"Все Нове - це добре забуте Старе" Жак Пеше, 1824 р.
Почнемо з особливостей такого виробу як маховик. Ми сміємо стверджувати, що нам все про цей пристрій відомо, і що нічого нового дізнатися ми не можемо. І дійсно, маховик використовується з незапам'ятних часів. Ми не будемо лізти в нетрі, нас цікавить Маховик (махове колесо) саме в механізмах і машинах.
Маховик (махове колесо) - масивне колесо, що обертається, яке використовується як накопичувач (інерційний акумулятор) кінетичної енергії або для створення інерційного моменту.
Крім кінетичної енергії, маховик, що обертається (як і будь-яке тіло, що обертається), має ще й момент імпульсу, з чим пов'язане спостереження гіроскопічного ефекту, який полягає в прецесії осі обертання навколо свого первісного напряму за появи зовнішньої сили, яка не збігається з напрямком осі обертання".
І так з вище перерахованого, з різних джерел про маховики, ми з'ясували, що махове колесо використовують, як правило, як акумулятор механічної енергії і ... в ролі стабілізатора обертання механізму, при змінному режимі навантажень або вхідних моментів. Щоправда сучасне застосування ніяк не підтверджує, що з маховиком можна "застосувати привід меншої потужності". І якщо розглянути механізми 19 і початку 20 століття, маховики використовуються "часто-густо". Чому махове колесо перестало бути цікавим.
У сучасних пристроях, маховик також є обов'язковим елементом: Двигуни внутрішнього згоряння, комунальні гідротурбіни, спортивні тренажери. Ви скажете, що я забув про кінетичні буферні накопичувачі. Такі є, але вельми дорогі і не мають повсюдного поширення. Хоча розробки ведуться і такі пристрої є. На жаль, сталевий або чавунний маховик не може бути конкурентоспроможним накопичувачем з огляду на свою слабку допустиму швидкість обертання (для чавуну 70 м/сек; для сталі 110 м/сек). Створення супермаховиків, підняло їх на порядок, але все ж таки це буферний накопичувач, який не зберігає енергію довгостроково.
Супермаховик, на відміну від звичайних маховиків, здатний, за рахунок конструктивних особливостей, теоретично зберігати до 500 Вт-год на кілограм ваги. Однак розробки супермаховиків чомусь зупинилися або ведуться без розголосу широким масам. Супермаховик це складна, дорога до виконання за матеріалами і технологічно конструкція. Flywheels and Super-Fly Wheels (eolss.net)
Питома енергія. Максимальна питома енергія ротора маховика в основному залежить від двох чинників: перший - геометрія ротора, а другий - властивості використовуваного матеріалу. Для одноматеріальних, ізотропних роторів це співвідношення може бути виражене таким чином: E/m=K(δ/ρ)
де: E - кінетична енергія ротора [Дж], m - маса ротора [кг], K - геометричний коефіцієнт форми ротора [безрозмірний], δ - межа міцності матеріалу під час розтягування [Па], р - щільність матеріалу [кг/м3].
Геометрія (фактор формі). Максимально можливе значення форм-фактора[10] ротора маховика становить K=1, що може бути досягнуто тільки за допомогою теоретичної геометрії диска з постійною напругою. [11] Геометрія диска постійної товщини має форм-фактор K=0.606, у той час як для стрижня постійної товщини це значення дорівнює K=0.333. Тонкий циліндр має форм-фактор K=0.5. Для більшості маховиків із валом коефіцієнт форми нижчий або близький до K=0.333. Конструкція без вала має форм-фактор, аналогічний диску постійної товщини (K=0.6), що дає змогу збільшити густину енергії вдвічі.
Існує цікавий показник іспиту. Влітку 2012 року корпорація "Русский сверхпроводник" завершила підготовку дослідної документації та виготовлення експериментального зразка накопичувача кінетичної енергії (НКЕ) великої потужності та енергоємності. Після завершення виготовлення і приймальних випробувань було проведено повноцінні стендові випробування накопичувача з перевіркою працездатності всіх його вузлів, а також деяких основних режимів роботи. Оціночно, виходячи з обмеженості технічних можливостей оперативного вимірювання миттєвої швидкості маховика, можна було визначити потужність втрат агрегату на максимальній швидкості приблизно менше 1 кВт, з них потужність втрат у самому маховику на максимальній швидкості приблизно 200 Вт.
У зазначений час 3 хв. 7 сек. електромашина була переведена в режим генератора. Почалося таке ж плавне, відповідно до заданого для ПЧ режиму генерації, і практично лінійне зниження потужності генератора до 0 кВт і швидкості обертання маховика до менш ніж 100 об/хв. Тобто сукупний ККД накопичувача кінетичної енергії з видачі накопиченої механічної енергії з перетворенням її на електричну склав близько 96,72%, що вище, ніж у всіх інших реалізованих типів накопичувачів енергії. Енергія, що виробляється генератором, подавалася на гальмівні резистори, які нагрівалися і розсіювали теплову енергію в атмосферу. Зняття напруги під час розрядки накопичувача здійснювалося з ланки постійного струму, яку витримували доволі суворо на рівні близько 530В з невеликим підвищенням наприкінці циклу генерації до 550В.
Щоправда ефективність у 96% ні про що не говорить. Спробую пояснити, Мотор і генератор - це пристрої, які перетворюють електричну енергію в механічну, і механічну в електричну. Для трифазних машин (задіяна у випробуваннях одна машина синхронного типу, за принципом оборотності), при перетворенні має місце факт втрат. Що це означає, якщо все виміряти в кіловатах, то втрати матимуть такий вигляд. Якщо ми подамо в мотор 1 кВт електричної енергії, але на валу мотора отримаємо 0,8 кВт механічної. А для отримання з генератора 1 кВт електрики, до його валу потрібно прикласти 1,2 кВт механічної енергії. Щоб було наочніше, введемо цифри в таблицю на прикладі 1 кВт електричної енергії. Без урахування втрат у самому маховику, розкладка буде такою:
Перший рядок показує класичний розклад між механічною та електричною енергією. Ввели 1 кВт електрики, на маховик передали 0,8 кВт механічної енергії. Назад забрали 0,8 кВт механічної енергії, з генератора зняли 0,64 кВт електрики. Ефективність становитиме 64%. Цей показник і є каменем спотикання при створенні систем за типом "ротовертор" *.
Другий рядок показує результат корпорації "Русский стандарт" за їхньої задекларованої ефективності - 96%. Тобто якщо слідувати логіці, що застосовано звичайну трифазну оборотну синхронну машину, то для отримання на виході ефективності 96% (зарядили 1 кВт; зняли 0,96 кВт), для генерації такої кількості електроенергії потрібна механічна енергія в кількості 1,04 кВт. А при перетворенні 1 кВт електрики в механіку (в маховик) передано 0,8 кВт. Різниця становить 0,24 кВт механічної енергії, яка казна-звідки взялася. Звідси випливає, що під час випробувань маховик продемонстрував результат понад одиницю. Тут варто замислитися.
Ми підійшли до поняття механічна енергія. Правильна назва в механіці - кінетична енергія .
За визначенням, кінетичною енергією матеріальної точки масою [ m ], називається величина [ Ekin = 1/2 mV2], при цьому припускають, що швидкість точки [ V ] завжди значно менша за швидкість світла.
З використанням поняття імпульсу [ p = mV ] цей вираз набуде вигляду [ Ekin = p2 / 2m ].
При розгляді руху абсолютно твердого тіла його можна уявити, як сукупність матеріальних точок. Однак, зазвичай кінетичну енергію в такому разі записують, використовуючи формулу Кеніга, у вигляді суми кінетичних енергій поступального руху об'єкта як цілого і обертального руху: Ekin = 1/2 mV2 = 1/2 Iw2/2 = 1/2 Iw2
Тут m - маса тіла, V - швидкість центру мас, w - кутова швидкість тіла і I - його момент інерції відносно миттєвої осі, що проходить через центр мас.
Можливі позначення кінетичної енергії: T, Ekin, K та інші. У системі СІ вона вимірюється в джоулях (Дж).
Крутний момент (Т) дорівнює добутку сили (F) на плече її дії (r) і вимірюється в ньютонах, помножених на метр (Nm) або в кілограмових силах, помножених на метр (кгс * м).
Для Мотора ця формула матиме вигляд: Т = Fr, де Т = крутний момент навколо певної осі (Nm); F = Окружна Сила тиску (N); r = Радіус ротора (метри) Звісно, у моторах йде складніше обчислення, наприклад, ця формула для моторів із двома полюсами матиме вигляд: Т = 1/2 F * r.
Для обертової маси є один з основних показників Момент інерції. Момент інерції - скалярна (у загальному випадку - тензорна) фізична величина, міра інертності в обертальному русі навколо осі, подібно до того, як маса тіла є мірою його інертності в поступальному русі. Одиниця виміру в Міжнародній системі одиниць (СІ): кг-м². Позначення: I або J.
Розрізняють кілька моментів інерції - залежно від типу базової множини, до якої відраховуються відстані від елементарних мас. Так само є розрахунки маховиків з ободом і спицями.
Існує графічний метод визначення точки в режимі нарощування обертів обертання, коли накопичення кінетичної енергії переходить у вектор "множення". Якщо ми побудуємо графік з показників Накопиченої енергії [Дж] і показників Крутного моменту [Нм] для окремо взятого маховика, то візуально ми побачимо, що за лінійного графіка Крутного моменту, накопичення енергії відбувається не лінійно.
Візьмемо і проведемо аналіз. Для прикладу дослідження візьмемо маховик із системи Часа Кемпбелла, австралійського винахідника, який побудував систему генерації електрики на основі маховика. Крок обчислень зробимо в 100 об/хв, початок обчислень 175 об/хв. [Маховик вагою в m-10 кг, і зовнішнім діаметром 0,8 метра] [Free Energy Dec 2014 Chas Campbell's Flywheel System]
Лівий графік із показниками накопичення кінетичної енергії, розрахований за формулою Ек = Jw2, показник у Джоулях (Дж). Правий графік із показниками крутного моменту, який розрахували за формулою T = Jw, показник у Ньютон на метр (Нм). Як бачимо, в обох формулах практично одні й ті самі множники, а результат зовсім не однаковий, я маю на увазі лінійність графіка. Множники: [ J ] - Момент інерції, обчислюється для даного типу маховика за формулою: J = ½ *m*R2, де [ m ] загальна вага маховика, в нашому випадку 10 кг, і [ R ] радіус маховика в нашому випадку 400 мм або 0,4 метра. Розрахуємо і отримаємо (1/2=0,5) * 10 кг * 0,4 м = 0,8 кг/м2. Цей показник постійний для кожного показника швидкості [w] - швидкість обертання маховика, яка вимірюється в радіант на секунду. Як перевести оберти за хвилину в радіант за секунду, скористатися формулою w =2π*n/60, де 2π - повний оберт, а n/60 - кількість обертів за хвилину, поділена на 60 секунд (в одній хвилині 60 секунд). Так само можна скористатися "константою", що спростить обчислення w = n * 0,1047197551197.
Є ще дві формули для перевірки наших обчислень Кінетична енергія Ек = Jw2 = ½ mV2 (див. вище), де - V швидкість маси в метрах за секунду. Швидкість розраховуємо за формулою: V = ½ *2π * n * R. Проведемо порівняльний розрахунок цього показника для робочих обертів маховика Годинника Кемпбелла = 1573 об/хв: Ек = ½ mV2 = 10 кг * (65,856 м/с)2 /2 = 21 685,24 Дж; Ек = Jw2 = 0,8 кг/м2 * (164,724 рад/с2)2 = 21 707,24 Дж.
Як бачимо, є різниця, але вона незначна. Далі перевіримо розрахунок крутного моменту. Є формула, якою користуються під час переведення значення потужності P [кВт] у крутний момент T [Нм].
T = 9550 * P / n, де 9550 - константа, а Р - потужність у кіловатах. Ми Р [кВт] висловимо в кілоджоулях [1Дж = 1 Вт], адже нам вони відомі і порівняємо з попередньою формулою. Т = 9550*P/n = 9550 * 21,685 кДж / 1573 об/хв = 131,66 Нм Т = Jw = 0,8 кг/м2 * 164,724 рад/с2 = 131,78 Нм
Залишається поки що питання, чому Час Кемпбелл вибрав для свого маховика саме частоту обертання 1573 оберти на хвилину. Багато хто використовує методику графічного визначення точки частоти обертання. Тобто на графіку показників накопиченої кінетичної енергії потрібно з'єднати прямою лінією початок і кінець кривої графіка показників. Знайти точку на графіку показників, максимально віддалену від прямої, що з'єднує кінці розрахованого графіка. Із цієї точки починається перехід у нарощування енергії.
За більш точного визначення точки маємо приблизну середину між 1573 -1673 об/хв
Якщо подивитися на графік, то нібито обрана швидкість (зеленим) не дотягує до точки перелому (червоним). Розроблений мною механізм розрахунку маховика і потужності його підкрутки показав інше значення, під час перетину двох графіків індексів [Rf = Ku], розрахована швидкість обертання склала 1965 об/хв. При цьому механізм розрахунку вельми точно вказував на необхідну мірність введення крутного моменту, для підтримки обертання маховика без повного навантаження мотора, практично на холостому режимі. На жаль, підійти до вибору крутного моменту для знімання мені не вдавалося. Одне було виразно точно, потрібно шукати.
Якщо слідувати принципу важеля, то зняти весь момент з вала маховика не можна. Потрібно було знайти логічну пропорцію. Пробували різні пропорції, стійкий результат вийшов тільки в мірності 1/5 від усього моменту на валу маховика. Але все одно це було, навмання.
Реплікатори установки Чака Кемпбелла отримали стійкий результат тільки при введенні на вал до 5 Нм, крутного моменту, а знімання виходило не більше, ніж трохи більше, ніж 15 Нм (орієнтовно 1,9 кВт електричної потужності), при тому, що на валу маховика мали близько 130 Нм. Було цікаво перевірити варіант розрахунку відцентрового прискорення або сили (відцентрового, доцентрового) стосовно мірності крутного моменту. Багато хто скаже, що фізика їх визначила до фіктивних сил.
Цікаво, що нам про ці сили розповідає ресурс "Вікіпедія" Класичної механіки: Відцентрова сила - складова фіктивних сил інерції, яку вводять під час переходу з інерційної системи відліку до неінерційної неінерційної системи відліку, що обертається відповідним чином. Це дає змогу в отриманій неінерціальній системі відліку продовжувати застосовувати закони Ньютона для розрахунку прискорення тіл через баланс сил.
Формула розрахунку для матеріальної точки FPMP = mw2R. Доцентрова сила - це назва тієї складової сил, що діють на тіло, яка змушує тіло повертати (тобто рухатися траєкторією, радіус кривизни якої в точці, де перебуває тіло, не може бути прийнято таким, що дорівнює нескінченності). Це складова, спрямована перпендикулярно миттєвому вектору швидкості тіла. Формула розрахунку для матеріальної точки FCF = mw2R. Як бачимо, підсумкова формула розрахунку в обох сил однакова, у даних сил різний напрямок, дивимося на малюнок. Нагадаю, що сили вимірюються в Ньютонах. Чи фіктивна сила - відцентрова, можна переконатися, покатавшись на каруселі. Фіктивна сила розриває маховики. З цією фіктивною силою відпрацьована система боротьби в механіці. І цей метод боротьби - балансування виробу до обертання навколо осі. У цій статті так само розглядають питання з розрахунками противаг для балансування.
Вектор центробежной силы F получается умножением радиус-вектора на массу тела и на квадрат угловой скорости: F=m*ω2*R (понятно, что векторы F и R направлены одинаково). Согласно III закону Ньютона такую же величину, но противоположное направление имеет центростремительная сила, приложенная к вращающемуся телу и удерживающая его на окружности. Если тело не может быть представлено как материальная точка (таково большинство тел), центробежная сила вычисляется в точности так же, но вместо R берется r - радиус-вектор центра масс тела (рис. 1). Центр масс - это точка, в которой как бы сосредоточена вся масса тела. У симметричных тел (например, цилиндра или шара) центр масс совпадает с центром симметрии. Однако изготовить идеально симметричное тело невозможно, поэтому положение центра масс никогда точно не известно. Именно из-за этого возникает необходимость в балансировке вращающихся тел. Произведение двух сомножителей - радиус-вектора центра масс и массы тела - принято называть вектором дисбаланса или просто дисбалансом: d=m*r. Дисбаланс измеряется в кг*м. Он обращается в нуль только тогда, когда ось вращения проходит через центр масс. При вращении тела вектор дисбаланса вращается вместе с ним. так что его направление совпадает с центробежной силой
Для розрахунку маховика у вигляді повного диска, радіус беруть за повне коло, для розрахунку маховика у вигляді обода - за середню точку між зовнішнім і внутрішнім радіусом обода.
Пробуємо розрахувати, візьмемо відомі значення маховика 10 кг, діаметр 0,8 метра, кутова швидкість на частоті обертання 1573 об/хв = 164,724 рад/с2. F = mw2R = 10 кг * (164,724 рад/с2)2 * 0, 4 метра = 108 536, 25 Н
Забагато виходить, знаючи крутний момент маховика (131,78 Нм) за формулою T = Iw, розрахуємо силу, яка створює цей момент, виходячи з другої формули Т = FR F = Т/R = 131, 78 Нм / 0,4 метра = 329,14 H.
Виходить, просто космічна різниця, чого не може бути. Міркуємо далі, маса маховика не сконцентрована в одній або декількох точках, а розподілена по колу. Отже, ця сила має окружний характер розподілу. Мірність кола радіани або градуси, і їх у колі рівно 2π рад або 360о. Кут у радіанах (тета) - це довжина дуги (s), поділена на радіус (r). Коло описує 360 градусів або 2π радіан - пройти все коло буде 2*π*r / r. Тобто, радіан - це приблизно 360 / (2π) або 57.3 градусів. Наша формула набуде вигляду F = 1/360 mw2R = 108 536, 25 Н / 3600 = 301, 49 Н, результат "ближче до тіла", далі обчислимо Т = FR = 301,49 Н * 0,4 м = 120,60 Нм, явно не вистачає до значення, розрахованого традиційним способом.
Тепер знаючи "фіктивний" крутний момент, розрахуємо за відомою формулою "фіктивну" потужність P = Т * n / 9550 = 120,60 Нм * 1573 об/хв / 9550 = 19,834 кДж. Порівняно з результатом традиційного розрахунку = 21,707 кДж знову явно замало. Хоча, вже досить близько. Мені стало цікаво, а така різниця дотримується в усьому спектрі оборотів від нуля до максимуму. Проводимо розрахунок і оформляємо графічно для наочності:
На лівому графіку показники крутного моменту, на правому кілоджоулі. Графіки, розраховані традиційним способом - синім кольором, на основі "фіктивних" сил - червоним. Як бачимо, результати перебувають в одній системі координат, але відрізняються. Природно, наш розрахунок на основі даних сил PMP/CF не може замінити розрахунок крутного моменту класичним методом. Але ми в даному випадку, отримали інструмент оцінки стану маховика на предмет виконання пристрою в положенні "+" моменту імпульсу. Трохи проаналізуємо ситуацію з установкою Часа Кемпбелла. Відеоролик скандальної установки з 10 кг маховиком і її схема (вище), на яку багато хто посилається.
Патенту на цю установку немає, дивно, що авторської роботи з описом установки так само немає. Далі розмірковуємо, якщо Час Кемпбелл спеціально виготовляв маховик, а не використовував будь-який готовий підходящий, значить, він переслідував певну мету. Яку? У своєму аналізі я дійшов висновку. Що йому потрібно для наочності використовувати мотор потужністю в 1 к.с. Що таке 1 к.с. це мірило однієї одиниці потужності для Австралії та англомовних країн, під впливом Великої Британії. Кінська сила - позасистемна одиниця потужності (українське позначення: к. с.; англійське: hp; німецьке: PS; французьке: CV; російське позначення: л. с.)
У більшості європейських країн кінська сила визначається як 75 кгс-м/с, тобто як потужність, що витрачається під час рівномірного вертикального піднімання вантажу масою 75 кг зі швидкістю 1 метр на секунду за стандартного прискорення вільного падіння (9,80665 м/с²). У такому разі 1 к. с. становить рівно 735,49875 Вт, що іноді називають метричною кінською силою, хоча вона не входить до метричної системи одиниць.
У США та Великій Британії в автомобільній галузі досі прирівнюють кінські сили до 745,69988145 Вт (позначення англ. hp), що дорівнює 1,01386967887 метричній кінській силі.
У США і не тільки, також використовуються електрична кінська сила і котлова кінська сила - використовуються в промисловості та енергетиці. Електрична кінська сила дорівнює 746 Вт.
Для того, щоб цей мотор тягнув систему, та ще й на виході був лишек, потрібен був відповідний маховик. Час розрахував саме ці параметри для своєї системи і виготовляв саме цей маховик, чому? Судячи з розмірів і ваги, його було не просто виготовити. Ви сумніваєтеся, спробуйте: загальна вага має бути строго 10 кг; зовнішній діаметр приблизно 800 мм. Для порівняння зі сталі маховик такого діаметра матиме товщину 2,5 мм
Розрахуємо за формулою: m = (πD2/4)*L*p, де: m - масса маховика, кг; D - діаметр у метрах; L - товщина в метрах; р - щільність матеріалу в кг/м²
Знаючи щільність сталі - 7800 кг/м², можемо знайти шукану товщину, вона становитиме 2,56 мм або 0,00256 метра, вага диска при цьому становитиме 10,032 кг. На фото (див. вище), диск маховика у Кемпбелла набагато товщий, у межах 8 см. Найімовірніше, у нього інший матеріал, головне, щоб він витримував задану швидкість обертання із запасом міцності. Є ще варіант у нього дві прес-форми, з'єднані разом товщиною аркуша в 1 мм, тобто маховик пустотілий. Залишимо це іншим для розгадки, приймемо версію про пустотілий маховик зі сталі. Перейдемо до подальшого дослідження нашої теми з розрахунку оптимальних обертів маховика, і оптимального відбору потужності для генерування електроенергії. Раніше я ставив планку знімання ¼ від моменту на валу маховика без урахування введення на вал. Що виявилося, можливо, помилковим рішенням. Але під час відпрацювання нових даних потенційної можливості знімання з маховика вийшла планка 1/5. При цьому різниця крутного моменту маховика між традиційним розрахунком і ЦБС/ЦСС має вказувати на потенціал моменту імпульсу. Момент ЦБС має бути більшим за момент маховика. Чим ця величина більша, тим краще. Розрахуємо і вивчимо показники маховика Часа для швидкості 1573 об/хв і 1720 об/хв. Саме на цій швидкості моменти обох розрахункових показників матимуть рівне значення.
Таблиця 2
Швидкість обертання маховика
n
RPM
1573
1720
Крутний момент маховика (класичний)
F1
Nm
131,78
144,09
Крутний момент маховика (PMP/CF)
F2
Nm
120,60
144,19
Різниця
2-1
Nm
-11,18
0,099
За швидкості маховика в 1720 об/хв, виконується умова введення - 0,7 кВт, знімання - 1,9 кВт.
Повертаємося до параметрів, озвучених для системи Часа, що у нього стояли: однофазний мотор - 1 к.с. (750 Вт), однофазний генератор - 3,5 кВт, і маховик масою 10 кг. Далі на ресурсі Патріка Келлі (Англія) було надано схему, яку ви бачили вище.
Якщо зібрати за схемою зі швидкістю обертання в 1573 об/хв, відбір можна буде зробити не більше ніж 1,5 - 1,9 кВт генератором. При зведенні дебету з кредитом на виході матимемо трохи більше 0,6 - 1 кВт споживчого навантаження. Припускаю, що Час Кемпбелл так само вийшов на оцінку залежності крутного моменту на валу маховика від ЦБС/ЦСС, і ми побачили, що її можна зробити на елементарній базі, використовуючи визнані та перевірені формули. Таким чином, можна сміливо припустити, що в схемі, показаній на ресурсі Патріка Келлі, проведено коригування даних щодо передавальних чисел і занижено оберти маховика. У реальності показники швидкості маховика повинні були мати від 1750 до 2100 об/хв.
Залишається тільки не з'ясованим питання, звідки береться ця "зайва енергія" в маховику. Я думаю, енергії в маховику зайвої не може бути, оскільки маса, що обертається, при збільшенні швидкості збільшується. Ця маса не вага в прямому сенсі, це еквівалент енергії. Математично її можна виразити на кг/ ваги, але це буде не вірно.
Звісно, в тілі, що обертається, вектори швидкості та відцентрової сили взаємно перпендикулярні. Але не слід поширювати на цей факт логіку простого криволінійного руху. Під час криволінійного руху вектори напряму-швидкості та прискорення "заважають" один одному - кожен вектор "тягне" у свій бік. Але при обертальному русі вектор тангенціальної швидкості ніяк не заважає відцентровій силі. Навіть навпаки - підсилює її ефектом важеля. І ми з'ясували, що цей ефект відбувається на різних швидкостях обертання, до точки "рівноваги" PMP/CF буде гальмом, а далі буде підганяти маховик.
Як проектують маховики для ДВЗ. Маховик забезпечує заданий ступінь рівномірності обертання колінчастого вала, мінімальні числа обертів холостого ходу, а для тракторних двигунів і можливість початку руху за рахунок кінетичної енергії маховика. Тому маховики тракторних двигунів порівняно з маховиками автомобільних двигунів мають більшу масу. Необхідність у маховиках з великою масою в автомобільних двигунів відпадає і тому, що в них великий запас потужності і дуже часто автомобільні двигуни, особливо легкових автомобілів, працюють із навантаженням лише 30-50% від номінальної потужності. Збільшення маси маховика такого двигуна може призвести до погіршення прийомистості, що може знизити середню швидкість машини під час руху з частими зупинками.
Проблема полягає в тому, що маховик не може одночасно приймати крутний момент, накопичувати і посилений віддавати в навантаження. Якщо ви візьмете батарейку, під'єднаєте лампочку, паралельно додасте конденсатор і чекатимете дива, що батарейка з конденсатором вам видасть більше, ніж має батарейка. Так приблизно йде справа з маховиком. Маховик може заряджатися розкручуючись (збільшуючи швидкість обертання) і віддавати (зменшуючи швидкість обертання). За те у маховика є одна властивість, якої немає в електричного конденсатора. З кожним обертом після точки "і" накопичений момент маховика не чинить опору обертанню, а навпаки сприяє розгону. Розгінний двигун працює постійно, а ось навантаження повинне мати періоди між накопиченням і відбором потужності.
Споживаючи енергію через рівні проміжки часу, електромагнітний генератор крутного моменту, працює на екзо-механічному ефекті "Вихідна потужність більша за вхідну". Екзо-механічний ефект виникає, коли два джерела енергії (статичні та/або динамічні) прикладаються до одного й того самого об'єкта.Сам по собі цей ефект не є надмірною єдністю. Переваги його використання існують тільки тоді, коли магнітний момент вищий, ніж у первинного двигуна.
Крутний момент маховика виражається як: Т=Jw, але він працює тільки під час прискорення і гальмування. Під час прискорення до моменту маховика додається момент електромагнітної системи прискорення Т=Fr. При певній швидкості крутний момент буде перевищувати в 10 і більше разів необхідний крутний момент для обертання генератора. При включенні генератора крутний момент буде знижений до певної швидкості обертання маховика, після чого генерація вимикається і починається повторний розгін до заданої швидкості. Коли система вже працює, вартість розгінної потужності значно менша, ніж потужність навантаження, що відбирається від генераторів.
