Вероятно вы много слышали об автономных электрогенерирующих системах с маховиками и без таковых, мотор-генераторного типа. Смотрели массу роликов. Слышали многочисленные заключения экспертов. Вам будут многочисленно врать про противоЭДС, и закон сохранения энергии, что сие невозможно. Да и действительно возьми мотор и генератор подключи к друг другу механически и электрически и в результате ничего не будет.
Есть такой эпизод в 2019 году американская компания Inductance Energy Corporation (IEС) презентовала свой Earth Engine (земной двигатель).
[В настоящее время IE разработала, изготовила и устанавливает от 7,5 до 25-киловаттные двигатели/генераторы, способные приводить в движение до 4000 фунтов инерционной мощности и производить свыше 25 киловатт.].
Конструкция состоит из двух массивных маховиков, разгонной электромагнитной системы, и съема через магнитную без контактную передачу на генератор. Они не продают свои "двигатели", они продают энергию производимую на установках.
Описание работы самих авторов: «Мы “толкаем” большую массу, управляя магнитным полем. Когда два противоположных источника топлива (магнитные поля), приводящие в движение массу маховика, находятся в правильном положении, двигатель запускает небольшой электромагнитный заряд мощностью около 52 Вт. Этот заряд позволяет противоположным источникам топлива “видеть” друг друга и может создавать значительную силу для вращения большой маховой массы. Эта инерция вращающейся массы затем передается через отдельную магнитную связь к генератору, который производит электрическую энергию. Эту силу можно также использовать механически.»
К примеру вот такие установки
https://www.youtube.com/watch?v=KgfZy6KllcE https://www.youtube.com/watch?v=Az0v79-vG_E&t=229s
имеют все тот же принцип, отличается только или генератор на одной оси и разгонный модуль без контактный магнитной передачи, или разгонный модуль с генераторами. Американцы и не скрывают, что у них особый алгоритм работы генератора. Все мои изыскания пришли именно к данной конструкции. Там нет новых знаний, все сугубо на основании академической физики и инженерного расчета.
Допустим, у нас есть однофазный генератор, аксиального типа без сердечников, катушки статора залиты полимерной смолой. Параметры: напряжение 27В, мощность 1,47 кВт, частота вращения 600 об / мин, диаметр осевой линии витков 0,39 м. Мы можем рассчитать его электромагнитный момент:
T = 9550 * Вт / об / мин = 9550 * 1,47 кВт / 600 об / мин = 23 Нм.
Если мы проверим по другим формулам исходя из формул Силы Ампера и Электромагнитной Силы катушек. Рассчитать электромагнитный момент так просто не выйдет т.к. нужно использовать формулы СИЛЫ АМПЕРА [Fа = B*I*L*sin] и ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СИЛЫ катушек генератора [Fэ = ((n*I)2* *S)/(2*lср2)]. Для этого уже необходимо учитывать конструктивные особенности. С учетом конструктивных особенностей мы получим следующие параметры: Fa = 16 Ньютонов, и Fэ = 103 Ньютона. Зная радиус вектор R (1/2D) = 0.39/2=0.195 метров получим значение электромагнитного момента генератора:
T = (Fа + Fэ) * R , получаем T = (16 + 103) * 0,195 = 23,2 Нм
Мы видим, что результаты расчетов такие же. Если амперная сила никуда не денется при взаимодействии с магнитным потоком полюса, то электромагнитная сила катушек может быть нейтрализована. Снизим его до значения силы тока (силы Ампера) в жгуте проводов катушки:
T = (16 + 16) * 0,195 = 6,24 Нм, при этом общая мощность генератора остается прежней 1,47 кВт
Чисто теоретически остается рассчитать мощность приводного двигателя для преодоления полученного электромагнитного момента генератора:
W = T * об / мин * 1,2 / 9550 = 6,24 * 600 * 1,2 / 9500 = 0,47 кВт
При этом традиционно для вращения классического генератора потребуется приводная минимальная мощность, равная:
W = T * об / мин * 1,2 / 9550 = 23 * 600 * 1,2 / 9500 = 1,73 кВт
В своей книге я рассматриваю несколько вариантов создания таких энергогенерирующих машин. В приложении есть калькулятор в Excel для самостоятельных расчетов
Если кто то подумает что я открываю что то новое, ошибаетесь это все уже давно изобретено, и производится идут попытки поисков. Я же отработал вариант расчета оптимальной конструкции. Потому что нет универсального генератора, его можно рассчитать только на одну частоту вращения, при которой у него будут самые оптимальные показатели.
Основным на мой взгляд является генератор с конструктивными решениями по снижению такого параметра как электромагнитный момент генератора.
Вторым немаловажным моментом является затраты на вращение. И тут мы обращаем наш взор к инерции массы, к такому элементу как маховик. Для конструкторов далеко не секрет, что инерционный ротор электромотора уменьшает затраты на вращение при выполнении работы с нагрузкой. Справедливости ради, нужно отметить что массивный ротор имеет и свои недостатки это пуск и торможение. Основные моменты работы электродвигателя. Пуск требует большие мощности а торможение сопряжено с реактивной ЭДС, которая начинает генерироваться в пусковой цепи электромотора.
Момент инерции инерции ротора и маховика можно определить различными расчетными методиками, к примеру инженерная для ротора электромотора: Jэм = GD2 /4 (N*m^2), и момент инерции массивного диска Jмax = 1/2 mR^2 (kg*m^2). Особенность на которую не специалист мало обращает внимания: Суммарный момент инерции механизма состоит из момента инерции двигателя и момента инерции механической части механизма (к примеру маховика). Момент инерции с моментом силы связан выражением M = J, а суммарный момент силы (крутящий момент) системы равет сумме моментов силы.
Так же имеет значение инерционная масса роторных элементов так собственно и маховика, в книге привожу пример использования в этого феномена промышленности в конструкциях кривошипных прессов.
Главное условие это переменный режим работы. Экзомеханический эффект. Разгон и съем.
Маховик не работает при постоянном режиме скорости, только при разгоне и торможении.
