阿尔弗雷德•哈伯德自供电发电机
2023-02-17 18:18:38
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1919年,在美国华盛顿州西雅图市联合湖的波蒂奇湾,尼古拉·特斯拉的熟人阿尔弗雷德·哈伯德演示了一个自供电发电机的设计。发电机高约350毫米,直径280毫米。它为功率为35马力(25.7千瓦)的电动机提供动力,推动一艘18英尺长的小艇在水面航行数小时,发电装置不带电池。数千人目睹了这一演示。直至后来由于线路开始过热而结束。据说所使用的电线有7股,直径2.286毫米。每一股电线能携带12安培,所以如果这是正确的,电线可以传输约84安培。包括绝缘层在内的电线的直径据说是8.5毫米。内核据说是由一根包含16根铁棒的管子制成,周围绕有43匝电线。如果正确的话,这意味着35厘米43匝,圆柱形的线圈并排,彼此接触。

                         图1  哈伯德的照片

哈伯德曾经画过一张草图。他的小型家用发电机是一种简单的设计。包括8个圆柱形的初级线圈。每个线圈绕在圆柱形铁芯上。线圈互相串联。这些初级线圈围绕在一个稍大的,有约35匝的次级线圈。次级线圈绕在空心管上,里面充填有金属条或者软铁棒。这个小型装置高约150毫米,电线直径包括绝缘层为4毫米。装置的直径约为125毫米。每个铁芯绕有一层绝缘电线。

                         图2   哈伯德发电机的铁芯结构

哈伯德申请了专利。但是,他的专利可能以“涉及国家安全”为理由被束之高阁,禁止向公众透露,并且禁止开发产品。因此,公众无法知道哈伯德成功的设计。

约瑟夫•卡特在他《令人敬畏的生命力》一书中试图从理论上解释哈伯德发电机的原理。但是,他的解释有某种猜测成分,因为哈伯德的设计从来没有公开过。

卡特的观点有一定合理性。即使不是哈伯德的设计,也值得研究和试验。卡特提出的机制是基于众所周知和广泛接受的软铁的磁化与施加的磁力水平的曲线图,这张图是高度非线性的,图的中心部分急剧上升。表明铁的磁化强度有相当大的增加,而能量输入的增加相对较小。

                         图3   铁芯的磁化强度曲线

卡特强调输入波形应该是脉冲直流。应用脉冲直流的方法是,几乎与克莱门特·非格拉设计相同。

向初级线圈供电的脉冲产生器的图解如下。脉冲产生器生成正弦波,矩形波,或者三角波对发电机输出功率,可能有不同影响,需要通过实验进一步验证。

            图4   振荡电流发生器

1933年1月12日,在哈伯德公开展示的12年后,安德烈•库特尔获得了名为“自发电发电机”的专利 FR739458,这种设计与哈伯德的设备非常相似,看起来很可能是哈伯德的设备,他用了不同的名称。

库特尔发电机中心有一个较大的软铁芯线圈,周围有6个较小的软铁芯线圈。周围的软铁芯线圈数不是固定的,可以按照设计需要增加数目。直径较小线圈绕线匝数相同,因此,每个小线圈产生跟中心大线圈相同的电流。周围线圈铁芯截面积之和等于中心线圈铁芯的截面积。

                  图5   库特尔发电机线圈结构

铁芯线圈的连接如下图所示。

                   图6    库特尔发电机线圈连接

根据专利描述,每个周围线圈的输出电流等于中心线圈的电流。例如,中心线圈输入1安培电流,周围的6个线圈也会有1安培的电流输出。因为周围6个线圈是并联的,所以,这6个线圈总输出电流是6安培,COP=6,或者说发电效率为600%。即使有部分能量因为发热而损失掉,系统的增能效果非常巨大。因此,要注意增大输出线圈漆包线的直径。

库特尔把三组这种线圈连接起来,增加输出功率,以达到设计目标。库特尔发电机总体结构如下图所示。

                      图7    库特尔发电机总体结构图

由于系统输出交流电,库提尔在他的反馈控制器中使用一个分离变压器将其变成直流电,给输入端的振荡电路供电。在1933年,由于当时还没有半导体元件,他使用机械振荡器作为振荡电路。他的总体设计图如下图所示。

                    图8  库特尔带有机械振荡器的发电机结构图

现在,使用电子技术制作振荡器,可以大大精简发电机的结构。

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