26_Book_2_part_26
Вернуться к оглавлению книги 2.
Взгляд с другого ракурса.
Глава 26. Многофазные системы. Часть 5.
Еще раз про … мотор.
Рекомендуется для прочтения практикам.
Раздел 1. От автора. Краткая ода моторам.
В век электроники и электричества наше восприятие так изменилось, что мы перестали замечать тех механических трудяг, без которых не было бы ничего, из того, что мы называем инфраструктурой. Их силой, построено все, что окружает нас – дома, дороги, фабрики, заводы, аэропорты, корабли и космодромы. И не только построено, но и оживлено. Сколько их, где тихо, где громко, денно и нощно трудятся на нас в самых, что ни на есть укромных местах этой инфраструктуры, создавая нам нормальные условия для работы, жизни и отдыха. Их запросы невелики – нужно только вовремя сделать техническое обслуживание и не отключать питание. В благодарность они работают, работают и работают. На нас. Для нас.
А мы? А мы ими управляем, управляем и управляем. Сейчас уже и эту обязанность частично переложили со своих плеч на плечи электроники. А они все работают, работают и работают.
Раздел 2. Энергетические нюансы.
Для обеспечения возможности работы моторов, причем неважно каких, требуется электроэнергия или энергоносители. Но и для выработки электроэнергии требуются энергоносители. Т.е все равно все упирается в энергоносители, в их сжигание. Большая часть имеющейся в энергоносителях энергии при сжигании превращается в тепло. Меньшая – в механическую, электрическую или химическую работу. Меньшая часть для природы безболезненная. Результат ее превращений хорошо вписывается в процесс ее существования. Но вот большая, т.е. тепло – это настоящий «нож в спину». «Нож в спину» не только природе, но и нам самим, т.е. людям.
Конечно, природа и сама не прочь побаловаться гигантскими выбросами своего внутреннего тепла в биосферу. Но это - ее сбалансированные реакции на свою внутреннюю жизнь.
А мы, со своим доморощенным теплом серьезно начали путаться у нее под ногами, мешать ей. Ей все труднее и труднее удерживать баланс, что бы сохраняя биосферу, сохранить при этом и свою стабильность. Наверное, когда-нибудь у нее не хватит сил для поддержания такого компромисса. Тогда все пойдет «вразнос».
Конечно, вырабатываемое человечеством тепло, пока несравнимо с потоками тепла, циркулирующими в природе. Но оно есть, и становится по объему все больше и больше. А это значит, что со временем, мы все же достигнем той роковой черты, когда природа взбунтуется.
Нам это нужно? Конечно же, нет!
Отдельному человеку, как биообъекту требуется очень немного тепла. Но вот как объекту социальному тепла требуется гигантское количество. На производство необходимых вещей, без которых мы уже не представляем жизни, приходится сжигать огромное количество энергоносителей. Благо, что они пока еще есть. Но и им придет конец. Что делать тогда? Ясное дело – искать новые источники энергии, новые энергоносители. Или альтернативно – искать другие источники энергии.
И если мы сумеем организовать жизнь без сжигания топлива, то это будет означать, что мы сумели «вписать» свои потребности в возможности природы. А если мы сумеем организовать жизнь и производство так, что бы дополнительно еще и восстанавливать из отходов энергозапасы и структуры природы, то это вообще суперрешение для нее. Да и для нас точно так же. Такое станет возможным, когда мы научимся получать механическую и электрическую энергию за счет уничтожения (точнее химического «связывания») избытков тепловой энергии биосферы с помощью «Терминаторов». Полцикла работы химического Терминатора уже известно. Это т.н. «тепловые насосы». Если создать высокоэффективные преобразователи получаемого тепла в электроэнергию (т.е. вторые полцикла), то часть ее можно использовать по прямому назначению, а часть на химические процессы, связывающие тепло в химические соединения. Пусть химические Терминаторы работают сотни лет, постепенно превращая отходы жизнедеятельности цивилизации в первоисходные химические соединения, в которых будет аккумулироваться энергия, причем экологически совершенно чисто и безопасно. Пусть эти Терминаторы создают рукотворные горы залежей руд, подземные нефтехранилища, газовые склады и т.д. и т.д. Биосфера постепенно очистится от вредных для нее продуктов жизнедеятельности человека, станет разнообразнее и интереснее. Станет возможным искупаться в речке, не боясь «обрасти шерстью» после купания.
Ну, а пока - силенок наших маловато, что бы выйти на такой масштаб диалога с матушкой Землей. Но жить и двигаться в направлении этого диалога надо. И очень существенную помощь в этом нам окажут бестопливные генераторы электрической и механической энергии. Они позволят обеспечить социальные и биологические нужды цивилизации без сжигания топлива, т.е. без нагрева биосферы (вообще слово «биосфера» мало подходяще, т.к. она - есть относительно малая составляющая активной биологически, геологически и т.д. сферы планеты. Здесь наверное более уместен термин «ойкумена»).
И еще … если электрическую энергию полученную от БИЭ бездумно переводить в тепло, то в конце концов мы опять придем к ситуации, когда тепловые выбросы человечества снова начнут оказывать существенное влияние на природу, на климат. Что бы исключить возможность этого нужно заранее законодательно ограничить возможность перевода электроэнергии полученной от БИЭ в тепловую. При этом абсолютно без ограничения разрешить использовать ее для всех поглощающих тепло химических процессов, для нейтральных в тепловом балансе химических процессов, для передвижения, для транспортирования, и ряда других целей.
Раздел 3. Генераторы и моторы.
При анализе конструкций предлагаемые в главах 18 по 25 плюс 7, выявляются все новые и новые возможности для их упрощения, рационализации и улучшения характеристик.
На Рис. 1 показаны несколько возможных способов взаимного расположения силовых обмоток с цилиндрическими (технологичность) башмаками и П-образными, наборными (технологичность) силовыми элементами, в конструкциях многофазного электромотора, с немагнитопроводным ротором. Выигрыш – лучшее отношение «мощность/массогабаритные параметры».
а) Разрез МФ мотора с одним силовым потоком, с цилиндрическими (прямоугольными и др.) сердечниками силовых обмоток и с П-образными магнитопроводами (силовыми элементами) ротора.
Преимущества: возможность уменьшения габаритов в 2 раза (по отношению к конструкции, рассмотренной в главе 21, рис. 6) при сохранении всех остальных показателей. Или, увеличение мощности в 2 раза при тех же габаритах и весе.
б) Разрез МФ мотора с тремя параллельными силовыми потоками (вариант с последовательным соединением фазных обмоток). В каждом силовом потоке одновременно могут использоваться практически все фазы (электрическое умощнение). Это гарантирует очень большую единичную мощность.
Преимущества: Многократное (6 раз) увеличение мощности (конструктивное умощнение), при относительно небольшом увеличении габаритов и массы. Может использоваться в составе самостоятельной конструкции мотора на СЛЗ (см. главу 7). В последнем случае необходим механический или электронный коммутатор-коллектор с матрицей конденсаторов.
в) Разрез МФ мотор-генератора. Моноблок. Два силовых потока используются для создания механического крутящего момента. В каждом силовом потоке одновременно могут использоваться практически все фазы (электрическое умощнение). Это гарантирует очень большую единичную мощность.
Один силовой поток – для генерации электроэнергии.
Преимущества: Цикл производства – единый. Технологичность. При этом КПД мотора >>1,0, КПД генератора <1,0. Энергия, выработанная генератором с помощью очень простых средств (выпрямитель+стабилизатор), будучи поданной, на ЭУУ будет вращать мотор, т.е. генератор будет являться СИПом.
Железо и медь может использоваться по принципу моноблока на СЛЗ (см. главу 7). Это обеспечит экономичность (более высокий КПД). В последнем случае необходим механический или электронный коммутатор-коллектор с матрицей конденсаторов.
Но это не предел. Резкий скачок отношения «мощность/массогабаритные параметры» в лучшую сторону мы получим при использовании современных постоянных магнитов на основе редкоземельных элементов (см. Рис. 2).
Как и в схемах на рис. 1. силовые обмотки электрически могут быть группами включены последовательно или параллельно или вообще раздельно. Все зависит от преследуемых целей.
Но и это не предел. У нас еще есть возможность увеличивать КПД моторов за счет оптимизации конструкций. Например – используя синхронные силовые потоки разных диаметров (см. Рис. 3). Вместо ферромагнитных силовых элементов здесь так же можно (и нужно!) применять постоянные магниты. Эти варианты конструкции позволяют «вытянуть» нужный КПД в моторах на СЛЗ за счет разных диаметров параллельных силовых потоков. Иными словами – увеличить КПД.
Примечание:
В результате того что первичный токовый импульс от первого электромагнита (отклик), предназначенный для передачи на второй, имеет меньшее энергетическое наполнение, подавать его лучше на расположенный на большем радиусе второй электромагнит. Т.е. компенсировать энергетическое наполнение увеличением радиуса приложения сил. Естественно при этом пята башмака второго электромагнита должна иметь тот же угловой размер (сектор). Аналогично и для третьего силового потока. В каждом силовом потоке одновременно могут использоваться практически все фазы. Это гарантирует очень большую единичную мощность.
Левая схема имеет более технологичные статор и ротор. Но не позволяет рационально использовать пустующие объемы внутри ротора (для установки СИП, ЭУУ и др. устройств).
Правая – наоборот. Обе конструкции предполагают возможность использования постоянных магнитов, и служить основой для МФ моторов и моторов на СЛЗ.
На Рис. 4. показано логическое завершение вариаций конструкций МФ моторов. Моторы технологичные, в некоторых случаях единственно возможные. Конструктивно имеют возможность развития в сторону наращивания количества параллельных монороторов. Так же как и все предыдущие рассмотренные конструкции, предполагают использование как обычных магнитопроводов, так и постоянных магнитов, при простейшей конструкции сердечников (башмаков) силовых обмоток. Так же можно использовать обмотки группами и раздельно. И с разными целями, т.е. для создания механического крутящего момента и генерации электроэнергии.
На Рис. 5. показана конструкция моноблока (мотор-генератора) в котором используется МКГ имеющий КПД > 1,0. Общий КПД моноблока является произведением КПД МФ мотора на КПД МКГ. Мотор-генераторы, т.е. моноблоки – это практически законченная механика для организации локальных энергосистем, как стационарных, так и подвижных. Достаточно оснастить моноблок соответствующей электроникой, и далее можно снимать либо механический крутящий момент с силового вала, либо электрическую энергию с соответствующих обмоток.
