Omlouvám se předem za naprosto polopatické vysvětlení těm, kteří jsou v této oblasti dostatečně zběhlí.
Má snaha je objasnit tento jev i těm, kdo neznají základy indukce.
Indukce v klasickém generátoru přes vzduchovou mezeru
Lenzův zákon spočívá v přirozené schválnosti elektrické indukce bránit v rotaci rotoru v klasických generátorech. Jako přiklad zde uvádím jednoduchý indukční systém cívky s jádrem indukované podkovovým magnetem (Obr. 1).
Obr. 1
Obr. 2
a1) Pernamentní podkovový magnet [dále "podkova"] se ve své rotaci přibližuje svými póly ke koncům jádra cívky. Tento pohyb způsobuje jednak elektrickou polarizaci s nárůstem a poklesem napětí, proudu a toroidního magnetického pole kolem cívky s jádrem (Obr. 2 modrá). Magnetická polarita jádra je v této fázi orientována svým magnetickým jihem k jihu polarity indukční podkovy a mechanicky brzdí podkovu v její rotaci. Tento jev je teoreticky zakotven v Lenzově zákonu a je po něm nazvaný. V této fázi ukazují siločáry podkovy a cívky s jádrem to, že podkova i cívka si alespoň částečně zachovávají své individuální pole. Jejich vzájemné odpuzování potvrzuje totéž.*
b1) V momentě, kdy magnetická osa podkovy dosáhne osy jádra cívky a překryje ji, polarity proudu, napětí a magnetického pole cívky s jádrem se převrací a pole podkovy a jádra se svými siločarami alespoň částečně sjednocují do jednoho společného pole. V každém případě, pole podkovy se uzavře do okruhu přes vzduchovou mezeru a jádro cívky.
c1) Osa podkovy se nyní vzdaluje od osy jádra cívky, napětí, proud a magnetické pole cívky s jádrem se narůstá a poklesne (Obr. 2 červená) a opačná magnetická polarita Severu jádra cívky k Jihu podkovy opět brzdí podkovu v její rotaci.
Nyní se naskýtá otázka, jak obejít tento jev popsaný Lenzovým zákonem a tím zabránit negativnímu krutnému momentu, který brzdí podkovu [rotor] a s ním i hnací pohon generátoru v jeho rotaci.
K Lenzovu efektu dochází pouze v neferomagnetických materiálech a ve vákuu. Nedochází k nemu ve feromagnetických kovech, což se dá ověřit jednak schopností železa přitáhnout dva magnety proti sobě v odpudivé orientaci a jednak na funkci indukce transformátorů. Feromagnetické materiály jsou často a omylem označované za dochvilné magnety zatímco jsou pod vlivem vnějšího magnetického pole ať už pernamentního magnetu, nebo elektromagnetu. Tyto materiály jsou ve skutečnosti vodiči magnetického pole, stejně jako jsou kovy atd. vodiči elektrického proudu. Jejich přitažlivost ke zdroji magnetického pole je způsobena jejich schopností deformovat danné magnetické pole, tedy lámat jeho siločáry, jejímž výsledkem je mechanický pohyb feromagnetu ke zdroji magnetického pole.
Důvodem pro Lenzův efekt ve standartních generátorech je konstrukční nedostatek použití otevřené geometrie jader indukovaných cívek, která nutí indukované reaktivní magnetické pole cívky s jádrem z jádra vystoupit do vzduchové mezery mezi jádrem indukované cívky a jádrem indukční cívky. Připomeňme si, že magnetické pole si ve feromagnetickém materiálu [železo, kobalt a nikl] vždy přirozeně ustanoví cestu nejmenšího odporu, což je vždy ta nejkratší cesta materiálem v rámci magnetického nasycení feromagnetického materiálu a jeho tvaru. Stejná vlastnost udává tvar magnetického pole ve vzduchu a ve všech ostatních materiálech, stejně jako ve vakuu, s ohledem na nasyceni prostoru individuálními vrstvami magnetického pole za danných stresových podmínek v rámci pole.
Indukce v transformátoru skrz feromagnetický materiál
Nyní se podívejme na průběh interakce magnetických polí v jednoduchém klasickém izolačním transformátoru.
Obr. 3
1) Primární cívkou A postupuje zvyšující se elektrický proud, zvyšuje se v ní napětí, a zvyšuje se magneticke pole kolem vodiče cívky v rámci první čtvrtiny fáze střídavého cyklu (Obr. 4) primárního proudu z konvenčního generátoru. Její magnetické pole se uzavírá [zkratuje] (Obr. 3) skrz čtvercové uzavřené jádro do magnetického okruhu.
Obr. 4
2) Takto uzavřené magnetické pole primární cívky A prochází středem sekundární cívky B a indukuje v cívce B elektrický proud, napětí a magnetické pole opačné polarity. Intenzita proudu, napětí a magnetického pole cívky B narůstá a klesá v závislosti na nárůstu těchto veličin v cívce A. Její magnetické pole se opět uzavírá do okruhu skrz čtvercové jádro transformátoru a prochazí středem cívky A. Feromagnetické čtvercové jádro transformátoru během tohoto procesu obsahuje součastně dvě protichůdné uzavřené polarity dvou magnetických polí dvou cívek. Pokud je transformátor použit v rámci své specifikace, ani jedno z polí cívek A a B z jádra transformátoru nevystupuje do okolního vzduchu. Máme zde klasické zařízení, které je schopno elektrické indukce, u kterého magnetické pole nevystupuje z jádra.
Kombinovaná indukce v generátoru přes vzduchovou mezeru a skrz feromagnetický materiál
Nyní spojíme princip indukce v klasickém generátoru s klasickým principem indukce v transformátoru (Obr. 5) a pokusíme se odhadnout co se stane, budeme-li indukovat proud v primární cívce (A) transformátoru rotačním podkovovým magnetem, tedy zase podkovou.
Obr. 5
a2) Podkova se svou rotací přibližuje ke koncům primární cívky A. Cívkou A začíná proudit elektrický proud, proud, napětí a magnetické pole narůstá a klesá. Její magnetické pole je vedeno cestou nejmenšího odporu, neobtéká kolem cívky ale uzavírá se plně přes vzduchové mezery skrz jednu nohu jadra transformátoru a střed cívky A. Tim, že pole cívky A nevystupuje z jádra transformatoru, nemá možnost bránit podkově v rotaci. Namísto toho indukuje proud, napětí a magnetické pole opačné polarity v sekundární cívce B, jejímž středem prochází. Magnetické pole cívky B se také uzavírá skrz jádro transformátoru a také z něj nevystupuje. Jedinná magnetická síla mezi podkovou a jádrem transformátoru je přitažlivost mezi magnetem a železem a podkova je v této fázi k jádru transformátoru přitahována a urychluje rotaci podkovy, tedy rotoru.
b2) Magnetická osa podkovy se při své rotaci ztotožnila s osou primární cívky A. Elektrická polarita cívky A se převrací zároveň s její elektrickou polaritou a stejně tak se převrátila magnetická a elektrická polarita cívky B.
c2) Podkova se svou rotací vzdaluje od jádra transformátoru. Zatímco protichůdná magnetická pole cívek A a B jsou zase uzavřena [zkratována] v okruhu jádra indukovaného transformátoru, magnetické pole podkovy procházející jednou nohou jádra transformátoru se zase přitahuje k jádru transformátoru a zpomaluje podkovu v její rotaci.
Zatímco přitahování se podkovy k feromagnetickému jádru transformátoru se v obou popsaných částech cyklu anuluje, přitahování a odpuzování podkovy způsobované interakcí magnetického pole normálně vystupujícího z neuzavřených jader cívek v klasických generátorech je eliminováno, čimž je geometricky eliminován vztah Lenzova zákona a s ním i zpětný krut na hřídel generátoru.
Pro případnou konstrukci generátoru (Obr. 6)založeném na uvedeném bez Lenzovém principu uzavřeneho jádra indukovaných cívek je třeba si uvědomit několik věcí:
Obr. 6
• Průtok proudu cívkou A ovládá průtok proudu cívkou B a naopak
• Elektrická veličina ve Watech je teoreticky v obou cívkách vždy stejná a "odběr" Watů z obou cívek je vždy ekvivalentní. Snížení odběru Watů z jedné cívky sníží dostupný proud v druhé cívce.
• Indukovaní transformátorové konfigurace cívek rozděluje primární EMF v cívce A a zpětnou EMF v cívce B do dvou rozdělených obvodů.
• Případné elektrické spojení cívky A a cívky B velice omezuje kapacitu produkce elektrického proudu viz US patent: http://www.freepatentsonline.com/6208061.pdf
• Část proudu jedné z cívek, řekněme cívky A, lze usměrnit a použít pro magnetizaci stejnosměrné cívky C omotané kolem nohy podkovy, čímž se z podkovy stává elektromagnet.
• Poměr závitů mezi cívkami A a B dovoluje generátoru nezávisle produkovat dvojí poměr proudu a napětí.
• Vhodná geometrická konfigurace věnce cívek a mnohaprsté podkovy je otevřena konstrukci třífázového generátoru.
• Jádra indukovaných cívek mohou být kolem podkovy, či spíše mnohaprstého rotoru rozestavěny radiálně (Obr. 5) i tangenciálně do věnce.
• Pokud je na podkovu použito oceli, která je poněkud permanentně magnetizovatelná a zmagnetovaná, generátor nepotřebuje vnější zdroj nabuzovacího proudu a bude sebenabuzovací.
• Vzhledem k tomu, že cívka podkovy se nemusí s podkovou točit a že generátor této konstukce umožňuje uchycení této cívky mezi cívkami a jádry statoru, je dost jednoduché ho postavit jako bezuhlíkový generátor.
• Otáčky generátoru mohou být regulovány hnacím motorem napájeným ze sítě, nebo motorem napájeným vlastním generátorem s elektronickým ovládáním otáček.
• Mnou uvedené konfigurace pokud vím nebyly nikdy nikde patentované a touto publikací se stávají nepatentovatelným veřejným vlastnictvím.
• Geometrické změny v konfiguraci samozřejmě patentování umožní, ale v rámci vzájemného prospěchu bych doporučil publikování.
• Pro zajímavost uvádím další bez Lenzovou patentovou žádost jiné konfigurace: http://www.google.com/patents?id=bjiHAAAAEBAJ&printsec=abstract&zoom=4#v...
• Jako další zajímavost uvedu, že Edward Leedskalnin se zmiňuje o této konfiguraci generátoru s použitím příčných cívek jako o své nejefektivnější konfiguraci, s tím, že se nevyjadřuje o použití transformátorových párech indukovaných civek. Zmínil se též o podání patentové aplikace na takový generátor, ale jeho aplikaci zatím nikdo nikdy v archívech US patentového úřadu nenašel.
© 2010-05-10 SDK
Zdroj: TOUR DE FORCE
