Расчёт экспериментальной установки на тему Л.Хендершота

Расчёты

Вариант 1.

Если брать энергию (Магнитное Поле) Земли и его преобразовывать резонансным методом прерывания магнитного поля, зададимся

Индукция магнитного поля Земли = 0.00005 Тесла

Частота магнитного излучателя = 50 кГц

Магнитная проницаемость воздушной среды = 1.2*10 -6 Гаусс/метр

Количество витков излучателя = 50
Средний радиус катушки = 50 мм

Ток 100 Ампер

Решение;

1. Узнаём показатели катушки при индукции равной индукции МП Земли.
2. B = m0*N*i / 2R= 1.2*10 -6*50 витков*100 миллиампер / 2* 50 мм = 0.00006 Тесла
   

Расчёты (приведенные из уч. Пособия) связанные с магнитной индукцией в центру катушки показали, что предварительные данные совпадают.

Что необходимо иметь:

1. Провод диаметром 0.25 мм - 0.3 мм
2. Кусок трубы ПВХ диаметром 100 мм

3. Источник регулируемого питания с возможностью получения 100 ма или резистор к БП на 9-12 Вольт. Если резистор и БП 12 Вольт.

R= 12/0.1 А= 120 Ом P=12*0.1=2 W

3. Нагрузка мощностью в 12 Вольт и 0.1+0.1 Ампер.

Решил рассчитать установку, которая реагировала бы на Магнитное Поле Земли по принципу сложения магнитных потоков МП Земли и Генератора ВЧ импульсов частотой 50 кГц.

Суть установки опысывалась ранее.

Вот картинка

Отличие от этой схемы состоит в том, что здесь катушка развпнутя лицом ( не перпендикулярно магниту или точнее МП Земли).
Нужно, чтобы во время того, когда Севеный поток магнита (Земли) и  Северный поток катушки (индуктора)  направлены встречно, в точке нахождения съёмной катушки генерирующая запасает энергию вместе с конденсатором.
В этот момент съёмная нагрузка "невидима" для генерирующей, поскольку встечные потоки в результате дают 0 индукции.
Когда конденсатор и катушка запасли энергию, генератор отключается и теперь магнитное поле в катушке "переворачивается", тем самым на съёмной катушке мы имеем два потока - один от Земли. второй от генерирующей катушки

Зададимся целью рассчитать реактивные параметры катушки-магнитного прерывателя-излучателя. Задача, которую необходимо решить — это с одной стороны иметь резонансный контур. Зачем? Во время заряда конденсатора последовательного резонансного контура у нас ток протекает через индуктивность резонансного контура и одновременно конденсатор накапливает энергию. Условия должны быть таковыми, что индуктивность во время зарядки конденсатора должна пропускать ток равный 100 мА для формирования индукции в центре оси равной индукции Земли. В этот момент нагрузка должна быть отключена, дабы не отбирать у резонансного контура энергию во время заряда конденсатора.

Следующие условия — когда конденсатор начинает перезаряжаться обратным ходом индуктивности. В этот момент включается нагрузка к съёмной катушке. Съёмная катушка должна видеть два магнитных потока. Один поток - поток от Земли, второй - от индуктивности.

Надеюсь расчёты верные
прошу прокомментировать.

Некоторые понятия

Магнитная проницаемость вакуума

Перевод

Магнитная проницаемость вакуума

Магнитная постоянная — физическая константа, скалярная величина,

• определяющая плотность магнитного потока в вакууме;
• входящая в выражения некоторых законов электромагнетизма при записи их в форме, соответствующей Международной системе единиц.

Иногда называют магнитной проницаемостью вакуума. Измеряется в Генри на метр. Магнитная постоянная равна:

 Гн/м

В материальных уравнениях, в вакууме, через магнитную проницаемость связаны вектор магнитной индукции В и вектор магнитного поля Н

Через магнитную постоянную осуществляется связь между относительной и абсолютной магнитной проницаемостью.

Secondary inductance  =427,93uH  
Secondary capacitance       =8,58pf
Secondary wire length =15,7m
Secondary turns      =50  
Active resistance of secondary =3,64om
Q-factor of sec.    =1939

LC-resonance freq.  =2625,47kHz
1/4-resonance freq.  =4774,78kHz

Зададимся теперь расчётами самой катушки. Флайбек калькулятор показал, что
Количество витков 50
Диаметр провода 0.25 мм
Частота у нас получается свыше 2 мГц.

Индуктивность равна 428 микро-Генри

Ьерём программу Контур, расчёты показали, что при частоте в 50 кГц и индуктивности катушки 428 микроГенри мыф должны подобрать для резонанса конденсатор 22.67 нФ.

Флойд Свит

Опять о переключении магнитных потоков или о Floyd Sweet

На Этом видео коротко человек попытался объяснить смысл системы Флойд Свита

Судя по всему
http://youtu.be/QsqmHC00CJI

Вакуум триод называется условно, здесь есть два магнитных полюса, съёмная катушка и переключающие катушки на основе феррита и т.д. На феррит подаётся прерывающее поле (поле для прерывания магнитного потока.

По ветрякам из-за магнитов и катушек

Расчет аксиального генератора.

Мощность будущего генератора рассчитать достаточно просто, к примеру по этой формуле W=2FnNMTS=U/Om=I/Om . Эта формула подходит для расчетов как бесжелезных аксиальных генераторов так и для генераторов со статорами из электротехнической стали.

Значения переменных в формуле W=2*F*n*N*М*T*S=U:Om

тут указаны ошибки

Формула выглядит так Е = 2fnmNBS 
Обозначения:
f - число оборотов в секунду ротора с магнитами (об/сек)
n - число магнитов
m -число катушек в одной фазе (если генератор однофазный, то просто число катушек)
N - число витков в катушке
B - магнитная индукция в зазоре( Тл )
S - площадь магнита с которой магнитный поток снимается в катушку ( м2 ) *
*Если магнит больше полюсного наконечника, то площадь наконечника- для катушек со стальным сердечником

F- обороты ротора с магнитами об/с.

n - число магнитных полюсов

N - количество катушек в фазе, если однофазный то просто общее число катушек в статоре.

M - количество витков в одной катушке статора.

T - магнитная индукция в зазоре Тл , если индукция не известна, то можно поставить среднее значение для бесжелезных статоров 0,5Тл, а для статоров из ЭТС среднее значение 0,8Тл.

S - площадь поверхности одного магнита м2, для статоров с сердечниками площадь зуба ( наконечника) , если магнит меньше наконечника, то площадь магнита.

U - полученное напряжение фазы.

Ом - сопротивление фазы.

I - сила тока Ампер.

W - мощность


Чтобы получить мощность нужно от напряжения генератора отнять напряжение заряжаемого аккумулятора, полученное значение разделить на сопротивление генератора Ug-Ua:Om=W.

Значения переменных Ug-Ua:Om=W

Ug - напряжение генератора без нагрузки, на холостом ходу при определенных оборотах

Ua - напряжение заряжаемого аккумулятора.

Om - сопротивление генератора.

W - полученная мощность.

Реальные значения могут отличаться, так-как качество сборки генератора сильно влияет на все параметры. А так-же есть неизбежные потери в проводах от генератора к аккумулятору, на диодном выпрямителе и прочем. Но при всем при этом данная методика расчета отражает реальную мощность генератора и имеет погрешность не более 10-15%, зависящую от правильности сборки генератора.

Пример расчета аксиального генератора.

К примеру возьмем генератор состоящий из 12 полюсов на прямо-угольных магнитах размером 40*15*10мм. Имеющий 9 катушек намотанных проводом сечением 1мм по100 витков в каждой катушке, и 12 полюсов ротора. Исходя из этих параметров нам нужно получить напряжение холостого хода.

Для этого 2 умножаем на обороты генератора в секунду, пусть будет 5об/с (300об/м), Далее полученную сумму умножаем на количество полюсов генератора 12, и умножаем на количество катушек в одной фазе 3.

Полученную сумму умножаем на количество витков в одной катушке 100, и умножаем на магнитную индукцию в зазоре 0,5Тл, и умножаем на площадь поверхности магнита 0,0006м2, в итоге всех умножений должно получится напряжение генератора на заданных оборотах.

подсчет

2*5*12*3*100*0,5*0,006=10,8 вольт.

На 300бо/м получается почти 11 вольт. Если соединять фазы треугольником то напряжение будет 10,800вольт. Для звезды нужно напряжение фазы умножить на 1,7 получается 18вольт.

Сопротивление фазы.

Теперь у нас есть напряжение на заданных оборотах, чтобы вычислить мощность генератора нам нужно высчитать сопротивление обмотки генератора. Это делается по формуле R= pL/S,

Переменные значения формулы R= p*L:S,

p - удельное сопротивление, в данном случае удельное сопротивление меди 0,0175Омм2/м

L - длинна провода

S - площадь сечения провода мм2.

Теперь попробуем посчитать, и так у нас 9 катушек по 100 витков проводом 1 мм, в общем получается 900витков, значит количество витков в фазе 300. Теперь нужно найти длину этих 300 витков.

Если не знаем длину провода, то будем считать примерно, и так катушки по высоте у нас к примеру 68мм треугольной формы, а ширина в верхней части 45 мм, в нижней 30мм, ширина витков 14мм, значит можно взять среднюю длину одного витка. Расчет такой 68-7+68-7+30-7+45-7= 181мм, получается средняя длинна витка в катушке 181*300 и получается 54 метра провода в фазе, 7 мм это ширина витков в катушке поделенная на 2.

Теперь удельное сопротивление меди по формуле выше умножаем на длину провода и делим на площадь сечение проводника, площадь сечения определяется так, S=pd2,

переменные формулы S=pd2 .

р - равно 3,14

d- диаметр провода мм

У нас провод диаметром 1 мм, площадь его сечения получается 3,14*1*1=0,785мм2., округлим до 0,8 мм2.

расчет

0,0175*54:0,8=1,18125 Ом.

Округлим и получим сопротивление фазы 1,1 Ом.

Теперь вернемся к нашему генератору, и так мы получили на 300 об/м 11 вольт с фазы. При соединении звездой напряжение составит 11*1,7=18,7 вольт.

Теперь высчитаем мощность этого генератора при 300об/м, 18 вольт генератора минус 12 вольт аккумулятора разделить на сопротивление генератора. Сопротивление фазы 1,1 Ом умножим для звезды на 1,7 и получим 1,8 Ом.

Получается 18-12:1,8= 3,3 Ампера на зарядку аккумулятора.

Наш теоретический аксиальный генератор с магнитами 40*15*10 по 12 на каждый диск ротора, и 9 катушек намотанных проводом 1 мм по 100 витков, должен выдавать на аккумулятор при 300об/м 3,3А. Чтобы узнать мощность отдаваемую генератором в аккумулятор достаточно напряжение аккумулятора умножить на силу тока поступающую в него. В данном случае умножаем 12 вольт на 3,3Ампера, получается что на практике генератор на 300об/м будет выдавать 40 ватт/ч.

Так-как напряжение правильно собранного генератора растет пропорционально оборотам, то можно посчитать отдачу генератора на более высоких оборотах.

300об/м 18-12:1.8= 3,3 Ампер на аккумулятор 12*3,3= 39,6 Ватт.

450об/м 27-12:1,8= 8,3 Ампер на аккумулятор 12*8,3= 99,6 Ватт

600об/м 36-12:1.8= 13,3 Ампер на аккумулятор 12*13,3= 159,6 Ватт

750об/м 45-12:1,8= 38,3 Ампер на аккумулятор 12*38,3= 459,6 Ватт

Теперь несколько моментов о правильности сборки аксиального генератора.

Диски под магниты должны быть равны толщине магнитов, можно толще, но тоньше нет, так-как магнитное поле магнитов замыкается через железо подпитывая магниты, тем самым усиливая передачу магнитного потока к магнитам стоящим на дисках напротив друг друга. Если сделать диски тоньше, то часть магнитного потока будет рассеиваться. Если к обратной стороне диска ничего не магнитится, можно проверить иголкой, то значит все хорошо.

Расстояние на дисках между магнитами должно быть равно половине ширины магнита, можно больше, но если меньше, то часть магнитного поля будет замыкаться на соседние магниты и не пойдет к противоположным магнитам через катушки.

Толщина статора с катушками должна быть не толще магнитов, если толще то из-за большого расстояния между магнитами магнитное поле сильно рассеивается и не все идет к магнитам, которые на дисках на против друг друга. Магниты нужно на дисках наклеивать с чередованием полюсов, а диски должны притягиваться, то-есть магниты стоящие друг на против друга должны притягиваться.

Для однофазного генератора количество катушек должно быть равно количеству магнитных полюсов ротора, то-есть если у вас по 12 магнитов на каждом диске, то и катушек должно быть 12. Катушки соединяются последовательно, конец первой с концом второй,а начало второй с началом третьей, конец третьей с концом четвертой и так далее. Но однофазный генератор я не рекомендую вам делать, во-первых вибрация под нагрузкой, которая предается по мачте и слышно гудение при работе особенно на сильном ветре, и другие неприятные мелочи, о которых долго рассказывать.

Трехфазный генератор делают с соотношением 2/3 или 4/3 где число магнитов/число катушек. К примеру если делать 12 полюсов ( магнитов на дисках), то можно делать как 9 катушек, по три на фазу, так и 18 катушек по 6 на фазу. Катушки фаз соединяются последовательно, или если 20 полюсов, то 15 катушек, по 5 на фазу.

К примеру если у вас 9 катушек, первая фаза начинается с первой катушки, которая соединяется с четвертой, а четвертая с седьмой, и два провода выводятся наружу, это начало первой и конец седьмой катушки_1_4_7_. Вторая фаза так-же, но начинается со второй катушки_2_5_8_, а третья _3_6_9_ катушки. Все шесть выводов желательно вывести наружу чтобы потом соединять звездой или треугольником.

Пока все, дополнительную информацию смотрите на страницах сайта, я думаю вы найдете ответы на все свои вопросы, если что-то не понятно оставляйте сообщения в комментариях или в почту.

Опять материал по ветрякам...

Магниты использовались дисковые 27х8 мм, по 16 штук на диске. 

Площадь магнита 572 мм2. Поток делится пополам, = 286 мм2
Рабочий участок 50 мм 286/50=5,7мм. Толще можно, а вот тоньше нет, железо войдет в насыщение и перестанет пропускать магнитный поток!
Диск который использовал я 10 мм, он был готовый.

Поделиться…

http://narod.ru/disk/17024037000.6434a7ea883d0c130ac6e19d63de5283/%D1%80%D0%B0%D1%81%D1%87%D0%B5%D1%82%20%D0%B3%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%B0%20%D0%B8%20%D0%B2%D0%B5%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BA%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D1%81%D0%B0.xls.html

Программы, которые я понаходил

http://imlab.narod.ru/M_Fields/A_Magnet/A_Magnet.htm

http://electe.blogspot.com/2011/07/blog-post_27.html

Вот программа рассчитала...Не знаю правильно ли...
Получается, что если длина катушки = 20 см,
число витков = 500
Ток = 100 Амперам
Индукция получится 0.314 Тесоа.

http://treugoma.ru/book/elektromagnetizm/napryajennost-magnitnogo-pola/
расчёт показывает сходство с напряжённостью магнитного поля

теперь получаем 4 * 3.15 * 10 -7 * 250 000 = 0.315. Сходится...

Примеры рассчётов трансформаторов

http://hoster.bmstu.ru/~fn7/reshenie_zadach8.php

Трансформаторы

Глава 8

Задача 8-9.

Определить намагничивающий ток трансформатора (рис. 8.9, а).

Дано: ω₁= 250 витков; l_cт=25 см; l₀=0,01 см; S_cт=18 см²; U₁= 120 В; f=50 Гц. Кривая намагничивания стали магнитопровода изображена на рис. 8.9,6. Указать правильный ответ.

1) 2,4 А. 2) 1,7 А. 3) 4,2 А. 4) 1,3 А.

Решение 8-9.

Намагничивающий ток определяется с помощью закона полного тока

I_стH_ст+H₀l₀=I_μw₁.

Напряженность магнитного поля определяется для стали по кривой намагничивания, для воздуха—из выражения Н₀= В₀/μ₀.

Магнитная индукция в магнитопроводе трансформатора определяется из выражения

U₁=E₁=4,44w₁fB_mS_ст, откуда

В_m=U₁/(4,44 w₁fS_ст)=120/(4,44∙250∙50∙18∙10^-4)=1,2 Тл

По кривой намагничивания рис. 8,9, а магнитной индукции В_m=1,2 Тл соответствует напряженность магнитного поля Н_cт=20 А/см.

Напряженность поля в воздушном зазоре равна

Н₀=В₀/μ₀=1,2/1,256∙10^-6=10⁶ А/м.

Амплитуда намагничивающего тока

I_μm=(H_cтl_ст+H₀l₀)/w₁=(20∙25+10⁶∙0,01∙10^-2)=2,4 A.

Намагничивающий ток равен

I_μ= I_μm/√2=2,41/1,41=1,7.A. Ответ: 2.

Опять по магнетизму и индукции в трансформаторе

Электромагнитная индукция. Трансформатор.

Эфирная теория позволяет объяснить электромагнитную индукцию, которая, как известно, заключается в том, что изменяющееся во времени магнитное поле порождает электрическое, а изменяющееся электрическое поле порождает магнитное. От себя добавим, что непосредственным участником этих процессов является также эфир в форме макрозавихрения; и об этом мы уже говорили, когда объясняли возникновение в катушке с током магнитного поля.

Обычно явление электромагнитной индукции демонстрируют с помощью постоянного магнита и подвешенного алюминиевого кольца: при приближении магнита к кольцу оно отталкивается, а при удалении от него оно притягивается. Отмечено также, что незамкнутое кольцо (с разрезом) к магниту равнодушно. Почему так происходит?

При приближении магнита к кольцу его магнитные шнуры своими вращающимися боковыми поверхностями будут сдвигать электроны в кольце до упора в осевом направлении и после этого заставят их двигаться по кругу, создавая кольцевой электрический ток, его еще называют вихревым. Подробно о подобном возникновении тока уже говорилось, когда мы рассматривали смещение проводника в магнитном поле. Если магнит будет приближаться к кольцу северным полюсом, то он породит в кольце движение электронов против часовой стрелки (при взгляде со стороны магнита); это — первый этап.

На втором этапе кольцевой электрический ток закрутит эфир в макрозавихрение. Направление вращения завихрения будет таким же — против часовой стрелки, а скорость эфира в нем распределяется по уже известному нам закону, то есть с убыванием к центру и на периферию.

На третьем этапе макрозавихрение соберет электроны в магнитные шнуры и заставит их вращаться в согласованном направлении: внутри кольца — против часовой стрелки, а снаружи — навстречу, то есть породит магнитное поле. Ориентация всех магнитных шнуров внутри кольца будет таким, что их северный полюс окажется направленным в сторону приближающегося магнита.

А дальше произойдет противодействие магнита и кольца, потому что на встречном движении окажутся одноименных магнитных полюса; кольцо будет уклоняться от магнита. (Упругое противодействие магнитных шнуров рассмотрено нами выше.)

Если постоянный магнит удалять от кольца, то сдвигание электронов в кольце будет осуществляться обратными сторонами его вращающихся магнитных шнуров, и электрический ток побежит в другую сторону, то есть по часовой стрелке, а в результате магнитное поле в кольце изменит свою ориентацию на противоположную и будет способствовать смещению кольца в сторону магнита.

Разрезанное кольцо так себя вести не может; в нем электроны не имеют возможности бегать по кругу и не закручивают эфир в макрозавихрение; поэтому процесс электромагнитной индукции прерывается.

Явление электромагнитной индукции используется в трансформаторах; в них ток одной катушки через посредство магнитного поля наводит ток в другой катушке; при этом выдвигается условие, чтобы первичный ток изменялся во времени.

Представим себе две катушки, нанизанные на общий сердечник из магнитно-мягкого материала; по одной из них мы будем пропускать изменяющийся по величине ток; назовем эту катушку первичной; во второй — должен возникнуть вторичный ток; посмотрим, как это произойдет.

При отсутствии первичного тока сердечник размагничен. По мере нарастания тока первичная катушка начнет формировать и усиливать свое магнитное поле. Возникающее магнитное поле начнет расползаться по сердечнику и будет постепенно надвигаться на вторичную катушку; это равносильно тому, что к ней приближается постоянный магнит. В витках катушки возникнет ток, или, точнее сказать, в них появится электродвижущая сила. Так как витки соединены между собой последовательно, то их силы будут суммироваться. При убывании первичного тока весь процесс повторится, но направление вторичного тока будет обратным. Так работает трансформатор.

Эфирная теория позволяет проследить за каждым шагом происходящего процесса и предсказать поведение трансформатора. Опуская подробности, скажем, что при нарастании тока в первичной катушке направление тока во вторичной будет обратным, а при уменьшении — совпадающим. Если же ток в первичной катушке сохранять постоянным, то ее магнитные шнуры не будут смещаться относительно витков вторичной катушки и не вызовут в ней появления электродвижущей силы.

Опять некоторые расчёты по генератору

Итак, если применить следующий вариант генератора с коротким импульсом прерывания и широким импульсом генерации сигнала от магнита...

Долго мучался как же рассчитывать и настраивать...
Но наконец из-за поиска материала по Лестеру Хендершоту, Капанадзе и магнитным настройкам нашёл вот следующее...

Только катушку я задумал использовать перпендикулярно магниту, так чтобы полюса катушки были развёрнуты встречно относительно магнита. Эту же катушку мы назовём индуктор.
Она же создаёт встречные магнитные потоки магниту, т.е. прерывание.

Во время настройки, мы подключаем генератор постоянного тока и подключаем амперметр.
Сам же индуктор поставлен так, как и на схеме.Делаем расчёт на то, чтобы индукция внутри катушки индуктора была равной индукции в этой же точке со стороны магнита, чтобы во время работы (после настройки) противодействие или прерывание магнитного поля  Это будет означать, что стрелка компаса должна как и в предыдущем материале отклониться на 45 градусов.
Затем предположительно мы разворачиваем как это будет при работе, и поскольку магнитные потоки магнита и электро-катушки окажутся встречно направленными, они должны как бы взаимо-уничтожаться и стрелка компаса должна будет отклониться на 90 градусов  от магнита (полюсов магнита). Утверждение это как и всё нужно будет доказать экспериментально.

Ток, необходимый длят того, чтобы подбирать расстояние магнита от "точки" должен соответствовать индукции того материала съёмной катушки, которая будет использоваться в схеме. Если это феррит, его макс. индукция равна порядка 0.25- 0.3 Тесла.
 Если же воздушный сердечник - необходимо будет заходить в более высокие частоты.
Применение воздушного зазора возможно упростит задачу, поскольку не нужно будет привязываться к гистерезисным параметрам сердечникам, точнее к индукции насыщения, потери на перемагничивание и т.д.
Однако магнитное поле распространяется в воздушной среде пропорционально расстоянию.
При применении феррита на него будет при прерывании действовать два всречных потока, получается, что он условно не будет оказывать влияние на индуктивность индуктора.

Вот опять сам принцип.

Итак, индуктор создаёт короткий импульс, равный индукции магнита, воздействующим на "точку" съёма. Широкий импульс - это импульс или наведение индукции на съёмную катушку магнитом. При прерывании магнитного потока (я думаю) что логично будет отключать нагрузку, чтобы не препятствовать перемагничиванию сердечника или не препятствовать процессу прерывания.
Разница между временем импульса прерывания, создаваемого индуктором и импульсом съёма и должно дать ту ожидаемую СЕ.