A kapcsoati energia megjeenése és átaakítása az új mágneses rendszerben Appearance and Conversion of Contact Energ in New Magnetic Sstem Dr. FEKETE Gábor Miskoci Egetem, Eektrotechnikai-Eektronikai Tanszék, Miskoc, Magarország Abstract The new deveoped contact energ contro strateg gives eceent resuts without cacuation or measurement of rotor speed. The sef-contro of the contact energ E is reaized. The contact energ contro method is a new theor of contro strateg that unifies the different tpes of inverter-fed drives. New powerfu industria magnets give the possibiit of deveopment of a new magnetic sstem, which power source is given b the mechanica rectified and transformed E contact energ. The power source of new magnetic sstem is environment friend and it is present in a parts of the space. 1. Bevezetés Napjainkban a hagomános energiaforrások energia készetének vészes csökkenése az érdekődés fókuszába heezte az új aternatív, körnezetbarát energiaforrások kutatását. A dogozatban bemutatásra kerüő új mágneses rendszer energiaforrása a kereskedeemben egre jobban terjedő nagtejesítménű ipari mágnes. A mágneses rendszert a hagomános viamos gépekhez hasonóan két mágneses tér kapcsoatábó származó energia működteti. Az egik mágneses teret a szokásos enevezésse φ fuus térvektorra, a másikat I áram térvektorra jeemezzük és köcsönhatásukat az E = T j E0 kapcsoati energia térvektorra írjuk e, ame potenciáis energia. A hivataos tudomán több természeti jeenség okát nem ismeri, azonban eméetieg e tudja írni. A Mawe egenetek is heesen írják e az eektromágneses tereket, de nem mondják meg, hog a természetben az egenetek igazságáért ki vag mi és hogan feeős, vaamint mi a mágneses és a viamos tér. Einstein a munkásságáért Nobe díjat kapott. Ezt követően szerette vona megakotni az átaános téregenetet, azonban erre nem kerühetett sor, mive nem tudta értemezni a gravitációs teret. Ma már azt a tudomán áta efogadott eredmént is kritikáva ke fogadni, hog eg m tömeg fénsebességen végteenné váik. A 23 éves kutató munkám során sikerüt feismerni, és magarázatot adni a mágneses, a viamos és a gravitációs térre. A feismerések aapján megakottam eg új téreméetet. A étünk aapját jeentő, a teret kitötő, nem anagi jeegű energiamezőt, röviden térenergiát definiátam és energia mode segítségéve matematikai összefüggésekke eírtam. Az új téreméet aapján a mágneses és a viamos tér, a térenergiának gerjesztett anagga étesített iránított tere. Amenniben speciáis anagot gerjesztünk, pédáu rézanagban áramot foatunk, vag speciáisan ötvözött anagot gerjesztünk, pédáu mágnes anagot femágnesezünk, akkor a étrehozott iránított teret mágneses térnek nevezzük. Azonban, ha úg gerjesztjük az anagot, hog tötése van, vag tötésmegoszás keetkezik az anagban, akkor az íg étesített iránított tér a viamos tér. Az eőzőek aapján definiáva, az E kapcsoati energia eg rendszer anagai, ietve gerjesztett anagai között kiaakuó energia. Ha Einstein feismerte vona, hog a teret, a nem anagi jeegű energiamező töti ki, akkor arra az eredménre juthatott vona, hog eg anagnak a nagobb sebességek tartománában nem az m tömege, hanem az m tömeg tehetetensége nő meg. Értemezni tudta vona, hog a testek tehetetenségét mi okozza és hogan. Az új téreméet ezekre magarázatot ad, továbbá ENELKO 2004 47
magarázatot ad az energia-megmaradás törvénére is. A kutatási eredmének aapján kijeenthető, hog a tudomános viág áta megakotott mechanikus, viamos, mechatronikus periodikusan működő rendszerekben a térenergia csak az energiaszáítást végezheti, azonban perióduson beüi paradigmavátássa a térenergia átaakuhat számunkra munkavégző energiává, új körnezetbarát energiaforrássá. Frekvenciavátós indukciós gépes hajtásaimban az új kapcsoati energia szabáozási ejárássa (CBEC és EBCC) a térenergia az optimáis energiaszáítást végzi. Az új mágneses berendezésekben viszont a térenergia, perióduson beüi paradigmavátássa, új energiaforrásként jeenik meg. 2. A kapcsoati energia és szabáozása az indukciós gépekben A kompe tejesítmének mintájára, az E kapcsoati energia térvektor eőáítása a φ fuus térvektorbó és az I áram térvektorbó: = E = ( φ I ) j = ( φ j φ ) ( I j I ) j = ( φ I φ I ) j ( φ I φ I ) = T j E ( VAs ). Az eredmének aapján a potenciáis wattos energia azonos az indukciós gép tengeén jeentkező nomatékka T ), azaz T = T. Az eőző összefüggések aapján adódik, hog az E ( w w kapcsoati energiát eíró, E kapcsoati energia térvektor az indukciós gép T wattos energiájának és mágneses energiájának egüttes szabáozására kiváóan akamas (1. ábra). E 0 ( T ) 0 ( 1 ) 1. ábra. Az indukciós gép kombinát kapcsoati energiaés kapcsoati energia szabáozási diagramja A szaggatott vonaa rajzot diagram az indukciós gép kapcsoati energia diagramja az I G" áramhatár térvektor esetén (a φ fuus térvektor a képzetes tengehez kötött). Az ehhez a 48 EMT
diagramhoz tartozó munkapontokat a megvastagított I és E térvektorok jeöik ki. Ha minden eges I egenáramú áramkör áramerőssége értékhez hozzárendejük eg az E áta szogátatott munkapontot, akkor a kijeöt munkapontok sorozata adja a kapcsoati energia szabáozási diagramot, az 1. ábrán fotonos vonaa kivastagított görbét. Az 1-es jeű pontban = T = 0 és a rotor frekvencia végteen nag, a 2-es jeű pontban E 0 = T és T maimáis, a rotor frekvencia viszont bienő érték, a 3-as jeű pontban I G" -ve bevitt kapcsoati energia mind E0 és a rotor frekvencia ekkor nua. Az X -e jezett pont üresjárás. Az X Y szakaszon történik a kapcsoati energia szabáozás. Az Y G szakaszon képződik a E kapcsoati energia differencia, ami a tengefrekvencia keresést és követést vátja ki. Az F, FF a hibafeüet, az ω az eőre forgásirán, a I. a motoros üzem eőre forgásiránban, a II. a generátoros üzem eőre forgásiránban, a α, α a, nomatékszög differencia, az E G, E G a kapcsoati energia térvektor energiahatárra, a a nomatékhatár. Az E kapcsoati energia szabáozássa részetesebben a [3], [4], [5], [6] irodamak fogakoznak. 1 E 0 T G ' 3. A ineáris mozgású rendszer kapcsoati energia diagramja Az aaperendezésre jeemző, hog N S N S N S... (N északi póus, S déi póus) foamatos erendezésű mágnesek terébe N S dipóust heezünk fogaskerék, fogaséc mechanikai kénszer kapcsoatában. A foamatos erendezésű mágnesek tere, azok mentén haadva, reatív forgó mezőt étesít. Az N S dipóust a mechanikai kénszerkapcsoatban mozgatva szintén reatív forgó mező keetkezik. Mint gördüő rész, az N S dipóus és a fogaskerék közös tengeen van. A két reatív forgó mező huámhossza és szöghezete a viamos és mechanikus paraméterek megváasztásátó függ. A viamos gépekre jeemző módon, az α nomaték szögge jeemezhető, eredő nomaték ébred a mechanikai rendszer gördüési pontjában a viamos kapcsoat mechanikus szűrése során. Az eredő nomaték következméne a haadást étesítő erőrendszer. A szimmetrikus I., az aszimmetrikus II. és a tejes III. energia egeniránításos üzemmódra, a kapcsoati energia diagrammot a 2. ábra mutatja. Az I. jeű üzemmód során az E kapcsoati energia térvektor végpontja a szaggatott vonaa jezett körpáán mozog az 1, 3, 4, 1 pontokat érintve. A munkavégzés átag értéke ekkor nua. A II. jeű üzemmódban az E kapcsoati energia térvektor végpontja a csiagga jezett páán mozog az 1, 2, 3, 4, 1 pontokat érintve. A munkavégzés átag értéke ekkor vag értékű, attó függően, hog E vag E z energia munkavégzése a domináó az energia transzformáció (amit a mechanika végez) során. A III. jeű üzemmódban az E kapcsoati energia térvektor végpontja a pontokka jezett páán mozog az 1, 1-3, 4, 1, 1-3... pontokat érintve. Az energia egeniránítás ehetőségét az 1-3 S stabiis munkapontbó L abiis munkapontba vaó átvátás teszi ehetővé, amit küönböző módokon vaósíthatunk meg. Ebben az üzemmódban a munkavégzés átag értéke maimáis vag maimáis értékű, attó függően, hog E vag Ez energia munkavégzése a domináó az energia transzformáció során. Az új mágneses rendszert részetesebben az [1], [2] irodaom mutatja be. ENELKO 2004 49
2. ábra A kapcsoati energia diagram az I., II., III. üzemmódra Aho: E vontatási energia, iránú kapcsoati energia ( E = T ) [Nm] E deformációs energia, iránú kapcsoati energia ( = E ) [Nm] Ez F o F o ω I ω φ ω E L S E 0 nomatéki energia, z iránú kapcsoati energia ( E = T ) [Nm] vontatási erő deformációs erő áram térvektor reatív szögsebesség fuus térvektor reatív szögsebesség kapcsoati energia térvektor szögsebesség abiis munkapont stabiis munkapont z [N] [N] [rad/s] [rad/s] [rad/s] 4. A ineáris mozgás és a mechanikus szűrés megvaósítása A 3. ábra a kapcsoati energia mechanikus szűrését mutatja be ineáris motor erendezés esetén. Ha az ' iránú emozduást p. a z' tengeben eheezett csapág ' iránú megtámasztásáva megakadáozzuk, akkor csak az ' iránú emozduás és a forgás biztosított a {2} gördüőrész számára. Íg a v sebesség nua és a v sebesség meg az ω tenge-szögsebesség a ' megkívántak szerint vátozhat. A {2} gördüőrészt R0 tengetávoságban heezzük e és további kénszereket {2/1} fogaskerék, {4} fogaskerék koszorú kapcsoatot akamazunk. ' 50 EMT
3. ábra A kapcsoati energia mechanikus szűrése A 3. ábrán jezett módon mechanikai aapkapcsoatban a G 0 gördüési pontra T F R F r = 0 0 = 0 k, (2) aho: T a wattos energia (forgató-nomaték a z tengere), az F a vontatási erő, az 0 R a tengetávoság, az 0 r k a fogaskerék sugara (osztókör sugár), a fogaskerék koszorú sugara végteen nag. A fogaskerék sugarát vátoztatva H kapcsoati periódushosszat étesítünk az aábbi fogaskerék sugár váasztássa r r r. A G gördüési pontra k k k r k r k, r = k F F 0 1 = F η 0, (3) rk aho r k, r k a fogaskerék sugara, a T a wattos energia (fogató-nomaték a F a vontatási erő, az F η 0 a vonóerő, az az energia szűrés hatásfoka. z tengere), az A G gördüési pontra r k r k, r = k F F 0 1 = F η 0, (4) rk ENELKO 2004 51
aho: r k, r k a fogaskerék sugara, az F 0 a vontatási erő, az F a vonóerő, az η az energia szűrés hatásfoka. A (2), (3), (4) összefüggések aapján átható, ha H kapcsoati periódushosszat hozunk étre, akkor eg eemi d' és a hozzá tartozó dα emozduás aatt energia egeniránítás történik, aminek mértékét az η energia szűrés hatásfoka ténezőve ehet figeembe venni. Az α nomatékszög a szakirodaombó ismert módon értemezett. Az energia szűrés során ha η pozitív, akkor vontatási energia dogozik az nomatéki energia rovására, viszont ha η negatív, akkor E nomatéki E z E energia dogozik az vontatási energia rovására. Eőző esetben a kapcsoati energia haadóterének, utóbbi esetben a kapcsoati energia örvénterének munkavégzése történik az eemi emozduás aatt. z E 5. A kapcsoati energia átaakításának eméete az új mágneses rendszerekben Az új mágneses rendszerekben a φ fuussa jeemzett iránított teret és az I sztátor áramma jeemzett iránított teret az ipari mágnesek étesítik. A mágneses kapcsoat periódusaira a kapcsoati energia integrája: 1 E = E d E d = E E = 0 ( VAs ). (5) Az új mágneses rendszerek kimeneti energia integrája a mágneses kapcsoat periódusaira (cészerűen a tengenomaték): E Ki = E d δ = δ E 1 E d ( VAs ), (Nm). δ (6) ( = és E = E ) aho: a kapcsoati energia páagörbéje a mágneses kapcsoat periódusaira, δ az integrát energia egeniránítási koefficiens, a mágneses mozgást segítő hatás érvénesüése, a mágneses mozgást akadáozó hatás érvénesüése. Amenniben δ = 0 a térenergia a készüék kimenetén munkát nem végez. A hagomános építésű zárt rendszerű mechanikai szerkezet nem működőképes. A térenergiáva és étének hatásáva részetesen a [8], [9], [10] irodamak fogakoznak. Ha δ > 0, akkor a készüék kimenete munkát végez (motoros üzem). Ha δ < 0, akkor a készüék kimenő energiája eenében munkát ke befektetni (generátoros féküzem). 6. Összegzés A kapcsoati energia szabáozás eg új szabáozási ejárás, új eméet, ame egségesíti a frekvenciavátós hajtásokat és aapu szogá az új mágneses rendszerek működésének eméeti 52 EMT
megközeítésére. A szakirodaombó ismert kapcsoati energia szabáozás az indukciós gépekre, áramaapú energiaszabáozás Current Based Energ Contro (CBEC) vag energiaaapú áramszabáozás Energ Based Current Contro (EBCC). Az új mágneses rendszerek a nagenergiájú ipari mágnesek kapcsoati energiáját, a mechanikus energia egeniránítás során munkavégzésre, tengee kimenetén foamatosan szogátatja. Az új mágneses rendszerek energiaforrása körnezet-barát és a tér bárme pontján jeen van. 7. Irodaom [1] Fekete, G.: A New Magnetic Power Machine Operated b Contact Energ Used in Induction Machines, 15 th Internationa Conference on Eectrica Drives and Power Eectronics (EDPE 2003), High Tatras, Sovakia, Proceedings, pp: 129-133. [2] Fekete, G.: Process for moving inducted votage -ess roing part paced in magnetic fied and equipment for reaisation of process, Universit of Miskoc, Hungarian patent notice, nr.: P0200069, 2002. [3] Fekete, G. - Ádám, T.: A New Current Based Contact Energ Controed CSI-Fed Induction Motor Drive, 15 th Internationa Conference on Eectrica Machines, (ICEM 2002), Brugge, Begium, 2002. Proceedings, pp: 239, Fu paper, CD-ROM. [4] Fekete, G.: Contro Diagrams of Energ Controed Current Source Inverter Drive, 10 th Internationa Power Eectronics & Motion Contro Conference, (EPE-PEMC 2002), Cavtat & Dubrovnik, Croatia, 2002. Proceedings, pp: 473, Fu paper T11-018 on CD-ROM. [5] Fekete, G.: A New Energ Based Current Controed CSI-fed Induction Motor Drive, 11 th Internationa Smposium on Power Eectronics, Ee 2001, Novi Sad, Yugosavia, 2001. Proceedings, pp: 216-220. [6] Fekete, G. - Niessen, E.: Energ Contro of Induction Machines, Hungarian Patent, Hungarian Patent Office, Budapest. Reg. No. H 02 P 17/00, P 94 01116, 2000. [7] Bága, Cs., Kovács, E.: Soenoid Based Actuators, Internationa Conference on Eectrica Drives and Power Eectronics, 24-26 September 2003, The High Tatras, Sovakia, Proceedings, pp: 207-210. [8] Fekete, G.: The Space, the Space Energ and the Oriented Space, stud, (not pubicated), Universit of Miskoc, 2002. [9] Fekete, G.: The Gravitation, the Magnetic and the Eectric Fied, stud, (not pubicated), Universit of Miskoc, 2002. [10] Fekete, G.: New space-theor, stud, (not pubicated), Universit of Miskoc, 2003. [11] Fekete, G.: Contro Theor of Optimised Contact Energ at Induction Motor Drive and at New Magnetic Power Machine, Energetika-eektrotechnika Konferencia, (ENELKO 2002), Cuj-Napoca, 2002. Proceedings, pp: 34-41. [12] Fekete, G.: Modified CSI Configuration for Reaization of Induction Motor Drive Contact Energ Contro, 14 th Internationa Conference on Eectrica Drives and Power Eectronics, (EDPE 2001), High Tatras, Sovakia, Proceedings, pp: 159-163. [13] Fekete, G.: A New Energ Controed Current Source Inverter Fed Induction Motor Drive, 9 th Internationa Conference and Ehibition on Power Eectronics and Motion Contro, (EPE-PEMC 2000), Kosice, Sovak Repubic, 2000. Proceedings, Vo. 7., pp: 130-134. ENELKO 2004 53