Блокинг-генератор с питанием от постоянных магнитов Громова

 
 

Блокинг-генератор с питанием от постоянных магнитов Громова

СЕ технологии



Настоящая работа выполнена с целью – показа широкому кругу читателей принципиальной возможности построения магнито-электрических устройств, которые питаются от постоянных магнитов.

Работа выполнена на основании проведения комплекса теоретических и экспериментальных исследований проведенных в январе-феврале 2007 г.

 

На основании этих исследований синтезирована схема блокинг-генератора с питанием от постоянных магнитов Рис. 1.

1-1

Блокинг-генератор предназначен для преобразования магнитного потока постоянных магнитов в импульсное и (или) постоянное напряжение. Блокинг-генератор с питанием от постоянных магнитов относится к типу статических приборов. В нем нет движущихся частей.

В основу работы этого прибора положен процесс управления магнитной проницаемостью (параметром) ферромагнитных сердечников магнитного усилителя, в котором рабочие магнитные потоки формируют постоянные магниты.

 

Блокинг-генератор состоит из следующих основных узлов: магнитного усилителя на насыщающихся магнитных реакторах (Ра, Рв) с подмагничиванием сердечников постоянными магнитами, времязадающей цепи (Rб, Сб, VD 1), ключа (VT 1), цепи автономного питания (VD 2-5, Сф, VD 6). Запуск блокинг-генератора в работу производится от внешнего источника постоянного тока (U”пуск»).

 

Рабочую точку реакторов магнитного усилителя на кривой намагничивания материала сердечников по постоянному магнитному потоку следует выбирать в области максимального значения магнитной проницаемости, но, не «переходя» его значение Рис. 2.

2-2

Если изобразить положение рабочей точки сердечников реакторов на кривой намагничивания (петле гистерезиса), то она должна выбираться в области Рис. 3.

3-3

Положение рабочей точки сердечника определяется параметрами и объемом постоянных магнитов, типом материала сердечников реакторов и их магнитными свойствами. Определение положения рабочей точки задача, конечно, не тривиальная, однако вполне решаемая при помощи действующего инженерного мат. аппарата. Экспериментально эта задача решается «прямо в лоб» и без проблем.

 

Синтезированное устройство работает следующим образом. В начальный момент конденсатор Сб , разряжен и при подаче питания ключ VT 1 открывается и через управляющие обмотки Iа и Iв протекает ток, который увеличивает напряженность магнитного поля Н в сердечниках реакторов согласованно с постоянными магнитами. Напряженность магнитного поля не зависит от магнитных свойств, среды, но определяет значение магнитной индукции. Увеличение напряженности магнитного поля приводит к тому, что сердечники магнитных реакторов переходят в режим насыщения, что вызывает резкое изменение магнитной проницаемости сердечников реакторов. Соответственно изменяется магнитное сопротивление материала сердечника в сторону увеличения. Rм = l / (µa * S) это увеличение приводит к тому, что пропорционально этому изменению изменяется величина магнитных потоков Ф = F/Rм, (не забываем, что F = H*l), сцепленных с обмотками IIа, IIв, IIIа, IIIв, IVа, IVв. Это изменение наводит в них ЭДС е = - ∆Ф/∆t. Три специализированных обмотки распределяют ЭДС: на потребление в собственных целях (питание обмоток управления и обратная связь) и выдачу электрической мощности в нагрузку.

 

После того, как конденсатор Сб зарядится, ключ закрывается. Ток в обмотках управления прекращается. Для магнитных материалов сердечников происходит восстановление их свойств к исходному состоянию. Магнитное сопротивление магнитопроводов (Rм), уменьшается, до исходного значения, а рабочие магнитные потоки (Ф) возрастают. Во всех обмотках в это время индуцируются ЭДС противоположного направления. Конденсатор начинает разряжаться и, когда разряд дойдет до определенного значения - ключ снова откроется и процесс повторится. Далее генерация будет автоматической.

 

Для обеспечения собственных нужд предлагаемого устройства в электрической мощности служит цепь (VD 2-5, Сф). Учитывая, что коэффициент усиления магнитного усилителя может достигать 1 000, можно говорить, о том, что на внешние нужды будет оставаться значительная мощность.

 

Н. Громов   2007 г.

 

Источникhttp://www.skif.biz/index.php?name=Pages&op=page&pid=175

 

-------------------------------------------------------------------------------------------

А если серьезно то схема законченная должна выглядеть примерно так

 

авто

Схема построена на принципе магнитного ключа, который прерывает магнитный поток 

 

               Магнитный ключ. Н.Н. Громов


Настоящая работа выполнена на основе комплекса теоретических и экспериментальных исследований, проведенных автором в 2007 г. Цель работы - расширение спектра типов и видов электромагнитных устройств, а также расширение возможностей по применению в них постоянных магнитов и их использование в качестве источников питания автономных электромагнитных устройств, для получения электрической мощности. Разработан магнитный ключ (электрически управляемый магнитный нелинейный элемент).
Результаты, изложенные в настоящей работе, могут быть использованы любым юридическим или физическим лицом, но не могут быть использованы в целях патентования и монопольного производства.
Автор стремился изложить материал популярно с минимальным привлечением только элементарной математики.

 

Исходные положения

В своей работе «Физические основы электротехники» Академик В.Ф. Миткевич писал: «…особенности поведения ферромагнитных материалов в случае их намагничения можно с большим правдоподобием объяснить изме­нениями в ориентировке элементарных частиц вещества, происхо­дящими во время изменения магнитного состояния. Подобные объ­яснения исходят из некоторых предположений относительно строе­ния магнитных материалов. На этой почве возникла так называемая „гипотеза вращающихся элементарных магнитов", непосредственно вытекающая из идей Ампера, математически обработан­ная Вебером, затем дополненная Максвеллом, Юингом и другими.

По этой гипотезе магнитное тело представляет собою совокуп­ность особых элементарных частиц, каждая из которых является как бы элементарным постоянным магнитом, так как она обладает противоположными полярностями на двух противоположных сторо­нах. Эти элементарные магниты подвижны около своих центров. Пока тело не подвержено намагничивающей силе, элементарные частицы своими магнитными осями расположены в теле по всевоз­можным и самым разнообразным направлениям. Вследствие такого хаотического распределения магнитных осей частиц тела, послед­нее, без особых внешних воздействий, само по себе не обнаружи­вает никаких магнитных свойств. Внешнее действие любого эле­ментарного магнита вполне компенсируется действием соседних элементарных магнитов, оси которых направлены противоположно. Вообще говоря, внутри данного магнитного тела элементарные маг­ниты образуют всевозможные комбинации и группировки, замкну­тые внутри себя, т. е. так, что магнитные линии, исходящие из какого-либо элементарного магнита, замыкаются не через внешнее пространство, а через другие магниты той же группы. Поэтому вся масса данного магнитного тела, например, куска железа, вся эта сложная комбинация отдельных магнитных групп не обнаружи­вает видимого внешнего действия. Но стоит, однако, подвергнуть железо воздействию магнитного поля, создаваемого какою-либо внешнею причиною, как первоначальное хаотическое располо­жение элементарных магнитов тотчас же нарушается. Под влиянием поля магниты будут повертываться вокруг своих центров, стремясь расположиться по направлению магнитного поля. Поворот этот происходит так, что частицы располагаются, обращаясь одноимен­ными концами их магнитных осей в одну и ту же сторону. Чем больше приближаются к параллельности между собою оси элемен­тарных магнитов, и чем ближе их направление к направлению поля, тем магнитные свойства тела начинают выявляться все сильнее и сильнее, тем сильнее „намагниченным" оказывается это тело… приняв эту гипотезу, мы придем к заключению, что интенсивность намагничения вещества I нельзя увеличивать беспредельно, так как, когда все элементарные магниты расположатся в направлении магнитной силы, дальнейшее увеличение этой магнитной силы уже не повлечет за собой никакого изменения в магнитном состоянии вещества. Таким образом, I имеет некоторый естественный предел Imax, при достижении которого мы будем иметь:

 

001

 

 

и при увеличении Н магнитная проницаемость стремится к пределу m0, численно равному единице.
(На рис. 2 дана кривая m=f(B) для некоторого сорта железа.

 

  см. Рис №2 


Как видим, величина m сначала растет, затем, по достижении ма­ксимума, начинает убывать, стремясь в пределе (при больших индук­циях) к m=1.
Иногда интересно иметь кривые, связывающие Н и I. Но из приведенного выше равенства: В=m0H+4pI видно, что, имея кри­вую B=f(H), можно простым пересчетом получить кривую I=f(H). Ограничимся поэтому более подробным рассмотрением графической зависимости только между В, m. и Н, которыми в технике, как указано выше, почти исключительно и пользуются.)
Если мы обратимся к кривой, показанной на рис. 72, то увидим, что m, сначала возрастая до некоторого предела, начинает затем падать. Полученный результат показывает, что пределом этого падения будет:

                                                       m0=1.
З

аметим, что именно в силу этого обстоятельства при конструи­ровании Электрических машин, вообще говоря, не выгодно брать слишком большие значения Н или В, так как в этих условиях становится слишком малой роль ферромагнитного вещества в созда­нии магнитного потока.
На рис. 4 рядом кривых показана зависимость между m и В для разных материалов по мере приближения к насыщению.

0003

 

Здесь (1) — кованое железо, (2) — сталь, (3) — кобальт, (4) — чугун, (5) и (6) — никкель, (7) — марганцевая сталь.

Во всех этих случаях, как показывают кривые, величина магнитной проницаемости, стре­мящаяся к 1 по мере возрастания магнитной индукции, действительно приближается к этому пределу».

Основываясь на результатах исследований, опубликованных в источнике: «Письма в 2001, том 27, .18 26 сентября. Марков, Хон. Об особенностях намагничивания поликристаллов в переменных встречных магнитных полях».

Сделан вывод, что в ферромагнитном материале, имеющем доменную структуру, при воздействии на него встречных магнитных потоков с напряженностями поля Н1 и Н2 магнитное поле в нем будет определяться значением, В = µ1Н1 + µ2Н2 ,
Магнитная проницаемость µ1 определяется числом магнитных доменов, магнитные моменты которых имеют острый угол с Н1.
Соответственно, магнитная проницаемость µ2 определяется числом магнитных доменов, магнитные моменты которых имеют острый угол с Н2. Таким образом, ориентация доменов в ферромагнетике осуществляется под воздействием встречно-направленных напряженностей магнитного поля в разные стороны. При этом максимальный угол поворота векторов магнитных моментов до состояния магнитного насыщения ферромагнетика не превышает 900.
Этот вывод можно элементарно проверить экспериментально с использованием простейшего приспособления, приведенного В.Ф. Миткевичем.
«…маленьких магнитных стрелок (рис. 79) и поместил их на отдель­ные вертикальные острия, расположив их в одной плоскости на столе так, чтобы при качаниях стрелки не задевали одна другую.

 

 смотри Рис. №3 (выше по тексту)

 

Различные группы таких магнитных стрелок Юинг подверг тща­тельному изучению. Он окружал систему стрелок несколькими вертикальными витками проволоки и пропускал по ней электрический ток. Надлежащим подбором силы этого тока и правильной ориенти­ровкой витков можно было скомпен­сировать действие земного магнит­ного поля на стрелки и наблюдать устойчивые конфигурации, которые образовывали собою стрелки, предо­ставленные самим себе…

…На рис. 8 изображен применявшийся Юингом в этих опытах станок, в котором внешнее магнитное поле создавалось двумя катушками, расположенными по концам.

2258

Стрелки помещались на горизонтальной доске станка в промежутке между катушками. Число отдельных магнитных стрелок, которое Юинг брал при изуче­нии этих моделей магнитного тела, колебалось в широких пределах, доходя иногда до 130.

Модели этого рода позволили Юингу произвести самые разно­образные наблюдения. Характер приобретаемой группой стрелок полярности, когда внешняя магнитная сила нарастает или меняет направление, или вообще как-нибудь изменяется, в достаточной степени делается ясным при простом взгляде на расположение стрелок».

Таким образом, воздействуя на ферромагнетик двумя встречно направленными магнитными полями, его можно вводить в глубокое насыщение с изменением магнитной проницаемости от максимального ее значения, почти до единицы.

Магнитный ключ

(электрически управляемый магнитный нелинейный элемент)

С целью расширения спектра типов и видов электромагнитных устройств, а также расширения возможностей по применению в них постоянных магнитов и их использования в качестве источников питания автономных электромагнитных устройств, для получения электрической мощности, разработан магнитный ключ (электрически управляемый магнитный нелинейный элемент).
В целом магнитный ключ можно рассматривать как нелинейный четырехполюсник Рис. 9. У которого магнитное сопротивление меняется по закону – обратному закону изменения m0. На входе, которого действует входное напряжение.

32147

Математические выражения для определения характеристики изменения магнитной проницаемости приведены выше. Магнитное сопротивление магнитного ключа определяется элементарным выражением Rм=lср/(m0S).
На Рис. 2 приведена конструкция магнитного ключа который имеет замкнутый «О»-образный, либо кольцевой магнитопровод с двумя обмотками управления, включенными встречно. Просто, как гвоздь, а эффективность – сравнивая, с магнитными усилителями может достигать 1000 по мощности.
Принцип действия магнитного ключа основан на свойстве введения ферромагнетика в режим глубокого насыщения при помощи обмоток управления, включенных встречно, для компенсации так называемых трансформаторных ЭДС, индуцирующихся в них при изменениях магнитного потока. Такой прием используется в широко применяемых в технике магнитных усилителях. При этом следует учитывать, что значение этих ЭДС может быть значительным. Поэтому каждая отдельная обмотка должна выполняться с усиленной изоляцией.

ццц

Сердечники для магнитных ключей, равно как и для всех электромагнитных устройств, должны собираться весьма тщательно. В методиках инженерного проектирования это все изложено.
Магнитный ключ при работе обладает способностью потреблять мощность в обмотках управления, расходуемую только на их нагрев, во много раз меньшую, мощности, которую он коммутирует.
Оценка характеристики изменения магнитного сопротивления магнитного ключа позволяет назвать его электрически управляемым магнитным нелинейным элементом, который может осуществлять самые различные преобразования магнитных потоков в магнитных цепях. Вход этого электромагнитного прибора не имеет индуктивности, поэтому допускает применение любой формы управляющего напряжения (тока).

 

МЭГи

(примеры построения магнито-электрических устройств)

Не буду останавливаться на принципе действия применения магнитных ключей в примерах их использования для устройств генерирования электрической мощности.
Есть два варианта МЭГ Рис. 3.

333333

Управляющие электрические воздействия, их форма, последовательность, амплитуда и другие, для формирования не представляют труда и могут быть выполнены в самых разнообразных вариантах на самой разнообразной элементной базе.
На Рис. 4 приведен эскиз узла коммутации магнитных потоков постоянного магнита для схемы двухтактного мостового магнито-электрический усилителя. На Рис. 5. приведена схема коммутации магнитных потоков двухтактного мостового магнито-электрического усилителя.

357951

Выводы приведены выше.


Литература

1. В. Ф. МИТКЕВИЧ. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ. ИЗДАНИЕ ТРЕТЬЕ ПЕРЕСМОТРЕННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ. ЛЕНИНГРАД 1933
2. Об особенностях намагничивания поликристаллов в переменных встречных магнитных полях. © Г.А.Марков, Ю.А.Хон, Институт физики прочности материаловедения СО РАН, Томск. Письма в ЖТФ. 2001, том 27, вып.18 26 сентября.
3. Учебные пособия по физике, электротехнике, электромагнетизму, постоянным магнитам, справочники и методические материалы по инженерным расчетам и оценкам различных авторов и различных годов издания. 

Н. Громов 2007 г.



Обновлен 04 сен 2015. Создан 01 сен 2015