Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое однополярный двигатель

Библиотека

Постоянно пополняющаяся подборка книг для самодельщиков и не только.

TOP-50 — Последние поступления:
Импульсные источники питания. Switch Mode Power Supplies — 05.04.12
Транзисторная преобразовательная техника — 26.03.12
Импульсные источники питания. Теоретические основы проектирования и руководство по практическому применению — 19.03.12
Основы силовой электроники. Учебник — 11.03.12
Трансформаторы и дроссели в импульсных устройствах — 05.03.12
Однотактные преобразователи напряжения в устройствах электропитания РЭА — 27.02.12
Схемотехника функциональных узлов источников вторичного электропитания. Справочник — 20.02.12
Основы силовой электроники — 13.02.12
Оптимальное проектирование силовых высокочастотных ферромагнитных устройств — 05.02.12
Обратноходовый преобразователь — 30.01.12
Источники электропитания РЭА. Справочник. — 23.01.12
Справочник типовых решений с применением светодиодов — 16.01.12
Практическая схемотехника. Преобразователи напряжения. Книга 3. — 05.01.12
Практическая схемотехника. Источники питания и стабилизаторы. Книга 2. — 25.12.11
Источники питания радиоэлектронной аппаратуры — 27.11.11
Источники вторичного электропитания с бестрансформаторным входом — 21.11.11
Источники питания. Расчет и конструирование. — 14.11.11
Начальная школа построения импульсных DC/DC преобразователей — 07.11.11
Импульсные источники вторичного электропитания в бытовой радиоаппаратуре — 31.10.11
Проектирование вторичных источников питания с выходом на постоянном токе — 24.10.11
Источники электропитания электронных средств — 17.10.11
500 схем для радиолюбителей. Источники питания. — 10.10.11
300 схем источников питания — 03.10.11
Импульсные источники питания. Современная схемотехника. — 27.09.11
Силовая электроника: от простого к сложному — 20.09.11
Оригинальные конструкции источников питания — 05.09.11
Электрические униполярные машины — 10.08.11
Изобретателю о ветродвигателях и ветроустановках — 26.07.11
Ветроэнергетика — 10.07.11
Практическое руководство по устройствам мобильной энергии — Practical Guide to Free-Energy Devices — 02.07.11
Ветронасосные и ветроэлектрические агрегаты — 16.06.11
Автономные ветроэлектрические установки — 08.06.11
500 схем для радиолюбителей. (Часть.4. Источники питания) — 14.02.09
Двигатель Стирлинга, модель 2-90М — 19.08.08
Машины, работающие по циклу Стирлинга — 19.08.08
Аккумуляторы — 28.07.08
Самодельные электрические и паровые двигатели — 27.04.08
Экспериментальные источники электроэнергии — 27.04.08
Термоэлектрические генераторы — 20.04.08
все публикации в разделе Книги

Статьи (публикаций: 9)

Подборка интересных статей по практическому применению некоторых идей и изобретений.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Униполярный двигатель

Униполярный двигатель — очень удачное применение сверхпроводящих магнитов, поскольку здесь требуется более высокая напряженность поля в большом объеме и отсутствует механическая реакция поля и ротора. Самая сложная криогенная проблема при сооружении больших сверхпроводящих магнитов связана с наличием сил взаимодействия между магнитом, находящимся при низкой температуре, и его окружением, находящимся при комнатной температуре. В случае униполярного двигателя эти силы отсутствуют. [2]

Фарадеем униполярного двигателя , были созданы сотни оригинальных униполярных машин. Но, пожалуй, самой замечательной униполярной машиной является наша планета Земля. [4]

Пожалуй, самым интересным МГД-двигателем является униполярный двигатель с жидким ротором планеты Земля. Этот МГД-двигатель расположен на границе твердого и жидкого ядра нашей планеты. [5]

Как и все электрические машины, униполярный двигатель имеет статор и ротор. Ротором двигателя планеты служит жидкая часть ядра и жидкая магма, двигающаяся в сферической оболочке между твердым ядром, твердой магмой и корой Земли. [7]

Отличие двигателя планеты от сферических гиродинов космических летательных аппаратов состоит в том, что униполярный двигатель Земли имеет жидкий ротор, внутренний статор и внешнюю оболочку. Обычно технические гиродины питаются переменным током высокой частоты, а гиродин планеты — униполярный двигатель. [8]

Активное сопротивление Л — сопротивление контура продольных токов ядра Земли, в котором протекают токи МГД-генератора и униполярного двигателя . [10]

Электромеханическая модель Земли состоит из двух электрических машин: МГД-генератора, преобразующего механическую энергию космических частиц в электрическую энергию, токов радиационных поясов ( 7рп) и токов в ядре ( /) и униполярного двигателя , ротором которого является жидкая часть магмы, а статором — твердое ядро и литосфера. Обе машины объединены магнитным полем Земли и образуют электрическую машину — планету Земля. [11]

В ударном режиме ротор униполярного генератора, совместно с маховиком или без него, используется как накопитель кинетической энергии, которая при подключении нагрузки преобразуется в электрическую. Униполярные двигатели находят применение в установках, где требуется иметь минимальную индуктивность цепи якоря. При необходимости генерирования больших токов униполярные генераторы превосходят машины постоянного тока с коллектором, так как в них не требуется принимать мер для обеспечения удовлетворительной коммутации; кроме того, в них отсутствуют магнитные потери в стали и некоторые добавочные потери. [12]

Момент вращения Земли вокруг своей оси создается токами ее ядра, а электромеханическое преобразование энергии в МГД-двигателе происходит в зоне наибольшей концентрации энергии магнитного поля — в зоне на границе твердого ядра и его жидкой части и магмы. В униполярном двигателе планеты развиваются огромные электромагнитные силы и моменты, которые как и в обычных электрических машинах, должны быть приложены к железным участкам твердого ядра. [14]

Довольно точно можно сказать, что наибольшее применение в настоящее время сверхпроводящие магниты нашли в области физических исследований. В промышленности они применяются в униполярных двигателях и генераторах. Униполярный двигатель представляет очень простое устройство, в котором проводящий диск вращается между полюсами магнита. [15]

Высокотемпературные сверхпроводящие электродвигательные установки для применения на флоте

Рубрика: Технические науки

Читать еще:  Электроподогрев двигателя своими рукам

Дата публикации: 15.12.2016 2016-12-15

Статья просмотрена: 813 раз

Библиографическое описание:

Захарова, Е. И. Высокотемпературные сверхпроводящие электродвигательные установки для применения на флоте / Е. И. Захарова, М. А. Зингер, И. В. Захаров. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2016. — № 28 (132). — С. 82-85. — URL: https://moluch.ru/archive/132/36765/ (дата обращения: 28.08.2021).

Развитие ряда отраслей промышленности и новейшей техники потребовало создания установок на весьма большие постоянные токи, измеряемые сотнями килоампер. В большинстве случаев подобные установки являются низковольтными. Примером такого электрооборудования могут служить униполярные генераторы и электрические машины.

Униполярные генераторы применяют для получения больших токов 10 3 ÷ 10 5 А при напряжении от единицы до сотен вольт.

Униполярные электрические машины находят применение в установках, где требуется иметь минимальную индуктивность цепи якоря. При необходимости генерирования больших токов униполярные генераторы превосходят машины постоянного тока с коллектором, так как в них не требуется принимать мер для обеспечения удовлетворительной коммутации; кроме того, в них отсутствуют магнитные потери в стали и некоторые добавочные потери. Поэтому у них высокий коэффициент полезного действия.

Подобного рода оборудование используют в электрохимии — для получения меди, алюминия и других металлов методом электролиза; в электрометаллургии — для питания дуговых печей, в частности устройства для электромагнитного перемешивания металла в ванне печи; для питания электромагнитных насосов, перекачивающих жидкий металл; в ядерной физике — в токамаке для возбуждения плазмы; в военном деле — для питания рельсотрона; на флоте — в качестве генераторов, гребных электродвигателей и т. д.

Недостатком этих машин является сложность выполнения токосъемных устройств. При больших токах вместо обычного щеточного аппарата для токосъема с контактных колец применяют жидкометаллические контакты. Для этого в зазор между кольцевыми электродами, расположенными на статоре и роторе, помещают легкоплавкий металл: ртуть (температура плавления Тпл= 234 К), сплав натрия и калия (Тпл= 262 К) или сплавы калия с индием и оловом (Тпл= 300 К). При использовании жидкометаллических контактов в них резко уменьшаются электрические потери из-за малого падения напряжения в контакте, а также механические потери от трения по сравнению со щеточными контактами обычного типа [1].

Открытие явления высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП) создало принципиально новые возможности для практического применения генераторов и электрических машин.

Применение жидкометаллического токосъема в сверхпроводниковых машинах значительно труднее, чем в обычных. Это объясняется наличием больших магнитных полей в сверхпроводниковых машинах, что может привести к недопустимым электромагнитным потерям в жидком металле. Поэтому конструкция сверхпроводниковой машины должна быть такой, чтобы зона жидкометаллического токосъема находилась в сравнительно небольшом магнитном поле.

В качестве жидких металлов могут применяться сплавы Na — К, In — Hg, Ga — In, Ga — In — Sn. К сожалению, все указанные металлы имеют определенные недостатки. Натрий не допускает присутствия влаги, ртуть токсична, галлий является и токсичным и коррозийным. Поэтому в системе с жидкометаллическим токосъемом должны быть исключены течи и попадание кислорода в область жидкого металла. Обычно в качестве жидкого металла используется сплав Na — К, защитной средой служит азот. В процессе работы жидкий металл может постепенно трансформироваться в порошкообразный материал. Это особенно проявляется в случае применения сплава Ga — In. Несмотря на большие трудности, разработка жидкометаллического токосъема имеет решающее значение для создания сверхпроводниковых униполярных машин очень больших мощностей. При этом исследования должны охватывать металлургические и химические явления, а также вопросы надежности. Для упрощения конструкции важно получить возможность размещения жидкометаллического токосъема в зоне больших магнитных полей. Кроме того, необходимо увеличить скорость подвижного контакта до 200 м/с[2].

В целом следует сказать, что сверхпроводники применяются для обмоток возбуждения синхронных электрических машин и электрических машин постоянного тока. Использование сверхпроводников в электрических машинах позволяет в несколько раз увеличить плотность тока в обмотках возбуждения и повысить магнитную индукцию. При надлежащем исполнении обмоток якоря открываются возможности уменьшения массы и габаритов электрических машин, а также улучшения их параметров. В то же время сверхпроводящее состояние обмоток возбуждения приводит к исключению в них потерь активной мощности, а, следовательно, к увеличению коэффициента полезного действия электрических машин. Таким образом, имеет место редкое сочетание в технике одновременного уменьшения массы и габаритов и роста коэффициента полезного действия генераторов и электродвигателей.

Электрические машины с использованием явления сверхпроводимости имеют неоспоримые преимущества по сравнению с электрическими машинами традиционного исполнения при больших мощностях, особенно там, где требуются минимальная масса электрических машин и пониженная механическая инерционность ротора [2].

В последнее время появились сведения о применении униполярных электрических машин с ВТСП обмотками подмагничивания на флоте [3].

Компания General Electric (США) занимается разработкой и созданием мощных униполярных ВТСП генераторов и электродвигателей. Униполярные электрические машины с ВТСП обмотками подмагничивания имеют целый ряд преимуществ по сравнению с традиционными электрическими машинами, особенно при высокой частоте вращения. В рамках проекта AFRL (Air Force Research Lab) компания General Electric разрабатывает униполярный генератор с ВТСП обмотками подмагничивания мощностью 5 МВт и частотой вращения 16000 об/мин для последующего использования в мощных энергетических установках. Демонстрационный образец униполярного генератора мощностью 1 МВт был изготовлен и успешно испытан. На основании полученного в ходе работ по проекту AFRL опыта в General Electric была поставлена задача разработки ВТСП униполярных электрических машин для нужд флота: основных и вспомогательных генераторов, гребных электродвигателей, различных вспомогательных электродвигателей. Компанией General Electric было разработано четыре демонстрационных образца электрических машин с ВТСП обмотками подмагничивания для флота, среди них: основной генератор мощностью 36 МВт (3600 об/мин) и гребной электродвигатель мощностью 36 МВт (120 об/мин). Также были разработаны вспомогательные генератор (7000 об/мин) и электродвигатель (132 об/мин) мощностью 4 МВт каждый.

Читать еще:  Что такое тепловой ток двигателя

Рис. 1. Генератор с ВТСП обмотками подмагничивания

На рисунке 1 изображена схема ВТСП униполярного генератора, состоящего из ВТСП обмотки подмагничивания постоянного тока, стального ротора и медного статора. Параметры обмотки статора и его железного ярма оптимизированы с целью получения наилучших характеристик. Полюса ротора достаточно сильно выступают, полюса на одном из концов ротора смещены на 45° относительно полюсов на другом его конце. ВТСП обмотка подмагничивания работает при температуре 30 К, в замкнутом цикле охлаждения от криокулера. Использование небольшой одиночной ВТСП катушки снижает требования к системе охлаждения и сокращает стоимость устройства. В таблице 1 приведены основные технические параметры для всех четырех разработанных устройств. Для сравнения, обычный униполярный генератор мощностью 25 МВт (3600 об/мин) имеет диаметр около 3 м, длину 5 м при весе в 57 тонн. Наиболее эффективно электрические машины с ВТСП обмотками подмагничивания работают при высокой частоте вращения.

Основные параметры электрических машин с ВТСП обмотками подмагничивания

Устройство

Основной генератор

Вспомогательный генератор

Глава 12 Униполярные машины

Глава 12 Униполярные машины

Первый униполярный генератор изобрел Майкл Фарадей. Суть эффекта, открытого Фарадеем, заключается в том, что при вращении диска в поперечном магнитном поле, на электроны в диске действует сила Лоренца, которая смещает их к центру или к периферии, в зависимости от направления поля и вращения, рис. 175. Благодаря этому, возникает электродвижущая сила, и через токосъемные щетки, касающиеся оси и периферии диска, можно снимать значительный ток и мощность, хотя напряжение небольшое (обычно, доли Вольта).

Рис. 175. Принцип униполярной индукции

Позднее, было обнаружено, что относительное вращение диска и магнита не является необходимым условием. Два магнита и токопроводящий диск между ними, вращающиеся вместе, также показывают наличие эффекта униполярной индукции. Магнит, сделанный из электропроводящего материала, при вращении, также может работать, в качестве униполярного генератора: он сам является и диском с которого щетками снимаются электроны, и он же является источником магнитного поля. В связи с этим, принципы униполярной индукции развиваются в рамках концепции движения свободных заряженных частиц относительно магнитного поля, а не относительно магнитов. Магнитное поле, в таком случае, считается неподвижным.

Споры о таких машинах шли долго. Понять, что поле есть свойство «пустого» пространства, физики, отрицающие существование эфира, не могли. Это правильно, поскольку «пространство не пустое», в нем есть эфир, и именно он обеспечивает среду существования магнитного поля, относительно которого вращаются и магниты, и диск. Магнитное поле можно понимать, как замкнутый поток эфира. Поэтому, относительное вращение диска и магнита не является обязательным условием.

В работах Тесла, как мы уже отмечали, были сделаны усовершенствования схемы (увеличен размер магнитов, а диск сегментирован), что позволяет создавать самовращающиеся униполярные машины Тесла, показанные на рис. 68. Странно, что нет информации о современных разработчиках таких генераторов.

Группа исследователей данного направления в Индии, под руководством Парамаханза Тевари (Paramahansa Tewari), сайт http://tewari.org получает 250 % эффективность с обычным электропроводящим диском. На рис. 176 показан их униполярный генератор с повышающим трансформатором.

Рис. 176. Униполярный генератор Тевари

Другой автор аналогичных разработок, Брюс Де Палма (Bruce De Palma) называл свой проект N-машина. Брюс был профессиональный инженер, закончил Гарвард и 15 лет занимался темой униполярных генераторов. На рис. 177 показана его схема, в которой и магниты, и токопроводящий диск вращаются вместе.

Рис. 177. N-машина Брюса де Палма

Испытания различных конструкций N-машины проводили профессионалы, в течении многих лет. Метод перспективный, обеспечивается эффективность, как соотношение затраченной мощности привода и создаваемой электрической мощности, не менее 200 %.

Недостатки, как и у других униполярных генераторов, состоят в том, что мощность на выходе имеет вид постоянного тока низкого напряжения. Однако, их применение, уже 20 лет назад, планировалось в системах низковольтного электролиза, с целью получения дешевого водорода из воды, в том числе, морской воды.

Из работ других авторов отметим статьи и эксперименты Николаева Г.В., Гуала-Валверде (Jorge Guala-Valverde) и Педро Маззони (Pedro Mazzoni).

Конструктивное решение, позволяющее увеличить не только мощность, но и рабочее напряжение, получаемое на выходе униполярного генератора, было мной предложено в 2001 году. В течении 2002–2003 годов, мы провели ряд экспериментов, успешно доказав возможность использования принципа униполярной индукции для случая токопроводящего ротора, представляющего собой катод электронной лампы ГУ-74. Суть эксперимента состояла в следующем.

Радиатор с корпуса лампы ГУ-74 удаляется, а на его место одевается кольцевой магнит осевой намагниченности, как показано на рис. 178.

Рис. 178. Униполярный генератор Фролова

Читать еще:  Двигатель большой мощности какая мощность

Магнит и электронно-вакуумная лампа вращаются вместе, при этом на катод подается обычное напряжение накала. Термическая эмиссия электронов, обычно, не приводит к появлению тока между анодом и катодом. Для этого надо также приложить высокое напряжение между ними. В предлагаемом униполярном генераторе, при вращении в магнитном поле, сила Лоренца обеспечивает движение электронов от катода к аноду. Выходная мощность снимается с выводов «анод» и «катод». Напряжение на выходе обеспечивается постоянное, измерения показали, что в отличие от обычных униполярных генераторов, оно составляет десятки Вольт. Теоретически, поскольку в данной схеме принципиально нет торможения ротора при подключении нагрузки, мощность на выходе не зависит от потребляемой мощности. Небольшие затраты нужны на разогрев катода и поддержание вращения.

В 2004 мы провели конструкторские работы с предприятием, производящим электронно-вакуумные приборы, по разработке мощного генератора для коммерциализации данной концепции, но проект был остановлен на стадии документации. Предлагается лицензия на данную технологию.

Мы рассмотрели много конструкций, имеющих разные достоинства, но у всех есть один недостаток, а именно, в них используются вращающиеся части и механизмы. Применение таких генераторов энергии может быть ограничено в ряде случаев, поэтому перспективными разработками можно полагать такие генераторы, в которых нет подвижных или вращающихся частей. Перейдем к следующей главе.

Читайте также

Боевые машины

Боевые машины Эйфория 1950-х годов с созданием мощного ракетного оружия на шасси обычного грузовика ЯАЗ-214 завершилась безрезультатно, и с появлением нового автомобиля КрАЗ-214 почти все предыдущие проекты в этой сфере были свернуты. По наследству от ЯАЗа новой машине

Электрические машины

Электрические машины Вопрос. При каких условиях электрические машины с классами напряжения до 10 кВ могут применяться в пожароопасных зонах любого класса?Ответ. Могут применяться при условии, что их оболочки имеют степень защиты по ГОСТ 17494-72 не менее указанной в табл. 7.4.1

Глава I Весла и метательные машины

Глава I Весла и метательные машины Саламинская битва Это было за двадцать четыре века до наших дней. Армия персидского царя Ксеркса пришла к берегам Геллеспонта. Так назывался в те времена узкий пролив, ведущий из Мраморного в Эгейское море. В наши дни этот узкий пролив

НОВЫЕ МАШИНЫ

НОВЫЕ МАШИНЫ С началом эксплуатации S-29A дела пошли на поправку. Первые деньги ушли на выплату неотложных платежей, ни о каком расширении производства нечего было и думать. Завод по-прежнему располагался в двух старых деревянных ангарах. В них не было дверей и температура

Глава III Советские легкие танки и боевые машины десанта

Глава III Советские легкие танки и боевые машины

Глава первая ВЕСЛА И МЕТАТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ

Глава первая ВЕСЛА И МЕТАТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ Первые плавающие крепости древние века, за сотни лет до нашей эры, на острове Сицилия в центре Средиземного моря существовало небольшое, рабовладельческое государство Сиракузы, основанное выходцами из Греции. Столица этого

ХИМИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

ХИМИЧЕСКИЕ МАШИНЫ На базе лёгких и средних танков в Японии создавались огнемётные танки, вооружённые двумя-тремя огнемётами и двумя пулемётами. Часть этих танков оснащалась плужными тралами, что превращало их в средство для штурма позиций, прикрытых минными полями.На

ИНЖЕНЕРНЫЕ МАШИНЫ

ИНЖЕНЕРНЫЕ МАШИНЫ На основе среднего танка «89» в 1931 году была разработана инженерная машина, упоминаемая в литературе как «SS». Компоновка машины была той же, что и «89», но объём корпуса увеличен. В лобовом листе имелась дверь и пулемёт в шаровой опоре. Командирский купол

ОЦЕНКА МАШИНЫ

ОЦЕНКА МАШИНЫ В 1967 году в своей книге «Конструкции и развитие боевых машин» британский танковый теоретик Ричард Огоркевич изложил любопытную теорию существования промежуточного класса «лёгких-средних» танков. По его мнению, первой машиной в этом классе стал советский

Глава IV Советские бронеавтомобили, бронетранспортеры и боевые машины пехоты

Глава IV Советские бронеавтомобили, бронетранспортеры и боевые машины

Глава 20. Инфинитезимальные машины

Глава 20. Инфинитезимальные машины Ричард ФейнманЗапись беседы с Ричардом Фейнманом 23 февраля 1983 года в Лаборатории реактивного движения (Пасадена, Калифорния). Печатается с разрешения IEEE Log Number 9210135. Беседа начинается с вводных слов друга и коллеги Р. Фейнмана, известного

«Адские машины»

«Адские машины» В средние века территория нынешних Бельгии и Голландии называлась Нидерландами. Испанские короли завоевали эту страну, превратили ее в свою колонию. Жители Нидерландов восстали, и началась война, которая длилась несколько десятков лет.В 1585 г. испанское

ОЦЕНКА МАШИНЫ

ОЦЕНКА МАШИНЫ Традиционно считается, что Т-34 — это первый в мире массовый средний танк с рациональными углами наклона броневых листов корпуса и башни, дизельным двигателем и длинноствольной 76-мм пушкой. Всё это верно, как верно и то, что по своим ТТХ «тридцатьчетвёрку» на

ОЦЕНКА МАШИНЫ

ОЦЕНКА МАШИНЫ Созданные в начале 30-х годов (в первую очередь для учебных целей) лёгкие немецкие танки Pz.I имели ограниченную боеспособность. С одной стороны, это обуславливалось чисто пулемётным вооружением, бесперспективность которого была очевидной уже в то время и

10. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

10. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ Указания по ТО и ремонту приведены для следующих типов электрических машин: асинхронные, синхронные и постоянного

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector