Электромотор и генератор на общем валу -опровержение.

[peterbilt]

Добрый день!
Предыстория такова: зашел у меня разговор с человеком о "вечном" двигателе, что-то он насчет противо ЭДС распространялся. Говорю для посмеяться - не парься , возьми на общий вал с одной стороны электромотор прикрути, с другой - генератор, один хрен крутиться не будет. А он начал доказывать что нет, таки будет. И на ютубах модели есть и "крутятся". Аппеляции типа "ты в школе учился?", "закон сохранения энергии", "сделай - сам увидишь-не будет вертеться" - не действуют.
Почитал форумы о "вечном" двигле - опровержения даются в таком же духе. Ни одной цифры или формулы, только ехидный смех над горе-изобретателями.
Вот и вопрос: обосновать почему такая система крутиться не будет.
Возьмем, к примеру, двигатель:
Технические характеристики:
Номинальная мощность, Вт 40
Номинальное напряжение, В 12
Номинальная частота вращения, $\text{мин}^{-1}$ - 3000
Номинальный момент нагрузки, Нм - 0,127
Номинальный потребляемый ток, А - 7
Взято отсюда:http://www.pribor.ck.ua/products/01_dvig_40-100.htm
Возьмем еще один такой же, будет работать как генератор, насадим на общий вал, раскрутим от источника питания. Источник уберем.Соединим клеммы двигателя и генератора.Крутиться будет - будет, пару секунд, пока кинетическая энергия роторов не иссякнет. Интуитивно это понимаю - доказать не могу.
Просьба людей сведущих, помочь рассчитать - почему. Напряжение на выходе "генератора" будет меньше? Или какая- другая причина?
Спасибо.

[interestrate]

Послушайте, зачем Вам производить глупые расчеты, если это самоочевидная вещь. Генератор раскручивая двигатель, расходует помимо полезной работы энергию на преодоление различных сил, таких как трение, например. Этого достаточно, чтобы понять, что это невозможно. А если бы даже было возможно, это все равно ничего бы не давало, поскольку с такой системы отбор энергии невозможен. То есть, все бы сводилось просто к повышению КПД.

[peterbilt]

interestrateНу, расчеты, положим будут и не глупые, ведь докажут невозможность такой штуки.
Что самое интересное, кулибины от вечного двигателя часто приводят формулы, на первый взгляд непротиворечивые. Понятно, что работают эти формулы во вселенной эльфов и магии. Опровергатели всегда упирают на самоочевидность.
Вот, смотрите, есть двигатель, с параметрами приведенными выше. Если его крутить с частотой 3000 об\мин, напряжение на выходе будет 12В и сила тока 7А? Есть ли формула расчета выходной мощности генератора $I\cdot U$ и зависимость от частоты вращения?

[Xey]

interestrate в сообщении #1116242 писал(а):

Напряжение на выходе "генератора" будет меньше? Или какая- другая причина?

Чтобы мотор что-нибудь крутил нужно не только напряжение, но и ток. Короче, на мотор надо подать электрическую мощность.
В генераторе и в моторе будут потери. Поэтому, генерируемая генератором электрическая мощность будет меньше, чем подводимая к нему механическая мощность. И выдаваемая мотором механичесая мощность будет меньше , чем подводимая к нему электрическая мощность.
Для больших, мощных промышленных моторов потери около 10%, для маленьких до 50%.

Например, подвели к генератору 100 ват механической мощности, генератор выдаст 50 ват электрической мощности. Подаем эти 50 ват на на мотор , он выдает 25 ват механической мощности. Если эти 25 ват снова подать на генератор , он уже не выдаст 50 ват , которые были в первом цикле , а выдаст только 12.5 ват механической мощности . И тд.

[Munin]

peterbilt в сообщении #1116239 писал(а):

А он начал доказывать что нет, таки будет. И на ютубах модели есть и "крутятся".

Если ваш оппонент готов верить ютубам, то нет смысла взывать к его разуму. Или для начала это первое, в чём его надо разубедить. Покажите ему побольше фокусов на ютубах, например, с удлинителем, включённым в собственную розетку. Лучше подбирать фокусы с разоблачениями.

peterbilt в сообщении #1116249 писал(а):

Что самое интересное, кулибины от вечного двигателя часто приводят формулы, на первый взгляд непротиворечивые. Понятно, что работают эти формулы во вселенной эльфов и магии. Опровергатели всегда упирают на самоочевидность.

Тут всё очень просто. Сделать наивный расчёт "во вселенной эльфов и магии" легко. Достаточно взять номинальные цифры с двигателя.

А вот учесть потери - гораздо труднее. Здесь надо глубоко разбираться в физике двигателя, в его конструкции. Часто нужно хорошенько промерять работу двигателя на разных режимах, потому что потери могут вообще не рассчитываться хорошо по формулам. Для этого нужны грамотные руки экспериментатора, точные приборы, умение избавляться от помех в эксперименте. То есть, затраты труда в тысячи раз больше, чем просто соединить двигатель с генератором, как на ютубе, и удивляться, почему не работает.

[peterbilt]

Xey
Благодарю Вас, вполне доходчиво.
Правда, вопрос о зависимости выходной мощности генератора от частоты вращения остается открытым. Допустим, если повысить частоту оборотов "генератора" до 4000 об\мин мощность составит номинальных 40 Вт на выходе?
Ведь напрашивается решение - ставим на движок шкив побольше, на "генератор " - поменьше, редуктор т.е,- вуаля, должно крутиться.

Но не будет, ибо есть формулы момента вращения:
$M=P/\omega$
где $P$-мощность двигателя, $\omega$- угловая скорость вращения равная:
$\omega=2\pi n/60$, где $n$ - частота вращения двигателя об\мин.
С другой стороны $M=Fr$, где $F$ - сила, $r$ -радиус шкива.
Посчитаем:
Силы на шкивах равны - с этим обычно и эльфы не спорят. Откуда:
$F=\frac{M_{generator}}r=\frac{M_{dvigatel}}R$$
Обороты двигателя - 3000 об\мин, генератора должны быть - 4000 об\мин (пока число от фонаря), откуда соотношение радиусов шкивов $\frac34$.
Если все вышеприведенные формулы подставить - получим, что и мощности $P_{generator}$ и $P_{dvigatel}$
относятся как $\frac43$, т.е. с мощности 40 Вт двигателя на выходе получим 32 Вт мощности на входе генератора при радиусах шкивов $r=3$ единицы (допустим, см) и $R=4$ ед. Вывод - не будет вертеться.
ps Извините, что так подробно заморачиваюсь, просто хотелось бы получить такую-же "разжеванную" цифирь по поводу напряжения и силы тока в системе двигатель-генератор.

[Mihaylo]

peterbilt в сообщении #1116360 писал(а):

Ведь напрашивается решение - ставим на движок шкив побольше, на "генератор " - поменьше, редуктор т.е,- вуаля, должно крутиться.

Для доказательства несостоятельности вечного двигателя всегда старайтесь рассчитать величины энергии или мощности. В данном случае достаточно посчитать мощность.
Механическая мощность вращающегося движения вычисляется как $P = M\cdot\omega$. Соответственно в данном случае
$P_1=F\cdot R\cdot\omega_1$;
$P_2=\eta\cdot F\cdot r\cdot\omega_2$.
Не смотря на то, что малый шкив вращается быстрее в $i=\frac{R}{r}$ раз, крутящий момент на нем меньше в $\frac{i}{\eta}$ раз, где $i$ - передаточное число, $\eta$ - коэффициент полезного действия ременной передачи, учитывающий потери.

peterbilt в сообщении #1116360 писал(а):

хотелось бы получить такую-же "разжеванную" цифирь по поводу напряжения и силы тока в системе двигатель-генератор.

Математика тут проста (если не рассматривать трехфазные двигатели и затраты энергии на возбуждение двигателей). Проще взять двигатели постоянного тока с возбуждением от постоянного магнита.
В реальных системах можно принять следующие допущения:
- Система "генератор-двигатель" вращается с одинаковой угловой скоростью $\omega$, т.к. связана жестким валом.
- В системе отсутствуют утечки тока благодаря хорошей изоляции: ток $I$, вырабатываемый генератором полностью потребляется двигателем.
1) Генератор потребляет следующую механическую мощность:
$P_g_1=M_{g}\cdot \omega$
2) Генератор генерирует следующую электрическую мощность:
$P_g_2=U_g\cdot I$
3) Двигатель потребляет следующую электрическую мощность:
$P_d_1=U_d\cdot I$
4) Двигатель вырабатывает следующую механическую мощность:
$P_d_2=M_{d}\cdot \omega$

Если удастся доказать, что $P_g_1\geqslant P_g_2\geqslant P_d_1\geqslant P_d_2$, то значит вечный двигатель невозможен.
Удачи!

[profrotter]

Тема перемещена из форума «Механика и Техника» в форум «Карантин»
Причина переноса:
Наберите все формулы и термы $\TeX$ом.
Инструкции по оформлению формул здесь или здесь (или в этом видеоролике).
См. также тему Что такое карантин, и что нужно делать, чтобы там оказаться.
После исправлений сообщите в теме Сообщение в карантине исправлено, и тогда тема будет возвращена.

[profrotter]

Тема перемещена из форума «Карантин» в форум «Механика и Техника»
Причина переноса: вернул.

[peterbilt]

Mihaylo
Благодарю Вас, лаконично и доходчиво , я не смог так сформулировать.
Правда, появилась еще идея (не моя) поставить повышающий трансформатор между клеммами генератор-двигатель, но это уж, сяду , полистаю книги с формулами - разберусь.

[Xey]

peterbilt в сообщении #1116687 писал(а):

появилась еще идея (не моя) поставить повышающий трансформатор между клеммами генератор-двигатель

Ну повысите напряжение, выдаваемое генератором, в 10 раз. Мотор от этого быстрее крутиться не будет. Потому что сила тока после трансформатора уменьшится в те же 10 раз, а мотору надо в десять раз увеличенный ток.

Посоветовал бы подержать в руках генератор. Он легко крутится при разомкнутых выводах, а попробуйте провернуть его при замкнутых. Появится понимание , как трудно сгенерировать десяток ват, что из ничего эти ваты не появляются.

[Mihaylo]

Трансформатор в плане преобразования энергии очень похож на редуктор (или передачу, в частности, ременную передачу).
Напряжение увеличится в $k$ раз, ток упадет более, чем в $k$ раз. Мощность считается по формуле $P=U\cdot I$. Отсюда вытекает, что мощность на выходе никогда не превысит входную мощность.

Если крутить двигатель повышенным напряжением, то он будет крутиться быстрее, но из-за снижения тока не сможет вытянуть значительную нагрузку и при перегрузке начнет потихоньку тормозиться. Для двигателей постоянного тока известна линейная зависимость крутящего момента от тока $M = C\cdot I$, где $C$ - константа. Формулу можно легко получить из школьной физики $F=B\cdot\ I\cdot l$ (сила Ампера).

Для генератора можете применять формулу: $I = \frac{M_g}{C_g}$
Для двигателя можете применять формулу: $M_d = C_d\cdot I$

[VLK17]

peterbilt в сообщении #1116239 писал(а):

Крутиться будет - будет, пару секунд, пока кинетическая энергия роторов не иссякнет. Интуитивно это понимаю - доказать не могу.
Просьба людей сведущих, помочь рассчитать - почему. Напряжение на выходе "генератора" будет меньше? Или какая- другая причина?

Крутится такое устройство будет может далеко не пару секунд, ведь скорость затухания энергии будет напрямую зависеть от скорости ее растрат и использования (генератору нужна механическая энергия, двигателю- электрическая), а также еще от массы роторов двигателя и генератора!..

Здесь, мне кажется, нужно все разъяснять более простым языком, так как формулы и расчеты не всегда могут быть понятны таким людям в силу своей уверенности и увлеченности. Просто любой человек понимает в меру своих возможностей. И чем проще будут объяснения, тем понятней и убедительней будет человеку!

Например, абсолютно любой более менее адекватный, здравомыслящий человек понимает, что для постоянной, устойчивой, стабильной работы двигателя необходимо постоянное, устойчивое, стабильное напряжение и ток! И что если вдруг напряжение на запитке двигателе начнет постепенно падать, то соответственно и обороты двигателя также начнут падать!
Точно также и с генератором, которому также необходима постоянная, устойчивая, стабильная скорость вращения ротора, для стабильной генерации напряжения! И также абсолютно любой более менее адекватный, здравомыслящий человек понимает что если вдруг скорость вращения ротора начнет падать, то и напряжение на выходе генератора также начнет падать! Также еще обязательно необходимо указать на такую важную вещь, как торможение ротора генератора и двигателя от подключенной нагрузки! Двигатель тормозится от механической нагрузки, а генератор от электрической. Просто не все люди это могут знать!

А теперь мы берем и собираем генератор и двигатель на одном валу, раскручиваем и что мы видим? Генератор начинает запитывать двигатель соответственно начинает тормозится от подключенной к нему эл.нагрузки (двигателя) и начинает создавать механическую нагрузку на двигатель. А двигатель начинает тормозиться от мех.нагрузки, создаваемой генератором и начинает также тормозится, в результате чего падают обороты двигателя, из-за чего потом падает напряжение на выходе генератора, затем двигатель начинает еще медленней крутиться из-за падения напряжения на входе двигателя, а генератор начинает еще меньше отдавать напряжения на своем выходе из-за падения оборотов двигателя..... И все. В конце концов двигатель захлебывается от недостатка и нестабильности напряжения на входе, а генератор захлебывается от надостатка и нестабильности оборотов от двигателя.

И никакие здесь хомуты и шкивы разного диаметра, а также трансформаторы и стабилизаторы напряжения совсем здесь не помогут, так как они просто не смогут изменить свойств двигателя и генератора- тормозится от механической и электрической нагрузок!
Р.S. Я думаю, если именно вот в такой доступной форме рассказать человеку (именно адекватному и здравомыслящему), то он уже никогда больше не будет интересоваться двигателем и генератором, соединенным на одном валу!

[SmZZ]

peterbilt в сообщении #1116239 писал(а):

Возьмем еще один такой же, будет работать как генератор, насадим на общий вал, раскрутим от источника питания. Источник уберем.Соединим клеммы двигателя и генератора.Крутиться будет - будет, пару секунд, пока кинетическая энергия роторов не иссякнет. Интуитивно это понимаю - доказать не могу.

Просто тут обычно забывают, что как только с генератора начинает сниматься мощность в виде тока - то ведь этот ток создает магнитное поле в роторе, которое взаимодействует со статором и тормозит вращение. При этом забирается столько же механической энергии, сколько генератор электрической отдает в провода, и даже больше, с учетом КПД.
Можно привести пример - когда на стройках к переносным бензогенераторам подключают какую-то мощную нагрузку - те начинают натужно тарахтеть, преодолевая возросший момент торможения этим магнитным полем.

[Korvin]

Доказать человеку со стороны невозможность ВД типа генератор и двигатель на общем валу проще через его представление о том, что при работе и генератор и двигатель должны греться. Следовательно, данный ВД должен даже по его представлениям непрерывно излучать тепло в пространство. А это уже слишком даже для него - чтобы механизм вечно крутился да еще и воду грел.