Эдс самоиндукции

Известно, что электролиз воды идёт при среднем напряжении на каждую ячейку, равном, примерно, 2 Вольта. Почему? Неизвестно. Неизвестно и влияние количества ячеек на производительность электролизёра. Ответ на этот вопрос получен недавно, при использовании самовращающегося генератора МГ-1 для питания электролизёра. Он выдаёт импульсы напряжения, которые не имеют прямой связи с первичным источником питания: аккумулятором или электрической сетью. Амплитуда и частота импульсов напряжения, которые он выдаёт, тесно связаны с его конструкцией и определяются частотой его вращения.

На рис. 52 представлена осциллограмма импульсов ЭДС самоиндукции, генерируемых в обмотке статора МГ-1 на холостом ходу, в момент разрыва электрической цепи, питающей обмотку ротора. Амплитуда импульсов напряжения равна (рис. 52), длительность импульсов – 0,50мс, а их скважность равна S=21,50 при оборотах ротора генератора, равных 2000 об./мин. Средняя величина ЭДС самоиндукции, генерируемая в обмотке статора равна, Uc=44/21,50=2,05B. На рис. 53, с – эти же импульсы (рис. 52), трансформированные одной ячейкой классического электролизёра.

Следующий этап – расчёт мощности, реализуемой на работу ячейки электролизёра. Как видно (рис. 53, с), ячейка уменьшает амплитуду импульса с до, примерно, , то есть в количество раз, равное скважности импульсов (S=21,51) напряжения на холостом ходу генератора (рис. 52).

Чтобы упростить расчёт, приводим импульсы тока (рис. 53, c) к прямоугольной форме. Тогда скважности импульсов напряжения и тока будут равны , а амплитуда тока . С учетом этого среднее напряжение, подаваемое в ячейку, будет равно

. (41)

Обратим внимание на то, что среднее напряжение импульса , меньше среднего напряжения (рис. 53, c около 2-х Вольт) на клеммах ячейки. Обусловлено это тем, что ячейка, зарядившись вначале, постепенно разряжается, а подаваемые импульсы напряжения с амплитудой 2,20 В и со скважностью S=1,72, подзаряжают её. При этом скважность S=1,72 уменьшает амплитуду импульса напряжения до средней величины 1,28В, используемой для расчёта мощности. Очень важно понять этот момент. Величина 2,20 В принадлежит электролизёру, а не источнику питания. Источнику питания (ЭДС самоиндукции статора) принадлежит средняя величина напряжения 1,28В.

Рис. 53. МГ-1 и его потребители: электролизёр и лампочка

Средняя величина тока равна

, (42)

а мощности –

. (43)

Теперь определим мощность на клеммах лампочки c номинальной мощностью 20Вт, подключённой в цепь ЭДС индукции статора. Осциллограмма импульсов напряжения и тока на клеммах этой лампочки представлена на рис. 53, d. Приводим импульсы напряжения и тока к прямоугольной форме. Тогда их скважность будет равна . Амплитуда напряжения равна , а тока . Средние значения напряжения и тока будут равны:

; (44)

, (45)

Обратим внимание на то, что в цепи ЭДС индукции статора напряжение генерируется не постоянное, а импульсное (рис. 53, d), поэтому мы обязаны рассчитывать мощность на клеммах лампочки по формуле (43). В результате будем иметь

. (46)

Однако, лампочка, включённая в цепь ЭДС индукции статора в паре с ячейкой электролизёра, включённой в цепь ЭДС самоиндукции статора, имела полный накал, соответствующий её номинальной мощности 20Вт. Из этого следует, что полная мощность в обмотке статора равнялась

. (47)

Разделим мощность в обмотке статора (47) на мощность в обмотке ротора (40).

(48)

Таким образом, мощность, генерируемая в обмотке статора (47), в 1,64 (48) раза больше мощности в обмотке ротора (40). Для проверки достоверности этой эффективности МГ-1 был проведён контрольный эксперимент.

17.3. Результаты контрольного эксперимента

ПРОТОКОЛ

сравнительных испытаний мотора-генератора МГ-1 и газосварочного аппарата ЛИГА-12 при одинаковом пламени горелки

Мотор-генератор МГ-1 состоит из ротора и статора. Роль мотора выполняет ротор, а роль электрогенератора – статор. Мотор-генератор включался в электрическую сеть через латр к счётчику электроэнергии. В цепь ЭДС индукции статора включена лампочка мощностью 20 Вт. Она горела в полный накал спирали. В цепь ЭДС самоиндукции статора включена ячейка классического электролизёра.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ

При испытании газосварочного аппарата ЛИГА-12 с такой же длиной пламени тот же электронный счётчик электроэнергии показал 160Вт при напряжении 221,6В, силе тока 0,82А и . При испытании мотора-генератора МГ-1 электронный счётчик электроэнергии зафиксировал на клеммах латра 110Вт при напряжении 218,6В, силе тока 0,66А и . Потери мощности на латре составили 10Вт. Прямая сетевая мощность на клеммах мотора-генератора МГ-1 составила 110Вт-10Вт=100Вт. Это в 160/100=1,6 раза (37,5%) меньше, чем на клеммах газосварочного аппарата ЛИГА-12. Таким образом, энергетическая эффективность (1,60 раза или 37,5%), полученная в контрольном эксперименте, почти равна энергетической эффективности (1,64 раза), полученной в обычном эксперименте (48). К протоколу прилагается осциллограмма (рис. 54, а), обработка которой дала следующие результаты: амплитуда напряжения —, максимальная амплитуда тока , скважность импульсов напряжения и тока при приведении формы импульса тока к прямоугольной форме составила . С учётом этого среднее значение напряжения равно , а тока — . Средняя мощность на клеммах ЭДС самоиндукции статора и на клеммах электролизёра равнялась . Номинальная мощность лампочки, которая горела в полный накал, — 20Вт. Суммарная мощность на клеммах обмотки статора равнялась .

Протокол контрольных испытаний, проводимых под председательством академика РАН, подписан 12.10.10 и находится в нашем архиве. На рис. 54, b явно видно, что при импульсной нагрузке напряжение на клеммах аккумулятора падает лишь в интервале длительности, ограниченной импульсами тока. Остальная часть напряжения сохраняется на номинальном уровне. Из этого следует, как мы уже показали, что реальная мощность, отбираемая от аккумулятора, должна рассчитываться по формуле (33). Приведённый анализ баланса мощности МГ-1 и протокол контрольных испытаний показывают его явную энергетическую эффективность.