Пример 11.
Имеется электромагнит переменного тока, состоящий из неизменного массивного магнитопровода с толстолистовым якорем и из хорошей (по энергетическим показателям) катушки возбуждения, см. левые рисунки в Приложении 4. Пока не будем придавать значения форме действующей в электромагните зависимости подъемной силы от величины тока (формулы (7) и (7в) или формулы (9) и (8) соответственно) , помня лишь о сходном постоянстве комплексного электрического сопротивления ХL электромагнита, постоянстве идеальном при спрямленной магнитной характеристике магнитной цепи. Уже был изучен ранее вариант подведения к неизменной катушке электромагнита различных действующих значений переменного напряжения, см. Экспериментальное исследование для электромагнита зависимости (9) новой энергетики (а для электромагнита зависимости (7) будет адекватный ей результат).
В текущем Примере 11 начальным делом исследуем энергетические последствия конструктивных изменений любого из фигурирующих электромагнитов, а именно изменений, аналогичных испробованным в Примере 10 , взяв для сравнения за базовые параметры - параметры на левых рисунках Приложения 4. Первое изменение. Уменьшим величину удельного электрического сопротивления материала проводов катушки до сверхпроводящего состояния. Это всего на несколько процентов снизит величину комплексного электрического сопротивления электромагнита по отношению к базовой величине ХLо , потому что обычное ненулевое активное сопротивление катушки много меньше суммы двух других составляющих (реактивной и особой активной гистерезисной) сопротивления ХLо . Соответственно, при полном занулении активного сопротивления катушки - мало заметно по сравнению с Ро уменьшится электрическая мощность, потребляемая электромагнитом при сохранении фиксированной подъемной силы Fо. Таким образом, первое изменение кардинально не повышает КПД электромагнита на переменном токе, в отличие от электромагнита на постоянном токе из Примера 10.
Второе изменение. На неизменном магнитопроводе к имеющейся катушке с количеством витков w0 добавим такую же катушку, и электрически соединим их последовательно согласованно. Две катушки магнитно связаны, поэтому увеличение общего количества витков в 2 раза сопровождается квадратичным увеличением (в 4 раза) величины индуктивности и комплексного электрического сопротивления электромагнита. Для сохранения числа «ампер-витков» (а значит - фиксированных магнитного потока Фо и подъемной силы Fо электромагнита) необходимо поднять напряжение в 2 раза, чтобы ток был равен I=Iо/2. В этом случае потребляемая мощность совпадает с базовой : P=UI= 2 Uо Iо/2 = UоIо = Pо . Как видим, второе конструктивное изменение также не повышает КПД электромагнита переменного тока. Более того, из практической электротехники известно, что увеличение числа витков приводит даже к некоторому уменьшению КПД устройств на переменном токе.
Старая энергетика использует перечисленные факты в качестве основного прикладного аргумента в свою пользу. Подобные факты дали старой энергетике основания для утверждения : если создан, например, двигатель переменного тока с КПД близким к единице, то достигнуто это было путем минимизации всех потерь, и уже нельзя заметно увеличить КПД , т.е. нельзя сделать КПД>1. Покажем ошибочность и этого утверждения старой энергетики.
Больше не будем ничего менять в электромагните переменного тока, имеющем КПД примерно единица, и на неизменном магнитопроводе оставим основную катушку возбуждения с количеством витков w0 , см. левые рисунки Приложения 4. Но зато сделаем вот что. Возьмем точно такие же два электромагнита, установим их рядом друг с другом, а катушки двух электромагнитов соединим последовательно, как изображено на правом нижнем рисунке Приложения 4. Комплексные электрические сопротивления обоих электромагнитов одинаковые и просто суммируются. При базовом напряжении Uо питания в электрической цепи будет протекать переменный ток с действующим значением I=Iо/2. Отсюда, потребляемая мощность Р станет в 2 раза меньше базовой : P = Uо Iо/2 = Pо/2 . Определим теперь общую подъемную силу двух электромагнитов. Здесь уже нам понадобится детализация в свойствах электромагнитов.
Зависимость (7)¸(7в) и старая энергетика.
Если для электромагнитов характерна зависимость (7), то её и применяем к каждому электромагниту переменного тока : при уменьшении тока в 2 раза - в 4 раза уменьшается сила каждого электромагнита. В сумме две силы составляют значение: åF = Fо/2 , которое получается и по зависимости (7в).
Т.к. потребляемая мощность также упала в 2 раза, то по формуле (10) КПД целого электромагнитного устройства не изменился и остался равным единице. Выше уже говорилось о том, что зависимость (7) в тривиальных случаях заведомо обеспечивает такой результат, благоприятный для старой энергетики. Но на самом деле и при зависимости (7) дает сбои закон сохранения энергии, не соответствующий по большому счету реальностям материального мира.
Зависимость (7) и новая энергетика.
В каждом из двух электромагнитов «ампер-витки» уменьшились в 2 раза, также в 2 раза вследствие спрямленной “кривой” намагничивания В(Н) уменьшились магнитные потоки. В сумме они составляют базовую величину Фо магнитного потока при действующем значении переменного тока. Этот вывод получен на основании объективных эмпирических закономерностей электротехники, и он (с учетом половинной от базовой электрической мощности) доказывает следующее свойство материального мира : не только постоянный, но и переменный магнитный поток можно создавать задаром или почти задаром путем наращивания количества (в данном случае) электромагнитов. Это же остается характерным для переменного магнитного потока в дальнейших примерах электромагнитов.
Не безнадежная ситуация при зависимости (7) и для подъемной силы и для КПД электромагнита переменного тока в особом конструктивном исполнении. Соберем магнитную цепь с тремя базовыми катушками возбуждения по одной в каждой из трех стандартных магнитных ветвей по схеме правого верхнего рисунка в Приложении 4. Взаимное потокосцепление трех катушек по-прежнему отсутствует, поэтому полное комплексное электрическое сопротивление электромагнита равно 3XLo . При базовом напряжении Uo в последовательной электрической цепи течет ток Io/3 , и электрическая мощность относительно базовой втрое уменьшается : P=UoIo/3=Po/3 . Подобно предыдущему абзацу каждая из трех катушек создает магнитный поток Фо/3. Но здесь принципиально, что суммарный поток : Ф=Фо/3+Фо/3+Фо/3=Фо базовой величины проходит через единственную стандартную пару наконечников электромагнита, как и в базовом опыте на левом верхнем рисунке Приложения 4. Т.е. наконечники и якорь электромагнита остаются в базовой точке магнитной характеристики, и даже не нужна зависимость (7) для получения конечного результата : в электромагните на правом верхнем рисунке Приложения 4 сохраняется базовая индукция Во магнитного поля в ничтожном воздушном зазоре между якорем ; по общей формуле (7а) сохраняется базовая подъемная сила Fo электромагнита.
В итоге принимая во внимание трехкратное падение электрической мощности, наконец приходим к значительному повышению КПД электромагнита переменного тока, а именно в 3 раза по сравнению с К=1 у (казавшегося до этого предельно идеальным энергетически) базового электромагнита. Величина КПД больше единицы ( К=3 ) у электромагнита на правом верхнем рисунке Приложения 4 не пугает и не является новостью для новой энергетики. Описанный способ запредельного повышения КПД можно применять во время переходных процессов включения электромагнита на постоянное напряжение и его выключения, а также можно применять для электромагнита постоянного тока с зависимостью (7). Тем более, этот способ годится для электромагнита с зависимостью (9).
Зависимость (9)¸(8) и новая энергетика.
Вернемся к устройству на правом нижнем рисунке в Приложении 4, т.е. к основному устройству, откуда началась дифференциация на зависимости. Если для двух электромагнитов характерна зависимость (9), то её и применяем к каждому электромагниту переменного тока : при уменьшении тока в 2 раза – соответственно в 2 раза уменьшается сила каждого электромагнита. В сумме две силы составляют значение : åF = (Fo/2) + (Fo/2) = Fо . Эквивалентно, по исходной зависимости (8) в новой энергетике при преобразовании от левого нижнего рисунка к правому нижнему рисунку Приложения 4 – величина суммарной подъемной силы не уменьшается и остается равной базовой Fо . Что же касается суммарного магнитного потока двух электромагнитов, то для него ситуация еще более выигрышная. В каждом электромагните : через базовую w0 катушку течет половинный ток, и число «ампер-витков» в 2 раза меньше базового ; общая напряженность Н магнитного поля равна Но/2 ; по кривой намагничивания (8а) магнитная индукция имеет величину Во/Ö2 ; следовательно, в каждом электромагните магнитный поток уменьшился не в 2 раза, а уменьшился всего в Ö2=1,414 раз, т.е. индивидуальный магнитный поток стал равным Ф=Фо/Ö2=0,707Фо вместо 0,500Фо для спрямленной магнитной характеристики. В результате, суммарный магнитный поток в устройстве на нижнем правом рисунке Приложения 4 составляет : åФ=Ф+Ф=0,707Фо+0,707Фо=1,414Фо , т.е. не уменьшился, и не просто сохранился, а даже увеличился по сравнению с базовым значением.
Т.к. потребляемая мощность, напомним, упала в 2 раза относительно начальных условий, то КПД последнего устройства возрос в 2 раза по формуле (10) и стал равным : К=2 . По аналогии устройство, состоящее из нескольких рядом стоящих таких же магнитопроводов, будет иметь КПД в несколько единиц при питании переменным током. Описанный способ запредельного повышения КПД можно применять во время переходных процессов включения электромагнитов на постоянное напряжение и их выключения, а также этот способ можно применять для электромагнитов постоянного тока при наличии зависимости (9). Здесь важен не только КПД сам по себе, но и главный факт возможности совершения нужной механической работы магнитными силами при неуклонном снижении требующейся для этого электрической энергии от источника питания.
От рассмотренного в Примере 11 электромагнита (с магнитопроводящим якорем без собственного магнитного потока) переменного тока всего один шаг до многофазного синхронного двигателя с магнитопроводящим геометрически явнополюсным ротором. В таком двигателе переменного тока также будут выполняться основные зависимости (7) или (9) и представленные закономерности при соответствующих изменениях расположения магнитных цепей. Но вместо непосредственно электромагнитной силы Fэ будет фигурировать крутящий момент на валу двигателя и механическая мощность двигателя при синхронной частоте вращения ротора. Используем всё это в конструкциях реально осуществимого Вечного двигателя первого рода (ВДПР).
Пример 12.
Новая энергетика.
Пусть имеется типичный синхронный (с магнитно невозбужденным ротором) двигатель, который запитан от сети трехфазного переменного напряжения и который создает вращающий момент на роторе электрического генератора, подключенного к внешним потребителям электрической энергии. Пусть КПД двигателя и КПД генератора почти равны единице снизу, т.е. общий КПД двигатель-генераторного агрегата также близок к единице. Это привычная ситуация в промышленной электротехнике, причем общий КПД агрегата – истинный без сомнений, т.к. двигатель потребляет электрическую мощность, а генератор вырабатывает тоже электрическую мощность.
Теперь вместо одного такого синхронного двигателя установим с единым валом приводную синхронную машину, представляющую собой модификации исходного синхронного двигателя по полезным техническим решениям из предыдущего Примера 11, а одноименные фазные обмотки соответствующих магнитопроводов статоров соединим в последовательную электрическую цепь для каждой фазы. Подобно правым рисункам Приложения 4 – модифицированная приводная машина будет развивать суммарный крутящий момент, равный базовому, при заданных оборотах двигателя. Поэтому генератор будет вырабатывать не изменившуюся базовую электрическую мощность. Но при этом, модифицированная приводная машина целиком будет потреблять в 2 (в 3 и т.д.) раза меньшую электрическую мощность подобно правым рисункам в Приложении 4. Поэтому общий КПД модифицированного двигатель-генераторного агрегата скачком станет равным : К=2 ( К=3 и т.д. ). Особенно малая входная электрическая мощность по сравнению с выходной мощностью достигается в модифицированной приводной машине путем наращивания количества синхронных двигателей, располагающихся рядом друг с другом (см. компоновку на нижнем правом рисунке Приложения 4). Как общий результат, модифицированный агрегат становится в прямом смысле слов «Электромашинным умножителем электрической мощности», который более полно охарактеризован в одноименном Патенте на изобретение РФ № 2126585 , см. соответствующую главу в материалах настоящего сайда.
Многократно больший единицы КПД данного агрегата позволяет лишь малую часть электрической мощности, вырабатываемой генератором, использовать для обратной связи питания приводных синхронных двигателей, поддерживающих непрерывное вращение вала агрегата без посторонних источников энергии. А остающуюся большую часть электрической мощности, вырабатываемой генератором, можно свободно направлять на питание внешних потребителей электрической энергии, чтобы они совершали нужную свою работу. Таким образом, замыканием агрегата самого на себя завершается процесс постройки реального Вечного двигателя первого рода. Существуют и другие типы реальных ВДПР, перечисление которых здесь излишне.