Еще раз о КПД (эффективности) двигателей. Собственно результаты эксперимента

Это продолжение, начали смотрим "Еще раз о КПД (эффективности) двигателей. Длинное вступление"

Петр Иванович Дубровский, добросовестный инженер – исследователь, честный и непредвзятый частный научный детектив. e-mail: d-pi@yandex.ru

Итак, в мае 2019 года я опубликовал на своём Яндекс-Дзен канале «Не верь стереотипам» и в КОНТе статью «Эксперимент по опровержению ЗСЭ», то есть «всемирного, всеобщего закона сохранения энергии». Более подробно эксперимент и применяемое оборудование описаны в указанной статье, повторяться не буду.

В ходе эксперимента мной были получены два графика (приложенного к электродвигателю напряжения и потребляемого тока)– «быстрого» и «медленного» подъёма одного и того же материального тела (металлического шарика массой вроде бы как 23 грамма) на высоту 2,5 метра.

Вот эти оба графика с расшифровкой:

«Медленный» подъём

«Быстрый» подъём

По результатам эксперимента я сделал следующие выводы:

На меня тут же набросились полчища адептов «закона сохранения энергии», доказывая, что мой эксперимент неправильный, подтасованный, и провел я его неправильно и подсчитал результаты неправильно и сделал выводы неверные – по той простой причине, что забитые в головёнки этих адептов стереотипы не позволяют им увидеть реальную картину.

Я уже писал о сущности и причинах такой реакции в серии статей «Физика и психология», на основании книги Уолтера Липпмана «Общественное сознание» - если кому интересно, эти статьи есть на моем Дзен-канале «Не верь стереотипам». Повторяться не буду. Следует понимать, что стереотипы, как нежелание думать своей головой, проявляются не только в науках, но и чаще всего – в общественной жизни. Поэтому я рекомендую саму книгу Уолтера Липпмана к внимательному прочтению – тогда, возможно, вам станут ясны поступки и мотивация подавляющего большинства людей. Хотя книга – не для всех. Читается довольно тяжело.

Также меня часто обвиняют в том, что, дескать, мои теоретические изыскания «не несут никакой практической пользы»

Ну, прежде всего, я хотел бы отметить, что из моих теоретических исследований умные люди всегда смогут извлечь практическую пользу.

В любом случае, в ходе этого эксперимента я наглядно продемонстрировал, как можно сократить расход энергии при подъёме грузов – расход электроэнергии снизился при «быстром» подъёме примерно на треть. Можно ли этот эффект использовать в электромобилях? Которые сейчас начинают изготавливать по всему свету, а китайцы – впереди планеты всей (а вовсе не Илон Маск со своей дорогущей «Теслой»). Разумеется, можно!

Кстати, об успехах в РФ говорить почему-то не принято. И почему-то практически все СМИ обошли вниманием тот факт, что в сентябре этого года в деревне Гребенкино Краснинского района Липецкой области открылся автозавод «Моторинвест», на котором начали выпускать электромобили Evolute.

Моторинвест гарантирует полный цикл производства – с окраской и сваркой кузова. В деревне. А у Собянина недавно съехало «Renault» с территории, где раньше выпускали «Москвичи», затем «Князи»» и прочую хренотень, и, наконец, «Логаны». И в Питере и его окрестностях тоже вроде как выехали несколько автопроизводителей (помнится, лет 10 тому назад съехал «Форд», теперь вот – «Ниссан», а «свято место пусто не должно быть»)

В деревне Гребенкино изначально стартовало производство электрического седана Evolute i-PRO, который является перелицованным «китайцем» Dongfeng Aeolus E70 с модернизированной силовой установкой мощностью аж то ли 150, то ли 163 л.с. Жаль, что ценник на них – около трёх «лимонов». И с подзарядками даже в городах-миллионниках тоже не очень… Но лиха беда – начало.

Кстати, емкость аккумуляторов для всех выпускаемых автомобилей (а в «линейке» есть и седан I-Pro и два кроссовера I-Joy и I-Jet, и микроавтобус I-Van и даже премиальный Evolute SUV E) указана правильно – в киловатт*часах (это я отсылаю некоторых своих «читателей», которые «не читал, но не одобряю» и в лучшем случае читают только первые три строчки из любой статьи – большее их мозг не в состоянии воспринять, к своим некоторым недавним статьям.)

Итак, мои верующие в ЗСЭ оппоненты, а ко мнению толковых оппонентов я прислушиваюсь

(Я не прислушиваюсь к мнению бестолковых «оппонентов», которых смело называю остолопами - например, таких, кто в ответ на последние мои публикации о сути «парадокса спускаемого рояля» при котором бесследно пропадает вся потенциальная энергия этого рояля – и никто не может сказать, куда же она пропала, «опровергают» меня, заявляя, что «а вот если выкинуть рояль из окна» или «привязать к роялю мешок кирпичей в противовес, то… ну что поделать, если у «оппонента» нет мозгов? Ему ясно показали факт пропажи энергии, но он продолжает придумывать нелепые оправдания типа «если бы да кабы...» то есть если бы у него не было бы «инструмента» между ног, то он бы был бабушкой, а не дедушкой. При этом почему-то никто из таких моих «оппонентов» до сих пор не сиганул с 9 этажа утром, собираясь на работу, а все аккуратно спускаются на лифтах или по лестнице – берегут свои бестолковые головёнки… хотя бы на это у них ума хватает.)

Итак, мои верующие в ЗСЭ оппоненты, а ко мнению толковых оппонентов я прислушиваюсь, указывают мне, что «если подсчитать все правильно» (у оппонентов почему-то всегда приходится «слегка» подгонять результаты, чтобы полностью вписаться в ЗСЭ, я не буду приводить тут три разных варианта подсчётов, которые мне прислали – некоторые из них вы можете найти в комментариях к статье «Эксперимент по опровержению ЗСЭ»), то получается, что относительный расход электроэнергии на нагрев электродвигателя при быстром подъёме получаются больше, чем при медленном.

То есть КПД электродвигателя при быстром подъёме существенно ниже, чем при медленном.

И это несмотря на то, что при быстром подъёме РЕАЛЬНО тратится на 30% меньше энергии!

ПАРАДОКС !!!

Давайте проверим.

Есть предположение, которым пока будем руководствоваться, что после подъёма, когда шарик упирается в упор, энергия тратится исключительно на активное сопротивление обмотки. И таким образом можно определить активное сопротивление обмотки.

В случае медленного подъёма

U= 0,45 * 4 = 1,80 V(почему умножить на 4, читайте в статье про эксперимент)

I= 0,20 А

R_акт = 9 Ом (активное сопротивление, я так понимаю, обмотка уже существенно нагрелась во время работы и её активное сопротивление существенно выросло)

W= 0,36 ватт (потребляемая мощность)

При быстром, показания сняты в момент удара шарика об упор, обмотка еще не успела «прогреться»:

U= 1,51 * 4 = 6,04 V

I= 0,70 А (потом мы видим небольшое снижение тока, видимо, обмотка нагрелась и её сопротивление выросло)

R_акт = 8,6 Ом

W= 6,04*0,7 = 4,23 Ватт, то есть в 11,75 раз больше, чем при удержании груза при низком напряжении.

Интересно, а что, на создание магнитного поля и, соответственно, крутящего момента, переходящего в подъёмную силу, электроэнергия не расходуется?

Дело в том, что, как я понимаю, во втором случае создаваемый крутящий момент (и, соответственно, подъёмная сила) получается в 11,75 раз больше, чем в первом? Некоторые граждане меня убеждают, что там вообще должна быть квадратичная зависимость, то есть M_кр пропорционален I^2. Интересно, где они вычитали такое? Или я чего-то не догоняю?

То, что создаваемый крутящий момент (и, соответственно, подъёмная сила) в 11,75 раз больше не заметно, потому что я не смог встроить в нитку динамометр.

Так расходуется электроэнергия на создание электромагнитного поля или нет? – это вопрос к профессиональным физикам. Или это халявный бонус к тому, что по обмотке проходит электрический ток? А если расходуется, то как подсчитать эту затраченную энергию?

И еще вопрос: А в постоянном магните «магнитная энергия» расходуется?

Я к чему спрашиваю – ведь из таких простых вопросов и возникает недоверие к существующим научным парадигмам и догматам. Поэтому попробуйте найти ответы на эти вопросы сами, без посторонней подсказки, опираясь на собственный опыт.

Что еще интересно в «быстром графике». Напряжение при подъёме почему-то оказалось больше, чем напряжение, подаваемое с блока питания. Почему? Я так понимаю, что к напряжению от блока питания добавлялось напряжение самоиндукции соседней обмотки… Я не прав? Какие мнения на этот счёт?

Конечно, интересно бы исследовать этот момент более тщательно – причем в качестве источника питания желательно взять аккумуляторную батарею – потому что кто знает, что за реальные процессы происходят в этих импульсных ИП?

И тут возникает интереснейший вопрос – а как правильно подсчитать «полный» расход электроэнергии на каждый из вариантов подъёма и как подсчитать ту часть энергии, которая была затрачена на нагрев, на преодоление активного сопротивления обмотки?

Мой вариант:

W_полное = U_ип*I. И U_ип, пожалуй, надо брать то, которые выдаёт ИП, без «самоиндукционной добавки» обмотки. Самоиндукционная добавка – это, как я понимаю, реально «халявная» добавка, которая вырабатывается самим электродвигателем, который одновременно, я так понимаю, незаметно для разработчиков и пользователей, «подрабатывает и генератором» - так как статор – это постоянные магниты.

То есть в расчётах следует использовать 6,01В (= 1,52*4), а не 6,56В для быстрого варианта. И при медленном – 0,43*4 = 1,72В. Я не прав? Готов обсудить.

W_нагрев = I^2*R_акт, а не U^2/R_акт и уж явно не U*I, что мне пытались впарить наиболее «продвинутые» оппоненты-счетоводы. Так как тепловое действие оказывает ток, а не поданное напряжение.

Итак, при быстром подъёме я увеличил напряжение более чем в 3 раза (6,01/1,72 = 3,5), но при этом сила тока увеличилась лишь в 0,23/0,17 = в 1,35 раза.

Но, что важно – крутящий момент при этом остался прежним (масса поднимаемого груза осталась прежней, диаметр барабана, на который накручивалась нить, тоже, скорость в обоих случаях – постоянная), а вот скорость подъёма, а, соответственно и количество оборотов, и, разумеется, «инженерная механическая мощность» (все эти величины прямо пропорциональны друг другу, исходя из формулы P= M_кр*n = F_дв*r*n) увеличились в 2,20 / 0,33 = 6,67 раз.

При этом потреблённая мощность и мощность нагревания обмотки:

При медленном подъёме:

W_полное_медл = U_ип*I = 1,72 * 0,17 = 0,29 ватт,

при этом

W_нагрев_медл = I^2*R_акт = 0,17^2 * 8,6 = 0,25 ватт

При быстром

W_полное_быстр = 6,01 * 0,23 = 1,38 ватт

W_нагрев_быстр = I^2*R_акт = 0,23^2 * 8,6 = 0,46 ватт

Тогда получается, что собственно на подъём груза при медленном варианте тратится всего-навсего 0,04 ватт (0,29 - 0,25 = 0,04) тогда как при быстром 0,92 ватта (1,38 – 0,46), то есть в 23 раза больше. (Примерно такой вариант подсчёта выдавали некоторые мои «оппоненты») А фактическая механическая мощность (инженерная) увеличилась всего в 6,67 раз.

А вот если сравнить полную затраченную мощность, то получаем:

1,38 / 0,29 = 4,8 раза, что, несомненно, ближе к искомой цифре 6,67. Но все равно несоответствие. То есть эксперимент – это такая мутноватая пока для меня водичка – до конца не изученная. И мне кажется, в этой мутной водичке можно изловить довольно интересную рыбёшку – для производимых в РФ электромобилей, электросамокатов и прочей техники.

Вообще этот простенький эксперимент обсуждается вот уже 4 года.

Как я уже говорил, некоторые остолопы («оппоненты») отрицают очевидное, то есть утверждают, что вообще «никакой экономии электроэнергии» при быстром подъёме нет и не было. Ну что поделать, остолопы на то они и остолопы. Некоторые признают экономию, но при этом говорят, что «нищенские 30% экономии» - это ничто, тогда как, согласно теории, экономия при увеличении скорости подъёма в 6,67 раз, тоже «должна быть в 6,67 раз.

Можете прочесть историю обсуждений, если скачаете мою статью «Реальный КПД электродвигателей постоянного тока.pdf» с американского сайта Independent Academia – жаль, наши горе-ученые не создали аналогичный ресурс, а работающий худо-бедно «Техносообщество России» вообще уничтожили.

Ссылка: https://www.academia.edu/37652827/Реальный_КПД_электродвигателей_постоянного_тока_pdf

Почитайте. Там есть над чем призадуматься.

На самом деле, как я уже говорил, увеличение количества оборотов как для ДВС, так и для электродвигателей даётся с большими потерями на «непроизводительные расходы», то есть снижение КПД. Но при этом затраченная на выполнение той или иной работы энергия сокращается, пускай и не столь значительно, как бы этого хотелось. То есть помимо КПД двигателя существует и КПИ (Использования) двигателя. В случае с моторчиком – при увеличении напряжения КПД двигателя снижается, а КПИ возрастает гораздо больше, чем снижается КПД. И конечный результат – сокращение расхода энергии. Интересно, если я продам этот вывод Боррелю или Урсуле, мне поставят памятник в центре Брюсселя? Или меня всё равно не услышат, потому что я – русский?

Какие выводы я хочу сделать:

1. Даже вот такой простенький эксперимент заставил меня пересмотреть многие догматы и «непреложные истины», которые раньше мне казались истиной в последней инстанции.

2. Имеет ли этот эксперимент какие-то практические последствия. Вообще-то имеет. Я полагаю, что более масштабные эксперименты позволили бы серьезно усовершенствовать электромобили. Во всяком случае у меня есть несколько идей, которые стоило бы проверить. К сожалению, пока нет такой возможности.

3. Хочу провести эксперимент с более «подобающим» электромотором. И в качестве источника хотел бы использовать исключительно батарейки или аккумуляторы – для более ясного представления, как расходуется электроэнергия.

4. Я как-то на прошлой неделе задавал вопрос, почему на аккумуляторах пишут емкость в ампер-часах, а не в киловатт*часах?

Для меня очевидно, что емкость должна указываться в квт*ч. Вот что мне на самом деле интересно – если взять три двухвольтовых аккумулятора и один электромоторчик, который я использовал в описанном выше эксперименте, то в каком случае он выполнит больше работы – если все эти три аккумулятора подключить последовательно, что обеспечит большее напряжение, и соответственно, больший ток – ненамного – и, разумеется, скорейшую разрядку – или же параллельно, меньшее напряжение, в 6 раз меньший крутящий момент, но при этом гораздо более продолжительная работа… ? Как Вы думаете?