1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1/10 1,00оценок: 1

Магнитопольные накопители энергии

Тема в разделе "Бесперебойное (аварийное) электропитание", создана пользователем AndreyNS, 26.04.13.

  1. AndreyNS
    Регистрация:
    27.06.12
    Сообщения:
    3.342
    Благодарности:
    470

    AndreyNS

    Инженер

    AndreyNS

    Инженер

    Регистрация:
    27.06.12
    Сообщения:
    3.342
    Благодарности:
    470
    Адрес:
    Ленобласть, гатч р-н.
    Магнитопольные накопители энергии
    Про ионисторы и конденсаторы уже есть целая тема. Но в древних советских книжкакх когда еще активно изучали физику указано - при накоплении достаточно больших количеств электроэнергии индуктивные накопители получаются выгоднее емкостных.

    У емкостных энергия хранится в поле в диэлектрике и он пробивается при определенной напряженности поля Е. У индуктивных накопителей напряженность магнитного поля Н может возрастать условно безконечно.

    У накопительного дросселя накапливаемая энергия пропорциональна 5 степени от линейных размеров, а масса только 3 степени.

    Для накопления энергии в дросселе требуется создать ток в обмотке. Дальше он поддерживается сам (например можно замкнуть обмотку через ключ), но возникают потери энергии на сопротивление обмотки. Для кратковременного хранения энергии в количестве где-то от 1 мегаджоуля и более магнитопольные накопители выгоднее емкостных, а это всего около трети хозбыт киловатчаса.

    Для стационарных объектов масса относительно мало важна, а вот надежность конструкции и срок эксплуатации получается весьма большие.

    Надо бы посчитать вариант магнитопольного накопителя для варианта деления мощности электростанции или накопления между днем и вечером для сонцепанелей.

    По формуле с http://ens.tpu.ru/POSOBIE_FIS_KUSN/электромагнетизм/05-5.htm - энергия поля катушки с током 0.5*m*m0*n^2*I^2*V

    Для катушки размером 10х10х10 м с 1000 витков при токе 200 а на воздухе получается
    0.5*1.25*10^-6*1000^2*200^2*10*10*10 = 25 мегаджоулей или около 7 хозбыт киловат часов.
     
    AndreyNS , 26.04.13
    #1 + Цитировать
  2. Derbes
    Регистрация:
    14.01.12
    Сообщения:
    112
    Благодарности:
    27

    Derbes

    Живу здесь

    Derbes

    Живу здесь

    Регистрация:
    14.01.12
    Сообщения:
    112
    Благодарности:
    27
    Адрес:
    Алматы
    А сколько времени может храниться заряд? доли миллисекунды?
     
    Derbes , 26.04.13
    #2 + Цитировать
  3. AndreyNS
    Регистрация:
    27.06.12
    Сообщения:
    3.342
    Благодарности:
    470

    AndreyNS

    Инженер

    AndreyNS

    Инженер

    Регистрация:
    27.06.12
    Сообщения:
    3.342
    Благодарности:
    470
    Адрес:
    Ленобласть, гатч р-н.
    Пробовал считать по сопротивлению для катушки 10х10х10 м при 100 витках (круглых, диаметром 3 см меди) и 100 амперах - получается хранится 62 килоджоуля, а мощность потерь при полном токе 2.8 киловата, т. е. хранится минимум десятки секунд.

    Надо в счетных таблицах ввести формулы и покрутить параметры чтобы поисследовать про наиболее выгодные соотношения потерь, размеров, цены обмотки, хранимой энергии.

    По цене вчера вечером зашел в магазин электротоваров - получается 1 кв мм меди стоит около 4.5 руб, а алюминия 0.6 руб. А сопротивление всего раза в 1.5 отличается. Алюминий таки выгоднее.

    Вообщем когда будут бытовые сверхпроводники - тогда обычные акб можно выбрасывать из стационарных систем, ну или только тем, кто магнитных полей боится.

    Т. е. получается количество хранимой энергии зависит от размеров, а время хранения зависит от расходов на материал обмотки (чем больше сечение металла тем дольше хранится).

    По использованию потерь типовая мысля - катушка тороидная и размещена под строением - потери уходят на подогрев строения, а магнитополе все внутрях катушки и санитарные нормы на величину магнитополя в строении выполнены.
     
    AndreyNS , 27.04.13
    #3 + Цитировать
  4. AndreyNS
    Регистрация:
    27.06.12
    Сообщения:
    3.342
    Благодарности:
    470

    AndreyNS

    Инженер

    AndreyNS

    Инженер

    Регистрация:
    27.06.12
    Сообщения:
    3.342
    Благодарности:
    470
    Адрес:
    Ленобласть, гатч р-н.
    25 мегаджоулей если выделятся за 1 милисекунду - это будет процесс со средней мощностью 25 гигават.
     
    AndreyNS , 27.04.13
    #4 + Цитировать
  5. AndreyNS
    Регистрация:
    27.06.12
    Сообщения:
    3.342
    Благодарности:
    470

    AndreyNS

    Инженер

    AndreyNS

    Инженер

    Регистрация:
    27.06.12
    Сообщения:
    3.342
    Благодарности:
    470
    Адрес:
    Ленобласть, гатч р-н.
    Мдя - без сверхпроводников конечно трудно хранить энергию долго - минуты и часы, но вот порядка секунды тоже иногда требуется - чтобы запускать двигатели с большими пусковыми токами. Типа как в холодильниках.

    Седня еще посчитал вариант накопления энергии в индуктивности - получается при увеличении площади сечения магнитопровода все очень быстро лучшеет при улучшающемся соотношении хранимой энергии к мощности потерь (при фиксированом сечении обмоточного провода) - где-то пропорционально площади, а она растет как квадрат линейных размеров сечения катушки. При этом соотношении больше 2..4 уже можно хранить и отбирать основную часть энергии в течении около 1 секунды, которой достаточно для пуска многих хозбыт двигателей.

    Но при росте площади сечения магнитопровода одиночной катушки быстро растет объем и масса магнитопровода и цена его железа. Хотя основная часть магнитопровода как-бы лишняя - чем короче магнитопровод тем выше индуктивность. В итоге вот что получается:

    1. Если взять один магнитопровод с размером сечения около 1х1 м и свернуть из него примерно кольцо - длина кольца средняя будет около 3 м и объем около 3 куб м.

    2. Если взять 4 магнитопровода с размером сечения 0.5х0.5м - общая площадь сечения все еще 1 м, и свернуть их них кольца - длина кольца будет около 1.6 м и объем каждого 0.5х0.5х1.6=0.4 куб м, 4 штуки - объем 1.6 куб м. Итого меньше примерно в 2 раза. Коэффициент уменьшения зависит от величины разбиения - если 1 большой магнитопровод разбить на 100 мелких с такой же суммарной площадью - они будут легче в (объем 100 мелких - 0.1х0.1х0.3=0.3 куб м) - отношение уже 10 раз. Получается где-то в корень квадратный из числа разбиения.

    Итого получается набор из мелких магнитопроводов легче (дешевле) чем один большой. Но что будет по расходу обмоточного провода и потерям буду считать.

    Типа "энергия магнитополя" в катушке хранится где-то в зазоре если он есть (там и максимальная напряженность магнитополя) вместо "всего объема железа", а большая часть железа это просто проводник магнитополя, который можно существенно сократить.

    Похоже на конденсатор - там энергия хранится в тонком зазоре между пластинами и объем относительно малый.
     
    AndreyNS , 15.07.13
    #5 + Цитировать
  6. Guffych
    Регистрация:
    21.09.12
    Сообщения:
    1.130
    Благодарности:
    364

    Guffych

    Живу здесь

    Guffych

    Живу здесь

    Регистрация:
    21.09.12
    Сообщения:
    1.130
    Благодарности:
    364
    Адрес:
    Москва
    Интересно былобы услышать каких размеров будет "аккумулятор" способный хранить энергию двое суток. :)
    А объем мы наберем количеством, просто в таком акуумуляторе интересно именно то что он будет иметь пожизненую "гарантию".

    И уж простите за неграмотность но всетаки не понял как именно это выглядит конструктивно, как я понял это трансформатор на вид, в идеале тороидальный, а энергия хранитса в металле тора.
    Тогда по идее лучше всего такой транс делать из листовой стали как делаютса обычные трансформаторы, и чем тоньше металл тем лучше видимо, только намотка больше слоев будет.

    П. С.
    Ну а теперь в меня надо кинуть табуреткой и сказать "что за ахинею вы несетё", :)] или указать где я не прав. :|:
     
    Guffych , 18.07.13
    #6 + Цитировать
  7. Kolhoz
    Регистрация:
    25.06.09
    Сообщения:
    706
    Благодарности:
    710

    Kolhoz

    Живу здесь

    Kolhoz

    Живу здесь

    Регистрация:
    25.06.09
    Сообщения:
    706
    Благодарности:
    710
    Тоже интересно. Как будет выглядеть эта штука для замены аккумулятора скажем 12В 200А*ч? И сколько, примерно будет стоить современными деньгами.
    Но медные провода сечением метр квадратный, скажем прямо, расстраивают.
    Пожизненная гарантия, это очень мягко сказано. Я так понимаю такая батарейка отработает от тыщи лет. А может и сто тыщ.
     
    Kolhoz , 18.07.13
    #7 + Цитировать
  8. Guffych
    Регистрация:
    21.09.12
    Сообщения:
    1.130
    Благодарности:
    364

    Guffych

    Живу здесь

    Guffych

    Живу здесь

    Регистрация:
    21.09.12
    Сообщения:
    1.130
    Благодарности:
    364
    Адрес:
    Москва
    Ну насчет гарантии это я образно выразился, понятно что ломатса там нечему и служить оно будет пока сами танком не передете эту конструкцию, если конечно танк не сломаетса. :)]
    А еще представьте какой надо будет под такую штуку ФУНДАМЕНТ. :ogo: :)]
    Как никак почти монолитная стале-медная чушка размером с сарай.
     
    Guffych , 18.07.13
    #8 + Цитировать
  9. AndreyNS
    Регистрация:
    27.06.12
    Сообщения:
    3.342
    Благодарности:
    470

    AndreyNS

    Инженер

    AndreyNS

    Инженер

    Регистрация:
    27.06.12
    Сообщения:
    3.342
    Благодарности:
    470
    Адрес:
    Ленобласть, гатч р-н.
    Для длительного хранения на время от минут и более похоже пока реально собирать только на сверхпроводниках. Там обмотка мелкая, но основная часть системы - холодильник. У буржуинов уже есть комерчески выгодные сверхпроводящие линии электропередач, а тута еще выгоднее - конструкция в виде шара или цилиндра вместо вытянутой линии с большой площадью проникновения тепла.

    Есть конечно суровый глобальный вариант - оттащить планету куда-нить на уровень орбиты плутона или дальше чтобы среднегодовая температура на поверхности позволяла сверхпроводящей обмотке валяться на снегу из бывшей атмосферы без принудительного охлаждения.
     
    AndreyNS , 18.07.13
    #9 + Цитировать
  10. Kolhoz
    Регистрация:
    25.06.09
    Сообщения:
    706
    Благодарности:
    710

    Kolhoz

    Живу здесь

    Kolhoz

    Живу здесь

    Регистрация:
    25.06.09
    Сообщения:
    706
    Благодарности:
    710
    С сарай, это для диодной лампочки и переделанного холодильника типа "Саратов". Минут на 5.
    Под нормальную автономку сарай нужен с пирамиду Хеопса.
     
    Kolhoz , 18.07.13
    #10 + Цитировать
  11. Guffych
    Регистрация:
    21.09.12
    Сообщения:
    1.130
    Благодарности:
    364

    Guffych

    Живу здесь

    Guffych

    Живу здесь

    Регистрация:
    21.09.12
    Сообщения:
    1.130
    Благодарности:
    364
    Адрес:
    Москва
    Тогда об этом можно забыть.
     
    Guffych , 18.07.13
    #11 + Цитировать