Энергия постоянного магнита: Сила и слабость постоянных магнитов – Энергетика и промышленность России – № 7 (59) июль 2005 года – WWW.EPRUSSIA.RU

Сила и слабость постоянных магнитов – Энергетика и промышленность России – № 7 (59) июль 2005 года – WWW.EPRUSSIA.RU

http://www.eprussia.ru/epr/59/3892.htm

Газета “Энергетика и промышленность России” | № 7 (59) июль 2005 года

Что такое постоянный магнит и чем его магнитное поле отличается от магнитного поля контура с током? Есть ли разница в магнитных полях одиночного и составного магнита? Что происходит «внутри» постоянного магнита при взаимодействии с другим постоянным магнитом или контуром с током? Можно ли эффективно использовать постоянные магниты с целью получения механической или электрической энергии? Подобных вопросов множество, и многие из них связаны с понятием электрический ток.

Поскольку электрический ток (его свойства) – следствие движения электрических зарядов, а последние перемещаются относительно других неподвижных зарядов, возникают различные электрические взаимодействия. Что же следует понимать под «чистым» электрическим током?

Чистым или нейтральным током можно, по всей видимости, назвать ситуацию, когда имеются условно удаленные от других заряды, состоящие из равного количества отрицательно и положительно заряженных частиц, одни из которых двигаются относительно других в преобладающем направлении. Именно взаимное движение зарядов противоположного знака друг относительно друга – и есть нейтральный ток. Другие варианты движения зарядов, допустим, с преобладанием зарядов одного знака, будут в своем роде производными от нейтрального тока и соответственно иметь некоторые особенности электрических взаимодействий.

Во многих ситуациях мы имеем дело далеко не с нейтральными токами, поскольку существуют как неравномерное распределение зарядов по длине проводников с током, так и скачки напряженности электрического поля на некоторых границах проводников (наличие вызывающего ток ЭДС и т. п.). Поэтому для изучения свойств нейтрального тока следует пользоваться либо кольцевым сверхпроводником с током, либо постоянными магнитами, которые в данном случае условно можно рассматривать как систему с кольцевым нейтральным током.

Кольцевые токи магнитов

Рассматривая постоянные магниты, как кольцевые нейтральные токи, можно сделать некоторые общие замечания. Электрический кольцевой ток поддерживается без внешней подпитки достаточно длительное время. Процесс протекания нейтрального тока не сопровождается тепловыделением или электромагнитными излучениями (просто поддерживается тепловой баланс с окружающей средой и телом постоянного магнита).

Несмотря на то что «магнитные» нейтральные кольцевые токи, будем считать, постоянны по величине, при взаимодействии магнитов между собой возникают ситуации, когда возможны как некоторые переходные процессы, так и взаимное влияние токов друг на друга. Другими словами, возникает явление электрической взаимной индукции.

Взаимная индукция двух контуров с током при наличии магнитной связи достаточно подробно описана в литературе. Известно, что энергия двух контуров с током, обладающих магнитной связью, отличается от суммы собственных энергий токов на величину взаимной энергии двух токов. Распространяя это правило на взаимодействие постоянных магнитов, можно сказать, что энергия системы магнитов отличается от суммарной энергии каждого магнита. Это понятно, поскольку при сближении или удалении магнитов происходит механическая работа.

Но так ли постоянны по величине эквивалентные круговые токи постоянных магнитов? Действительно, они представляют, упрощенно, сумму огромного числа элементарных молекулярных токов. Но в отличие от прочих материальных тел постоянный магнит имеет внешнее и внутреннее магнитное поле, которое «связывает» все элементарные токи, и каждый круговой ток реагирует на колебания остальных, как и они в свою очередь на его колебания. Другими словами, в постоянном магните все элементарные токи представляют как бы единый «организм», что и делает его собственно постоянным магнитом. Если разрушить данный «организм» и каждый элементарный ток начнет независимое «существование», магнитные свойства у данного объекта пропадают.

Вращение – залог эффективности

В группе из трех магнитов средний магнит «модулирует» суммарное магнитное поле всех трех магнитов. Причем максимум плотности смещается в одну сторону, а с противоположной стороны магнитное поле практически отсутствует. При изменении магнитной силы среднего магнита происходит плавное изменение суммарного поля, причем плотность магнитного потока как бы перемещается на другую сторону.

Что в конечном итоге это дает? Поскольку средний магнит можно просто вращать, будет происходить и перемещение максимума плотности суммарного магнитного потока по кругу, равное частоте вращения среднего магнита. Другими словами, один средний магнит может управлять суммарным полем, которое складывается из силы трех магнитов. Причем при вращении среднего магнита не происходит изменения суммарной энергии магнитного поля, т. е. вращение среднего магнита происходит без затрат энергии.

Вращающийся или меняющий свое направление максимум магнитного потока можно использовать в различных устройствах – начиная от простейших вариантов насосов и заканчивая двигателями или генераторами. Все устройства будут отличаться высокой эффективностью и низким энергопотреблением.

Конечно, вращение среднего постоянного магнита – не единственный вариант практического использования группы из трех постоянных магнитов в генераторах или двигателях. Данный средний магнит можно заменить на электромагнит, через обмотку которого пропускают переменный ток различной формы (в зависимости от назначения или конструкции).

Наибольший интерес представляет использование этого эффекта в двух видах двигателей: с линейным возвратно-поступательным движением и вращательных. Момент вращения таких двигателей может достигать значительных величин при относительно небольших рабочих оборотах.

Где можно использовать постоянные магниты?

Одной из особенностей двигателей с активным использованием постоянных магнитов является возможность использования электрического резонанса. Поскольку управляющий электромагнит периодически меняет полярность, т. е. питается переменным током, от частоты которого зависят обороты (в случае вращательного двигателя) в соотношении 1 / К, где К – число полюсов, электромагниты можно включить в состав колебательного контура с емкостью. Соединение электромагнитов может быть последовательное, параллельное или комбинированное, а емкость подбирается по резонансу на рабочей частоте двигателя, при этом среднее значение тока, проходящего через электромагниты, будет большим, а внешняя подпитка по току будет компенсировать в основном активные потери.

Данный режим работы будет наиболее привлекательным с точки зрения экономичности, а двигатель, в котором он используется, будет называться магнитно-резонансный шаговый. Обороты двигателя в этом случае практически не зависят от нагрузки и определяются частотой электрического резонанса, разделенного на число полюсов, несмотря на увеличение потребляемого тока при увеличении нагрузки. С целью повышения рабочих оборотов возможно применение многофазных схем питания электромагнитов двигателей. Среднее ожидаемое снижение потребляемой электрической энергии данными магнитно-резонансными шаговыми двигателями может достигать 60‑75 % по сравнению с обычными электрическими двигателями. Подобные двигатели отличаются большим моментом вращения, достаточно жесткой нагрузочной характеристикой, стабильной частотой вращения, высокой надежностью (якорь не имеет токонесущих элементов), отсутствием подвижных контактов и искрения и т. п., поэтому область их применения будет иметь свои особенности.

Несмотря на это, они могут превосходить по некоторым параметрам как трехфазные асинхронные и синхронные машины, так и коллекторные двигатели постоянного тока.

Одно из основных преимуществ – низкое энергопотребление.

Генератор с повышенным КПД

Применение постоянных магнитов эффективно, например, в конструкции электрического генератора с неподвижным ротором. Достоинство подобных генераторов – отсутствие подвижных частей, высокая надежность, экономичность, простота конструкции. Применение магнитных материалов с особыми свойствами позволит получить еще большую экономичность. Среднее сокращение энергозатрат при производстве электроэнергии на генераторах такого типа может достигать 50% и более.

В основе их конструкции лежит принцип модуляции суммарного магнитного поля трех постоянных магнитов средним магнитом, в качестве которого выступает электромагнит. Применение постоянных магнитов позволяет достичь снижения энергетических затрат при генерации электрической энергии.

Магнитная система данного генератора представляет в общем виде «крест в кольце», где одна из перекладин креста представляет собой постоянные магниты, а другая – электромагнит управления, катушка которого может быть разбита на две части или использоваться в виде единой катушки.

Кольцо представляет собой магнитопровод с низкими потерями на вихревые токи, на котором располагаются 4 рабочие обмотки (выходные обмотки), соединение которых осуществляется попарно. Выходное напряжение имеет удвоенную частоту по отношению к частоте тока, питающего электромагнит управления.

Если при работе обычного генератора (с вращающимся ротором) неизменный магнитный поток ротора (постоянные магниты или электромагнит), вращаясь от приводного внешнего двигателя, периодически изменяет магнитный поток в статорных обмотках, то увеличиваются механические затраты со стороны приводного двигателя.

В случае с неподвижным ротором отсутствуют потери на трение и противодействующий вращательный момент приводного двигателя. По сути это особый вид трансформаторного преобразователя с дополнительной подпиткой от магнитного поля постоянных магнитов. В процессе преобразования входного переменного тока происходит удвоение частоты выходного тока. Поскольку магнитное поле постоянных магнитов не меняет своего направления – происходит лишь периодическое перераспределение его по секторам кольца ‑то оно активно работает, вкладывая свой «вклад» в генерацию ЭДС.

Магнитный поток управляющей или первичной обмотки электромагнита меняет знак, т. е. происходит процесс, аналогичный процессу простого трансформатора. КПД трансформаторного преобразования достаточно велик. Другими словами, мы получаем трансформатор-удвоитель частоты с повышенным КПД.

Что в конечном итоге это дает? Получается, что входная мощность как минимум меньше выходной. Превышение выходной мощности над входной происходит за счет энергии постоянных магнитов, которые, в отличие от привычной схемы генерации, неподвижны.

Дополнительные возможности данного генератора можно получить, применив для кольцевого сердечника статора магнитные материалы с особыми свойствами.
К недостаткам устройства можно отнести следующее: удвоение частоты выходного напряжения, некоторую сложность изготовления магнитопроводов и обмоток, необходимость компенсационных обмоток для задания необходимой нагрузочной характеристики. Максимальная мощность определяется в основном энергией применяемых постоянных магнитов, от которых зависят все остальные параметры.

Для создания трехфазного тока можно применить либо 3 подобных преобразователя (питание управляющих обмоток синхронизировано), либо аналогичную конструкцию, изготовленную в трехфазном варианте.

Также читайте в номере № 7 (59) июль 2005 года:

• Износ электрических сетей – 50%

  Физический износ электрического оборудования и сетей в Новгородской области довольно высок и составляет более 50%. Об этом 27 июня на брифинге в Великом Новгороде сообщил вице-губернатор Сергей Лобач. По его словам, минимальный износ основны…

• ЗАО «Петерпайп»: прочные предпосылки к лидерству

  Завершился еще один этап модернизации ЗАО «Петерпайп», запланированный на текущий год. В производство запущен уникальный станок для изготовления спирально-навивных оболочек (воздуховодов) SPIRO automatic tubeformer тип 1602. Новое оборудование позволя…

• PCVEXPO – успешный форум отрасли и страны

  9 июня в Москве состоялась презентация крупнейшего международного форума – PCVEXPO-2005, который пройдет с 22 по 25 ноября этого года в Культурно-выставочном центре «Сокольники». Проведение этого форума настолько важно, что он заслужил официа…

• Технологии устранения ЧП

  Из комментариев Владимира Колодкина стало известно, что серьезной экологической проблемы может не быть лишь в том случае, если нефть разлита на земной поверхности вдали от рек. «Глубина, на которую просочится нефть, определяется свойствам…

• Энергореформу подкорректируют

  Глава Минпромэнерго РФ Виктор Христенко признал, что потребуется внести ряд коррективов в проводимую реформу электроэнергетики. Впрочем, это коснется главным образом технических аспектов преобразований. Под этим министр имеет в виду при…



Смотрите и читайте нас в

энергии из поля постоянного магнита

Энергия из поля постоянного магнита

Идею, заложенную в ниже описываемом устройстве, пытаются реализовать многие. Суть ее такова: есть постоянный магнит (ПМ) – гипотетический источник энергии, выходная катушка (коллектор) и некий модулятор, изменяющий распределение магнитного поля Постоянного Магнита, создавая тем самым переменный магнитный поток в катушке.

       Реализация (18.08.2004)

       Для реализации этого проекта (назовем его TEG, как производная от двух конструкций: VTA Флойда Свита и MEG Тома Бердена 🙂 ) я взял два ферритовых кольцевых сердечника марки М2000НМ размерами O40хO25х11 мм, сложил их вместе, скрепив изолентой, и намотал коллекторную (выходную) обмотку по периметру сердечника – 105 витков проводом ПЭВ-1 в 6 слоев, также закрепив каждый слой изолентой.

Коллекторная обмотка на ферритовом сердечнике.

       Далее обворачиваем это еще раз изолентой и поверх наматываем катушку модулятора (входную). Ее мотаем как обычно – тороидальную. Я намотал 400 витков в два провода ПЭВ-0.3, т.е. получилось две обмотки по 400 витков. Это было сделано с целью расширения вариантов эксперимента.

Обмотка модулятора.

       Теперь помещаем всю эту систему между двумя магнитами. В моем случае это были оксидно-бариевые магниты, материал марки М22РА220-1, намагничен в магнитном поле напряженностью не менее 640000 А/м, размеры 80х60х16 мм. Магниты взяты из магниторазрядного диодного насоса НМД 0,16-1 или ему подобных. Магниты ориентированы “на притяжение” и их магнитные линии пронизывают ферритовые кольца по оси.

TEG в сборе (схема).

       Работа ТЭГа заключается в следующем. Изначально напряженность магнитного поля внутри коллекторной катушки выше, чем снаружи из-за присутствия внутри феррита. Если же насытить сердечник, то его магнитная проницаемость резко снизится, что приведет к уменьшению напряженности внутри катушки коллектора. Т.е. нам необходимо создать такой ток в модулирующей катушке, чтобы насытить сердечник. К моменту насыщения сердечника, напряжение на коллекторной катушке будет повышаться. При снятии напряжения с управляющей катушки, напряженность поля вновь возрастет, что приведет к выбросу обратной полярности на выходе. Идея в изложенном виде рождена где-то в середине февраля 2004 г.

Схема управления модулятором.

       В принципе, достаточно одной модуляторной катушки. Блок управления собран по классической схеме на TL494. Верхний по схеме переменный резистор меняет скважность импульсов от 0 примерно до 45% на каждом канале, нижний – задает частоту в диапазоне примерно от 150 Гц до 20 кГц. При использовании одного канала, частота, соответственно, снижается вдвое. В схеме также предусмотрена защита по току через модулятор примерно в 5А.

ТЭГ в сборе (внешний вид).

       Параметры ТЭГа (измерено мультиметром MY-81):

       сопротивления обмоток:
коллектора – 0,5 Ом
модуляторов – 11,3 Ом и 11,4 Ом

       индуктивности обмоток без магнитов:
коллектора – 1,16 мГн
модуляторов – 628 мГн и 627 мГн

       индуктивности обмоток с установленными магнитами:
коллектора – 1,15 мГн
модуляторов – 375 мГн и 374 мГн

       Эксперимент №1 (19.08.2004)

       Модуляторные катушки соединены последовательно, получилась как бы бифилярка. Использовался один канал генератора. Индуктивность модулятора 1,52 Гн, сопротивление – 22,7 Ом. Питание блока управления здесь и далее 15 В, осциллограммы снимались двухлучевым осциллографом С1-55. Первый канал (нижний луч) подключен через делитель 1:20 (Cвх 17 пФ, Rвх 1 Мом), второй канал (верхний луч) – напрямую (Cвх 40 пФ, Rвх 1 Мом). Нагрузка в цепи коллектора отсутствует.

       Первое на что было обращено внимание: после снятия импульса с управляющей катушки, в ней возникают резонансные колебания, и если следующий импульс подать в момент противофазы резонансному всплеску, то в этот момент возникает импульс на выходе коллектора. Также это явление было замечено и без магнитов, но в гораздо меньшей степени. Т.е., скажем так, в данном случае важна крутизна смены потенциала на обмотке. Амплитуда импульсов на выходе могла достигать 20 В. Однако ток таких выбросов очень мал, и с трудом удается заряжать емкость на 100 мкФ, подключенную к выходу через выпрямительный мост. Никакую другую нагрузку выход не тянет. На высокой частоте генератора, когда ток модулятора предельно мал, и форма импульсов напряжения на нем сохраняет прямоугольную форму, выбросы на выходе также присутствуют, хотя магнитопровод еще очень далек от насыщения.

Напряжение на модуляторе (верхний) и коллекторе (нижний). Амплитуду выхода следует умножить на 20.

       Выводы:

       Пока ничего существенного не произошло. Просто отметим для себя некоторые эффекты. 🙂

       Здесь же, думаю, будет справедливым отметить, что есть, по крайней мере, еще один человек – некий Сергей А, экспериментирующий с такой же системой. Его описание вскользь было на www.skif.biz/phpBB2/viewtopic.php?t=48&postdays=0&postorder=asc&start=15 . Клянусь, до этой идеи мы дошли совершенно независимо :). На сколько далеко прошли его исследования, мне не известно, я с ним не связывался. Но он также отмечал подобные эффекты.

       Эксперимент №2 (19.08.2004)

       Модуляторные катушки разъединены и подключены к двум каналам генератора, причем подключены встречно, т.е. поочередно создается магнитный поток в кольце в разных направлениях. Индуктивности катушек даны выше в параметрах ТЭГа. Замеры велись как и в предыдущем эксперименте. Нагрузка на коллекторе отсутствует.

       Ниже на осциллограммах представлены напряжение на одной из обмоток модулятора и ток через модулятор (слева) и также напряжение на модуляторной обмотке и напряжение на выходе коллектора (справа) при разной длительности импульсов. Я пока не стану указывать амплитуды и временные характеристики, во-первых, я их не все сохранил, а во-вторых, это пока не важно, пока попытаемся качественно отследить поведение системы.

Скважность заполнения импульсов на канале около 11%, т.е. общая – 22%.

Скважность заполнения импульсов на канале 17,5%, общая – 35%.

       Поясню картинку напряжения на модуляторе (верхний луч). Напряжение измерялось относительно плюса питания. Начальная полочка – это есть включение модулятора, далее обратный всплеск при снятии напряжения и возбуждение осцилляций из-за паразитных емкостей ключа. Снова всплеск, но спадающий – это работает второй модулятор. Еще раз обращу внимание, что второй модулятор включен “встречно”. Следующая полочка – отключение второго модулятора и снова осцилляции. Второй луч на левых рисунках – это ток через модуляторы. Ток измерялся путем снятия напряжения с низкоомного резистора, включенного последовательно с ключами, т. е. потенциал на выводе 16 TL494 (см. схему генератора). На рисунках справа второй луч – напряжение на выходе коллектора в тех же режимах.

       На первой серии осциллограмм видно, что при определенном токе модулятора напряжение на выходе коллектора достигает максимума – это промежуточный момент перед переходом сердечника в насыщение, его магнитная проницаемость начинает падать. В этот момент происходит отключение модулятора и магнитное поле восстанавливается в коллекторной катушке, что сопровождается отрицательным броском на выходе. На следующей серии осциллограмм длительность импульса увеличена, и сердечник доходит до полного насыщения – изменение магнитного потока прекращается и напряжение на выходе равно нулю (спад в положительной области). Далее снова следует обратный выброс при отключении обмотки модулятора.

       Теперь попытаемся исключить из системы магниты, сохранив режим работы.

Удален один магнит.

Удалены оба магнита.

       При удалении одного магнита, амплитуда выхода снизилась почти в 2 раза. Заметим так же, что снизилась частота осцилляций, поскольку увеличилась индуктивность модуляторов. При удалении второго магнита, сигнала на выходе нет.

       Выводы:

       Похоже, идея, в том виде как она была заложена, работает.

       Эксперимент №3 (19.08.2004)

       Модуляторные катушки вновь соединены последовательно, как в 1-ом эксперименте. Встречное последовательное соединение абсолютно никакого эффекта не дает. Ничего другого я и не ожидал :). Соединены как положено. Проверяется работа, как в холостом режиме, так и с нагрузкой. Ниже на осциллограммах показаны ток модулятора (верхний луч) и напряжение выхода (нижний луч) при различных длительностях импульса на модуляторе. Здесь и далее я решил привязываться к току модуляторов, как к наиболее подходящему в роли опорного сигнала. Осциллограммы снимались относительно общего провода. Первые 3 рисунка – в холостом режиме, последний – с нагрузкой.

       Рисунки слева направо и сверху вниз: 1) малая длительность импульса, 2) увеличение длительности с подходом к области насыщения, 3) оптимальная длительность, полное насыщение и максимальное выходное напряжение (при холостом ходе), 4) последний режим работы, но с подключенной нагрузкой.

       Нагрузкой служила лампа накаливания 6,3 В, 0,22 А. Свечением это конечно назвать нельзя… 🙂

       Замеры мощности в нагрузке не проводились, интересно другое:

Потребление с отключенной нагрузкой 127,2 мА.

Потребление с подключенной нагрузкой 126,8 мА.

       Выводы:

       Не знаю, что и думать… Потребление снизилось на 0,3%. Сам генератор без ТЭГа потребляет 18,5 мА. Возможно, нагрузка косвенно через изменение распределения магнитного поля повлияла на индуктивность модуляторов. Хотя, если сравнить осциллограммы тока через модулятор в холостом режиме и с нагрузкой (например, при листании туда-сюда в ACDSee), то можно заметить слабый завал верхушки пика при работе с нагрузкой. Увеличение же индуктивности привело бы к уменьшению ширины пика. Хотя все это очень призрачно…

       Эксперимент №4 (20.08.2004)

       Поставлена цель: получить максимальный выход на том что есть. В прошлом эксперименте уперся в предел частоты, на которой обеспечивалась оптимальная длительность импульса при максимально возможном уровне заполнения импульса ~45% (скважность минимальна). Так что необходимо было уменьшить индуктивность модуляторной обмотки (ранее были соединены две последовательно), однако в этом случае придется увеличить ток. Так что теперь модуляторные катушки подключены раздельно к обоим выходам генератора, как во 2-м эксперименте, однако в этот раз они включены в одном направлении (как указано на принципиальной схеме генератора). Осциллограммы при этом изменились (снимались относительно общего провода). Выглядят гораздо приятнее :). Кроме того, мы теперь имеем две обмотки, которые работают поочередно. Значит при той же максимальной длительности импульса мы можем удвоить частоту (для данной схемы).

       Выбран определенный режим работы генератора по максимальной яркости лампы на выходе. Итак, как обычно, сразу перейдем к рисункам…

Верхний луч – ток модулятора. Нижний слева – напряжение на одном из модуляторов, справа – управляющий импульс этого же канала с выхода TL494.

       Здесь слева явно видим повышение напряжения на обмотке модулятора в период работы второго (второй полупериод, логический “0” на правой осциллограмме). Выбросы при отключении модулятора в 60 вольт ограничиваются диодами, входящими в состав полевых ключей.

Верхний луч – ток модулятора. Нижний слева – напряжение выхода с нагрузкой, справа – напряжение выхода на холостом ходу.

       Нагрузка – все та же лампа 6,3 В, 0,22 А. И снова повторяется картина с потреблением…

Потребление с отключенной нагрузкой 0,62 А.

Потребление с подключенной нагрузкой 0,61 А.

       Снова имеем снижение потребления при подключенной к коллектору нагрузке. Измерения конечно на пороге точности прибора, но, тем не менее, повторяемость 100%. Мощность в нагрузке составила около 156 мВт. На входе – 9,15 Вт. А про “вечный двигатель” пока никто и не говорил 🙂

       Здесь можно полюбоваться на горящую лампочку:

       Выводы:

       Эффект налицо. Что мы сможем от этого получить – время покажет. На что следует обратить внимание? Первое, увеличить количество витков коллектора, возможно, добавив еще пару колец, а лучше бы подобрать оптимальные размеры магнитопровода. Кто бы занялся расчетами? 😉 Возможно, имеет смысл увеличить магнитную проницаемость магнитоаровода. Это должно увеличить разность напряженностей магнитного поля внутри и снаружи катушки. Одновременно снизить бы индуктивность модулятора. Думалось также, что нужны зазоры между кольцом и магнитом, чтобы, скажем так, было место для изгибания магнитных линий при смене свойств среды – магнитной проницаемости. Однако на практике это приводит только к спаду напряжения на выходе. В настоящий момент зазоры определяются 3 слоями изоленты и толщиной модуляторной обмотки, на глаз это максимум по 1,5 мм с каждой стороны.

       Эксперимент №4.1 (21.08.2004)

       Предыдущие эксперименты проводились на работе. Принес блок управления и “трансформатор” домой. Такой же набор магнитов у меня давно валялся и дома. Собрал. С удивлением обнаружил, что могу поднять еще частоту. Видимо мои “домашние” магниты были чуть посильнее, вследствие чего индуктивность модуляторов снизилась. Радиаторы уже грелись сильнее, однако ток потребления схемы составил 0,56 А и 0,55 А без нагрузки и с нагрузкой соответственно, при том же питании 15 В. Возможно, имел место сквозной ток через ключи. В данной схеме на высокой частоте такое не исключено. На выход подключил галогенную лампочку на 2,5 В, 0,3А. В нагрузке получил 1,3 В, 200 мА. Итого вход 8,25 Вт, выход 0,26 Вт – КПД 3,15%. Но заметьте, опять же без ожидаемого традиционного влияния на источник !

       Эксперимент №5 (26.08.2004)

       Собран новый преобразователь (версия 1.2) на кольце с большей проницаемостью – М10000НМ, размеры те же: O40хO25х11 мм. К сожалению, кольцо было только одно. Чтобы уместить больше витков на коллекторной обмотке, провод взят потоньше. Итого: коллектор 160 витков проводом O 0,3 и так же два модулятора по 235 витков, так же проводом O 0,3. А так же найден новый блок питания аж до 100 В и током до 1,2 А. Напряжение питания тоже может сыграть роль, поскольку оно обеспечивает скорость нарастания тока через модулятор, а тот, в свою очередь, скорость изменения магнитного потока, что напрямую связано с амплитудой выходного напряжения.

       Пока нечем измерить индуктивности и запечатлеть картинки. Поэтому без излишеств изложу голые цифры. Было проведено несколько измерений при разных напряжениях питания и режимах работы генератора. Ниже приведены некоторые из них.

       без выхода в полное насыщение

Вход: 20 В x 0,3 А = 6 Вт
Выход: 9 В x 24 мА = 0,216 Вт
КПД: 3,6 %

Вход: 10 В x 0,6 А = 6 Вт
Выход: 9 В x 24 мА = 0,216 Вт
КПД: 3,6 %

Вход: 15 В x 0,5 А = 7,5 Вт
Выход: 11 В x 29 мА = 0,32 Вт
КПД: 4,2 %

       с полным насыщением

Вход: 15 В x 1,2 А = 18 Вт
Выход: 16 В x 35 мА = 0,56 Вт
КПД: 3,1 %

       Выводы:

       Оказалось, что в режиме полного насыщения, идет спад КПД, поскольку резко возрастает ток модулятора. Оптимального режима работы (по КПД) удалось достичь при напряжении питания 15 В. Влияния нагрузки на источник питания не обнаружено. Для приведенного 3-го примера с КПД 4,2, ток схемы с подключенной с нагрузкой должен увеличиваться примерно на 20 мА, но повышения так же не зафиксировано.

       Эксперимент №6 (2.09.2004)

       Убрана часть витков модулятора с целью повышения частоты и уменьшения зазоров между кольцом и магнитом. Теперь имеем две обмотки модулятора по 118 витков, намотанных в один слой. Коллектор оставлен без изменений – 160 витков. Кроме того, измерены электрические характеристики нового преобразователя.

Модулятор ТЭГа (версия 1.21)

       Параметры ТЭГа (версия 1.21), измерено мультиметром MY-81:

       сопротивления обмоток:
коллектора – 8,9 Ом
модуляторов – по 1,5 Ом

       индуктивности обмоток без магнитов:
коллектора – 3,37 мГн
модуляторов – по 133,4 мГн
последовательно соединенных модуляторов – 514 мГн

       индуктивности обмоток с установленными магнитами:
коллектора – 3,36 мГн
модуляторов – по 89,3 мГн
последовательно соединенных модуляторов – 357 мГн

       Ниже представляю результаты двух измерений работы ТЭГа в разных режимах. При более высоком напряжении питания частота модуляции выше. В обоих случаях модуляторы соединены последовательно.

Вход: 15 В x 0,55 А = 8,25 Вт
Выход: 1,88 В x 123 мА = 0,231 Вт
КПД: 2,8 %

Вход: 19,4 В x 0,81 А = 15,714 Вт
Выход: 3,35 В x 176 мА = 0,59 Вт
КПД: 3,75 %

       Выводы:

       Первое и самое печальное. После внесения изменений в модулятор, зафиксировано увеличение потребления при работе с новым преобразователем. Во втором случае потребление возросло примерно на 30 мА. Т.е. без нагрузки потребление составляло 0,78 А, с нагрузкой – 0,81 А. Помножаем на питающие 19,4 В и получим 0,582 Вт – ту самую мощность, что сняли с выхода. Однако я повторюсь со всей ответственностью, что раньше такого не наблюдалось. При подключении нагрузки в данном случае явно прослеживается более крутое нарастание тока через модулятор, что является следствием уменьшения индуктивности модулятора. С чем это связано, пока не известно.

       И еще ложка дегтя. Боюсь, в данной конфигурации не удастся получить КПД более 5% из-за слабого перекрытия магнитного поля. Другими словами, насыщая сердечник, мы ослабляем поле внутри коллекторной катушки лишь в области прохождения этого самого сердечника. Но магнитные линии идущие из центра магнита через центр катушки ничем не перекрываются. Более того, часть магнитных линий “вытесненных” из сердечника при его насыщении также обходит последний с внутренней стороны кольца. Т.е. таким образом модулируется лишь малая часть магнитного потока ПМ. Необходимо изменить геометрию всей системы. Возможно, следует ожидать некоторого прироста КПД, используя кольцевые магниты от динамиков. Так же не отпускает мысль о работе модуляторов в режиме резонанса. Однако в условиях насыщения сердечника и, соответственно, постоянно меняющейся индуктивности модуляторов это сделать весьма не просто.

       Исследования продолжаются…

       Если хотите обсудить, заходите на “увлеченный форум”, – мой ник Armer. Или пишите на [email protected], но думаю, лучше в форум.

х х х

       Dragons’ Lord : Во первых, огромное спасибо Armer’у за то, что предоставил отчёт о проведённых экспериментах с великолепными иллюстрациями. Думаю, скоро нас ожидают новые работы Владислава. А пока я выскажу свои мысли на счёт этого проекта и его возможного пути усовершенствования. Предлагаю изменить схему генератора следующим образом:

Схемотехника нового TEG’а (предложение).

       Вместо плоских внешних магнитов (плит) предлагается использовать кольцевые магниты. Причём, внутренний диаметр магнита должен быть приблизительно равным аналогичному диаметру кольца магнитопровода, а внешний диаметр магнита больше, чем внешний диаметр кольца магнитопровода. В чём проблема низкого КПД ? Проблема в том, что магнитные линии, вытесняемые из магнитопровода по-прежнему пересекают площадь витков вторичной обмотки (отжимаются и концентрируются в центральной области). Указанное соотношение колец создаёт асимметричность и принуждает большую часть магнитных линий, при насыщенном до предела центральном магнитопроводе, огибать его по ВНЕШНЕМУ пространству. Во внутренней области магнитных линий будет меньше, чем в базовом варианте. Вообще-то, эту “болезнь” полностью излечить нельзя, по прежнему используя кольца. Как поднять общий КПД сказано ниже.

       Также предлагается использовать дополнительный внешний магнитопровод, который концентрирует силовые линии в рабочей области устройства, делая его мощнее (здесь важно не переборщить, т.к. используем идею с полным насыщением центрального сердечника). Конструктивно, внешний магнитопровод представляет собой точённые ферромагнитные детали осесимметричной геометрии (что-то наподобие трубы с фланцами). Горизонтальную линию разъёма верхней и нижней “чашек” вы видите на картинке. Либо, это могут быть дискретные независимые магнитопроводы (скобы).

       Далее стоит подумать над усовершенствованием процесса с “электрической” точки зрения. Понятно, – первое, что нужно сделать, это раскачать первичную цепь в резонанс. Ведь у нас отсутствует вредное обратное влияние со вторичной цепи. Предлагается использовать резонанс ТОКА по понятным причинам (ведь цель, – насытить сердечник). Второе замечание, быть может, не такое очевидное на первый взгляд. Предлагается в качестве вторичной обмотки использовать не стандартную соленоидную намотку катушки, а сделать несколько плоских бифилярных катушек Тесла и поместить их на внешнем диаметре магнитопровода “слоённым пирожком”, соединив последовательно. Чтобы вообще убрать существующее минимальное взаимодействие друг с другом в осевом направлении соседних бифилярных катушек, – нужно соединить их так же ЧЕРЕЗ ОДНУ, вернувшись с последней на вторую (повторное использование смысла бифилярки).

       Таким образом, за счёт максимальной разницы потенциала в двух соседних витках запасённая энергия вторичной цепи будет максимально возможная, что на порядок превосходит вариант с обычным соленоидом. Как видно из схемы, в виду того, что “пирожок” из бифилярок имеет довольно приличную протяжённость в горизонтальном направлении, – предлагается мотать первичку не поверху вторички, а под ней. Непосредственно на магнитопровод.

       Как я уже сказал, используя кольца, невозможно превозмочь определённый предел КПД. И уверяю, что сверхеденичностью там и не пахнет. Вытесненные из центрального магнитопровода магнитные линии будут огибать его вдоль самой поверхности (по кратчайшему пути), тем самым, по прежнему пересекая площадь, ограниченную витками вторички. Анализ конструкции принуждает отказаться от текущей схемотехники. Нужен центральный магнитопровод БЕЗ отверстия. Взглянем на следующую схему:

Более совершенная схемотехника нового TEG’а.

       Основной магнитопровод набирается из отдельных пластин или стержней прямоугольного сечения, и представляет из себя параллелепипед. Первичка кладётся непосредственно на него. Её ось горизонтальна и по схеме смотрит на нас. Вторичка, по-прежнему “слоённый пирожок” из бифилярок Тесла. Теперь заметим, что мы ввели дополнительный (вторичный) магнитопровод, представляющий из себя “чашки” с отверстиями в их донцах. Зазор между краем отверстия и основным центральным магнитопроводом (первичной катушкой) должен быть минимален, для того, чтобы эффективно перехватывать вытесненные магнитные линии и оттягивать их на себя, не давая им проходить сквозь бифиляры. Конечно, следует заметить, что магнитная проницаемость центрального магнитопровода должна быть на порядок выше, чем вспомогательного. Например: центрального параллелепипеда – 10000, “чашек” – 1000. В нормальном (не насыщенном) состоянии центральный сердечник, за счёт своей большей магнитной проницаемости, будет втягивать магнитные линии в себя.

       А теперь самое интересное 😉 . Внимательно приглядимся, – что же мы получили ?… А получили мы самый обычный MEG, только в “недоделанном” варианте. Другими словами, я хочу сказать, что классическое исполнение генератора MEG v.4.0 в пару раз обгоняет нашу лучшую схему, в виду его возможности перераспределяя магнитные линии (качая “качели”) снимать полезную энергию на всём цикле своей работы. Причём, с обоих плеч магнитопровода. В нашем же случае имеем одноплечую конструкцию. Половину возможного КПД просто не используем.

 Свободная энергия, альтернативная энергия

 

Зарядим мир магнитами

Одним из самых удивительных явлений природы является проявление магнетизма в некоторых материалах. Постоянные магниты известны с древних времен. До великих открытий в области электричества постоянные магниты активно использовались медиками. Со временем люди научились создавать искусственные магниты, помещая изделия из сплава железа в магнитные поля. Постоянные магниты находят широкое применение в промышленности, в различных областях, таких как электротехника, вычислительная техника, транспорт, навигация, медицина, биология, астрономия и др. Основное применение магнитов – в электротехнике, радиотехнике, приборостроении, автоматике и телекоммуникациях. механика. Например, без магнитных материалов электрификация была бы невозможна, потому что для выработки электроэнергии использовались бы генераторы, трансформаторы для передачи энергии и динамики для электродвигателей, телефоны, радиоприемники и телевизоры.

Активное внедрение постоянных магнитов в сферу человеческой деятельности стимулирует изобретение и создание новых ферромагнитных сплавов с улучшенными магнитными характеристиками.

 

Чистые магнитные металлы

Железо, кобальт, никель, гадолиний – только эти четыре металла являются чистыми и магнитными при температуре окружающей среды. Это свойство называется ферромагнетизмом. Все сплавы редкоземельных элементов, используемые в промышленности для изготовления постоянных магнитов, содержат эти металлы.

Однако есть 9 металлов, которые обладают сильными магнитными свойствами, способны притягиваться магнитами и сами могут становиться магнитами: железо, кобальт, никель, а также гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий. Алюминий, платина, хром, титан, ванадий, марганец очень слабо притягиваются магнитом. Они так мало намагничиваются, что обнаружить их магнитные свойства без специальных инструментов невозможно.

 

Ферромагнитные металлы

Ферромагнитные металлы сильно притягиваются к объектам с магнитными полями и могут сохранять свои магнитные свойства после удаления от них магнита. Они используются для создания постоянных магнитов. Основными ферромагнитными металлами являются железо, никель, кобальт, гадолиний и диспрозий. Если рядом с магнитом поднести кусок ферромагнитного металла, будет ощущаться достаточно сильное притяжение.

 

Ферромагнитные сплавы

Связанные статьи

• AFV Beltrame Group сотрудничает с билфингер -тебодина в Румынии

  1 неделя назад

• Metals для чистой энергии

  4 недели назад 9003

• .

  24 августа 2022 г.

• Lithium Prospect компании Galvanic среди самых продуктивных в Северной Америке

  13 июля 2022 г.

Ферромагнитные сплавы — это такие материалы, как сталь, которые содержат ферромагнитные металлы. Сталь представляет собой комбинацию железа и нескольких других металлов и тверже железа. Благодаря этой твердости сталь может сохранять свой магнетизм дольше, чем железо. При нагревании до высокой температуры сталь теряет свои магнитные свойства. Это также произойдет с ферромагнитными металлами, такими как никель.

 

Ферримагнитные материалы

Ферримагнитные материалы представляют собой феррит, магнетит и магний. Все они имеют в качестве основного компонента оксиды железа, а также оксиды других металлов. Магнит представляет собой магнетит, намагниченный естественным путем. Магнетит притягивается к магнитным полям, но обычно не намагничивается. Ферримагнетики похожи на ферромагнетики, но обладают меньшим магнитным притяжением.

 

Парамагнитные металлы

Парамагнитные металлы слабо притягиваются к магниту и не сохраняют своих магнитных свойств при удалении от магнита. К ним относятся медь, алюминий и платина. Магнитные свойства парамагнитных металлов зависят от температуры, а алюминий, уран и платина становятся более привлекательными для магнитных полей, когда они очень холодные. Силы притяжения парамагнетиков для магнитов намного ниже, чем у ферромагнитных материалов, и для измерения магнитного притяжения необходимы очень чувствительные приборы.

 

Магнитна ли нержавеющая сталь?

Существует более 120 различных видов нержавеющей стали! Если сплав содержит не менее 12% хрома, его можно считать устойчивой к ржавчине нержавеющей сталью. Большинство нержавеющих сталей изготавливаются из аустенитных сплавов и лишь слегка магнитятся. Сталь с ферритной или мартенситной структурой является магнитной. Если тип стали содержит смешанную структуру феррита и аустенита, доля феррита определяет эти магнитные свойства стали.

Широко распространен миф о магнитных свойствах нержавеющей стали. Многие думают, что все виды нержавеющей стали могут притягивать магнит. Это совсем не так. На самом деле магниты работают на некоторых типах нержавеющей стали. Существует много типов нержавеющей стали, но мы можем разделить их на две основные категории: аустенитные и ферритные. Каждая классификация имеет уникальное расположение атомов. По этой причине мы часто встречаем некоторые нержавеющие стали, которые являются немагнитными, а другие — магнитными. Основные нержавеющие стали с ферритной структурой будут притягивать магнит, в отличие от более распространенных аустенитных типов. Из-за структуры и высокой концентрации железа ферритные нержавеющие стали обладают магнитными свойствами.

Нержавеющая сталь представляет собой сплав железа, углерода и хрома. Обладает хорошей коррозионной стойкостью и очень прочен. Однако у него нет магнетизма. Итак, как он используется для изготовления магнитов?

Ответ содержится в законах физики. В молекулярной структуре металлов есть несколько атомов, которые генерируют микромагнитные поля. В свободном, неупорядоченном скоплении атомов различные магнитные поля не образуют общей силы, а компенсируют друг друга. В этом случае магнитное поле отсутствует. С другой стороны, если атомы собраны в одном направлении, их магнитные поля не компенсируют друг друга, а координируются друг с другом и, следовательно, собираются, создавая сильное магнитное поле. Вот почему некоторые металлы, такие как железо, будут притягиваться от другого намагниченного металла, поскольку их микромагнитные поля выравниваются в одном направлении и формируют магнитное поле намагниченного металла.

 

Распознавание нержавеющей стали

Если есть запах, значит, это не нержавеющая сталь. Его можно отполировать или покрасить, но он также будет содержать другие элементы. Некоторые производители добавляют небольшое количество никеля (или другого металла) в нержавеющую сталь для притяжения магнитов. Это не настоящая нержавеющая сталь, а комбинация нержавеющей стали и никелевого сплава. Для куска нержавеющей стали без ржавчины необходимо иметь марку «304» или «316».

 

Типы нержавеющей стали

• Ферритная нержавеющая сталь — это сталь, в которую добавлен хром.
• Мартенситная нержавеющая сталь состоит из железа и хрома с высоким содержанием углерода.
• Аустенитная нержавеющая сталь с низким содержанием углерода, но с никелем.

Другие типы нержавеющей стали, ферритная и мартенситная, слабо намагничиваются. В частности, твердость нержавеющей стали, ее нержавеющая природа, ударопрочность не имеют ничего общего с тем, что она намагничена. Что касается их использования, следует отметить, что сварка ферритной нержавеющей стали непоправимо повлияет на молекулярную структуру, что может вызвать проблемы. С другой стороны, аустенитная нержавеющая сталь отлично сваривается. Ферритная нержавеющая сталь не ржавеет, коррозионная стойкость зависит от химического состава и не имеет ничего общего с ее магнитной способностью.

 

Магнитная сталь, менее известная часть электродвигателя

Магнитная сталь, легированная кремнием и прокатанная в тонкие листы, необходима для изготовления сердца электродвигателя. Несмотря на увеличение производственных мощностей производителей стали в Европе, спрос может превысить предложение. В тени опасений, связанных с никелем и кобальтом, магнитная сталь представляет собой гораздо более дискретный сплав, который может замедлить рост электромобилей и подталкивает производителей к срочной адаптации своих мощностей. В середине марта этого года сталелитейный гигант ArcelorMittal объявил, что инвестирует более 300 миллионов евро в свой завод в Мардыке для установки электрических (или магнитных) прокатных станов. Хотя это разрешение не известно широкой публике, объявление от сектора ожидалось. В роторах и статорах электродвигателей и трансформаторах эта сталь, легированная кремнием и уложенная тонкими пластинами, необходима для оптимизации циркуляции магнитного поля и обеспечения хорошей работы автомобиля.

 

Магнетизм золота

Чистое золото не притягивается магнитами. Кусочки нечистого золота становятся слегка магнитными под действием сильного магнитного поля. Золото является диамагнетиком и парамагнетиком, и эффекты могут компенсировать друг друга. Следовательно, золото не притягивается и не отталкивается магнитом. Нечистая форма золота, такая как украшения из 18- и 22-каратного золота, состоит из ферромагнитных материалов. Эти материалы добавляются, чтобы сделать золото более твердым и устойчивым к износу.

В таких случаях магнетизм золота зависит от вплавленного в него металла. Например, если производители смешают золото с железом, получится чрезвычайно магнитный сплав. Если смешать его с серебром, получится немагнитное белое золото.

Магниты могут быть полезны для проверки золотых монет и слитков. Если золотая монета имеет чистоту более 99%, то на нее не должен воздействовать магнит.

 

Золото может намагничиваться под воздействием тепла

В 2016 году группа исследователей из Университета Тохоку в Японии обнаружила, что золото может намагничиваться под действием тепла, создаваемого температурным градиентом. Исследование также подчеркивает свойство переноса электронов, измененное спиновой инжекцией, и, таким образом, обеспечивает универсальный подход к генерации и обнаружению неравновесной намагниченности в обычных металлах.

 

Постоянные магниты

Постоянные магниты представляют собой «твердые» магнитные материалы, т. е. материалы, которые после намагничивания сохраняют свою намагниченность при температуре использования. Их магнитные свойства в первую очередь определяются свойствами составляющих их соединений. Кроме того, они во многом зависят от микроструктуры материала, полученного в процессе производства.

Четыре семейства материалов для постоянных магнитов используются в большинстве случаев на рынке. Это альнико, твердые ферриты, самарий-кобальт и неодим-железо-бор. Есть и другие материалы, но их применение очень ограничено. Это: пластичные сплавы, сплавы марганец-алюминий-углерод, твердые мартенситные стали или магниты на основе микропорошка.

Термин «постоянный магнит» происходит от способности магнита сохранять наведенный магнитный заряд после того, как он удален из намагничивателя. Постоянные магниты нужны для изготовления компасов, радиопередатчиков, различных электроизмерительных приборов и т. д. Обычно их изготавливают из стали с высоким содержанием углерода. Постоянные магниты начинают использоваться в новом сильно намагничиваемом сплаве под названием магнико, который состоит из кобальта, никеля, меди, алюминия и железа.

Потребность участников нефтегазовой отрасли в расширении использования энергоемких технологических процессов, таких как электронные погружные насосы, и снижении энергопотребления представляет собой выгодную возможность для рыночных поставщиков постоянных магнитов. По сравнению с асинхронными погружными электродвигателями, которые используются для привода погружных электронасосов, двигатели с постоянными магнитами обладают рядом характеристик, делающих их экономически привлекательными для нефтегазовой отрасли.

Металлы, наилучшие для использования в магнитной цепи

Цельная сталь, как правило, является лучшим выбором с экономической точки зрения для устройств статического поля. По возможности для деталей полюсов следует использовать низкоуглеродистую сталь (ASME 1006–1018), которая после обработки должна быть обогащена водородом. Можно использовать нержавеющие стали серии 400, но они не так хороши в магнитном отношении, как низкоуглеродистая сталь, поэтому для компенсации могут потребоваться детали большего размера.

 

Разница между магнитными материалами AlNiCo, SmCo и NdFeB

AlNiCo — более старый магнитный материал, который до сих пор имеет важное применение. Его максимальный энергетический продукт составляет около 1/5 материалов SmCo, но он обладает отличными свойствами при высоких температурах и лучшей коррозионной стойкостью. AlNiCo можно отливать в различных формах с различной магнитной ориентацией. Магниты AlNiCo широко использовались, сначала в военной электронике, а затем в гражданских версиях, таких как автомобильные и авиационные датчики. Разработка магнитов Alnico положила начало новому взгляду на магнитные материалы, когда составные материалы с несколькими фазами обладают превосходными характеристиками по сравнению с отдельными компонентами.

Стремление к магнитам из неодима, железа и бора (NdFeB) было результатом повышения стоимости Co в конце 1970-х годов, важнейшего компонента магнитов SmCo.

Редкоземельные магниты SmCo и NdFeB обладают высокой коэрцитивной силой, поэтому их не нужно намагничивать в цепи и можно использовать с низкими коэффициентами магнитной проницаемости (т. е. тонкие диски). Эти материалы также подходят для испытания катушки Гельмгольца из-за их обычных прямолинейных кривых. Это также делает редкоземельные элементы идеальными для двигателей и диполей с сильным полем. SmCo обладает хорошей стойкостью к термическому размагничиванию, но является хрупким. NdFeB менее хрупок, имеет плохие термические свойства и подвержен коррозии.

Преимущество постоянного магнита по сравнению с электромагнитом

Как правило, объем пространства, необходимый для создания определенного статического поля, будет меньше для постоянных магнитов, когда рабочее пространство мало; электромагниты выигрывают в более крупных устройствах. Ограничивающими факторами для электромагнитов являются пространство, занимаемое обмотками, источник питания и тепло, выделяющееся во время работы. Постоянные магниты не требуют источника питания, поэтому они экономят место и энергию. Регулируемый источник питания позволяет легко регулировать магнитное поле электромагнита, просто регулируя входной ток. Однако можно использовать регулируемые постоянные магниты, если поле не требует частой регулировки.

 

Почему редкоземельные магниты такие дорогие?

В случае магнитов из редкоземельных металлов трудно извлечь металлы, используемые для улучшения магнитных свойств. Элементы, связанные с магнитом, составляют небольшую долю добываемых лантаноидов, поэтому материал не может производиться в огромных количествах. Поскольку мелкие порошки являются пирофорными, условия производства должны строго контролироваться, и существует ограничение на размер блока, который может быть сформирован из-за требуемого давления. Последующая обработка магнитов увеличивает затраты. Поскольку магниты обычно очень твердые, операции по шлифовке и обработке выполняются медленно.

 

Роль магнитов в зеленой энергетике

Магнитные материалы, особенно постоянные магниты, имеют решающее значение для эффективной работы многих технологий использования возобновляемых источников энергии. Растущая зависимость от возобновляемых источников энергии ускорила исследования в области технологий, связанных с энергетикой, во всем мире. Использование редкоземельных металлов в постоянных магнитах по-прежнему вызывает большую озабоченность из-за ограниченного предложения редкоземельных металлов в сочетании с истощающимися запасами на земном шаре.

Движущей силой разработки постоянных магнитов является необходимость получения продукта с высокой магнитной энергией при меньших объемах магнитов, который можно было бы использовать в нескольких технологических приложениях, таких как технологии экологически чистой энергии (генераторы ветряных турбин и гибридные регенеративные двигатели), транспортные компоненты и товары народного потребления. Магнитные материалы играют ключевую роль в современном обществе благодаря их уникальной способности выполнять несколько следующих задач: преобразовывать механическую энергию в электрическую; передавать и распределять электроэнергию; облегчить микроволновую связь; обеспечить основу для систем хранения данных (Уоллес Матизамхука – Влияние магнитных материалов на возобновляемые источники энергии).

Постоянные магниты NdFeB позволяют заменить механические редукторы в ветряных турбинах генераторами с постоянными магнитами с прямым приводом, что снижает общий вес турбины, стоимость других компонентов, таких как бетон и сталь, необходимые для поддержки тяжелых редукторов, и уменьшает количество движущихся частей, что в основном обеспечивает большую надежность и эффективность. Синхронные генераторы с постоянными магнитами используют магнитное поле сильных редкоземельных магнитов для преобразования энергии вращающихся лопастей в электричество. Эти генераторы могут работать на низких скоростях, что позволяет им напрямую приводиться в действие валом турбины, что устраняет необходимость в редукторе. Это снижает вес гондолы ветряной турбины. Исключение коробки передач приводит к повышению надежности, снижению затрат на техническое обслуживание и повышению эффективности. Свойства магнитов, которые позволяют разработчикам отказаться от механических редукторов в ветряных турбинах, иллюстрируют, как магниты можно использовать новаторски для решения как эксплуатационных, так и экономических проблем в современных ветряных турбинах.

Сегодня электрические/гибридные электромобили вновь стали реальной альтернативой автомобилям с бензиновым двигателем внутреннего сгорания. Успех электромобилей обусловлен высокоэффективными двигателями с постоянными магнитами, которые используются для привода силовой передачи электромобиля. Использование магнитотвердого материала NdFeB дает значительные преимущества, что позволило разработать высокоэффективные тяговые двигатели, невозможные при использовании других технологий.

Вместо ветряных турбин в гидроэнергетике используется проточная вода. Технологии гидроэнергетики вырабатывают энергию, используя перепад высот, создаваемый плотиной или водозаборной конструкцией, когда вода втекает с одной стороны и вытекает намного ниже с другой. Вода течет через плотину и вращает большое колесо, называемое турбиной. Турбина вращает вал, который вращает ряд магнитов мимо медных катушек и генератора для производства чистой возобновляемой электроэнергии.

Солнечная энергия использует солнечные панели для преобразования энергии солнца в тепловую или электрическую энергию. При производстве этих солнечных панелей тонкие пленки наносятся в несколько слоев с помощью процесса, называемого «напылением» или PVD (физическое осаждение из паровой фазы). Чтобы оптимизировать этот процесс, узлы с постоянными магнитами улучшают использование осаждаемого материала.

Магниты используются для создания электрических токов в геотермальном процессе. Когда горячая жидкость расширяется и создает механическую энергию, необходимую для вращения лопастей турбины, турбина вращает магниты внутри большой катушки, создавая электрический ток.

Использование магнитомягких материалов в трансформаторах для производства электроэнергии и преобразования для электрической сети играет ключевую роль в производстве электроэнергии. Характеристики мягких магнитов зависят от материала, и в них преобладают такие свойства, как низкая коэрцитивная сила и потери в сердечнике, высокая намагниченность насыщения, удельное сопротивление и проницаемость, что делает эти материалы более привлекательными для эффективной передачи и распределения электроэнергии.

 

Магниты для нефтегазового сектора

Нефтегазовая промышленность представляет собой одни из самых сложных условий и требовательных приложений для магнитов и магнитных сборок. Для этой отрасли рекомендуется использовать редкоземельные магниты, такие как неодимовые и самариево-кобальтовые магниты. Это связано с их весьма желательными свойствами, такими как высокая коэрцитивная сила и стабильность при высоких температурах. В то время как самариево-кобальтовые магниты обладают коррозионно-стойкими свойствами, неодимовые магниты этого не делают. Кроме того, редкоземельные магниты используются для удаления накипи, образующейся в результате старения нефтяного оборудования, труб и нежелательных черных металлов.

В заключение отметим, что свойства магнитов широко используются в различных областях, принося пользу всему человечеству.

Теги

МагнитыПостоянные магниты

электромагнетизм – Можно ли генерировать электричество, используя только постоянные магниты?

спросил 1 год, 3 месяца назад

Изменено 1 год, 3 месяца назад

Просмотрено 423 раза

$\begingroup$

РЕДАКТИРОВАТЬ: я говорю о выработке электроэнергии с использованием только магнитов без дополнительных затрат энергии. 2$.

Когда два магнита расположены так, что их магнитные поля направлены в противоположные стороны, энергия поля уменьшается. Это приводит к силе (противоположности притягиваются), которая может совершать работу. Количество выполненной работы равно уменьшению энергии поля.

Независимо от сложности расположения магнитов энергия поля изначально конечна и не может быть меньше нуля. Таким образом, существует конечное общее количество энергии, которое можно извлечь даже при самом умном устройстве. Как только конфигурация магнита достигает конфигурации с минимальной энергией, система не может отойти от этой конфигурации без ввода энергии откуда-то еще. Все силы (градиент энергии поля) направлены к минимуму.

Это похоже на вашу идею о столкновении с искрой. Как только магниты достигают этой низкоэнергетической конфигурации, для извлечения дополнительной энергии требуется подвод энергии, чтобы уйти от минимума и вернуться к высокоэнергетической конфигурации.

$\endgroup$

$\begingroup$

Среди прочего нарушает закон сохранения энергии. Генерация тока требует, чтобы вы толкали электроны в той части провода, которая находится рядом с вами, в их соседние электроны, которые затем должны толкать своих соседей на всем протяжении линии. Очевидно, что электроны на каждом этапе сопротивляются этому из-за отталкивания зарядов, поэтому вам нужно совершить работу, чтобы сдвинуть их. Эта работа требует, чтобы откуда-то шла энергия. Он не может исходить от стационарных постоянных магнитов. В этом сценарии нет кинетической энергии, которую можно было бы принять в предположении стационарности, и единственный другой потенциальный источник энергии — магнитное поле — в этом случае также не меняется.

$\endgroup$

4

$\begingroup$

Магнитное поле, создаваемое магнитом, подобно электрическому полю, создаваемому зарядом, и гравитационному полю, создаваемому массой, может только накапливать энергию. Они не могут создавать энергию.

Магнитное поле может преобразовывать механическую энергию в электрическую, но для этого требуется механическая энергия. Примером является перемещение магнита через катушку с проволокой или перемещение катушки с проволокой по магниту, относительное движение которого индуцирует напряжение на концах катушки. Но для движения магнита или катушки необходима механическая энергия.

Надеюсь, это поможет.

$\endgroup$

7

$\begingroup$

Можно на короткое время, но не навсегда.

Энергия сохраняется. Он может переходить из одной формы в другую, но вы не можете создать или разрушить его. Потенциальная энергия является одной из форм энергии. Кинетическая энергия – это другое. Электрический ток приводит в движение электроны. Он также содержит форму энергии.

Предположим, у вас есть два магнита, разделенных небольшим расстоянием. Один приклеен, а другой свободно перемещается. Они привлекают. Магнитные силы толкают свободный магнит к неподвижному магниту. Он набирает скорость и кинетическую энергию.

Теперь повторите эксперимент, но добавьте петлю из проволоки. Свободный магнит проходит через петлю на пути к неподвижному магниту. Проволочная петля испытывает изменяющееся магнитное поле, когда магнит проходит мимо. Изменение магнитных полей воздействует на заряды. В проводах есть электроны, которые могут свободно перемещаться внутри провода. Движущиеся электроны – это ток. Итак, на этот раз движущийся магнит генерирует ток.

Но это длится всего мгновение. Свободный магнит ударяется о неподвижный магнит. Столкновение сталкивает атомы в обоих, заставляя их вибрировать немного сильнее. Кинетическая энергия была преобразована в тепловую.

Движущиеся электроны не могут свободно двигаться. Они натыкаются на атомы проволоки, заставляя их вибрировать немного сильнее. Электрическая энергия превращается в тепло.