Пристрій і принцип роботи двигуна на постійних магнітах. Вічний двигун на магнітах своїми руками (схема) Двигуни на основі постійних магнітів

З часів виявлення магнетизму ідея створити вічний двигун на магнітах не покидає найсвітліші уми людства. До сих пір так і не вдалося створити механізм з коефіцієнтом корисної діїбільше одиниці, для стабільної роботи якого не потрібно було б зовнішнього джерелаенергії. Насправді концепція вічного двигуна в сучасному вигляді зовсім і не вимагає порушення основних постулатів фізики. Головне завдання винахідників полягає в тому, щоб максимально наблизиться до стовідсоткового ККД і забезпечити тривалу роботу пристрою при мінімальних витратах.

Реальні перспективи створення вічного двигуна на магнітах

Противники теорії створення вічного двигуна говорять про неможливість порушення закону про збереження енергії. Дійсно, немає абсолютно ніяких передумов до того, щоб отримати енергію з нічого. З іншого боку, магнітне поле - це зовсім не пустота, а особливий вид матерії, щільність якого може досягати 280 кДж / м³. Саме це значення і є потенційною енергією, яку теоретично може використовувати вічний двигун на постійних магнітах. Незважаючи на відсутність готових зразків в загальному доступі, про можливість існування подібних пристроїв говорять численні патенти, а також факт наявності перспективних розробок, які залишаються засекреченими ще з радянських часів.

Норвезька художник Рейдар Фінсруд створив свій варіант вічного двигуна на магнітах

До створення подібних електрогенераторів доклали зусиль знамениті фізики-вчені: Нікола Тесла, Мінато, Василь Шкондін, Говард Джонсон і Микола Лазарєв. Слід відразу обмовитися, що створюються за допомогою магнітів двигуни називаються «вічними» умовно - магніт втрачає свої властивості через пару сотень років, а разом з ним припинить роботу і генератор.

Найвідоміші аналоги вічного двигуна магнітах

Численні ентузіасти намагаються створити вічний двигун на магнітах своїми руками за схемою, в якій обертальний рух забезпечується взаємодією магнітних полів. Як відомо, однойменні полюси відштовхуються одна від одної. Саме цей ефект і лежить в основі практично всіх подібних розробок. Грамотне використання енергії відштовхування однакових полюсів магніту і тяжіння різнойменних полюсів в замкнутому контурі дозволяє забезпечити тривале безупинне обертання установки без додатка зовнішньої сили.

Антигравітаційний магнітний двигун Лоренца

Двигун Лоренца можна зробити самостійно з використанням простих матеріалів

Якщо ви хочете зібрати вічний двигун на магнітах своїми руками, то зверніть увагу на розробки Лоренца. антигравітаційний магнітний двигунйого авторства вважається найбільш простим в реалізації. В основі цього пристрою лежить використання двох дисків з різними зарядами. Їх наполовину поміщають в півсферичний магнітний екран з надпровідника, який повністю виштовхує з себе магнітні поля. Такий пристрій необхідно для ізоляції половин дисків від зовнішнього магнітного поля. Запуск цього двигуна виконується шляхом примусового обертання дисків назустріч один одному. По суті, диски в вийшла система є парою полувітков з струмом, на відкриті частини яких будуть впливати сили Лоренца.

Асинхронний магнітний двигун Ніколи Тесла

Асинхронний "вічний" двигун на постійних магнітах, створений Нікола Тесла, виробляє електрику за рахунок постійно обертового магнітного поля. Конструкція досить складна і важко відтворена в домашніх умовах.

Вічний двигун на постійних магнітах Ніколи Тесла

«Тестатіка» Пауля Баумана

Одна з найвідоміших розробок - це «тестатіка» Баумана. Пристрій нагадує своєю конструкцією найпростішу електростатичну машину з Лейденського банками. «Тестатік» складається з пари акрилових дисків (для перших експериментів використовувалися звичайні музичні платівки), на які наклеєні 36 вузьких і тонких смужок алюмінію.

Кадр з документального фільму: до Тестатіке підключили 1000-ватну лампу. Зліва - винахідник Пауль Бауман

Після того, як диски штовхали пальцями в протилежні сторони, запущений двигун продовжував працювати необмежено довгий час зі стабільною швидкістю обертання дисків на рівні 50-70 оборотів в хвилину. У електроланцюзі генератора Пауля Баумана вдається розвинути напругу до 350 вольт з силою струму до 30 Ампер. Через невеликий механічної потужності це скоріше не вічний двигун, а генератор на магнітах.

Вакуумний тріодний підсилювач Свита Флойда

Складність відтворення пристрою Свита Флойда полягає не в його конструкції, а в технології виготовлення магнітів. В основі цього двигуна використовуються два феритових магніту з габаритами 10х15х2,5 см, а також котушки без сердечників, з яких одна є робочою з декількома сотнями витків, а ще дві - збуджуючі. Для запуску триодного підсилювача необхідна проста кишенькова батарейка 9В. Після включення пристрій може працювати дуже довго, самостійно живлячи себе по аналогії з автогенератори. За твердженнями Свита Флойда, від працюючої установки вдалося отримати вихідна напругав 120 вольт з частотою 60 Гц, потужність якого досягала 1 кВт.

Роторний кольцар Лазарева

Великою популярністю користується схема вічного двигуна на магнітах на основі проекту Лазарєва. На сьогоднішній день його роторний кольцар вважається пристроєм, реалізація яка максимально близька до концепції вічного двигуна. Важлива перевага розробки Лазарева полягає в тому, що навіть без профільних знань і серйозний витрат можна зібрати подібний вічний двигун на неодімових магнітах своїми руками. Такий пристрій являє собою ємність, розділену пористої перегородкою на дві частини. Автор розробки використовував в якості перегородки спеціальний керамічний диск. У нього встановлюється трубка, а в ємність заливається рідина. Для цього оптимально підходять летких розчини (наприклад, бензин), але можна використовувати і просту водопровідну воду.

Механізм роботи двигуна Лазарева дуже просто. Спочатку рідина подається через перегородку вниз ємності. Під тиском розчин починає підніматися по трубці. Під вийшла крапельницею розміщують колесо з лопатями, на яких встановлюють магніти. Під силою падаючих крапель колесо обертається, утворюючи постійне магнітне поле. На основі цієї розробки успішно створений самовращающійся магнітний електродвигун, на якій зареєструвало патент одне вітчизняне підприємство.

Мотор-колесо Шкондина

Якщо ви шукаєте цікаві варіанти, як зробити вічний двигун з магнітів, то обов'язково зверніть увагу на розробку Шкондина. Конструкцію його лінійного двигуна можна охарактеризувати як «колесо в колесі». Це просте, але в той же час продуктивний пристрій успішно використовується для велосипедів, скутерів та іншого транспорту. Імпульсно-інерційний мотор-колесо являє собою об'єднання магнітних доріжок, параметри яких динамічно змінюються шляхом перемикання обмоток електромагнітів.

Загальна схема лінійного двигуна Василя Шкондина

Ключовими елементами пристрою Шкондина є зовнішній ротор і статор особливої ​​конструкції: розташування 11 пар неодімових магнітів в вічний двигун виконано по колу, що утворює в цілому 22 полюса. На роторі встановлені 6 електромагнітів в формі підков, які встановлені попарно і зміщені один до одного на 120 °. Між полюсами електромагнітів на роторі і між магнітами на статорі однакову відстань. Зміна положення полюсів магнітів відносно один одного призводить до створення градієнта напруженості магнітного поля, утворюючи крутний момент.

Неодимовий магніт в вічний двигун на основі конструкції проекту Шкондина має ключове значення. Коли електромагніт проходить через осі неодімових магнітів, то утворюється магнітний полюс, який є однойменною по відношенню до подолання полюсу і протилежним по відношенню до полюса наступного магніту. Виходить, що електромагніт завжди відштовхується від попереднього магніту і притягується до наступного. Такі дії і забезпечують обертання обода. Знеструмлення елетромагніта при досягненні осі магніту на статорі забезпечується розміщенням в цій точці токос'емника.

Житель г.Пущіно Василь Шкондін винайшов не вічне двигун, а високоефективні мотор-колеса для транспорту і генератори електроенергії.

Коефіцієнт корисної дії двигуна Шкондина становить 83%. Звичайно, це поки ще не повністю незалежний вічний двигун на неодімових магнітах, але дуже серйозний і переконливий крок в правильному напрямку. Завдяки особливостям конструкції пристрою на холостому ходівдається повернути частину енергії батарей (функція рекуперації).

Вічний двигун Перендева

Альтернативний движок високої якості, що виробляє енергію виключно за рахунок магнітів. База - статичний і динамічний кола, на яких в задуманому порядку розташовується кілька магнітів. Між ними виникає самооталківающая сила, через яку і виникає обертання рухомого кола. Такий вічний двигун вважають дуже вигідним в експлуатації.

Вічний магнітний двигун Перендева

Існує і безліч інших ЕМД, схожих за принципом дії і конструкції. Всі вони ще недосконалі, оскільки не здатні довгий час функціонувати без будь-яких зовнішніх імпульсів. Тому робота над створенням вічних генераторів не припиняється.

Як зробити вічний двигун за допомогою магнітів своїми руками

знадобиться:

• 3 вала
• Диск з люціта діаметром 4 дюйма
• 2 люцітових диска діаметром 2 дюйми
• 12 магнітів
• алюмінієвий брусок

Вали міцно з'єднуються між собою. Причому один лежить горизонтально, а два інші розташовані по краях. До центрального валу кріпиться великий диск. Решта приєднуються до бічних. На дисках розташовуються - 8 в середині і по 4 з боків. Алюмінієвий брусок служить підставою для конструкції. Він же забезпечує і прискорення пристрою.

недоліки ЕМД

Плануючи активно використовувати подібні генератори, слід дотримуватися обережності. Справа в тому, що постійна близькість магнітного поля призводить до погіршення самопочуття. До того ж для нормального функціонування пристрою необхідно забезпечити йому спеціальні умови роботи. Наприклад, захистити від впливу зовнішніх факторів. Підсумкова вартість готових конструкцій виходить високою, а вироблювана енергія дуже мала. Тому і вигода від використання подібних конструкцій сумнівна.
Експериментуйте і створюйте власні версії вічного двигуна. Всі варіанти розробок вічних двигунів продовжують удосконалюватися ентузіастами, а в мережі можна знайти безліч прикладів реально досягнутих успіхів. Інтернет-магазин «Світ Магнітів» пропонує вам вигідно купити неодимові магніти і своїми руками зібрати різні пристрої, в яких би шестерінки безупинно крутилися завдяки діям сил відштовхування і тяжіння магнітних полів. Вибирайте в представленому каталозі вироби з відповідними характеристиками (розміри, форма, потужність) і оформляйте замовлення.

На прикладі двигуна Мінато і аналогічних конструкцій розглянута можливість використання енергії магнітного поля і труднощі, пов'язані з її практичним застосуванням.

У своєму повсякденному житті польову форму існування матерії ми рідко помічаємо. Хіба що, коли падаємо. Тоді гравітаційне поле стає для нас болючою реальністю. Але є один виняток - поле постійних магнітів. Практично кожен в дитинстві грав з ними, з пихтінням намагаючись розірвати два магніти. Або, з таким же азартом, зрушити вперто опираються однойменні полюси.

З віком інтерес до цього заняття пропадав, або, навпаки, ставав предметом серйозних досліджень. ідея практичного використання магнітного поляз'явилася задовго до теорій сучасної фізики. І головним у цій ідеї було прагнення використовувати «вічну» намагніченість матеріалів для отримання корисної роботи або «дармової» електричної енергії.

Винахідливі спроби практичного використання постійного магнітного поля в двигунах або не припиняються і в наші дні. Поява сучасних рідкоземельних магнітів з високою коерцитивної силою підігрів інтерес до подібних розробок.

Велика кількість дотепних конструкцій різного ступеня працездатності заполонили інформаційний простір мережі. Серед них виділяється рушій японського винахідника Кохеі Минато.

Сам Минато за фахом музикант, але багато років займається розробкою магнітного двигунавласної конструкції, винайденого, за його словами, під час концерту фортепіанної музики. Важко сказати, яким музикантом був Мінато, але бізнесменом він виявився хорошим: свій двигун запатентував в 46 країнах і продовжує цей процес сьогодні.

Необхідно відзначити, що сучасні винахідники ведуть себе досить непослідовно. Мріючи ощасливити людство своїми винаходами і залишитися в історії, вони з не меншим старанням намагаються приховати деталі своїх розробок, сподіваючись в майбутньому отримати дивіденди з продажу своїх ідей. Але варто згадати, коли той, для просування своїх трифазних двигунів, відмовився від патентних відрахувань фірми, освоювати їх випуск.

Повернемося до магнітного двигуну Минато. Серед безлічі інших, аналогічних конструкцій, його виріб виділяється дуже високою економічністю. Не вдаючись в деталі конструкції магнітного двигуна, які все одно приховані в патентних описах, необхідно відзначити кілька його особливостей.

У його магнітному двигуні набори постійних магнітів розташовані на роторі під певними кутами до осі обертання. Проходження «мертвої» точки магнітами, яка, за висловом Мінато, називається точкою «колапсу», забезпечується за рахунок подачі короткого потужного імпульсу на електромагнітну котушку статора.

Саме ця особливість і забезпечили конструкції Минато високу економічність і безшумність роботи при високих оборотах обертання. Але твердження, що ККД двигунаперевищує одиницю, не має під собою жодних підстав.

Для аналізу магнітного двигуна Мінато і схожих конструкцій, розглянемо поняття «прихованої» енергії. Прихована енергія властива всім видам палива: для вугілля вона становить 33 Дж / грам; для нафти - 44 Дж / грам. А ось енергія ядерного палива оцінюється в 43 мільярди цих одиниць. За різними, суперечливим оцінками, прихована енергія поля постійного магніту становить близько 30% потенціалу ядерного палива, Тобто це один з найбільш енергоємних джерел енергії.

А ось скористатися цією енергією далеко не просто. Якщо нафта і газ при запаленні віддає відразу весь свій енергетичний потенціал, то з магнітним полем все не так просто. Запасена в постійному магніті енергія може робити корисну роботу, але конструкція рушіїв при цьому дуже складна. Аналогом магніту може служити акумулятор дуже великої місткості з не менш великим внутрішнім опором.

Тому відразу виникають кілька проблем: отримати більшу потужність на валу двигуна при малих його габаритах і масі важко. Магнітний двигун з часом, у міру витрачання збереженої енергії, буде втрачати свою потужність. Навіть припущення про те, що енергія заповнюється, не може усунути цей недолік.

Головним же недоліком є ​​вимога прецизійної зборки конструкції двигунів, яке перешкоджає його масового освоєння. Мінато до теперішнього часу працює над визначенням оптимального розташування постійних магнітів.

Тому його образи на японські корпорації, які не хочуть освоювати винахід, є необгрунтованими. Будь-який інженер, при виборі двигуна, в першу чергу поцікавиться його навантажувальними характеристиками, деградацією потужності протягом терміну експлуатації і ще рядом характеристик. Подібної інформації по двигунах Мінато, як, втім, і іншим конструкціям, до теперішнього часу немає.

Рідкісні приклади практичного втілення магнітних двигунів викликають більше питань, ніж захоплення. Нещодавно фірма SEG зі Швейцарії оголосила про готовність випускати під замовлення компактні генератори, приводом в яких служить різновид магнітного двигуна Серла.

Генератор виробляє потужність близько 15 кВт, має розміри 46х61х12см і ресурс роботи до 60 МВт-годин. Це відповідає середньому терміну експлуатації 4000 годин. Але які будуть характеристики в кінці цього періоду?

Фірма чесно попереджає, що після цього необхідно повторне намагнічування постійних магнітів. Що стоїть за цією процедурою - неясно, але скоріше за все, це повне розбиранняі заміна магнітів в магнітному двигуні. А ціна такого генератора становить понад 8500 євро.

Фірма Минато теж оголосила про укладення контракту на виготовлення 40000 вентиляторів з магнітними двигунами. Але всі ці приклади практичного застосування поодинокі. Причому, ніхто не стверджує при цьому, що їх пристрої мають ККД більше одиниці, і вони будуть працювати «вічно».

Якщо традиційний асинхронний двигун виконати з сучасних дорогих матеріалів, наприклад, обмотки зі срібла, а магнітопровід з тонкого сталевого аморфної стрічки (стеклометалл), то при порівнянній з магнітним двигуном ціною отримаємо близький ККД. При цьому, асинхронні двигуни будуть мати значно більший термін служби при простоті виготовлення.

Підводячи підсумки, можна стверджувати, що поки вдалих конструкцій магнітних двигунів, придатних для масового промислового освоєння, не створено. Ті зразки, які працездатні, вимагають інженерної доведення, дорогих матеріалів, прецизійної, індивідуальної настройки і не можуть конкурувати з уже. І вже зовсім безпідставні твердження, що ці двигуни можуть працювати необмежений час без підведення енергії.

Дмитро Льовкін

Головна відмінність між синхронним двигуном з постійними магнітами (СДПМ) і полягає в роторі. Проведені дослідження показують, що СДПМ має приблизно на 2% більше, ніж високо ефективний (IE3) асинхронний електродвигун, За умови, що статор має однакову конструкцію, а для управління використовується один і той же. При цьому синхронні електродвигуни з постійними магнітами в порівнянні з іншими електродвигунами мають кращі показники: потужність / обсяг, момент / інерція і ін.

Конструкції і типи синхронного електродвигуна з постійними магнітами

Синхронний електродвигун з постійними магнітами, як і будь-який, складається з ротора і статора. Статор - нерухома частина, ротор - обертається частина.

Зазвичай ротор розташовується всередині статора електродвигуна, також існують конструкції з зовнішнім ротором - електродвигуни зверненого типу.

Конструкції синхронного двигуна з постійними магнітами: зліва - стандартна, праворуч звернена.

роторскладається з постійних магнітів. В якості постійних магнітів використовуються матеріали з високою коерцитивної силою.

За конструкцією ротора синхронні двигуни діляться на:

Електродвигун з неявно вираженими полюсами має рівну індуктивність по поздовжній і поперечній осях L d = L q, тоді як у електродвигуна з явно вираженими полюсами поперечна індуктивність не дорівнює поздовжньої L q ≠ L d.

Перетин роторів з різним ставленням Ld / Lq. Чорним позначені магніти. На малюнку д, е представлені аксіально-розшаровані ротори, на малюнку в і з зображені ротори з бар'єрами.

Також по конструкції ротора СДПМ діляться на:
• синхронний двигун c поверхневої установкоюпостійних магнітів
  (Англ. SPMSM - surface permanent magnet synchronous motor) ;
• синхронний двигун з вбудованими(Інкорпорованими) магнітами
  (Англ. IPMSM - interior permanent magnet synchronous motor).

Ротор синхронного двигуна c поверхневої установкою постійних магнітів

Ротор синхронного двигуна із вбудованими магнітами

статорскладається з корпусу і сердечника з обмоткою. Найбільш поширені конструкції з двох-і трифазною обмоткою.

Залежно від конструкції статора синхронний двигун з постійними магнітами буває:
• з розподіленою обмоткою;
• з зосередженої обмоткою.

розподіленоїназивають таку обмотку, у якій число пазів на полюс і фазу Q = 2, 3, ...., k.

зосередженоїназивають таку обмотку, у якій число пазів на полюс і фазу Q = 1. При цьому пази розташовані рівномірно по окружності статора. Дві котушки, що утворюють обмотку, можна з'єднати як послідовно, так і паралельно. Основний недолік таких обмоток - неможливість впливу на форму кривої ЕРС.

Схема трифазного розподіленої обмотки

Схема трифазного зосередженої обмотки

Форма зворотнього ЕРСелектродвигуна може бути:
• трапецеїдальних;
• синусоїдальна.

Форма кривої ЕРС в провіднику визначається кривої розподілу магнітної індукції в зазорі по колу статора.

Відомо, що магнітна індукція в зазорі під явно вираженим полюсом ротора має трапеціїдальн форму. Таку ж форму має і наводиться в провіднику ЕРС. Якщо необхідно створити синусоидальную ЕРС, то полюсним наконечником надають таку форму, при якій крива розподілу індукції була б близька до синусоїдальної. Цьому сприяють скоси полюсних наконечників ротора.

Принцип роботи синхронного двигуна заснований на взаємодії статора і постійного магнітного поля ротора.

запустити

зупинити

Обертове магнітне поле синхронного електродвигуна

Магнітне поле ротора, взаємодіючи з синхронним змінним струмом обмоток статора, згідно, створює, змушуючи ротор обертатися ().

Постійні магніти, розташовані на роторі СДПМ, створюють постійне магнітне поле. При синхронної швидкості обертання ротора з полем статора, полюса ротора зчіплюються з обертовим магнітним полем статора. У зв'язку з цим СДПМ не може сам запуститися при підключенні його безпосередньо до мережі трифазного струму (частота струму в мережі 50Гц).

Управління синхронним двигуном з постійними магнітами

Для роботи синхронного двигуна з постійними магнітами обов'язково потрібно система управління, наприклад, або сервопривід. При цьому існує велика кількість способів управління реалізуються системами контролю. Вибір оптимального способу управління, головним чином, залежить від завдання, яке ставиться перед електроприводом. Основні методи управління синхронним електродвигуном з постійними магнітами наведені в таблиці нижче.

управління				переваги	недоліки
синусоидальное				проста схемауправління
			З датчиком положення	Плавне і точне встановлення положення ротора і швидкості обертання двигуна, великий діапазон регулювання	Потрібно датчик положення ротора і потужний мікроконтролер системи управління
			Без датчика положення	Не потрібно датчик положення ротора. Плавне і точне встановлення положення ротора і швидкості обертання двигуна, великий діапазон регулювання, але менше, ніж з датчиком положення	Бездатчикового полеоріентірованное управління у всьому діапазоні швидкостейможливо тільки для СДПМ з ротором з явно вираженими полюсами, потрібна потужна система управління
				Проста схема управління, хороші динамічні характеристики, великий діапазон регулювання, не потрібно датчик положення ротора	Високі пульсації моменту та струму
трапеціїдальн	без зворотнього зв'язку			Проста схема управління	Управління не оптимально, не підходить для задач, де навантаження змінюється, можлива втрата керованості
	З зворотним зв'язком	З датчиком положення (датчиками Холла)		Проста схема управління	Потрібні датчики Холла. Є пульсації моменту. Призначений для управління СДПМ з трапеціїдальной зворотного ЕРС, при управлінні СДПМ з синусоїдальної зворотного ЕРС середній момент нижче на 5%.
		без датчика		Потрібно більш потужна система управління	Не підходить для роботи на низьких оборотах. Є пульсації моменту. Призначений для управління СДПМ з трапеціїдальной зворотного ЕРС, при управлінні СДПМ з синусоїдальної зворотного ЕРС середній момент нижче на 5%.

Популярні способи управління синхронним двигуном з постійними магнітами

Для вирішення нескладних завдань зазвичай використовується трапеціїдальн управління по датчикам Холла (наприклад - комп'ютерні вентилятори). Для вирішення завдань, які вимагають максимальних характеристик від електроприводу, зазвичай вибирається полеоріентірованное управління.

трапеціїдальн управління

Одним з найпростіших методів управління синхронним двигуном з постійними магнітами є - трапецієподібно управління. Трапеціїдальн управління застосовується для управління СДПМ з трапеціїдальной зворотного ЕРС. При цьому цей метод дозволяє також керувати СДПМ з синусоїдальної зворотного ЕРС, але тоді середній момент електроприводу буде нижче на 5%, а пульсації моменту складуть 14% від максимального значення. Існує трапеціїдальн управління без зворотного зв'язку і зі зворотним зв'язком по положенню ротора.

управління без зворотного зв'язкуне оптимальне і може привести до виходу СДПМ з синхронізму, тобто до втрати керованості.

управління зі зворотним зв'язкомможна розділити на:
• трапеціїдальн управління по датчику положення (зазвичай - по датчикам Холла);
• трапеціїдальн управління без датчика (бездатчикового трапеціїдальн управління).

Як датчик положення ротора при трапеціїдальн управлінні трифазного СДПМ зазвичай використовуються три датчика Холла вбудовані в електродвигун, які дозволяють визначити кут з точністю ± 30 градусів. При такому управління вектор струму статора приймає тільки шість положень на один електричний період, в результаті чого на виході є пульсації моменту.

Існує два способи визначення положення ротора:
• по датчику положення;
• без датчика - за допомогою обчислення кута системою управління в реальному часі на основі наявної інформації.

Полеоріентірованное управління СДПМ по датчику положення

Як датчик кута використовуються наступні типи датчиків:
• індуктивні: синусно-косінусний обертається трансформатор (СКОТ), редуктосін, індуктосін і ін .;
• оптичні;
• магнітні: магніторезистивні датчики.

Полеоріентірованное управління СДПМ без датчика положення

Завдяки бурхливому розвитку мікропроцесорів з 1970-х років почали розроблятися бездатчикового векторні методи управління бесщеточними змінного струму. Перші бездатчикового методи визначення кута були засновані на властивості електродвигуна генерувати зворотний ЕРС під час обертання. Зворотній ЕРС двигуна містить в собі інформацію про стан ротора, тому обчисливши величину зворотного ЕРС в стаціонарній системі координат можна розрахувати положення ротора. Але, коли ротор я не захитався, зворотна ЕРС відсутня, а на низьких оборотах зворотна ЕРС має маленьку амплітуду, яку складно відрізнити від шуму, тому даний метод не підходить для визначення положення ротора двигуна на низьких оборотах.

Існує два найпоширеніші варіанти запуску СДПМ:
• запуск скалярним методом - запуск за заздалегідь визначеною характеристики залежності напруги від частоти. Але скалярний управління сильно обмежує можливості системи управління і параметри електроприводу в цілому;
• - працює тільки з СДПМ у якого ротор має явно виражені полюса.

На поточний момент можливо тільки для двигунів з ротором з явно вираженими полюсами.

зміст:

Існує чимало автономних пристроїв, здатних виробляти електричну енергію. Серед них слід особливо відзначити двигун на неодімових магнітах, який відрізняється оригінальною конструкцією і можливістю використання альтернативних джерел енергії. Однак існує цілий ряд факторів, що перешкоджають широкому поширенню цих пристроїв в промисловості і в побуті. Перш за все, це негативний вплив магнітного поля на людину, а також складності в створенні необхідних умовдля експлуатації. Тому перш ніж намагатися виготовити такий двигун для побутових потреб, слід ретельно ознайомитися з його конструкцією і принципом роботи.

Загальний пристрій і принцип роботи

Роботи над так званим вічним двигуном ведуться вже дуже давно і не припиняються в даний час. В сучасних умовахце питання стає все більш актуальним, особливо в умовах кризи, що насувається енергетичної кризи. Тому одним з варіантів вирішення цієї проблеми є двигун вільної енергії на неодімових магнітах, вражаючі дії яких засновані на енергії магнітного поля. Створення робочої схеми такого двигуна дозволить без будь-яких обмежень отримувати електричну, механічну та інші види енергій.

В даний час роботи по створенню двигуна знаходяться в стадії теоретичних досліджень, а на практиці отримані лише окремі позитивні результати, що дозволяють більш детально вивчити принцип дії цих пристроїв.

Конструкція двигунів на магнітах повністю відрізняється від звичайних електричних моторів, використовують електричний струм в якості головної рушійної сили. В основі роботи даної схеми лежить енергія постійних магнітів, яка і приводить в рух весь механізм. Весь агрегат складається з трьох складових частин: Сам двигун, статор з електромагнітом і ротор з встановленим постійним магнітом.

На одному валу з двигуном встановлюється електромеханічний генератор. Додатково на весь агрегат встановлюється статичний електромагніт, що представляє собою кільцевої магнітопровід. У ньому вирізається дуга або сегмент, встановлюється котушка індуктивності. До цієї котушці підключається електронний комутатор для регулювання реверсивного струму та інших робочих процесів.

Найперші конструкції двигунів виготовлялися з металевими частинами, які повинні були підпадати під вплив магніту. Однак для повернення такої деталі в початкове положення витрачається така ж кількість енергії. Тобто, теоретично використання такого двигуна недоцільно, тому дана проблема була вирішена шляхом використання мідного провідника, по якому пропущений. В результаті, виникає тяжіння цього провідника до магніту. Коли струм відключається, то припиняється і взаємодія між магнітом і провідником.

Встановлено, що сила впливу магніту знаходиться в прямій пропорційній залежності від її потужності. Таким чином, постійний електричний струм і зростання сили магніту, збільшують вплив цієї сили на провідник. Підвищена сила сприяє виробленню струму, який потім буде поданий на провідник і пройде через нього. В результаті, виходить своєрідний вічний двигун на неодімових магнітах.

Цей принцип був покладений в основу вдосконаленого двигуна на неодімових магнітах. Для його запуску використовується індуктивна котушка, в яку подається електричний струм. Полюса повинні бути розташовані перпендикулярно зазору, вирізаного в електромагніт. Під дією полярності постійний магніт, встановлений на роторі, починає обертатися. Починається тяжіння його полюсів до електромагнітних полюсів, які мають протилежне значення.

Коли різнойменні полюси збігаються, ток в котушці вимикається. Під власною вагою, ротор разом з постійним магнітом проходить по інерції дану точку збігу. При цьому, в котушці відбувається зміна напрямку струму, і з настанням чергового робочого циклу полюса магнітів стають однойменними. Це призводить до їх відштовхуванню один від одного і додатковому прискоренню ротора.

Конструкція магнітного двигуна своїми руками

Конструкція стандартного двигуна на неодімових магнітах складається з диска, кожуха і металевого обтічника. У багатьох схемах практикується використання електричної котушки. Кріплення магнітів здійснюється за допомогою спеціальних провідників. Для забезпечення позитивного зворотного зв'язку використовується перетворювач. Деякі конструкції можуть бути доповнені ревербераторами, що підсилюють магнітне поле.

У більшості випадків для того, щоб власноруч виготовити магнітний двигун на неодімових магнітах, використовується схема на підвісці. Основна конструкція складається з двох дисків і мідного кожуха, краї якого повинні бути ретельно оброблені. Велике значення має правильне підключенняконтактів за заздалегідь складеною схемою. Чотири магніту розташовуються з зовнішньої сторони диска, а шар діелектрика проходить уздовж обтічника. Застосування інерційних перетворювачів дозволяє уникнути виникнення негативної енергії. У даній конструкції рух позитивно заряджених іонів буде відбуватися уздовж кожуха. Іноді можуть знадобитися магніти з підвищеною потужністю.

Двигун на неодімових магнітах може бути самостійно виготовлений з кулера, встановленого в персональному комп'ютері. У даній конструкції рекомендується використовувати диски з невеликим діаметром, а кріплення кожуха виконувати із зовнішнього боку кожного з них. Для рами може використовуватися будь-яка, найбільш підходяща конструкція. Товщина обтекателей становить в середньому трохи більше 2 мм. Підігрітий агент виводиться через перетворювач.

Кулонівські сили можуть мати різне значення, в залежності від заряду іонів. Для підвищення параметрів охолодженого агента рекомендується застосування ізольованою обмотки. Провідники, що підключаються до магнітів, повинні бути мідними, а товщина струмопровідного шару вибирається залежно від типу обтічника. Основною проблемою таких конструкцій є невисока негативна зарядженість. Її можна вирішити, використовуючи диски з великим діаметром.

Двигуни протягом багатьох років використовуються для перетворення електричної енергії в механічну різного типу. Ця особливість визначає таку високу його популярність: обробні верстати, конвеєри, деякі побутові прилади - електродвигуни різного типу і потужності, габаритних розмірів використовуються повсюдно.

Основні показники роботи визначають те, який тип конструкції має двигун. Існує кілька різновидів, деякі користуються популярністю, інші не виправдовують складність підключення, високу вартість.

Двигун на постійних магнітах використовують рідше, ніжваріант виконання.Для того, щоб оцінити можливості цього варіанту виконання, слід розглянути особливості конструкції, експлуатаційні якості і багато іншого.

Пристрій

пристрій

Електродвигун на постійних магнітах не сильно відрізняється по виду конструкції.

При цьому, можна виділити наступні основні елементи:

1. зовнівикористовується електротехнічна сталь, з якої виготовляється сердечник статора.
2. потімйде стрижнева обмотка.
3. маточина ротораі за нею спеціальна пластина.
4. потім, Виготовлені з електротехнічної сталі, секції редечніка ротора.
5. постійні магнітиє частиною ротора.
6. конструкціюзавершує опорний підшипник.

Як будь-який обертається електродвигун, що розглядається варіант виконання складається з нерухомого статора і рухомого ротора, які при подачі електроенергії взаємодію між собою. Відмінність аналізованого варіанта виконання можна назвати наявність ротора, в конструкцію якого включені магніти постійного типу.

При виготовленні статора, створюється конструкція, що складається з сердечника і обмотки. Інші елементи є допоміжними і служать виключно для забезпечення найкращих умовдля обертання статора.

Принцип роботи

Принцип роботи даного варіанту виконання заснований на створенні відцентрової сили за рахунок магнітного поля, яке створюється за допомогою обмотки. Варто відзначити, що робота синхронного електродвигуна схожа з роботою трифазного асинхронного двигуна.

До основних моментів можна віднести:

1. Створюване магнітне поле роторавступає у взаємодію з подаються струмом на обмотку статора.
2. закон Амперавизначає створення крутного моменту, який і змушує вихідний вал обертатися разом з ротором.
3. Магнітне полестворюється встановленими магнітами.
4. Синхронна швидкість обертання роторазі створюваним полем статора визначає зчеплення полюса магнітного поля статора з ротором. З цієї причини, що розглядається двигун не можна використовувати в трифазній мережі безпосередньо.

В даному випадку, потрібно в обов'язковому порядку встановлювати спеціальний блок управління.

види

Залежно від особливостей конструкції, існує кілька типів синхронних двигунів. При цьому, вони мають різні експлуатаційними якостями.

За типом установки ротора, можна виділити наступні типи конструкції:

1. З внутрішньої установкою- найбільш поширений тип розташування.
2. Із зовнішнього установкоюабо електродвигун зверненого типу.

Постійні магніти включені в конструкцію ротора. Їх виготовляють з матеріалу з високою коерцитивної силою.

Ця особливість визначає наявність наступних конструкцій ротора:

1. Зі слабо вираженим магнітним полюсом.
2. З яскраво вираженим полюсом.

Рівна індуктивність по перцевим і поздовжніх осях - властивість ротора з неявно вираженим полюсом, а у випадку виконання з яскраво вираженим полюсом подібної рівності немає.

Крім цього, конструкція ротора може бути наступного типу:

1. Поверхнева установка магнітів.
2. Вбудоване розташування магнітів.

Крім ротора, також слід звернути увагу і на статор.

За типом конструкції статора, можна розділити електродвигуни на наступні категорії:

1. Розподілена обмотка.
2. Зосереджена обмотка.

За формою зворотного обмотці, можна провести нижченаведену класифікацію:

1. Синусоїда.
2. Трапецеїдальних.

Подібна класифікація впливає на роботу електродвигуна.

Переваги і недоліки

Розглянутий варіант виконання має такі переваги:

1. Оптимальний режим роботиможна отримати діючи реактивної енергії, що можливо при автоматичного регулювання струму. Ця особливість обумовлює можливість роботи електродвигуна без споживання і віддачі реактивної енергії в мережу. На відміну від асинхронного двигуна, синхронний має невеликі габаритні розмірипри тій же потужності, але при цьому ККД значно вище.
2. Коливання напруги в мережів меншій мірі вплинуть на синхронний двигун. Максимальний момент пропорційний напрузі мережі.
3. Висока перевантажувальна здатність.Шляхом підвищення струму збудження, можна провести значне підвищення перевантажувальної здатності. Це відбувається на момент різкого і короткочасного виникнення додаткового навантаження на вихідному валу.
4. Швидкість обертання вихідного валазалишається незмінною при будь-якому навантаженні, якщо вона не перевищує показник перевантажувальної здатності.

До недоліків даної конструкції можна віднести більш складну конструкцію і внаслідок цього більш високу вартість, ніж у асинхронних двигунів. Однак в деяких випадках, обійтися без даного типу електродвигуна неможливо.

Як зробити своїми руками?

Провести створення електродвигуна своїми руками можна тільки при наявності знань в області електротехніки та наявності певного досвіду. Конструкція синхронного варіанти виконання повинна бути високоточної для виключення виникнення втрат і правильності роботи системи.

Знаючи те, як повинна виглядати конструкція, проводимо таку роботу:

1. Створюється або підбирається вихідний вал.Він не повинен мати відхилень або інших дефектів. В іншому випадку, виникає навантаження може призвести до викривлення валу.
2. Найбільшою популярністю користуються конструкції, Коли обмотка знаходиться зовні. На посадочне місце вала встановлюється статор, який має постійні магніти. На валу має бути передбачено місце для шпонки для запобігання прокручування вала при виникненні серйозного навантаження.
3. Ротор представлений сердечником з обмоткою.Створити самостійно ротор досить складно. Як правило, він нерухомий, кріпиться до корпусу.
4. Механічного зв'язку між статором і ротором немає, Так як в противному випадку, при обертанні буде створювати додаткове навантаження.
5. Вал, На якому кріпиться статор, також має посадочні місця для підшипників. У корпусі є посадочні місця для підшипників.

Велика частина елементів конструкції створити своїми руками практично неможливо, так як для цього потрібно мати спеціальне обладнанняі великий досвід роботи. Прикладом можна назвати як підшипники, так і корпус, статор або ротор. Вони повинні мати точні розміри. Однак, при наявності необхідних елементів конструкції, збірку можна провести і самостійно.

Електродвигуни мають складну конструкцію, харчування від мережі 220 Вольт обумовлює дотримання певних норм при їх створенні. Саме тому, для того, щоб бути впевненим у надійній роботі подібного механізму, слід купувати варіанти виконання, створені на заводах з випуску подібного обладнання.

У наукових цілях, наприклад, в лабораторії для проведення випробувань по роботі магнітного поля часто створюють власні двигуни. Однак вони мають невелику потужність, харчуються від незначно напруги і не можуть бути застосовані у виробництві.

Вибір даного електродвигуна слід проводити з урахуванням таких особливостей:

1. потужність- основний показник, який впливає на термін служби. При виникненні навантаження, яка перевершує можливості електродвигуна, він починає перегріватися. При сильному навантаженню, можливо викривлення валу і порушення цілісності інших компонентів системи. Тому слід пам'ятати про те, що діаметр валу і інші показники вибираються в залежності від потужності двигуна.
2. Наявність системи охолодження. зазвичай особливої ​​увагина те, як проводиться охолодження, ніхто не приділяє. Однак при постійній роботіобладнання, наприклад під сонцем, слід замислитися над тим, що модель повинна бути призначена для тривалої роботи під навантаженням при важких умовах.
3. Цілісність корпусу і його вид, рік випуску- основні моменти, на які приділяють увагу при покупці двигуна колишнього вживання. Якщо є дефекти корпусу, велика ймовірність того, що конструкція має пошкодження і всередині. Також, не варто забувати про те, що подібне обладнання з роками втрачає свій ККД.
4. Особливу увагу потрібно приділяти корпусу, Так як в деяких випадках можна провести кріплення тільки в певному положенні. самостійно створити посадкові отвори, Приварити вуха для кріплення практично неможливо, так як порушення цілісності корпусу не допускається.
5. Вся інформація про електродвигунізнаходиться на пластині, яка прикріплюється до корпусу. У деяких випадках, є тільки маркування, по розшифровці якої можна дізнатися основні показники роботи.

На закінчення відзначимо, що багато двигуни, які були зроблені кілька десятиліть тому, найчастіше проходили відновлювальні роботи. Від якості проведеної відновної роботи залежать показники електродвигуна.