Для начала, нужно разобраться с определением, что такое генератор.
Определение из «Википедии»:
«Генератор переменного тока (устаревшее «альтернатор») — электрическая машина, преобразующая механическую энергию в электрическую энергию переменного тока. Большинство генераторов переменного тока используют вращающееся магнитное поле.»
Давайте разберемся, каким образом механическая энергия «преобразовывается» в электрическую, и так ли это на самом деле.
Для этого разберем процессы происходящие во время работы генератора. Для упрощения возьмем обмотки статора без магнитопровода, т.е. просто катушки.
Рис. 1
Включаем привод генератора и ротор (индуктор) начинает вращаться.
В момент когда магнитное поле индуктора пересекает обмотку статора, в ней возникает ЭДС. Если нагрузка не подключена, механическая энергия вырабатываемая приводом расходуется только на преодоление трения в подшипниках и поддержание заданных оборотов ротора.
После подключения нагрузки, в обмотках статора потечет ток и соответственно в обмотках возникнет магнитное поле. Согласно правилу Ленца по ходу движения полюса ротора перед ним на статоре возникнет одноименный полюс, который будет стремиться его оттолкнуть назад, а позади полюса ротора на статоре возникнет разноименный полюс притягивающий его к себе, то есть опять же назад.
Рис. 2
Другими словами, начнется активное торможение ротора, и что бы этого не допустить, привод на поддержание заданных оборотов должен расходовать больше механической энергии. Т.е. механическая энергия расходуется на преодоление сопротивления созданного взаимодействием магнитных полей ротора и статора. Чем больше нагрузка генератора, а соответственно и вырабатываемая электрическая мощность, тем больше это сопротивление.
Подставим гипотетические числовые значения некоторым параметрам.
Магнитная индукция на полюсе ротора равна 1Тл.
Магнитная индукция на полюсе обмотки статора (при полной нагрузке) равна 1Тл.
Проведем эксперимент:
Возьмем несколько магнитов с такими же параметрами как у нашего генератора(габариты и остаточная намагниченность)
Одну часть магнитов закрепим на неподвижной поверхности, остальные закрепим на подвижной платформе.
Рис. 3
Как видно из рисунка, мы создали полную аналогию процесса происходящего в генераторе при максимальной нагрузке.
Для того, что бы мы смогли передвигать платформу вдоль неподвижных магнитов, нам потребуется затратить некоторое количество механической энергии. Если рассчитать количество механической энергии, которая расходуется приводом генератора при максимальной нагрузке и количество механической энергии приложенной к подвижной платформе, они окажутся равны.
Единственное отличие между нашим экспериментом и работой генератора заключается в том, что во время эксперимента мы не получили электрической энергии, а генератор при КПД 95% выработал на 1единицу приложенной механической энергии 0,95 электрической. При этом мы уже доказали, что вся механическая энергия была израсходована на преодоление сопротивления магнитных полей. Тогда откуда появилась израсходованная нагрузкой электрическая энергия. Если у нас генератор это «электрическая машина, преобразующая механическую энергию в электрическую энергию», то получается что КПД этой машины, равен 1,95 или 195%
Из этого можно сделать два вывода:
1) Нарушается Закон Сохранения Энергии (но как мы все знаем, это не возможно!)
2) Генератор не преобразовывает механическую энергию в электрическую.
Второй вывод более логичен.
Материал из «Википедии»:
«В электродинамике закон сохранения энергии формулируется в виде теоремы Пойнтинга.
В словесной форме теорема может быть сформулирована следующим образом:
Изменение электромагнитной энергии, заключённой в неком объёме, за некий интервал времени равно потоку электромагнитной энергии через поверхность, ограничивающую данный объём, и количеству тепловой энергии, выделившейся в данном объёме, взятой с обратным знаком.»
Если еще проще то энергия отобранная с обмоток статора равна энергии отобранной из поля ротора.
Другими словами Если разделить приложенную механическую энергию, и выработанную электрическую, то ни какого нарушения ЗСЭ нет. Так же как и нет преобразования механической энергии в электрическую.
Если теоретически предположить что можно сконструировать генератор в котором, взаимодействие магнитных полей ротора и статора не будет тормозить привод, то привод на поддержание заданных оборотов генератора будет расходовать одинаковое количество Механической энергии, как под нагрузкой, так и без нагрузки.
