Експерименти с комутатор на магнитни потоци (КМП)

[getca]

Собствен проект на форума по идея на генератора Инкомп, под името "КМП" - комутатор на магнитни потоци.

Здравейте всички.
Поздрави за оригиналните и нестандартни идеи. Мисля, че мога да бъда полезен с опита си при работа с импулсни захранващи устройства тъй като при МЕГ се прилагат същите принципи доколкото разбирам. Има и доста необяснени неща, но ще се борим с тях.

Според мен, всекии, който се захване с МЕГ трябва първо да се запознае с принципите за генериране на ел. енергия на елементарно ниво. Какво е необходимо - променливо магнитно поле и намотка, в която се индуцира е.д.н. Най-лесно се получава въртящо се магнитно поле от постоянен или електромагнит, чиито силови линии пресичат навивките на товарната намотка и се генерира е.д.н. По този начин ел. енергията се генерира за сметка на първичната механична сила, задвижваща ел. генератора. Умишлено не навлизам в подробности, защото всеки може да намери информация по въпроса.

Сега какво става при идеята за МЕГ? Номера е да се получи променливо магнитно поле без движещи се части. Как? Ами като се намери начин за комутация на потока на силен постоянен магнит. Тук има две възможности: пулсиращо еднопосочно или променливо магнитно поле. В първия случай магнитната индукция 0<B<Bmax, а във втория -Bmax<B<+Bmax. INCOMP например е избрал управляем магнитен шунт. Този принцип отдавна се използува при електрожените за регулиране на заваръчния ток, но там шунта се задвижва механично. Как действува шунта? Ами просто окъсява магнитния поток, също както и електрическия. При INCOMP се прави ел. управление на шунта чрез насищане и силно повишаване на магнитното съпротивление. За да бъдат минимални загубите от управление е нужно по-малко сечение и по-голям брой навивки, но това зависи и от основния магнитопровод. Тук ще има и загуби от насищане, защото се получава загряване. Дотук добре. Да приемем, че комутацията работи с приемливи загуби. Какво ще стане на изхода? Тук има доста неясни неща от публикуваните резултати - защо и как се получава синусоида например и как се получава стабилно изходно напрежение при натоварване?

Ще се опитам да поразсъждавам върху прехвърлянето на енергията на изхода. Целта е да се избегне влиянието на противо е.д.н., възникващо при протичане на товарния ток. Това може да стане с отделяне на товарната верига с диод и натрупване на енергията в кондензатор. Реализира се при обратните (flyback) импулсни преобразуватели, като първо енергията на магнитното поле на първичната намотка се натрупва в магнитопровода (диода е запушен), а след това се прехвърля на вторичната страна (диода е отпушен). Мисля, че спокойно ел. магнита на първичната намотка може да се замени с постоянен магнит. Тук идва въпросът за стабилизация на Uизх. Ако се използува ШИМ не е ясно какво ще стане. При обратния преобразувател с увеличаване на времето за протичане на първичния ток се увеличава и запасената енергия, а при постоянния мягнит? Трябва да се експериментира. Проблемът е, че не всеки товар се захранва с постоянно напрежение.

А някой мислил ли е например какво ще стане, ако се комбинират класически трансформатор и постоянен магнит и се намали консумацията от мрежата 2-3 пъти.

Накрая с риск да стана досаден ми се иска да коментирам КПД на МЕГ. В случая е коректно да се говори за КПE (коефициент на преобразуване), както е при климатиците. Един климатик черпи 1кВт, а топли 3 кВт, но не казваме КПД=300%, а КПE=3. Допълнителната енергия се извлича от околната среда.
Успех на всички в разсъжденията и експериментите.

В прикаченият файл Magnitnoi_kluch_Gromov.doc е дадена теория на Н.В. Громов за магнитен ключ с противопосочни (спрямо управляващия магнитопровод) магнитни потоци. Трябва да се уточни, че магнитният ключ е само част от комутатора на магнитни потоци.

[getca]

Като добавка към предишния ми коментар искам да посоча вероятните проблеми пред построяването на работещ МЕГ с КОП>1:
    - Работещ магнитен шунт във варианта 'Incomp'. Насищането на магнитопровода трябва да бъде сигурно за да работи шунта. Това може да се установи с осцилоскоп като се следи тока през управляващата намотка.
    - Регулация на запасената в товарните намотки енергия за да има стабилно изходно напрежение. Тук проблема е, че силата на магнитното поле на постоянния магнит е постоянна. Единствения начин е да се управлява времето през което то действува върху изходните бобини.
    - Добър механичен контакт между отделните части на магнитопровода и постоянните магнити за да няма загуби. Във фабричните конструкции контактните повърхности се полират.
    - Нужда от междинно съхраняване на енергията (изправител и филтър). Може да се използува принципа на обратните импулсни преобразуватели. Натрупаната в магнитопровода енергия се прехвърля на изхода, когато полето на постоянния магнит е изключено. Така ще се елиминира и противо е.д.н.
    - Постоянно подмагнитване на сърцевината, т.е. еднопосочен пулсиращ поток, което предполага лошо използуване на магнитопровода. Може би има начин за обръщане на посоката на потока и работа по пълния му пренамагнитващ цикъл.
    - Получаване на по-големи мощности (>1 кВт)

[getca]

Не съм опитвал да правя МЕГ, само се мъча да бъда полезен като разсъждавам на глас. Не визирам конкретна схема, но мисля, че при вариантите на Incomp има хляб. Искам най-напред да си изясня нещата на нива теория и успешни/неуспешни опити и тогава да се захващам. Най-големия проблем според мен е вкарването на сърцевината в режим на пълен пренамагнитващ цикъл, което предполага намаляване на загубите и получаване на по-големи мощности на изхода (независимо от схемата). Ако се работи на честота 50 Хц за основен магнитопровод може да се използува и обикновена силициева ламарина. Ако се използува магнитен шунт за пренасочване на магнитния поток обаче неговият магнитопровод е проблем, защото трябва да се насища лесно и с минимални загуби. Тук интересното е, че когато потокът на постоянния магнит се затваря през шунта, той не трябва да е наситен. Това трябва да става с вкарването на допълнителна енергия от управляващата намотка. Така потоците на постоянния магнит и управляващата намотка се сумират и насищането на шунта става с минимален разход на енергия. Сега шунта рязко увеличава магнитното си съпротивление и потока на постояяния магнит се пренасочва през товарната намотка. Тук обаче не е ясно какво ще стане. Дали управляващата намотка ще удържи насищането на шунта вследстие на хистерезиса на сърцевината му след премахването на потока от постоянния магнит през шунта. Може би тук е тънкия момент в подбора на материала на тази сърцевина. Надявам се да съм бил полезен с тия мисли.

[getca]

Продължавам с разсъжденията на тема МЕГ. На картинката съм се опитал да отразя собственото си разбиране за работеща конструкция. Базира се на магнитни ключове с насищане. За повече нямам време...
P.S. Ето едно интересно четиво...http://www.telematika-college.com/files/zo/lineini_magnitni_verigi.doc

[getca]

2de2d7.gif -Интересна идея за по-големи мощности...
187a7a.png -Симулация на INCOMP...

[getca]

Документ:
"Некоторые соображения по теории MEG"

[getca]

Борбата продължава с...частичен, но важен успех. Мисля, че накарах магнита да работи както аз искам по схемата дадена на рисунката. Засега няма смисъл от коментар на КПД или КОП...Важното е, че на товарната намотка се виждат симетрични напрежителни пикове. Не съм на 100% сигурен, но мисля, че постигнах пренасочване на потока на магнита. При махане на магнита системата не работи - напрежението на изхода е нула, което говори, че не работи като трансформатор...
Използувал съм конфигурация с магнитен шунт - нормално магнитния поток е шунтиран, а при насищане на шунта се отклонява към товарната намотка. Интересното е, че при натоварване пада амплитудата само на единия пик... Предполагам това е пикът, генериран при насищане на шунта тъй като противо е.д.с. на товарната намотка действува срещу магнитодвижещото е.д.с. Когато шунта възстанови магнитната си проницаемост се генерира другият пик, но вече потока предизвикан от противо е.д.с. се затваря през него. Правих някои измервания, но нямаше време. Затова подробни данни ще дам по-късно, когато си изясня нещата и оптимизирам управлението. За сърцевина на шунта използувам ферит с Al=1000. Получава се доста стръмна крива на насищане, но може още по-добре...Много е важно също да се докара шунта да точка близа до насищането, което е трудно, щото нямам подходящи магнити. Затова мисля да навия отделна подмагнитваща номотка и да търся нужната работна точка. Всъщност от това зависи получаване на КОП>1... На управляващата намотка се подават правоъгълни импулси с честота около 25кХц и Кзап=7%. Засега толкова, но нещо не виждам подкрепа. От доста време няма коментари, което не е добре, защото ако се реализира МЕГ-а переспективите са... не ми се мисли...

[jantar]

Важното е че четем какво си направил.
 
За нямам време да се занимавам и с това а ти си напред с материала и няма какво да коментирам.
Мога само да ти пожелая успех в начинанието!

[getca]

Здрасти...Радвам се, че има положителни отзиви на експериментите ми. Явно интересът към МЕГ-а беше позамрял за известно време. Сега конкретно...
За регулиране на потока на магнитите може да служи въздушна междина в лявото Ш от схемата. Например картончета с различна дебелина. Намотките на шунта са две, защото част от магнитния им поток се затваря през средната част на Ш-то, така, че не остава ненаситена. Може да  се направи и там намотка, но при мен просто няма място, защото сърцевината е доста малка като размер. Значи дотук резултатите могат да се обобщят така:
   - Устройството не е трансформатор, защото без магнити не работи;
   - В изхода се наблюдават 2 вида импулси с противоположна полярност, които вероятно се получават при пренасочване на магнитния поток. Според мен това е критерият за пренасочване на потока.
Единият пик е при насищане на шунта - потокът dФ/dt минава през товарната намотка,
Другият при шунтиране на потока  - потокът -dФ/dt рязко намалява през товарната намотка;
   - Пренасочва се част от потока - губи се някаква част от разсейки по остри ръбове и друга просто остава на стария си път;
   - Магнитите помагат за насищане на шунта, затова трябва да са подходящо ориентирани. Критерии за насищане е осцилограмата на тока през управляващата намотка, която трябва да ими рязка чупка в посока увеличение. Това също е показател за стръмността на В-Н кривата;
   - Магнитния поток преминава и през по-сложни геометрични форми на сърцевината;
   - Принципа работи с голяма вероятност и при по-високи честоти, което ще намали размерите на сърцевините;
   - Малка товароносимост на конструкцията. На празен ход зарежда кондензатор през грец схема до 35в при 2х25нав. товарна намотка. При товар 300ом напрежението пада рязко на около 3в;
   - Материала на сърцевината на шунта трябва да бъде със стръмна хистерезисна крива за да насища бързо и с малко енергия;
   - Настройката на работната точка на шунта е много важно да бъде близо до насищане и да се намери точно необходимата минимална степен на насищане с цел минимум разход на енергия;
Последните две неща определят ефективността на работа на цялата конструкция. Цитираните резултати от експеримента не бива да се приемат еднозначно, тъй като са възможни грешки и неточности при измерванията и разсъжденията...
Сега мисля да се концетрирам върху малката товароносимост и да видя как влияе товара върху насищането на шунта. Ще го борим...няма спирка, но не е лошо и други да се пробват за да сравняваме и поправяме грешките...Оставам оптимист, но в разумни граници...

[getca]

Магнитните потоци на магнита и управляващите намотки са съпосочни, така, че насищането да е с минимум разход на енергия. Средната частна шунта дали се насища не е важно, защото има пренасочване на потока. При включено захранване Ш-то с товарната намотка трудно се отделя с ръка от останалата част, докато в изключено състояние си стои свободно.
Дотук добре...Установи се, че принцила за пренасочване на потока на постоянен магнит работи, коено е важно, но...Защо понася само малък товар  Тия дни си блъсках главата с този проблем. Стигнах до следния извод:
   - Класическа схема за генериране на ел. енергия -> основана на реакцията на полето създадено от противо е.д.н. при протичане на товарния ток. Вследствие на това работата се върши от външна сила, която преодолява тази реакция. Тук постоянен магнит може да служи само за възбуждане на магнитно поле между полюсите на ел. машината. Затова възбудителната мощност на ел. генератора е пъти по-малка от номиналната му. Например възбудителния ток на автомобилния алтернатор е 3-4а, а товарния стига до 40а.
   - Прогресивна схема за генериране на ел. енергия -> работата се върши от постоянния магнит, независимо от начина на комутация на потока. Тук реакцията, предизвикана от товарния ток обаче не е желана, защото отслабва магнитния поток, който няма как да се увеличи, тъй като е с фиксирана стойност. От тази ситуация има два изхода - да се намери начин за компенсация на реакцията на товара или просто да се елиминира. Обширно поле за мислене и експерименти...
В моя вариант на МЕГ си играх с въздушната междина между Ш-то на товарната намотка и останалата част на магнитопровода и установих, че има една оптимална стойност за която изходното напрежение пада най-малко при натоварване. При директен контакт напрежението е максимално, но стабилността е лоша. Регулирането на степента на насищане влияе по-силно върху изходното напрежение отколкото промяната на честотата. Кондензатор в паралел на изходната намотка променя формата на напрежението, но почти не влияе върху товароносимостта.
Сега ми е щукнало да си поиграя с тия прословути бифилярни намотки, че нещо са ми тъмни. Ако някой има опит в тази насока нека го сподели, за да няма губене на време и преоткриване на топлата вода...

[Тони]

 Бифлярката е много интересно нещо, навивай я плътно еднослойно няма индуктивност и може да генерира енергия при определени условия. В бифлярката протича в единия проводник ток в двете посоки, звучи глупаво но аз го твърдя. Друго интересно е присукване на 180 гр. в
една равнина, но е голяма играчка. Не съм правил експерименти с бифлярка в променливо магнитно поле а само в електростатично. Целта е да се получи стояща вълна. Тук проблема с реакцията на товара няма да го има.

[Петър]

След като стана въпрос за бифлярка може ли някой да даде по подробни пояснения (или връзка )- как се навива(изчислява), приложение, предимства и недостатъци. След като няма индуктивност как се изчислява! За да не откриваме топлата вода!
Поздрави   

[getca]

Здравейте... Интересно става с тия бифилярки. Товарната намотка я навих като бифилярна, но не еднослойна, защото няма място. Може би това намалява ефекта донякъде. Въпреки всичко стабилността на изходното напрежение е по-добра и вече пали лампа с нажежаема жичка. Ще пробвам и с усукани проводници.
Замислих се какво става с енергията натрупана в сърцевината на шунта от насищането му. Ами тя не се използува въобще.  Затова свързах през диод управляващата намотка към изходната и...без малко да изгори светодиода за индикация, свързан там. Фактически голяма част от енергията за насищане на шунта се изпраща в товара, а тя никак не е малка като част от общата. Другият начин е да се върне в захранването, но трябва допълнителна намотка на шунта и пак през диод.
Интересен е и моментът с пренасочване на магнитния поток. На практика се получава модулация тъй като шунта (магнитния ключ) не е идеален. Още не съм установил точната степен на насищане за максимално пренасочване на потока. Засега има приблизително линейна зависимост между тока на насищане и изходното напрежение. На шунта съм навил три еднопосочни намотки на трите клона на Ш-то. Установих и друго - по-голямата част от потока винаги се затваря по най-късия път и това е много важно за правилното конструиране на магнитната верига. Продължавам напред, макар и бааавничко...

[getca]

Ако магнита е в средата, двата пътя на потока ще са равни и той ще се разпредели равномерно между шунта и товарната намотка, което не ме устройва, тъй като изменението му ще бъде малко. Да речем от Ф/2 до Ф в най-добрия случай. За да се намали потока в товарната намотка ще трябва да се включи допълнително магнитно съпротивление във веригата - въздушна междина, която внася допълнителни загуби.
След разни опити установих, че цялата истина е май в шунта и начина му на насищане - скоростта и тока. Нещо тук ми убягва и затова ще се концентрирам в тази посока. Пък после ще умувам за конкретната магнитна верига на МЕГ-а. Имам разни идеи за получаване на знакопроменлив, а не само пулсиращ магнитен поток...Но това за в бъдеще...
Вчера пробвах насищане на шунта с две противопосочно свързани намотки върху крайните рамена на Ш-то. Работи си, но иска изследване какво точно става. Продължавам да пиша за резултатите, добри или лоши...

[getca]

Рано е да се говори за КПД или КОП, защото все още няма работеща както трябва конструкция. Сега съм вързал светодиод през грец и кондензатор на изхода за индикация. За товар използувам резистори и малка лампа с нажежаема жичка. Предполагам, че шунта работи с ниска ефективност и отклонява само малка част от потока на магнита. Блъсках си главата за това насищане и осъзнах, че тогава В и Ф почти не се променят, но имат максимални стойности. Сърцевината не може да поеме повече силови линии на полето. С увеличаване на Н от управляващата намотка се намалява проницаемостта, като В и Ф в шунта се запазват на макс. Ф=ВS, В=В(Н) и m=m(Н) при насищане и нелинейност на m. Тъй като В~конст. и S=конст. то и Фш~конст. Значи остава зависимостта m=m(Н), която е нелинейна. Н=4Пni/l и при определен брой навивки и дължина на силовата линия зависи единствено от тока i.
От тия бози дотук следва, че ако работната точка на шунта е близо до насищането с нарастването на управляващия ток може да се намали проницаемостта до степен да се отклони по-голямата част от потока на магнита през товарната намотка. Въпроса е колко да се увеличи тока, защото при насищане стръмността му нараства. Другия вариант е да се увеличат навивките на управляващата намотка, което ще ограничи работната честота...Трябва да се експериментира явно...Ако се направи ефективен шунт ще стане и МЕГ-а. Има ли мераклии да се включат...