Рекуперация или преобразование кинетической энергии торможения. Устройство и расчет ветроэлектростанций Кинетическая энергия в электрическую как сделать

Изобретение относится к преобразователям энергии набегающего потока, например в области ветроэнергетики, нетрадиционной энергетики, гидроэнергетики, а также в контрольно-измерительных приборах. Используются вместе два физических эффекта: автоколебания и электромагнитная индукция. Преобразование энергии набегающего потока осуществляется за счет электромагнитной индукции, возникающей при автоколебаниях размещенных в набегающем потоке металлических струн (упругих проводников), расположенных в магнитном поле. Согласно закону электромагнитной индукции металлическая струна, совершая колебательные движения в магнитном поле, становится генератором электрической энергии (тока). Особенность способа позволяет увеличивать мощность преобразователя, увеличивая количество струн в преобразователе до необходимого числа. 1 ил.

Изобретение относится к преобразователям энергии набегающего потока и может быть использовано в области ветроэнергетики, нетрадиционной энергетики, гидроэнергетики, а также в контрольно-измерительных приборах.

Для преобразования кинетической энергии потока в электрическую известны ветродвигатели с вертикальной и горизонтальной осью вращения.

Ветродвигатели с вертикальной осью вращения имеют ряд недостатков:

Тихоходность;

Используют редукторы, которые значительно снижают коэффициент полезного действия, а также надежность ветродвигателя.

Ограниченность размеров лопастей ветродвигателей с горизонтальной осью определяет ограничение на мощность ветродвигателей, а использование устройства для поворота крыльчатки в направлении, перпендикулярном движению потока ветра, вызывает снижение надежности и коэффициента полезного действия ветродвигателя, а также увеличивает его стоимость.

Известен преобразователь энергии потока (см. RU 2142572 С1, опубл. 10.12.1999 г., МПК 6 F 03 D 5/06), использующий преобразование кинетической энергии потока в потенциальную, а затем в механическую. Для этого используется полое тело. Оно заменяет крыльчатку (лопасти), что уменьшает размеры и увеличивает надежность преобразователя энергии потока.

Недостатком данного преобразователя является использование в нем механических преобразователей движения, снижающих коэффициент полезного действия, надежность, увеличивающих стоимость и размеры преобразователя энергии потока.

Наиболее близким решением (прототипом) является способ преобразования энергии, заключающийся в том, что преобразование осуществляется за счет электромагнитной индукции путем размещения проводника в магнитном поле и воздействии на него набегающего потока (см. JP 11294314, МПК 7 F 03 D 9/00, опубл. 26.10.1999 г.).

Недостатком данного способа является его низкая эффективность.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности использования указанного способа.

Технический результат достигается тем, что в способе преобразования энергии, заключающемся в том, что преобразование осуществляется за счет электромагнитной индукции путем размещения проводника в магнитном поле и воздействия на него набегающего потока, в качестве проводника размещают металлические упругие струны.

Иллюстрация работы предлагаемого преобразователя представлена на чертеже.

Автоколебания натянутой металлической струны 1, помещенной в магнитное поле 2, поддерживаются за счет кинетической энергии набегающего потока 3.

Частота и амплитуда установившихся колебаний определяется параметрами струны и параметрами ее взаимодействия с набегающим потоком. Частота колебаний струны (ν):

где S - площадь сечения;

Q - натяжение;

ρ - плотность материала;

n - целое число.

Согласно закону электромагнитной индукции металлическая струна (1), совершая колебательные движения в магнитном поле (2), становится генератором электрической энергии (тока).

Возникающую при этом электродвижущую силу (∈) можно оценить по формуле:

где v - скорость перемещения;

В - напряженность магнитного поля;

l - длина проводника;

α - угол между силовыми линиями магнитного поля и струной.

Особенность способа позволяет увеличивать мощность преобразователя, увеличивая количество струн в преобразователе до необходимого числа.

Способ преобразования энергии, заключающийся в том, что преобразование осуществляется за счет электромагнитной индукции путем размещения проводника в магнитном поле и воздействия на него набегающего потока, отличающийся тем, что в качестве проводника размещают металлические упругие струны.

Закон сохранения энергии поистине незыблем, и многовековой опыт науки и техники приучил ученых опираться на него как на основу. Колоссальное количество технических устройств, перечислять которые можно было бы бесконечно, создано человечеством на данный момент с опорой на фундаментальные законы природы и целой вселенной. Лишь единицы, из великого множества таких устройств, можно упомянуть в качестве примера.

Лук и стрелы, колесо, весло, парус, рычаг, компас, порох, микроскоп и телескоп, паровая машина, телеграф, динамит, и электрический двигатель, лампа накаливания, трансформатор, аккумулятор, атомная бомба, транзистор, лазер, искусственные спутники и космические аппараты.

Везде строго соблюдается закон сохранения энергии: натягивая тетиву лука, человек совершает работу, при этом дуга лука запасает потенциальную энергию, которая затем преобразуется в кинетическую энергию летящей с большой скоростью стрелы; колесо, весло и рычаг ведут нас к передачам и редукторам, к преобразованию крутящего момента, сил и угловой скорости, и здесь снова имеет место преобразование энергии; аккумуляторная батарея позволяет преобразовывать химическую энергию в электрическую, а генератор - механическую энергию в электрическую и т.д.

Всюду происходит преобразование энергии. Безусловно, можно сказать, что механическая энергия расходуется, а электрическая энергия возникает, словно создается, если речь идет об электрическом генераторе, но ведь это непрерывный процесс именно преобразования энергии - непрерывного ее перехода из одного вида в другой.

Хотя нарушений закона сохранения энергии нигде в природе явным образом не проявлялось, многие изобретатели прошлого, включая великого Леонардо да Винчи, много раз делали, попытки построить такое устройство, которое могло бы совершать работу бесконечно, не потребляя при этом никаких энергетических ресурсов (так называемый вечный двигатель первого рода).

И современные исследователи продолжают делать такие попытки. Ученые же говорят, что это невозможно просто потому, что тогда бы нарушалось первое начало термодинамики, которое гласит: «в любой изолированной системе запас энергии остаётся постоянным». И действительно, представьте себе систему, полностью изолированную от окружающей среды так, что ни вещество, ни энергия в каком бы то ни было виде, не могут ни поступать в нее, ни выходить из нее.

Даже если элементарно попытаться представить, существующей в реальности, такую изолированную систему, внутри которой что-то происходит, преобразуется энергия, идут какие-то процессы, а снаружи все как было, так и есть без изменений, то какой был бы в этой системе смысл? Никакого.

Идея вечного двигателя второго рода также не состоятельна по причине противоречия второму началу термодинамики, которое гласит: «Невозможен круговой процесс, единственным результатом которого было бы производство работы за счет охлаждения теплового резервуара».

В свое время на поприще прославился один европейский умелец Иоганн Эрнст Элиас Бесслер, известный как Орфериус. В 1717 году, вероятно, желая сыскать мировой славы и денег, он демонстрировал публике самодвижущееся четырехметровое деревянное колесо, которое непрерывно вращалось на оси, несмотря на видимое отсутствие снаружи приводных механизмов.

За раскрытие секрета изобретатель просил очень крупную, по тем временам, сумму денег. Многие ученые приходили и убеждались в том, что колесо без остановки вращалось, и продолжало вращаться даже спустя два месяца после первой демонстрации. Это был настоящий фурор, слухи разнеслись и за пределы Европы.

Даже Петр Первый запланировал поездку к изобретателю на 1725 год. Однако, еще до поездки Петра в Германию, на родине изобретателя со скандалом выяснилось, что колесо приводила во вращение его служанка, вместе с братом Орфериуса. Полая конструкция большого колеса все же имела скрытую передачу, шнурок от которой шел в специально приспособленную секретную комнату. После разоблачения изобретатель своими руками разрушил колесо и покинул свой город.

Вернемся к сегодняшнему дню. Если набрать в поисковике на Youtube «free energy» или , то станет очевидным обилие в современном мире реализаций так называемых . Как правило, это автономные конструкции, совершающие электрическую работу в виде питания ламп накаливания или электродвигателей.

Начиная примерно с 2011 года, в сеть Интернет регулярно попадают видеозаписи, на которых некий электрический или электромеханический преобразователь подключается на несколько секунд к аккумулятору, батарейке или к сети 220 вольт, после чего питание отключается, а устройство отдает мощность в нагрузку и буквально «питает само себя».

Бывают и совсем немыслимые варианты на постоянных магнитах, сообщающих непрерывное вращение ротору генератора с подключенной к нему нагрузкой в виде ламп. Это кажется невероятным, поскольку складывается впечатление, что либо устройство неведомым образом производит энергию, нарушая все известные физические законы, либо автор видеозаписи умышленно вводит публику в заблуждение, пытаясь таким образом развлечься или мошенническим путем получить доход.

Но невольно возникает вопрос о целесообразности таких поступков, ведь на роликах много не заработаешь, а публичные демонстрации фальшивок рано или поздно будут разоблачены. Кому и зачем нужно заниматься этими сомнительными трюками?

Зачастую изобретатели утверждают, что энергия, которую преобразуют их устройства - это энергия из окружающей среды, - та энергия, которую при определенных условиях можно собирать и преобразовывать хоть в постоянный, хоть в переменный ток нужного напряжения.

Большое значение уделяется явлению электрического резонанса, качеству заземления, и применению высокого напряжения, благодаря чему, как утверждают изобретатели, и создаются условия для поступления энергии в их устройства.

Также постоянно фигурирует имя знаменитого ученого . И действительно, электрический резонанс в электрическом преобразователе - это то условие, когда преобразователь работает с наибольшей эффективностью, именно так говорил и писал сам Тесла о своих преобразователях.

Кроме того, один из исследователей этого нового направления, на одной из первых, наделавших много шума, демонстраций, утверждал, что именно развивая схемы Тесла, ему удалось получить этот невероятный эффект. Он смог преобразовать энергию из окружающей среды в удобную для использования форму. Этот гениальный изобретатель из Грузии вдохновил своим успешным примером многих экспериментаторов по всему миру на самостоятельные исследования.

Еще одним последователем Тесла, развивающим его идеи относительно генерации, преобразования и передачи электрической энергии, был (совсем недавно умер своей смертью в возрасте около 90 лет) американский исследователь Дональд Ли Смит, который, много лет будучи работником нефтяной промышленности, занимался изучением всех доступных теоретических данных об энергии, электрическом и магнитном полях Земли, и строил на основе своих представлений высоковольтные резонансные устройства, которые могли также служить приемниками энергии из окружающей среды.

Развивая идеи Тесла, Смит построил более 200 различных устройств, каждое из которых могло питать электрическую нагрузку гораздо большей мощности, чем само устройство потребляло, например, от аккумуляторной батареи.

На публичной демонстрации в 1996 году Смит продемонстрировал широкой аудитории одно из таких устройств, которым он запитал 10 ламп накаливания по 100 Ватт, причем самому устройству требовалось лишь заземление и пусковой источник энергии в виде аккумулятора на 12 вольт, емкостью 6 ампер-часов.

Специалисты, проводившие замеры, констатировали, что если бы устройство работало просто по принципу повышающего инвертора, то батарея должна была бы давать ток силой 83 Ампера, что нереально для такой маленькой батареи, которая применялась для запуска.

Разработки Смита также вдохновляют многих экспериментаторов, и есть случаи успешных повторов его устройств во многих странах мира.

Как на территории бывшего Советского Союза, так и в Европе есть, ставшие уже известными, благодаря своим работам, экспериментаторы - радиолюбители, демонстрирующие подобные электрические установки, которые, будучи приведены в действие от батарейки, способны отдавать в нагрузку по несколько киловатт электрической энергии. Как и в предыдущих случаях, утверждается, что главное в устройствах - резонанс, высокое напряжение, и качественное заземление.

Здесь будет уместным вспомнить о том, что наша планета обладает очень большим отрицательным электрическим зарядом, а верхние слои атмосферы, ионосфера, вплоть до термосферы, в силу сильной ионизации космическими лучами, - большим положительным электрическим зарядом.

Вполне возможно, что именно эта энергия каким-то образом преобразуется устройствами в приемлемый для использования вид, ведь и у поверхности земли электрическое поле обладает некоторой реальной напряженностью. Демонстрации проводятся в самых обычных бытовых условиях, поэтому вполне закономерны и логичны сомнения и гневные комментарии к ним от многих пользователей Интернет, просматривающих эти видео.

Встречаются и механические варианты необычных генерирующих устройств, когда привод осуществляется посредством асинхронного или коллекторного двигателя, затем осуществляется понижение оборотов передачей, с увеличением крутящего момента, который затем передается на вал многополюсного (низкооборотного) генератора постоянного или переменного тока. Генератор питает нагрузку и приводной двигатель.

Это кажется невозможным, однако есть случаи очень убедительных свидетельств о том, что та или иная компания в той или иной стране выпускает такие системы, сдает их в аренду или даже продает. Примером может служить установка, недавно продемонстрированная в Румынии.

Автор произвел запуск механической системы от розетки, а затем воспользовался энергией, которую развило устройство, для питания болгарки, циркулярной пилы и мощного . Стабилизирующий маховик, вращение которого можно было отчетливо наблюдать, продолжал вращаться, показывая, что определенный уровень энергии все время поддерживается в процессе работы установки. Разумеется, шквал критики обрушился и на этого изобретателя.

Как утверждает сам румынский исследователь, его устройство работает благодаря механике.

Между тем встает вопрос о том, правомерно ли вообще считать разные виды энергии и работы полностью тождественными? Может быть, в этом кроется причина реальной возможности построения таких устройств альтернативной энергетики?

В прочем, здесь мнений может быть масса. Факт остается фактом - природа таит в себе еще много загадок, о которых не написано в учебниках, и которые человечеству еще предстоит изучить и направить в полезное русло. Верить или не верить - каждый пусть решает сам.

Электрические машины разделяют по назначению на два основных вида: электрические генераторы и электрические двигатели . Генераторы предназначены для выработки электрической энергии, а электродвигатели - для приведения в движение колесных пар локомотивов, вращения валов вентиляторов, компрессоров и т. п.

В электрических машинах происходит процесс преобразования энергии. Генераторы преобразуют механическую энергию в электрическую. Это означает, что для работы генератора надо вращать его вал каким-либо двигателем. На тепловозе, например, генератор приводят во вращение дизелем, на тепловой электростанции - паровой турбиной, .

Электрические двигатели, наоборот, преобразуют электрическую энергию в механическую. Поэтому для работы двигателя его надо соединить проводами с источником электрической энергии, или, как говорят, включить в электрическую сеть.

Принцип действия любой электрической машины основан на использовании явлений электромагнитной индукции и возникновения электромагнитных сил при взаимодействии проводников с током и магнитного поля. имеют место при работе как генератора, так и электродвигателя. Поэтому часто говорят о генераторном и двигательном режимах работы электрических машин.

Во вращающихся электрических машинах в процессе преобразования энергии участвуют две основные части: якорь и индуктор со своими обмотками, которые перемещаются относительно друг друга. Индуктор создает в машине магнитное поле. В обмотке якоря . и возникает электрический ток. При взаимодействии тока в обмотке якоря с магнитным полем создаются электромагнитные силы, посредством которых реализуется процесс преобразования энергии в машине.

Об осуществлении в электрической машине энергопреобразовательного процесса

Из основных электроэнергетических теорем Пуанкаре и Баркгаузена вытекают следующие положения:

1) непосредственное взаимообратное преобразование механической и электрической энергии возможно только в том случае, если электрическая энергия является энергией переменного электрического тока;

2) для осуществления процесса такого энергопреобразования необходимо, чтобы в системе электрических контуров, предназначаемых для этой цели, была либо изменяющаяся электрическая индуктивность, либо изменяющаяся электрическая емкость,

3) для осуществления преобразования энергии переменного электрического тока в энергию постоянного электрического тока, необходимо, чтобы в предназначаемой для этой цели системе электрических контуров имелось изменяющееся электрическое сопротивление.

Из первого положения следует, что механическая энергия может преобразоваться в электрической машине только в энергию переменного электрического тока или обратно.

Кажущееся противоречие этого утверждения с фактом существования электрических машин постоянного тока разрешается тем, что в "машине постоянного тока" мы имеем двустадийное преобразование энергии.

Так, в случае электромашинного генератора постоянного тока мы имеем машину, в которой механическая энергия преобразуется в энергию переменного тока, а эта последняя, вследствие наличия особого устройства, представляющего собой "изменяющееся электрическое сопротивление", преобразуется в энергию постоянного тока.

В случае электромашинного двигателя процесс идет, очевидно, в обратном направлении: подводимая к электромашинному двигателю энергия постоянного электрического тока преобразуется посредством упомянутого изменяющегося сопротивления в энергию переменного электрического тока, а последняя - в энергию механическую.

Роль упомянутого изменяющегося электрического сопротивления выполняет "скользящий электрический контакт", который в обычной "коллекторной машине постоянного тока" состоит из "электромашинной щетки" и "электромашинного коллектора", а в «униполярной электрической машине постоянного тока" из "электромашинной щетки" и "электромашинных контактных колец".

Так как для создания в электрической машине процесса энергопреобразования необходимо наличие в ней или "изменяющейся электрической индуктивности", или "изменяющейся электрической емкости", то электрическую машину можно выполнить либо на принципе электромагнитной индукции, либо на принципе электрической индукции. В первом случае получаем "индуктивную машину", во втором - "емкостную машину".

Емкостные машины не имеют пока практического значения. Применяемые в промышленности, на транспорте и в быту электрические машины представляют собой индуктивные машины, за которыми на практике укоренилось краткое наименование "электрическая машина", являющееся, по существу, более широким понятием.

Принцип действия электрического генератора.

Простейшим электрическим генератором является виток, вращающийся в магнитном поле (рис. 1, а). В этом генераторе виток 1 представляет собой обмотку якоря. Индуктором служат постоянные магниты 2, между которыми вращается якорь 3.

Рис. 1. Принципиальные схемы простейших генератора (а) и электродвигателя (б)

При вращении витка с некоторой частотой вращения n его стороны (проводники) пересекают магнитные силовые линии потока Ф и в каждом проводнике индуцируется э. д. с. е. При принятом на рис. 1, а направлении вращения якоря э. д. с. в проводнике, расположенном под южным полюсом, согласно правилу правой руки направлена от нас, а э. д. с. в проводнике, расположенном под северным полюсом, - к нам.

Если подключить к обмотке якоря приемник электрической энергии 4, то по замкнутой цепи пойдет электрический ток I. В проводниках обмотки якоря ток I будет направлен так же, как и э. д. с. е.

Выясним, почему для вращения якоря в магнитном поле приходится затрачивать механическую энергию, получаемую от дизеля или турбины (первичного двигателя). При прохождении тока i по расположенным в магнитном поле проводникам на каждый проводник действует электромагнитная сила F.

При указанном на рис. 1, а направлении тока согласно правилу левой руки на проводник, расположенный под южным полюсом, будет действовать сила F, направленная влево, а на проводник, расположенный под северным полюсом, - сила F, направленная вправо. Указанные силы создают совместно электромагнитный момент М, направленный по часовой стрелке.

Из рассмотрения рис. 1, а видно, что электромагнитный момент М, возникающий при отдаче генератором электрической энергии, направлен в сторону, противоположную вращению проводников, поэтому он является тормозным моментом, стремящимся замедлить вращение якоря генератора.

Для того чтобы предотвратить остановку якоря, требуется к валу якоря приложить внешний вращающий момент Мвн, противоположный моменту М и равный ему по величине. С учетом же трения и других внутренних потерь в машине внешний вращающий момент должен быть больше электромагнитного момента М, созданного током нагрузки генератора.

Следовательно, для продолжения нормальной работы генератора к нему необходимо подводить извне механическую энергию - вращать его якорь каким-либо двигателем 5.

При отсутствии нагрузки (при разомкнутой внешней цепи генератора) имеет место режим холостого хода генератора. В этом случае от дизеля или турбины требуется только такое количество механической энергии, которое необходимо для преодоления трения и компенсации других внутренних потерь энергии в генераторе.

При увеличении нагрузки генератора, т. е. отдаваемой им электрической мощности Рэл, увеличиваются ток I, проходящий по проводникам обмотки якоря, и создаваемый им тормозящий момент М. Следовательно, должна быть соответственно увеличена и механическая мощность Рмх, которую генератор должен получить от дизеля или турбины, для продолжения нормальной работы.

Таким образом, чем больше электрической энергии потребляется, например, электродвигателями тепловоза от тепловозного генератора, тем больше механической энергии забирает он от вращающего его дизеля и тем больше топлива необходимо подавать дизелю.

Из рассмотренных выше условий работы электрического генератора следует, что характерным для него является:

1. совпадение по направлению тока i и э. д. с. в проводниках обмотки якоря. Это указывает на то, что машина отдает электрическую энергию;

2. возникновение электромагнитного тормозного момента М, направленного против вращения якоря. Из этого вытекает необходимость получения машиной извне механической энергии.

Принцип действия электрического двигателя.

Принципиально электродвигатель выполнен так же, как генератор. Простейший электродвигатель представляет собой виток 1 (рис. 1,б), расположенный на якоре 3, который вращается в магнитном поле полюсов 2. Проводники витка образуют обмотку якоря.

Если подключить виток к источнику электрической энергии, например к электрической сети 6, то по каждому его проводнику начнет проходить электрический ток I. Этот ток, взаимодействуя с магнитным полем полюсов, создает электромагнитные силы F.

При указанном на рис. 1, б направлении тока на проводник, расположенный под южным полюсом, будет действовать сила F, направленная вправо, а на проводник, лежащий под северным полюсом,- сила F, направленная влево. В результате совместного действия этих сил создается электромагнитный вращающий момент М, направленный против часовой стрелки, приводящий якорь с проводником во вращение с некоторой частотой n . Если соединить вал якоря с каким-либо механизмом или устройством 7 (колесной парой тепловоза или электровоза, станком и пр.), то электродвигатель будет приводить это устройство во вращение, т. е. отдавать ему механическую энергию. При этом внешний момент Мвн, создаваемый этим устройством, будет направлен против электромагнитного момента М.

Выясним, почему при вращении якоря электродвигателя, работающего под нагрузкой, расходуется электрическая энергия. Как было установлено, при вращении проводников якоря в магнитном поле в каждом проводнике индуцируется э. д. с, направление которой определяется но правилу правой руки. Следовательно, при указанном на рис. 1, б направлении вращение э. д. с. е, индуцированная в проводнике, расположенном под южным полюсом, будет направлена от нас, а э. д. с. е, индуцированная в проводнике, расположенном под северным полюсом, будет направлена к нам. Из рис. 1, б видно, что э. д. с. е, индуцированные в каждом проводнике, направлены против тока i, т. е. они препятствуют его прохождению по проводникам.

Для того чтобы ток i продолжал проходить по проводникам якоря в прежнем направлении, т. е. чтобы электродвигатель продолжал нормально работать и развивать требуемый вращающий момент, необходимо приложить к этим проводникам внешнее напряжение U, направленное навстречу э. д. с. и большее по величине чем суммарная э. д. с. Е, индуцированная во всех последовательно соединенных проводниках обмотки якоря. Следовательно, необходимо подводить к электродвигателю из сети электрическую энергию.

При отсутствии нагрузки (внешнего тормозного момента, приложенного к валу двигателя) электродвигатель потребляет от внешнего источника (сети) небольшое количество электрической энергии и по нему проходит небольшой ток холостого хода. Эта энергия расходуется на покрытие внутренних потерь мощности в машине.

При возрастании нагрузки увеличивается потребляемый электродвигателем ток и развиваемый им электромагнитный вращающий момент. Следовательно, увеличение механической энергии, отдаваемой электродвигателем при возрастании нагрузки, вызывает автоматически увеличение электроэнергии, забираемой им от источника.

Из рассмотренных выше условий работы электрического двигателя следует, что характерным для него является:

1. совпадение по направлению электромагнитного момента М и частоты вращения n. Это характеризует отдачу машиной механической энергии;

2. возникновение в проводниках обмотки якоря э. д. с., направленной против тока i и внешнего напряжения U. Из этого вытекает необходимость получения машиной извне электрической энергии.

Принцип обратимости электрических машин

Рассматривая принцип действия генератора и электродвигателя, мы установили, что устроены они одинаково и что в основе работы этих машин много общего.

Процесс преобразования механической энергии в электрическую в генераторе и электрической энергии в механическую в двигателе связан с индуцированием э. д. с. во вращающихся в магнитном поле проводниках обмотки якоря и возникновением электромагнитных сил в результате взаимодействия магнитного поля и проводников с током.

Отличие генератора от электродвигателя заключается только во взаимном направлении э. д. с, тока, электромагнитного момента и частоты вращения.

Обобщая рассмотренные процессы работы генератора и электродвигателя, можно установить принцип обратимости электрических машин . Согласно этому принципу любая электрическая машина может работать и генератором и электродвигателем и переходить из генераторного режима в двигательный и наоборот.

Рис. 2. Направление э. д. с. Е, тока I, частоты вращения якоря n и электромагнитного момента М при работе электрической машины постоянного тока в двигательном (а) и генераторном (б) режимах

Для выяснения этого положения рассмотрим работу при различных условиях. Если внешнее напряжение U больше суммарной э. д. с. E. во всех последовательно соединенных проводниках обмотки якоря, то ток I будет проходить в указанном на рис. 2, а направлении и машина будет работать электродвигателем, потребляя из сети электрическую энергию и отдавая механическую.

Однако если по какой-либо причине э. д. с. Е станет больше внешнего напряжения U, то ток I в обмотке якоря изменит свое направление (рис. 2, б) и будет совпадать с э. д. с. Е. При этом изменится и направление электромагнитного момента М, который будет направлен против частоты вращения n . Совпадение по направлению э. д. с. Е и тока I означает, что машина стала отдавать в сеть электрическую энергию, а появление тормозного электромагнитного момента М говорит о том, что она должна потреблять извне механическую энергию.

Следовательно, когда э. д. с. Е, индуцированная в проводниках обмотки якоря, становится больше напряжения сети U, машина переходит из двигательного режима работы в генераторный, т. е. при E < U машина работает двигателем, при E > U - генератором.

Перевод электрической машины из двигательного режима в генераторный можно осуществить различными способами: уменьшая напряжение U источника, к которому подключена обмотка якоря, или увеличивая э. д. с. E в обмотке якоря.

Если вы думали, что вашему мобильному телефону пригодился бы микро-генератор, то вы не единственный, кто так думает. Финская компания Nokia запатентовала пьезоэлектрический коллектор кинетической энергии, предназначенный обеспечить дополнительное питание для портативной электроники. В устройстве, например, в мобильном телефоне, батарея будет установлена ​​на маленьких рельсах, что позволит ей двигаться при вашей ходьбе вверх и вниз и при этом производить электроэнергию. А в чрезвычайной ситуации вы сможете еще и встряхнуть ваш телефон и этим дать телефону дополнительную порцию энергии.

4. Солнечно-тепловые генераторы

Зачем полагаться только на один способ генерации энергии, когда вы можете воспользоваться двумя в то же время? Fujitsu создала тонкие и гибкие устройства, которые работают одновременно и как солнечные панели, и как термоэлектрический генератор. Это означает, что вы можете создавать в два раза больше энергии, либо можете генерировать ее достаточное количество, если совершенно темно или совсем холодно. Вы сможете генерировать энергию даже, если достаточно темно и прилично холодно одновременно. Это устройство довольно универсальное, и, что еще лучше, должно быть достаточно простым и дешевым в производстве. Ищите его в коммерческих продуктах ближе к 2015 году.

5. Гибкий нано-генератор

Никто не хочет носить с собой личные генераторы энергии, которые являются громоздкими и раздражают при каждом шагу. Идеальные системы будут настолько плотно и незаметно интегрированы в нашу жизнь, что мы не будем даже замечать, что являемся ходячими электростанциями. Один из способов – это просто все сделать супер-крошечным, т. е. нано-размеров. Вы не будете получать много энергии из настолько маленьких генераторов, но это не будет иметь значения, так как их будет очень много. Исследователи Georgia Tech выяснили, как внедрять крошечные пьезоэлектрические нано-провода на гибкие листы полимера, и когда листы сжимаются, провода качают электричество. Если такие генераторы встроить в ткань одежды, то они будут генерировать энергию при каждом вашем движении.

6. Прозрачная солнечная панель

Являются отличным источником электроэнергии, но все, что имеет на себе панель солнечных батарей, не может быть использовано для выполнения еще какой-то задачи. С другой стороны, если солнечные панели можно было бы как-то сделать прозрачными, то их могли бы пристроить к любому устройству, и они были бы незаметными. В данный момент можем сказать: “Добро пожаловать в будущее!”, потому что французская компания под названием Wysips разработала совершенно невидимую солнечную панель в виде пленки. Толщиной в 100 микронов, ее можно интегрировать в дисплей мобильного телефона, где она может в течении часа от солнечных лучей собрать достаточно энергии, чтобы обеспечить телефонный разговор длительностью солидных 30 минут. На рынке подобные устройства могут появиться в течение этого года.

7. Солнечная ткань

Военные всегда очень интересовались возможностью использовать личные вещи для производства энергии, поскольку в настоящее время солдаты таскают сумасшедшее количество батарей для питания всего своего оборудования, что конечно утомляет солдат. Научный центр инженерно-физических исследований в Великобритании работает над проектом военной формы, которая должна функционировать как генератор, который собирает солнечную энергию непосредственно через новый тип ткани. Термоэлектрический компонент также может генерировать электричество, когда темно или туманно, пока он теплый, а в качестве дополнительной пользы данный компонент сможет уменьшить инфракрасный силуэт солдата. Прототип системы должен быть готов к декабрю, и, рано или поздно, неизбежно перейдет в свой коммерческий этап.

8. Персональная панель солнечных батарей

Для ближайшего будущего, солнечные панелей являются одним из самых дешевых и самых надежных способов сбора электроэнергии, особенно если вы живете где-то, где хорошо и солнечно большую часть времени года. Есть много различных персональных систем солнечных панелей, но Solio является одним из самых умных. На самом деле, устройство состоит из трех солнечных панелей, которые открываются как цветок, и вы можете через центральное отверстие вставить карандаш, чтобы подпирать его под оптимальным углом относительно Солнца. В нем есть и встроенный аккумулятор, чтобы обеспечить хранение полученной электроэнергии для времени дня, когда становится темно. Весь комплект должен стоить около $ 70.

9. Ветровая микро-турбина

Энергия ветра становится все больше значимым источником электроэнергии, особенно когда ветровые турбины становятся все более и более гигантскими. Вам лично для повседневной жизни не нужно потенциала гигантских турбин, так что ваша собственная маленькая микро-турбина вполне может быть в состоянии удовлетворить некоторые из ваших потребностей в электроэнергиеи. HYmini персональная ветровая турбина предназначена для монтажа на велосипеде или на руку, когда вы бежите трусцой, при чем ее вращающиеся лезвия генерируют электричество для зарядки встроенной батареи. При цене всего $ 50 за штуку, вы могли бы купить целое стадо из них, и наклеить их на всю поверхность вашего электрического автомобиля. Пока вы едете достаточно быстро или паркуетесь рядом с ураганом, вам никогда снова не придется зависеть от наличия электросети.

Группа российских ученых изобрела уникальное устройство, которое позволяет производить огромное количество бесплатной электроэнергии.

Известный российский ученый А.О. Шахинов сказал о нем: "Это изобретение очень актуально для нашего XXI века. Так в свое время, когда была изобретена гидроэлектростанция, случился переворот, можно было получать энергию, не затрачивая на это ресурсов и так уже истощившегося запаса полезных ископаемых земного шара".

Устройство производит электроэнергию буквально из воздуха. Такой преобразователь энергии особенно подходит для больших современных городов.

Это не гидроэлектростанция, для которой обязательно требуется река.

Это не приливно/отливная станция, для которой обязательно требуется море или озеро. И это не ветряные электростанции, которые работают только в том случае, если есть ветер. Наш преобразователь энергии действует в любом современном городе и не зависит от воды, ветра, прилива или отлива.

Суть изобретения: специальные встраиваемые панели в дороги города.

При совершении наезда любым видом транспорта на такую панель вырабатывается энергия. Причем вырабатывается очень большое количество энергии. Обратите внимание на то, что если поставить такую панель на оживленном шоссе, то энергия будет поступать бесконечно.

По подсчетам наших специалистов, два таких устройства смогут питать круглые сутки большой 9-этажный 108-квартирный дом! Заметьте, что никаких затрат, кроме первоначальной покупки и установки преобразователя, не требуется. Такой дом не будет зависеть ни от каких электростанций, кроме своей собственной - локальной.

При постройке новых домов можно добавлять в проект наш преобразователь. И спрос на такое жилье будет поистине большим. Ведь кому хочется покупать квартиру, за электроэнергию в которой постоянно надо платить, - если можно купить жилье, в котором можно жить и не переживать за повышение цен на электроэнергию. Энергия в таких домах будет совершенно бесплатна.

Но не только жилые дома могут черпать энергию из преобразователя. Ведь везде существуют предприятия, которые нуждаются в постоянном источнике электропитания.

Вот один из вариантов. Если в аэропорту поставить пару преобразователей, то аэропорт не будет нуждаться в подводке проводов от других электростанций, которые расположены, как всегда, совсем не рядом. Помимо того, что не будет лишних затрат на километры проводов, не будет и надобности оплачивать бесконечное количество счетов от электростанций, которые отнимают значительную часть прибыли. Такой аэропорт сможет забыть про квитанции об оплате электроэнергии. В них отпадет надобность.

Возьмем город в целом. Если вдоль главной трассы поставить 100 таких устройств, то такая дорога будет питать весь город. Значительно улучшатся экологические показатели. А громоздкие сооружения в виде страшных дымящих труб исчезнут.

То есть это - экологически чистый, безопасный и бесплатный способ выработки энергии.

Преобразователь представляет собой редуктор с накопителем энергии - маховиком, который раскручивается за счет поступательного движения толкателя и поворота зубчатого сектора привода. Толкатель вертикально утапливается шарнирным соединением двух металлических площадок на всю ширину проезжей части, имеющих оптимальную длину по 20 метров в обе стороны от шарнира, причем верхняя точка шарнира от плоскости дорожного покрытия находится на высоте 0,5 метра.

Транспортное средство, двигаясь по площадкам, утапливает толкатель через шарнир, раскручивая маховик - накопитель энергии.

После прохождения транспортного средства по площадкам последние возвращаются в исходное положение простейшим механизмом возврата.

Таким образом преобразователь использует вторичный источник энергии, первичный (нефть, газ, уголь) уже затрачен на движение транспортного средства, при этом электрические транспортные средства можно перевести на непосредственное питание от преобразователей, установленных на маршрутах движения.

Проект готов к реализации, причем организация проекта осуществляется на базе любого машиностроительного предприятия и не изменяет принципиально и по существу действующую на нем организацию производства.

Преобразователь содержит силовой блок, включающий кинематически связанные между собой грузовой и уравнивающий механизмы и вал потребителя энергии. Грузовой механизм выполнен в виде двух подвижных шарнирно-соединенных между собой платформ. Платформы установлены своими опорными сторонами с возможностью возвратно-поступательного движения опорных сторон по направлению продольной оси дороги. Платформы являются частью проезжей части дороги. Ось шарнирного соединения платформ ориентирована параллельно опорным сторонам платформ и перпендикулярно продольной оси дороги.

Уравновешивающий механизм выполнен в виде механизма возврата, который содержит по меньшей мере два кронштейна, размещенных по обе стороны дороги, по меньшей мере два блока, размещенных на кронштейнах, по меньшей мере два груза и по меньшей мере два троса, каждый из которых одним своим концом через блок соединен с одним из грузов, а вторым - с грузовым механизмом непосредственно у шарнирного соединения. Кинематическая связь грузового механизма с валом потребителя энергии осуществляется посредством силового привода.

Силовой привод содержит толкатель, шатун, зубчатый сектор, храповой механизм с ведущей и ведомой шестернями, ведущую шестерню вала потребителя энергии и ведомую шестерню вала потребителя энергии, жестко соединенную с этим валом.

В 1998 году его для нас оценила оценочная компания (опытный образец) - 48 тыс. дол. Но это без вмонтирования устройства в дорогу.

С вмонтированием оного в дорогу получится примерно вдвое больше, т.е. около 100 тыс. дол.

Период окупаемости проекта - 1 год.

А. Н. БЕРЕКЕЛЯ