Все бы было так хорошо и замечательно, если бы все это было легко подтвердить практически. Давайте разберемся Активная мощность (P) выражается в ваттах. Другими словами активную мощность можно назвать: фактическая, настоящая, полезная, реальная мощность. В цепи постоянного тока мощность, питающая нагрузку постоянного тока, определяется как простое произведение напряжения (U) на нагрузке и протекающего тока (I), то есть потому что в цепи постоянного тока нет понятия фазового угла между током и напряжением. Другими словами, в цепи постоянного тока нет никакого коэффициента мощности. Но при синусоидальных сигналах, то есть в цепях переменного тока, ситуация сложнее из-за наличия разности фаз между током и напряжением. Поэтому среднее значение мощности (активная мощность), которая в действительности питает нагрузку, определяется с коэффициентом мощности. В цепи переменного тока, если она чисто активная (резистивная), формула для мощности та же самая, что и для постоянного тока.
Формулы для активной мощности: P = U I— в цепях постоянного тока P = U I cosθ — в однофазных цепях переменного тока
Проверим выполнение правила Миткевича на практике. Англоязычный парень mich, провел для меня эксперимент с простейшим генератором:
Он попытался рассчитать электромагнитный момент генератора, на основании расчета магнитной индукции магнита и формулы Силы ампера с Моментом силы, которые предлагают как константу общеобразовательные дисциплины. Рассмотрим схему эксперимента для 15 витков генератора, в расчете электромагнитного момента мотора, Митч указал скорость вращения преобразователя 2000 об/мин. У нас есть достаточно данных для расчета данных.
Как видите, исходя из формулы преобразования электрической мощности в электромагнитный момент M = P*9.55/n, КПД преобразования (КПД = Pg/Pm = Mg/Mm) составила 0,65 (65%) как по электрической мощности так и по мерности электромагнитных моментов. Что соответствует применяемой практике в электротехнике.
Обратим внимание, какой электромагнитный момент насчитал Митч, M = F*r = N*(B*l*I) * r = 15 витков * (0,31 Тл *0,66 м * 1,3А) * 0,055 м = 0,219 Н*м. Я немного поправил введя его расчетные показатели тока и магнитной индукции. В любом случае результат космический 0,219 Н*м против 0,065 Н*м.
Допустим Мич, ошибся в расчете магнитной индукции внешнего поля, полюса магнита в зоне проводника. Его формула как раз не учитывает зазора, который обозначил Мич равный 5 мм.
Мы можем это сделать двумя способами, ПЕРВЫЙ СПОСОБ: рассчитать в онлайн калькуляторе и получить Вm = 0,1307 Тл
Пробуем рассчитать электромагнитный момент: M = F*r = N*(B*l*I) * r = 15 витков * (0,1307 Тл *0,66 м * 1,3А) * 0,055 м = 0,093 Н*м. Показатель электромагнитного магнитного момента просто чудесный так как КПД преобразователя будет равно СОР = 0,093/0,099 = 0,94 (94%). Что ж замечательно, но маловероятно.
ВТОРОЙ СПОСОБ: Рассчитать из полученных данных электрической мощности. Найдем значение магнитной индукции из формулы ЭДС: Е = Bm*l*v. Нам надо найти скорость изменения магнитного потока, найдем ее по формуле: v = π*r*n/30 = π*r*n/30 = 3.14 * 0.055 * 2000 / 30 = 11.51 м/с
Так же нам необходимо найти значение ЭДС. Находим мерность падения напряжения U' = I*R = 1.3A * 4Ohm = 5.2V, складываем с напряжением на клемах генератора и получаем значение ЭДС в фазе генератора: E = Ug + (I*R) = 10.4 +5.2 = 15.6 V.
Далее преобразовываем формулу ЭДС Е = Bm*l*v для расчета Магнитной индукции: Bm = E/v/l = 15.6V /11.51 m/s / 9.9 m = 0.1369 Тл *
Пробуем рассчитать электромагнитный момент с полученным результатом: M = F*r = N*(B*l*I) * r = 15 витков * (0,1369 Тл *0,66 м * 1,3А) * 0,055 м = 0,097 Н*м. Показатель просто очень замечательный СОР = 0,097/0,099 = 0,98 (98%). Что тоже ОЧЕНЬ замечательно, но ВЕСЬМА маловероятно. У любой системы вращения и мотора с ней, есть момент холостого хода, в данном случае он практически равен нулю, что по факту невозможно. Я уверен, что если бы Мич. сделал замеры потребляемой мощности мотором в холостом режиме генератора на скорости вращения 2000 об/мин, мы бы имели точную мерность ошибки.
Найдем ее из исходных данных М0 = 0,099 - 0,065 = 0,034 Н*м . Далее находим мощность холостого хода: Р0 = М0 * n / 9.55 = 0,034 * 2000 / 9,55 = 7.1 Вт
В данной формуле: M = F*r = N*(B*l*I) * r, может быть изменено только значение магнитной индукции В. В учебниках указывают на существование среднего значения магнитной индукции Вср.
Среднее значение магнитной индукции, можем определить из параметра механической мощности генератора, которая по умолчанию должна быть равна электрической мощности. Ре = Рм = 13,5 Вт .
Нам известны все показатели. Найдем результирующую силу Ампера из формулы M = F*r : F = M/r = 0.065/0.055 = 1.18 Ньютонов
Далее по формуле модуля магнитной индукции. находим значение результирующей магнитной индукции: В = F / (l*I) = F /(N*l)*I
B= F /(N*l)*I = 1,18 / (15*0,66) * 1,3 = 0,091 Тл
Если мы возьмем, данное значение магнитной индукции и подставим в формулу расчета ЭДС: Е U= BmВ*l*v* = 0.091 * (15*0.66) * 11.51 = 10.4 V, полученный результат совпадает с мерностью напряжения на клемах генератора исходных данных получены по факту измерения.
Определённые ортодоксы и хранители физических констант возразят, так как магнитное поле и его магнитная индукция магнитного полюса ротора генератора в зоне проводника неизменна.Это безусловно, но что же тогда меняется для получения соответствующего результата результирующей электромагнитной силы?
Принимаем, и распишем. Для начала Правило Миткевича: Развиваемая генератором электрическая мощность, равна преобразуемой механической мощности.
Полная электрическая мощность, развиваемая генератором постоянного тока, равна произведению электродвижущей силы генератора на величину полного тока его якорной обмотки: P=EIa. Если поддерживать ЭДС генератора постоянной, то полная электрическая мощность его будет пропорциональна току . Согласно формуле ЭДС генератора : E=(p/a)zФ(n/60) При прочих равных условиях полная электрическая мощность генератора растёт с увеличением числа оборотов его якоря и увеличением числа полюсов его. Полезная мощность P1 , отдаваемая генератором во внешнюю цепь, равна произведению электрического напряжения на зажимах генератора на величину тока , посылаемого генератором во внешнюю цепь: P1=UI , где P1 — полезная мощность в Ваттах; U — напряжение в Вольтах; I — ток в Амперах.
Ничего особенного не заметили? Хорошо тогда запишем уравнение Миткевича в цифрах рассмотренного нами простейшего генератора:
20,28 Вт = 15,6 В * 1,3 А = (0,1369 Тл * 11,51 m/s * 9.9 m ) * 1,3А = (0,1369 Тл * (1,3 А*15 витков) * 0,66 m) * 11,51 m/s = 1,76 Ньютонов * 11,51 m/s = 20,36 Вт
Ре = 20,28 Вт = 20,36 Вт =Pk
Для учеников и студентов (которым не придется делать расчет электрических машин) все прелестно подтверждается, для ЕГЭ и оценки за пройденный материал. Только мощность нашего генератора не имеет показателя 20,3 Ватта, его значение 13,5 Вт. Мне возразят, что данная формула имеет отношение к полной мощности. Я на данное утверждение возражу. Полная ЭДС будет определятся на клемах генератора. только в момент работы генератора с незамкнутой цепью, в которую включена нагрузка.
То есть выражение Pe = EI абсурдно по существу. Сила тока в контуре: генератор - нагрузка, возникает только в момент подключения к клемам генератора, нагрузки со своим сопротивлением, и синхронно происходит его падение напряжения в цепи от исходной ЭДС: U = E - (I*R). Электродвижущую силу фазы нельзя перемножать на действующую силу тока. Мало того, есть нестыковки, а именно магнитная индукция от магнитного потока внешнего полюса, в зоне активного провода фазы формирует исходную электродвижущую силу, и с точки здравого смысла ее показатель четко измеряется и рассчитывается (в нашем случае результирующая магнитная индукция внешнего поля составилаВ =0,1369 Тл). А вот результирующая магнитная индукция в действующей Силе Ампера, формирующую механическую мощность генератора, опять же рассчитанную по общеизвестной формуле составила В =0.091 Тл . Фактически если посмотреть трезво и логически, уровень магнитной индукции снизился на уровень падения напряжения. Если уровень магнитной индукции внешнего поля не изменился, тогда, что изменилось?
Ранее был проедены ряд экспериментов с расчетом тяговой электромагнитной силы проводника с током в магнитном поле.
Я свел полученные данные и расчеты в таблицу :
В данном эксперименте, так же фактический результат различный от рассчитанного по константе. А главное это прямая зависимость от величины падения напряжения (фактически вихревого электрического поля), на участке проводника в магнитном поле. Получается, что конечное значение, в модуле электромагнитной силы, остается за электромагнитной силой проводника, а не внешнего поля. Если рассмотреть мерность значений магнитной индукции проводника с током, результирующая электромагнитная сила будет напрямую зависеть от наличия электрического вихревого поля вокруг проводника, именно значение магнитной индукции вокруг проводника будет действующем, даже если внешнее поле будет намного превышать значение магнитной индукции проводника доступное для взаимодействия с внешним магнитным полем.
Таким образом, константа из учебника физики, так любимая ортодоксами физики и линейными инженерами B (1 Тл) = F (1 Н) / [L (1 м) * I (1 А)], применима для проводника, где падение напряжения на данном проводнике, является абсолютным или напряжение падения составит напряжение источника.
ПС
Данное условие позволяет переосмыслить конструирование моторов и генераторов, что позволяет допустить возможность создания простейшего электромагнитного преобразователя с КПД больше ЕДИНИЦЫ. (В таблице уже рассчитанные варианты таких машин)
Если Вам не терпится убедить меня, что я ошибаюсь или сделал открытие, не утруждайте себя. Приму доказательство заблуждения, только с примером инженерного вменяемого расчета, который можно проверить. Так же двигать эту тему в научные круги не собираюсь, как и доказывать свою правоту ортодоксальным физикам и инженерам. Для меня достаточно, что я разобрался сам и поделился с вами в данной публикации. Чтобы рассчитать уровень магнитной индукции для расчета Силы Ампера, нужно вывести коэффициент для результирующей магнитной индукции от магнитной индукции внешнего поля из условия уровня падения напряжения на активном участке провода k'=U/E, где: U - действующее напряжение в контуре, в вольтах, Е - исходное напряжение источника, или ЭДС холостого хода генератора, в вольтах). Чтобы узнать магнитную индукцию, для результирующей Силы Ампера нужно магнитную индукцию внешнего магнитного поля, в зоне проводника, умножить на данный коэффициент В = Вm*k'. Вы можете так же от Силы Ампера полученной экспериментально, по показаниям динамометра, зная силу тока, длину активного провода, и два значения напряжений: исходное и действующее, рассчитать результирующую магнитную индукцию внешнего поля в зоне проводника. Объясняется это просто, вихревое магнитное поле проводника, для взаимодействия с внешним полем, работает только на границе вихревого электрического поля. Чем ближе эта граница (r) к поверхности проводника, тем результативнее магнитное взаимодействие провода с током и внешнего магнитного поля. Рассчитать эту границу, так же возможно по формуле: r = (1+k')*μ₀*(I/(2π*Bm)), в дальнейшем, подставив данное значение в формулу расчета магнитной индукции для прямого проводника B=μ₀*I/2πr, мы получим значение результирующей магнитной индукции для Сила Ампера, а также для действующего напряжения генераторной обмотки под нагрузкой. Связано это или нет, уже очевидно. Хотите назовите этот коэффициент, коэффициентом Ракарского, я возражать не буду. Всем удачных исследований и достижений поставленных целей и задач, если они благие.
*
*