Среди генераторов особняком стоит одно устройство, которое лежит в основе современных электрогенерирующих динамо-машин — так называемый диск Фарадея.
Несмотря на ряд недостатков, он обладает несколькими достаточно впечатляющими характеристиками:
- крайне просто устроен, что позволяет проводить эксперименты по самостоятельной постройке такого устройства практически любому желающему;
- сразу генерирует постоянный ток без каких-либо выпрямителей;
- при достаточно малом выходном напряжении (может быть скорректировано, об этом ниже) может потенциально генерировать огромные токи (до миллиона ампер и более), что позволяет использовать его в качестве источника питания для мощной электросварки (сразу сваривающей даже бруски металла) и рельсотронов (над этим типом питания, в частности, работала американская DARPA), заменяя собой батарею конденсаторов.
В описании ниже рассматривается потенциально весьма мощное электрогенерирующее устройство, самостоятельная работа с которым может быть опасной для жизни и здоровья. Автор статьи ни к чему не призывает и ничего не гарантирует, вся информация статьи даётся исключительно в познавательных целях.
Первая версия такого устройства была построена Майклом Фарадеем в 1831 году и выглядела как токопроводящий диск из меди, в своём вращении проходящий сквозь неподвижный подковообразный магнит.
Современная реплика подобного устройства показана ниже:
Как уже говорилось выше и как можно видеть из приведённого видео, такое устройство может генерировать достаточно малое напряжение, типичное значение которого измеряется долями вольта или десятками вольт в случае небольших устройств, в то время как большие лабораторные устройства могут генерировать и напряжения в сотни вольт (это не строго; ниже мы увидим, что даже маленькие устройства могут вполне эффективно повышать напряжение).
И в то же время, как можно видеть по ссылке (т. к. владелец видео не разрешил его демонстрацию на других сайтах), это устройство позволяет ярко вспыхивать лампе накаливания, что говорит о достаточно большой генерируемой силе тока:
Выше уже говорилось о низком сопротивлении этого устройства в целом по сравнению со стандартными генераторами, содержащими в своей конструкции обмотки. Причиной этого является как раз отсутствие каких-либо проволочных обмоток, что и позволяет генерировать большую силу тока.
Съём полезного генерируемого электричества происходит следующим образом:
- один контакт подключается к валу вращающегося диска, который электрически связан с самим диском;
- второй контакт подключается к периметру диска:
Оба использованных контакта представляют собой ползунковые пластинки, что является одним из факторов неэффективности, так как генерируемая величина напряжения мала, а такой контакт обладает повышенным сопротивлением, и это ещё больше снижает эффективность всей системы.
Тем не менее, известны способы улучшения этого момента: с помощью замены ползунковых контактов на жидкие металлы, например, ртуть, или галлий.
Полярность генерируемого тока зависит от направления вращения диска: то есть, вращая диск в разных направлениях, можно инвертировать полярность.
Чтобы понять, как течёт ток в диске и сопутствующей цепи, можно посмотреть на картинку ниже:
Для упрощения понимания на этой картинке вращающийся диск представлен в виде расходящихся, как лучи солнца, от центра к периметру диска, проводов.
Когда такой движущийся провод попадает в зону действия магнитного поля, в нём возникает электрический ток, текущий от центра диска к его периметру (на картинке показан красной стрелкой с подписью «current»).
Тем не менее, такой провод является исключительно умозрительным, так как реальный физический диск предоставляет гораздо большую площадь для течения тока, чем только по одному проводу — и это является проблемой: в этом случае наблюдаются два направления течения тока (на картинке второй не показан, там показан только один, который может быть использован для практических целей) — один ток течёт от центра к периметру, а второй, назовём его «паразитный» ток — течёт по-другому пути, от периметра к центру, протекая за пределами той зоны, где есть магнитное поле.
Примечание: насколько я понимаю (это отдельно обычно не поясняется в литературе), при вращении диска в другую сторону направление полезного тока также будет обратным (не как показано на картинке выше): от периметра — к центру; а паразитный ток, также инвертирует направление: от центра — к периметру.
Это приводит к тому, что уменьшается выходная эффективность устройства, и этот ток приводит к ненужному нагреву самого диска.
Выдвигаются идеи, что этот паразитный ток можно убрать или минимизировать, если расположить на диске дополнительные магниты (помимо неподвижных, на статоре), расположив их по периметру диска, что приведёт к равномерному воздействию магнитного поля на весь диск.
Кстати говоря, с этим диском связана весьма любопытная вещь, которая раньше не имела научного ответа: это так называемый «парадокс Фарадея», суть которого, применительно к этому диску, заключается в том (если совсем простыми словами), что такой диск может генерировать электричество, как вращаясь, сквозь постоянное магнитное поле неподвижного магнита, так и вращаясь вместе с этим постоянным магнитом! О_о
Те, кто более-менее знаком с электротехникой, а таких, я думаю, здесь большинство, знают, что наиболее широко используемые в современное время версии генераторов (мы сейчас здесь не говорим об электростатических и прочих экзотических версиях) содержат обязательно статор и ротор, где убирание какой-либо из этих обязательных частей приведёт, просто-напросто, к отсутствию генерации.
В случае же диска Фарадея, это вовсе не так: мы можем иметь всего лишь один, единственный ротор, без статора, с установленным на ротор магнитом и получать с него электричество! О_о
Такого типа генератор часто называют «барабаном Фарадея» (Faraday Drum).
По ссылке ниже (т. к. владелец видео не разрешил его демонстрацию на других сайтах) можно увидеть как раз версию такого генератора (см. с 1:30). Снятие генерируемого тока осуществляется с оси, на которой подвешен магнитный диск, и с периметра самого диска.
И мало того: укрепив на ось несколько магнитов, подключённых последовательно, можно повышать величину генерируемого напряжения (в эксперименте ниже, для всей сборки магнитов она составила 125 милливольт (см. с 3:04)):
Кроме того, можно ещё отметить, что появление редкоземельных магнитов (например, неодимовых) даёт новую жизнь этим старым техническим решениям, увеличивая их эффективность.
Ещё одна любопытная заметка по поводу величины генерируемого напряжения: удалось найти информацию, что она прямо пропорциональна частоте вращения диска и обратно пропорциональна диаметру диска.
Как можно видеть, нигде, по крайней мере, в пределах прямой видимости, статоров с магнитами не наблюдается :-) Парадокс? Парадокс…
Тем не менее, насколько мне удалось понять, современная наука нашла решение этого парадокса, базируясь на открытии электронов и формулировании силы Лоренца, и подробное объяснение этого решения можно найти вот здесь, где в разделе «Taking the return path into account» оно и приводится и звучит примерно так: ток возникает благодаря тому, что даже если магнитное поле вращается вместе с самим магнитом, то ток всё равно будет возникать, так как этот магнит не находится в состоянии покоя относительно неподвижной внешней цепи. А как мы знаем, электрический ток, по крайней мере тот, который можно использовать для полезных целей и который генерируется электромагнитными генераторами, возникает только в случае изменяющегося магнитного поля, каковым оно и является относительно внешней цепи. Выглядит несколько странновато, согласен, однако это лучшее объяснение, которое мне удалось найти.
Несмотря на свою неэффективность в части преобразования механической работы в электрическую энергию, считается, что диск Фарадея может быть весьма эффективным в больших масштабах: в истории известны устройства, представлявшие собой большие маховики, способные импульсно генерировать очень большие потоки.
Например, известно устройство, использовавшееся 1960-х годах в Австралии для питания ускорителя частиц, которое могло генерировать токи вплоть до 2 МА.
Весьма впечатляющие возможности этого устройства описаны в одном из экспериментов вот здесь, где рассказывается о проведённом ещё в 1980-х годах эксперименте по свариванию стальных «прутков», диаметром 1080! мм (нет, это не ошибка, диаметр «прутка» составлял именно более 1 метра! О_о), где в ходе эксперимента прутки были плотно прижаты друг к другу прессом, после чего через место их соединения пропустили ток порядка 500 кА, что привело к надёжному их привариванию друг к другу! При этом металл в месте стыка сначала стал оранжевым, а потом — раскалился добела…
Несколько отвлекаясь от темы: кто там хотел запитать самодельный рельсотрон? Вот, один из вариантов: "640КБ500 000 ампер — хватит каждому ©". А может быть, даже:
Для достижения таких результатов использовался диск диаметром 3 фута (91,44 см) и толщиной 1 фут (30,48 см), раскрученный до скорости в 4000 об/мин.
К сожалению, они умолчали о магнитной части устройства, поэтому о ней остаётся только догадываться…
Так как в открытом доступе информация на сей счёт отсутствует, то предположил бы, что постоянный магнит для такой исполинской конструкции раздобыть будет сложновато, а поэтому, скорее всего, там был использован, назовём его условно «динамический магнит» или попросту, электромагнит.
То есть некая обмотка с сердечником, который намагничивается первым начальным импульсом электричества через обмотку извне, например, от внешнего аккумулятора, после чего замыкают цепь уже самого диска Фарадея. Он начинает тормозиться, генерируя при этом электроэнергию, часть которой постоянно отбирается и идёт на питание электромагнита, а внешний аккумулятор при этом отключается.
В теории, если сделать обмотку этого электромагнита достаточно электрически прочной (намотать проводом условно «толщиной в руку» ?), то такая обмотка вполне выдержит большой генерируемый ток, и на неё можно будет подать значительную мощность, увеличивая силу электромагнита с ростом генерации. Или сделать, скажем, две обмотки: первую — на много витков, намотанную тонким проводом, которая запитывается от аккумулятора, и вторую — толстым проводом, на мало витков, которая будет запитана после начала генерации самим диском Фарадея.
Описанный подход (с первичной запиткой от аккумулятора и последующим его отключением от электромагнита) широко распространён и применяется, в частности, в конструкции автомобильных генераторов и не только (при желании подробнее прочитать про это, можно глянуть, например, про катушку возбуждения).
После замыкания электрической цепи этот вращающийся диск за период порядка 1 секунды встал намертво (т. е. полностью остановился до нуля оборотов) и накопленная механическая энергия преобразовалась в электрическую (не совсем эффективно, но всё же), что позволило сгенерировать огромный ток, способный практически моментально расплавить даже самые тугоплавкие стали (исследователи перебрали их большой список, включая хромомолибденовые стали и даже вольфрам).
Для обеспечения минимальной силы трения, для подвеса маховика, в те годы использовали гидростатические подшипники, подразумевающие, что маховик будет вращаться, опираясь на тонкую плёнку масла, подаваемого под высоким давлением.
Оборудование, которое могло обеспечить такую подачу масла, было дорогим, что и ограничивало широкое распространение такого типа сварки.
Однако уже в девяностые годы широко распространились японские керамические подшипники, которые позволяют также эффективно вывесить ротор с минимальным трением и убрать потребность во всём этом дополнительном сложном оборудовании, что в наше время даёт этой технологии сварки новое дыхание.
В данный момент такая технология используется для сварки мостов (как минимум, в США), где начальный импульс служит для непосредственного приваривания деталей друг к другу, после чего диск снова раскручивают, и начинают с него заново подавать импульсы (подозреваю, что используется что-то типа ШИМ), что позволяет прогреть заготовки, не давая сварочному шву слишком быстро остывать.
Видимо, подразумевается, что для конкретных сталей требуется соблюдение определённого температурного режима для формирования мартенсита с определённой зернистостью в структуре шва, чтобы он получился нужной прочности. Наверняка, этот момент является весьма важным для строительства мостов.
Компания, работающая над сваркой мостов, планирует распространить эту технологию также и для сварки железнодорожных рельсов, так как мгновенность процесса и получающееся хорошее качество являются весьма привлекательными для бизнеса.
Единственной проблемой остаётся некоторая громоздкость оборудования, что затрудняет его перевозку с места на место…
Завершая этот рассказ, можно отметить, что, как это часто бывает в истории науки и техники, новые поколения, опираясь на современные изобретения, переосмысливают старые решения, которым, как ни странно, находится место и в современном мире, даже несмотря на то, что этим решениям может быть уже почти 200 лет...
© 2024 ООО «МТ ФИНАНС»
Telegram-канал со скидками, розыгрышами призов и новостями IT ?
Комментарии (78)
CaptainFlint
16.11.2024 14:02…по свариванию стальных «прутков», диаметром 1080! м (нет, это не ошибка, диаметр «прутка» составлял именно более 1 метра! О_о)
И всё-таки, да, это ошибка, так как 1080 метров это более километра. :-)
DAN_SEA Автор
16.11.2024 14:02миллиметров конечно ;-)
DAN_SEA Автор
16.11.2024 14:02P.S. Почему число не ровное - не 1000 мм, - думаю, что из за дюймовой системы у них (при переводе в метрическую систему, получается не ровное число; это как всякие 5,45 и т.д. калибры в оружии - оттуда же корни растут).
AuToMaton
16.11.2024 14:02А я думаю что 1080 потому, что FHD.
DAN_SEA Автор
16.11.2024 14:02Версия интересная :-B. Однако, такой "пруток" вполне себе присутствует в номенклатуре продукции металлургических компаний :-)
kompilainenn2
16.11.2024 14:02что из за дюймовой системы у них
они там вообще не понимают, что такое четверть фунта (ц)
Galy4a
16.11.2024 14:02За сварочные работы отвечала известная в области высокотемпературных технологий компания Nvidia.
fujikiriku
16.11.2024 14:025.45 это как раз метрическая система мер
А вот .45 или .450 - это английская, дюймовая. Как и 12, правда тут уже меряют в фунтах. Ну и трехлинейка - тоже дюймовая.
DAN_SEA Автор
16.11.2024 14:02Верно, 5.45 - метрическая. А почему она не "5" или "6"? :-) Круглые числа удобнее вроде как. После нахождения ответа на этот вопрос - всё становится понятно :-)
iShrimp
16.11.2024 14:02Остаётся лишь догадываться, какое сечение было у оси диска, скользящих контактов и соединительных проводов, что они сами не расплавились под действием тока 500 кА.
NeoCode
16.11.2024 14:02А если магниты вращать а диск сделать неподвижным, то я правильно понимаю что проблемы скользящих контактов вообще исчезнут?
rexen
16.11.2024 14:02Нет, это неэквивалентно. Если вращать поле, то и контакт тоже нужно будет вращать за полем.
V_Scalar
16.11.2024 14:02Но тогда магнитное поле будет пересекать проводник только один раз за один оборот, а в данном устройстве диск можно представлять как огромное количество проводников, таким образом эффективность будет больше.
Интересный опыт: электромотор из пальчиковой батарейки, магнита, шурупа и куска провода. Вероятно это обратный эффект.
В промышленных генераторах применяется обмотка возбуждения в которую подают ток только при запуске генератора
DAN_SEA Автор
16.11.2024 14:02Я полагаю, если хорошо подумать, этот метод генерации можно много где применить (если с умом). Кто то вон мосты варит...Если кто хотел умный бизнес - вот один из них;-)
Кстати, а для чего ещё могут понадобиться такие исполинские импульсы тока, будут идеи?P.S. в порядке бреда (а может и не бреда...) - можно своими собственными спутниками на орбиту струлять...
vanxant
16.11.2024 14:02Такие токи используют в лабораторных установках для запуска термоядерных реакций. Ток нужно пустить через острую иглу из реагента номер один, упирающуюся в пластину из реагента номер два. Энергетического смысла в этом нет, а вот научно-исследовательский вполне может быть.
premierhr
16.11.2024 14:02У острой иглы сопротивление "кончика" не будет достаточно малым, а следовательно по закону Ома силу тока в сотни килоампер вы не получите при ЭДС в доли вольта
vanxant
16.11.2024 14:02Ну разумеется, в лабораторных установках не доли вольта, а мегавольты (батареи последовательных конденсаторов). Но в принципе кинетический накопитель может быть компактнее. Сначала спокойно загоняем мегаджоули в маховик, потом резко его тормозим магнитами.
nikolz
16.11.2024 14:02Весьма впечатляющие возможности этого устройства описаны в одном из экспериментов вот здесь, где рассказывается о проведённом ещё в 1980-х годах эксперименте по свариванию стальных «прутков», диаметром 1080! мм (нет, это не ошибка, диаметр «прутка» составлял именно более 1 метра! О_о)
Это ошибка. это не диаметр , а марка стали 1080.
В первоисточнике написано:
В пятницу днём в 1980-х годах один из таких экспериментов включал в себя сварку. Как вспоминал Зоварка, "мы взяли два круглых стержня из стали 1080".
Сталь 1080 - это сталь, обладающая низкой пластичностью и высокой прочностью на разрыв.
DAN_SEA Автор
16.11.2024 14:02Вот это действительно интересно, так как у производителей присутствуют и прутки 1080 - ссылку выше я дал. Любопытно...
Так как дословно у них написано "Мы взяли два куска круглого стального прутка 1080" (или, если в оригинале- 1080 steel barstock ) - но, так как существует и сталь 1080 и прутки 1080 (ссылку выше я дал) - то, получается, сложно сказать, что в оригинале имелось!
Ниже я уже привёл моё мнение, что речь идёт всё-таки о мостах, т.к. они выполнены в виде "пролётов" соединяющихся "фланцами" и тогда всё встаёт на свои места и нет ничего удивительного в сваривании метровых кругов, если прикинуть размер конструкций моста:-)
d00m911
16.11.2024 14:02Нет, вы ошибаетесь. Речь идёт об эксперименте, и они взяли два прутка из стали 1080, чтобы испытать технологию.
Выражение "1080 steel barstock" обозначает именно сталь. Если бы было написано "5160 steel", вы бы написали, что они варят пятиметровые детали?)))
Если бы они в порядке эксперимента сварили два метровых куска металла, то им бы выдали Нобелевскую премию. Потому что да, в статьях этого автора упоминается производство мостов, но там же упоминается и прогрев гораздо меньших по сечению деталей за несколько часов перед началом процесса, чтобы избежать потерь тепла.DAN_SEA Автор
16.11.2024 14:02Ваши рассуждения выглядят здраво.
Только задам один мааасенький такой вопрос: для какого процесса сваривания деталей (если не требуется их испарить) - требуется подать 500 000 А? :-)))
При этом детали "только раскалятся, приварятся и всё"? Какого размера должны быть детали для этого? :-) При этом, что важно - весь ток подаётся сразу, одним импульсом, а вращающийся диск останавливается в ноль :-)
d00m911
16.11.2024 14:02Точно не детали диаметром в 1 метр, невозможно современными техническими методами варить детали метрового диаметра за доли секунды. В статьях этого же автора пишется про довольно долгий процесс сварки пролётов моста, у которого конструктивные элементы имеют гораздо меньшее по размеру сечение. И там же он пишет про сварку трансатлантического трубопровода (а труба полая) за несколько минут, что обозначает как выдающийся результат.
DAN_SEA Автор
16.11.2024 14:02Может быть, надо детально разбираться. Но в любом случае, спасибо за обсуждение ;-)
jaqjaq
16.11.2024 14:02Современными техническими методами возможно варить такие детали:
Сварка трением - если не считать время на раскручивание заготовки, то сам процесс занимает секунды. Первая попавшаяся ссылка на станок с диаметром заготовки до 500мм.
https://www.youtube.com/watch?v=srlGRsWnRmUСварка взрывом - позволяет сваривать за доли секунды, площади заготовок легко могут превышать 1м2, если поискать, можно найти статьи где описываются работы с листами 1500x1500 и больше.
nixtonixto
16.11.2024 14:02В контактной сварке, когда к аккумуляторам 18650 приваривают лепестки толщиной 0,1...0,15 мм - используются токи порядка 1000 ампер.
Andy_Big
16.11.2024 14:02Только задам один мааасенький такой вопрос: для какого процесса сваривания деталей (если не требуется их испарить) - требуется подать 500 000 А? :-)))
Контактная (точечная) сварка выдает в импульсе до 3 кА для приваривания никелевой ленты толщиной 0.3-0.4 мм к аккумулятору. Пятно разогрева при этом - около 1 мм диаметром.
nikolz
16.11.2024 14:02Никто не измерял ток, поэтому 500 000 А это предположение автора первоисточника:
Вероятно, через интерфейс проходило около 500 000 ампер.
Но можно , вероятно, сказать, что проходило около 1000 А или 1000 000 А. Верно?
Можете сказать, каким прибором можно измерить ток в 500 000 A?
Firz
16.11.2024 14:02Можете сказать, каким прибором можно измерить ток в 500 000 A?
Можно особо не заморачиваться с измерениями, моментально с 0 до 500 000 А ток чисто физически не нарастет, самоиндукция не даст, а за время его плавного(относительно) нарастания какие угодно проводники, адекватных размеров, уже расплавятся. Я бы даже предположил что и 50к А там не было.
Moog_Prodigy
16.11.2024 14:02Шунт в виде чугунного прутка. Вооо-о-от такой! Хоть десятки миллионов ампер измеряй. В роли шунта можно использовать тот самый мост :)
nikolz
16.11.2024 14:02Не получится, Прибор надо делать размером с мост. или провода от шунта длинною в мост .
nikolz
16.11.2024 14:02В данный момент такая технология используется для сварки мостов (как минимум, в США)...
Вы неправильно перевели первоисточник:
не для сварки мостов а для мостовидной сварки:
Все эти исследования заложили основу для новейшего потенциального применения гомополярного генератора: мостовидной сварки.
В статье речь идет о сварке труб, вместо аргоновой сварки,но лишь экспериментально.
DAN_SEA Автор
16.11.2024 14:02А здесь похоже таки сварка мостов - так как дальше: "UT-CEM answered a call from the U.S. Department of Transportation for proposals to weld bridge flanges out of high-performance steel, an application now dominated by submerged arc welding (SAW). " - то есть "для сварки фланцев мостов из высокопрочной стали, применение, в котором в настоящее время доминирует дуговая сварка под флюсом (SAW)".
(Так как, если просто вспомнить устройство мостов - то они состоят из "пролётов" - соединяющихся фланцами).
Ещё раньше: If UT-CEM researchers and industry partners prevail, HPG welding could transform the world of industrial, structural, and pipe fabrication. Или: " Если исследователи UT-CEM и отраслевые партнеры одержат победу, сварка HPG может преобразить мир промышленного, структурного и трубного производства. "
Так что, извините, таки мостов :-)
nikolz
16.11.2024 14:02Вы опять ошибаетесь
В статье говориться о мостовидной сварке, а не о сварке мостов.
Мостовидная сварка применяется в различных отраслях.
например, стоматологии или для сварки труб.
В данном месте статьи говорится о сварке перемычковых фланцев.
Это сварные фланцы труб.
Все эти исследования заложили основу для новейшего потенциального применения гомополярного генератора: мостовидной сварки. Компания UT-CEM ответила на запрос Министерства транспорта США о предложениях по сварке перемычковых фланцев из высокопрочной стали.
Как и предыдущее применение сварки труб, это применение мостовидной сварки требует подготовки сварного шва, на этот раз с K-образным скосом для геометрии соединения с двойным V с зазором 0,5 дюйма.
Если исследователи UT-CEM и отраслевые партнеры одержат победу, сварка HPG может преобразить мир промышленного, структурного и трубного производства. "
Главное в этой фразе слово "ЕСЛИ" т е желание у них есть, но результата пока нет.
и далее в первоисточнике написано:
В итоге появился совместный отраслевой проект с нефтяными компаниями, направленный на оптимизацию сварки трубопроводов. Большая часть этой работы была сосредоточена на точной настройке параметров, включая выравнивание заготовки и давление при ковке, а также подготовку сварного шва.
Т е тоже это проект исследований и он уже завершен, но практического применения нет.
-----------------
И главное то, что этим результатам уже более 40 лет. Но ничего конкретного так и не появилось в производстве.
Никто мосты не сваривает
Все верно?
d00m911
16.11.2024 14:02Нет, вот тут ошибаетесь вы, ради справедливости. Почитайте статьи этого автора и посмотрите фотографии - там реально варят мосты (но не такие, как какой-нибудь Бруклинский, там небольшие автомобильные/железнодорожные, насколько я понимаю). Так что реально речь в данном случае идёт о сварке конструктивных элементов мостов. И есть даже подробные описания того, как этот мост будет доставляться, устанавливаться и так далее.
Вот тут (на этом же сайте, у этого же автора) описано, как варят мосты и доставляют их одним единым куском к месту установки.
Но ни о каком метре стали, конечно же, речи не идёт, 1080 - это марка стали.
DAN_SEA Автор
16.11.2024 14:02to nikolz : Нет, не верно, прочитайте коммент человека выше и мой коммент выше.
a call from the U.S. Department of Transportation for proposals to weld bridge flanges - "Департамент транспорта", далее - "сварки фланцев мостов". И всё станет понятно.
При этом, там же, приведена схема, как это делалось:
То есть, под прессом, прижато. И речь о фланцах. Внимание вопрос: как приварятся фланцы при таком прижатии? Ответ: всей плоскостью.
Я не мостостроитель :-), но даже навскидку, из того, что я видел - диаметр фланцев для пролётов мостов будет сантиметров 40, если не больше.
nikolz
16.11.2024 14:02А не прикольно, что по проводам и диску течет ток в 500 000 А и они не нагреваются, а фланец диаметром 40 см аж до красна ?
И еще в статье речь идет о напряжении в мВ. Чтобы создать ток в 500 000A надо все охлаждать до абсолютного нуля, чтобы был сверпроводник.
Jury_78
16.11.2024 14:02Проводимость стали где то ... раз 8 меньше чем у меди.
nikolz
16.11.2024 14:02Диаметр фланцев 40 см и они до красна. следовательно , если диаметр медного провода не более 5 см , то он тоже до красна.
А так как медь красная то это никто не видит. Верно?
Но если учесть длину провода.
А длина провода она раз в 10 больше толщины фланца,
то провода сгорели бы вместе с диском Фарадея.
-----------------------------
Еще хочу заметить, что достоинство данного метода в том что сварку якобы можно делать быстро. Но диск Фарадея имеет очень низкий кпд. если его крутить двигателем, то энергии надо затратить в десятки раз больше, чем при обычной сварке.
Jury_78
16.11.2024 14:02Есть еще контактное сопротивление, кроме того, как только место контакта начнет греться - сопротивление начнет расти.
Логично минимизировать потери в ненужных местах.
p.s. По мне так такой источник энергии сомнителен. Накопить можно в индуктивности, емкости.
Daddy_Cool
16.11.2024 14:02КПД это один из показателей. Далеко не всегда он важен. В энергогенерирующих системах - да, там на это собственно всё завязано, а в деле сварки - задача мост сварить, дорого обошлось? ОК, проход по мосту будет платным! )
nikolz
16.11.2024 14:02прикинул что-то к чему-то, получилось :
Если взять медный провод длиною 1 метр и диаметром 1 см,
то при токе 500 000А на таком проводе будет падение напряжения 53 вольта. Т е два вывода в 1 метр это 100 вольт. Если сварка длится 1 секунду то потери в этих проводах составят 53 Мдж.
Этой энергии хватит, чтобы испарить примерно 20 литров воды.
Вот и представьте себе превращение в пар этой воды, иначе испарятся провода, всего в 1 метре от генератора и сварочного стенда.
jaqjaq
16.11.2024 14:02Справедливости ради,
Можно использовать гибкие медные кабели с водяным охлаждением для индукционных печей, сечением до 6000мм2 (готовые решения, можно купить), на сайте производителя говорится, что рассчитан на переменный ток до 30А (в зависимости от частоты) на мм2 в непрерывном режиме, при постоянном токе нет скин-эффекта, плюс в импульсном режиме, я думаю 300000А пропустит.
P.S. 1080 - в данном контексте - это марка стали. Статья очень веселая, конечно. "как сварить метровые стобы" :)
nikolz
16.11.2024 14:02Не получиться. Предельная плотность импульсного тока для меди это 10 А на мм2. Если сечение 6000 то предельный импульс тока всего 60 тысяч А. Причем из интернета следует, что
кабель с жилой сечением 1 мм² сможет транспортировать ток в 10 А всего лишь несколько десятых секунды.
Adaon
16.11.2024 14:02По нормативам одиночный открыто проложенный на воздухе медный провод в ПВХ изоляции может использоваться для пропускания тока в 17 А, это его нормальный режим. Для его защиты может использоваться автомат, скажем, C13, электромагнитный расцепитель которого срабатывает в пределах сотых секунды (до 0,1 с) при превышении номинала в 5-10 раз (60-100А). Провод при этом нагреется незначительно, если это было не КЗ возле самого трансформатора, рукой вы не почувствуете. При меньшем превышении тепловой расцепитель будет выключать до 60 секунд, в зависимости от величины перегрузки. Кабель после срабатывания автомата никто не выбраковывает.
Daddy_Cool
16.11.2024 14:02Мы такую штуку собирались делать.
Сделать сильноточный, регулируемый и при этом дешевый источник постоянного тока не так просто. Обычно генератор выдает 220 вольт и дальше что хочешь с ними то и делай, а нужно например... 100 мВ, но при токе 1000 А.
---
https://ru.wikipedia.org/wiki/Униполярный_генератор
Объяснение "Парадокса Фарадея" так себе, но для начала пойдет. И формулы есть.
Spin360
16.11.2024 14:02Можно к такому обычному генератору(AC) понижающий трансформатор "прикрутить" и будет небольшое напряжение и большой ток. Но это наверное не про дёшево.
Daddy_Cool
16.11.2024 14:02Так это AC, а нужен DC. У нас почти так и сделано - ЛАТРы, дальше понижающий трансформатор, дальше стоит выпрямитель, но это пульсации.
Spin360
16.11.2024 14:02Получается у вас есть всё, что нужно.
Проблема только в пульсациях, и конденсаторами их никак не сгладить?
Daddy_Cool
16.11.2024 14:02Конденсаторы нужны БОЛЬШИЕ. А ионисторы имеют большое внутреннее сопротивление и срок службы не такой большой в циклах. Но моет уже и появилось что интересное. Дроссель нужен.
arthuru1
16.11.2024 14:02Для 4000 об в мин не нужны никакие гидроэстетические или керамические патшипниги, вы издеваетесь?))
Для рельсотрона надо и ток высокий и напряжение, надо пробивать зазоры между рельсами и снар,дом
Spin360
16.11.2024 14:02Немного можно дополнить. Направление тока в диске зависит не только от направления вращения диска, но и от магнитного поля в котором находится диск. То есть, если ориентироваться на вашу объясняющую картинку, то на ней виден диск, который находится в магнитном поле. Поле и область его влияния обозначены синим кругом. В нутрии синего круга есть окружность с точкой в нутрии. Обычно таким способом обозначают направление течения электрического тока: окружность с точкой в нутрии, - ток течёт на нас; окружность с крестом в нутрии, - ток течёт от нас. Видимо, автор картинки таким способом решил обозначить полярность магнита.
Значит окружность с точкой внутри, это северный полюс, то есть силовые линии выходят из магнита. В таком случае направление тока в диске можно определить по правилу левой руки. В таком случае, при северном полюсе и диске, который вращается против часовой стрелки, направление тока в диске на картинке будет от центра к периферии. Но если перевернуть магнит на 180 градусов и поменять тем самым поле магнита, с северного на южное, то направление тока будет обратное, - от периферии к центру.
Также, как было написано в статье, направление тока в диске меняется от изменения направления вращения диска, это тоже объясняется через "левую руку". При этом, важно где находятся контакты измерительного прибора.
Эти примеры в начале статьи основаны на оригинальном изобретении Фарадея. Его генератор был очень не эффективный. По хорошему, нужно чтобы диаметр магнита был такой же, как и диаметр диска. А так, не то чтобы метровые балки мостов, даже нихромовую проволоку с трудом разогреешь докрасна. ) Эти видео в начале статьи, скорее не о том, как сделать эффективный прибор с высоким КПД, а скорее о том, как просто что-то сделать своими руками в стиле очумелые ручки.
Вообще подобные двигатели/генераторы интересные устройства, особенно если изучать их в эксперименте.
kaptnemo
16.11.2024 14:02Собрание статей (за 1970-80-е годы) группы из Техасского университета, которая работала с этим униполярным генератором с диском массой один Фольксваген, можно найти вот здесь: https://apps.dtic.mil/sti/tr/pdf/ADA230900.pdf . А там и чертежи, и все подробности (например, магнитное поле на диск накладывалось действительно внешней соосной катушкой, а ток с периферии диска снимался медно-графитовыми щётками).
Moog_Prodigy
16.11.2024 14:02Сварка и рельсотроны это конечно хорошо, но при взгляде на эту конструкцию сразу мысль - тормоз. Без тормозных колодок, хотя с подвижным контактом, сброс тока куда угодно, хоть в низкоомный ТЭН, раз он практически за полсекунды маховик останавливает. Интересно бы проверить на практике эффективность такого тормоза, ведь его вполне получится регулировать электроникой.
И еще такой вопрос: эта конструкция обратима?
DrZlodberg
16.11.2024 14:02Старая тема. На базе этой штуки много чего пытались делать. И тормоза в том числе. Собственно на трубе полно видео кидания магнита в медную трубу и т.п. Лифтоуловители тоже. Вот с регулированием некоторые проблемы, стопкран хороший получается. Даже слишком.
Про обратимость не понял.
Spin360
16.11.2024 14:02Возможно он имел ввиду, сможет ли этот генератор, работать как двигатель.
DrZlodberg
16.11.2024 14:02Как двигатель, очевидно, нет. Для этого нужна какая-то постоянная ассиметрия. Не представляю, как этого тут можно добиться.
alexhott
16.11.2024 14:02Представил медный диск толщиной 30см и диаметром 90см, весить он будет примерно 1700кг.
Какие керамические подшипники? Если его раскрутили до 4000 об/м и остановили за 1с там нагрузки будут такие, что пока только подшипники скольжения и способны это выдержать, да и то всего пару раз.
А съем тока с такого диска каким скользящим контактом производить? Если там сила в несколько тысяч ампер то этот скользящий контакт после остановки диска, надо от диска отпиливать и восстанавливать форму диска и контакта.
Может конечно для рельсотрона и подойдет - там на максималках все одноразовое становится.
xoid555
16.11.2024 14:02было бы логично составить диск из множества изолированных спиц, чтобы устранить паразитный обратный ток. Например взять диск из медного текстолита и процарапать изолирующие радиальные дорожки
xoid555
16.11.2024 14:02Далее, можно поставить несколько изолированных дисков на одной оси, и соединить их последовательно (от края одного диска к центру другого) для увеличения напряжения
stan1901
Чем конструкция существенно отличается от любого другого генератора, где провод вращается в магнитном поле? Да и Википедия говорит про чрезвычайную неэффективность такого генератора.
DAN_SEA Автор
Основное - это низкое сопротивление, так как совсем нет обмоток (по крайней мере, если использовать постоянный магнит). Просто магнит и диск.
ABRogov
Обычно делают поле переменным и используют электромагнитную индукцию для преобразования механической энергии в электрическую. Здесь же нет переменного поля. Можно собрать два дисковых магнита и металлический диск соосно (магниты по краям, намагничены аксиально) и в вот в такой цилиндрически симметричной системе вроде как генерируется ток. Отсюда и появляется "парадокс".
jar_ohty
Только он генерируется уже не в диске, а в проводе, который замыкает цепь и который вращается, пересекая линии поля с другой стороны.