего двигателя с желаемой скоростью автомобиля. Это было бы верно, если бы мы запускали наш двигатель на фиксированной частоте.

Но это не так. Подобно автомобилям GM и другим электродвигателям переменного тока, мы питаем двигатель переменным током переменного тока, используя частоту для регулирования крутящего момента и, следовательно, скорости.

Перейти к 1988 году: команда Aeroviroment получила контракт с GM на создание Impact (предшественника GM EV-1), поэтому они разработали специальный асинхронный двигатель переменного тока для работы с преобразователем частоты Cocconi на основе MOSFET.

Сотрудникам Hughes/GM не понравилось большое количество полевых МОП-транзисторов, которые использовала Cocconi, и они предложили вместо них использовать новомодные IGBT-транзисторы, подобные транзисторам от International Rectifier. Обо всем этом вы можете прочитать в книге «Автомобиль, который мог». Инженерам Hughes/GM они понравились больше, потому что ими было легче управлять и требовалось намного меньше транзисторов. Согласно легенде, Коккони сначала сопротивлялся использованию IGBT, а не полевых МОП-транзисторов, которые он уже знал. Правда это или нет, но в EV-1 использовались IGBT.

Снова перенесемся в 1992 год: Эл Коккони основал компанию AC Propulsion для производства двигателей для электромобилей и соответствующих инверторов. Компания AC Propulsion разработала блок силовой электроники (PEU) с использованием IGBT, аналогично тому, о чем Коккони узнал от ребят из Hughes/GM.

Перенесемся еще раз в 2003 год: модуль силовой электроники (PEM) Tesla Motors, в свою очередь, использует аналогичный тип преобразователя частоты, IGBT-инвертор, основываясь на том, что мы узнали от наших друзей Эла Коккони и остальной части команды AC. Движение, а также то, чему мы с Дж.Б. научились в нашей собственной карьере инженеров-электриков. За последние 3 года этот PEM был доработан и улучшен командой инженеров Tesla по электрике, прошивке и производству.

В то же время команда инженеров Tesla разработала собственный трехфазный асинхронный двигатель переменного тока — на основе патентов Tesla, на основе двигателя EV-1, на основе двигателя переменного тока Propulsion. Как и двигатели Теслы, двигатель EV-1 и двигатель переменного тока, наш невероятно эффективен во многом благодаря медному ротору.

Мы внимательно изучили двигатель EV-1. Метод, который они использовали для изготовления своего медного ротора, был не очень хорош, что приводило к неоптимальной эффективности и (я подозреваю) низкой производительности.

Мы изучили технологию изготовления ротора AC Propulsion. Их процесс создает двигатель с гораздо лучшим КПД. Но в процессе довольно много ручного труда и мастерства, и это не сработает для объемов производства, которые мы прогнозируем в Tesla.

Мы изучили другие компании, которые отливают медные роторы, такие как Favi. Но их процесс дал роторы с более низкой эффективностью, чем у AC Propulsion.

Поэтому мы решили создать собственный процесс изготовления медных роторов. Нам потребовалось несколько лет, но это сработало: наши роторы легко производятся серийно на нашем собственном заводе в Тайване, и их производительность довольно высока. (Как мы это делаем — секрет. Я не держу от вас многого в секрете, но это один из наших секретов! Вот почему мы не отдавали на аутсорсинг конструкцию этого изделия.