Генератор постоянного тока

Рис. 1

Споры о преимуществах использования переменного и постоянного токов ведутся еще со времен Н.Теслы и Т.Эдисона до настоящего времени. В споре с Т.Эдисоном, который отдавал предпочтение постоянному току, победила концепция Н. Тесла – сторонника производства и потребления переменного тока. Благодаря разработкам Н.Теслы, М.Доливо-Добровольского, П.Яблочкова и других ученых-изобретателей переменный ток используется в широких масштабах.

Посредством современного энергетического оборудования получают преимущественно переменный ток. Производство и потребление переменного тока во всех сферах человеческой деятельности достигает по оценкам специалистов 80%. В нашей стране частота производимого и потребляемого переменного тока равна 50 Гц (что соответствует 50-ти оборотам\сек электрогенератора (ЭГ), имеющего одну пару полюсов и одну обмотку). Это значит, что в сетях электрического тока, получаемого от производителя, ток изменяется 50 раз в одном направлении и 50 раз в другом.

Рис. 2

А что же постоянный ток, который не меняет своего направления (Рис. 2) с течением времени (речь идет о механических ЭГ, а не о химических источниках тока, например, АКБ). Почему постоянный ток не производится в промышленных масштабах наряду с переменным током, хотя есть области энергетики, народного хозяйства, в которых использование постоянного тока гораздо выгоднее, чем использование переменного тока. А в некоторых сферах (например, электроника) постоянный ток просто необходим.

Назовем некоторые из многих областей энергетики, где по оценкам специалистов использование постоянного тока не только экономически выгодно, но и безопаснее, а также экологически предпочтительнее по сравнению с использованием переменного тока.

-передача электроэнергии по высоковольтным линиям на большие расстояния.

-передача электроэнергии тока при использовании подземных и подводных кабелей

-электролиз в промышленных масштабах

-гальваника и гальванопластика

-большинство электронных схем используют постоянный ток

-ЭГ постоянного тока используют в качестве резервных источников для зарядки АКБ

-железнодорожный и городской транспорт

Несмотря на ряд существенных выше перечисленных преимуществ по отношению к переменному току использование постоянного тока не получило должного распространения энергетики. Что же сдерживает производство и потребление постоянного тока несмотря на ряд его очевидных преимуществ по сравнению с переменным током.

Это связано прежде всего с отсутствием простых по конструкции, надежных в эксплуатации и недорогих источников получения постоянного тока.

В чем заключается сложность конструкции ЭГ постоянного тока? В первую очередь это наличие щеточно-коллекторного узла в конструкциях ЭГ и ЭД постоянного тока, что вызывает и сложность конструкции (Рис. 1), и недостаточную надежность, и ограничение производимой мощности. С развитием в настоящее время современной электроники появилась возможность создания   бесколлекторных ЭГ и ЭД, но по-прежнему относительная сложность конструкции, ограничение по мощности, а также затраты на производство ЭГ и ЭД постоянного тока сдерживает их развитие.

Можно ли сделать простые по конструкции ЭГ и ЭД постоянного тока (электрические машины обратимы), которые обладали бы перечисленными выше и другими параметрами (достоинствами)? Оказывается, можно. Мною разработан простой способ и конструкция ЭГ для производства и потребления постоянного тока. Конструкция разработанного ЭГ не содержит коллекторно-щеточного узла, выпрямителей, управляющей и другой электроники, а также какого-либо токосъемного устройства.

Рис. 3

Опытный образец разработанного мини ЭГ постоянного тока показан на Рис. 3. В этом мини ЭГ индуктор и якорь в сборе установлены на настольном токарном станке, который используется в качестве привода индуктора. Индуктор вращается относительно якоря, который закреплен неподвижно относительно привода.

Индуктор содержит 4 пары разноименных полюсов небольших постоянных магнитов, закрепленных на основании по окружности со сдвигом на 90 градусов относительно друг друга, а якорь содержит также 4 обмотки по 20 витков в каждой из медной изолированной проволоки диаметром 0,5мм. Обмотки соединены последовательно, а их активные провода расположены напротив полюсов магнитов индуктора. От активных проводов крайних обмоток выходит два провода для подключения к нагрузке, в данном случае к измерительному прибору.

Если посмотреть на шкалу мультиметра, то можно обратить внимание на следующие моменты:

-максимальные импульсы постоянного тока по величине составляют примерно несколько десятков микроампер;

-в процессе взаимодействия индуктора и якоря мини ЭГ наблюдается некоторый разброс импульсов по величине.

Это можно объяснить несовершенством конструкции в том смысле, что сделать «на коленке», в гаражных условиях презентабельный опытный образец какого-либо устройства достаточно сложно, особенно если нет соответствующего оборудования. Небольшие значения импульсов тока их разброс связано с тем, что в данной конструкции небольшое количество обмоток якоря, малое число витков в одной обмотке, слабые магниты постоянного тока в индукторе (для получения больших мощностей в индукторе ЭГ должны быть установлены электромагниты, генерирующие большие магнитные потоки), относительно большие и разные зазоры между полюсами магнитов и активными проводами обмоток, отсутствие магнитопровода.

Но на данном этапе для нас важен не количественный, а качественный результат. Основная цель настоящей публикации и создания данного видеоролика – показать работоспособность предлагаемой конструкции мини ЭГ и возможность реализации простого способа получения постоянного тока.

В качестве небольшого отступления от темы напомню, что такие разработки, как электроника фирмы Хьюлетт Паккард, мотор-колесо Шкондина, некоторые уникальные модели легковых автомобилей и др. имеют «гаражное происхождение».

Предлагаемая конструкция ЭГ (ЭД) постоянного тока проста в изготовлении, надежна в эксплуатации, не ограничена в получении больших мощностей, позволяет производить многофазные ЭГ, (ЭД), а по затратам на изготовление сравнима с затратами на изготовление ЭГ переменного тока.

Я приношу извинение посетителям сайта и видео ролика за то, что на данном этапе разработки не могу раскрыть детали устройства индуктора и якоря, представленного мини ЭГ в основном по двум причинам. Во-первых не хочу искушать любителей выдать чужое изобретение за свое (Конструкция индуктора и якоря содержит ноу-хау).

Во-вторых разработанная конструкция и различные схемы компоновки узлов предлагаемой конструкции могут быть использованы в устройствах двойного назначения, что требует определенной конфиденциальности. По этой же причине не подаю заявки на изобретение. Хотелось, чтобы предлагаемое оборудование для производства и потребления постоянного тока было сначала произведено в России, а не за «бугром», как это довольно часто бывает при утечке информации.

Конечно могут возникнуть подозрения о подтасовке, (или мошенничестве), упаси Бог, технической информации. Но в данном случае нет смысла мошенничать, так как это может быть выявлено при первой же встрече со специалистом или инвестором. Другое дело я мог (пропустить) не обнаружить аналогичной конструкции ЭГ постоянного тока при анализе патентной информации.

Итак, что мы имеем в итоге?

Разработана конструкция ЭГ (ЭД)  постоянного тока, которая проста в изготовлении, надежна в эксплуатации, не ограничена в получении больших мощностей, а по затратам на изготовление сравнима с затратами на изготовление ЭГ переменного тока.

Какие задачи можно будет решать с помощью разработанной конструкции ЭГ постоянного тока.

-передача электроэнергии по высоковольтным линиям на большие расстояния.

-передача электроэнергии при использовании подземных и подводных кабелей

-использование для питания электронных схем

-использование в качестве источников для зарядки АКБ

-использование в железнодорожном и городском транспорте

-применение для альтернативной энергетики в качестве ЭГ

- для производства локальных электростанций (ЭС) малой и средней мощности

Немного подробнее о последнем пункте

Чисто условно считается, что ЭС малой мощности — это установки мощностью до 50 кВт, а установки средней мощности это ЭС до 300 кВт. Локальные электростанции позволяют потребителю не зависеть от централизованного электроснабжения. Но не только это. Одно из слабых мест в централизованной системе энергоснабжения – это ее незащищенность. Незащищенность крупных энергетических объектов заключается в их уязвимости. Прежде всего, следует рассматривать их уязвимость при возникновении природных катаклизмов и, не дай БОГ, военных конфликтов. Достаточно поразить 10-12 основных энергообразующих объектов, а именно это будет сделано в первую очередь, чтобы парализовать всю энергосистему любого государства.

В этой связи востребованность таких локальных ЭС в разных областях нашей многофункциональной жизни огромна, особенно это актуально для РФ с ее огромными территориями. Перечислю лишь некоторые из них: отдельные жилые кварталы больших городов, небольшие города, отдаленные поселки, дачные и гаражные кооперативы, частные коттеджи и др. Это наиболее востребованное и быстро реализуемое направление в энергетике.

Мне кажется, что развитие этого наукоемкого направления должно стать одной из частей, составляющих национальную идею России (электризация РФ посредством локальных ЭС постоянного тока) и в целом должно повлиять на рост экономики России.

Работа опытного образца генератора постоянного тока показана в видеоролике.