Металлический проводник с знакопеременной контактной разностью потенциалов и новые технологии
(КПД) электромагнитных машин (электродвигателей, генераторов, трансформаторов) за счёт использования в силовых обмотках принципиально нового проводникового материала – биметаллического проводника с чередующейся контактной разностью потенциалов (ЗКРП). Этот материал позволяет высвободить и использовать дополнительную локальную электродвижущую силу (ЭДС) на основе синергии явлений электромагнитной индукции и термоэлектрического поведения разнородных соединений в переменном токе. Представлена физическая модель взаимодействий и обоснована эффективность способа в режиме циклической тепловой релаксации.
Современные электромагнитные машины демонстрируют высокий уровень КПД, однако он приближается к теоретическим пределам. Дальнейший рост эффективности затруднён при использовании однотипных материалов обмоток. Имеющийся электромагнитный ресурс не всегда реализуется полностью из-за активных и реактивных потерь, само нагрева, вихревых токов и неэффективного управления флуктуациями температуры.
Настоящая работа предлагает использовать новый подход, при котором используются явления, ранее считавшиеся паразитными или незначимыми – контактная разность потенциалов (КРП) между разнородными металлами и их локальное термодинамическое взаимодействие при переменном токе.
Принцип действия
Схематически биметаллический проводник с знакопеременной контактной разностью потенциалов представлен на Рис. 3.
Рис. 3. Биметаллический проводник с знакопеременной контактной разностью потенциалов.
Биметаллический проводник с знакопеременной контактной разностью потенциалов (ЗКРП) представляет собой цепь, собранную из последовательно соединённых разнотипных материалов (например, медь–алюминий, сталь–медь, константан–алюмель и др.), между которыми возникает тонкая контактная разность потенциалов (порядка 1,5–40 мкВ на соединение). В обычных условиях сумма всех КРП по закону Вольта компенсируется, и такой проводник нельзя считать источником энергии.
Однако ситуацию можно кардинально изменить при введении в систему распределённого источника ЭДС, аналогичного подходу, используемому в термобатареях или модулях Пельтье, где ЭДС от каждой пары элементов суммируется последовательно.
В случае электромагнитной индукции в проводнике (катушке) из биметаллического проводника с знакопеременной контактной разностью потенциалов возможны два аспекта возникновения дополнительной ЭДС.
В момент максимальной электромагнитной индукции каждое "Соединение" с КРП действует как энергетическая ступень, сдвигающая уровень напряжения и формирует неравномерный тепловой профиль.
В момент минимальной электромагнитной индукции каждое "Соединение" с КРП возвращается к термодинамическому равновесию, при этом возникает микроскопическая ЭДС, аналогичная эффекту Зеебека.
Рассмотрим принцип действия каждый из них.
Энергетическая ступень, сдвигающая уровень напряжения, создаваемого индукцией и формирует неравномерный