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现代物业“现代科技”2009年第八卷第6期(总第120期)
国家科技类一级期刊《技术创新》栏104页发表
新发现----电路谐振时产生能量
作者:曾凡昌
摘要:电路谐振现象是物理学中三大现象之一,人们利用它有几百年的历史,它为人类做出了巨大贡献.可惜,人们至今还不知道它与能量的关系?一个没有能量的事物,有着很大很广泛的用处,不论是从科学上还是从语法方面都是不符合逻辑的.
本人利用前人和当代人的智慧,经过30多年的探讨,运用反思的方法分析,发现电路谐振时产生能量-----“谐振能”或称“物理能”,还可称“再生能”.
书中为什么利用谐振现象,否认谐振能的产生呢?这主要原因是理论上的失误产生的,在电力系统中,书中讲:电容器具有调相作用,它是储能元件,不是生能设备.在无功功率补偿当中:只承认在总电路中的电流减小,提高有功功率因数,减少总电路中的有功功率损耗.没有讲电感负载做功增大的现象,误认为在电感负载中做功大小是不变的.
本人通过对调谐电路具有选择信号能力的分析:发现电路谐振在输入不变时,输出功率会增大.通过做小试验证明:在电力系统中利用谐振现象可以扩大电能,并且能做到输出大于输入.根据此现象说明:电路谐振时会产生能量.
本人经过多次失败后,发明一个“谐振扩电器”.它的容量虽然很小,但它说明问题很大,如果在全中国和世界推广,其经济意义是无法估量的,也可能对解决当代的金融危机起一点作用.
关键词:内电动势、谐振能、物理能、再生能和谐振扩电器.
正文:
电路谐振现象是人们公认的,在电路谐振时电感负载中的电流或电压增大现象也是书中讲的:在并联谐振时,负载中的电流是输入总电流的Q倍;在串联谐振时,负载中的电压是总电压的Q倍.书中虽然承认电路谐振时电流和电压的变化,却不承认能量的变化;当代人虽然不承认电路谐振时产生能量,但在实践中利用谐振现象却很广泛,其情况是:
1、在电信技术中利用调谐电路选择信号.此现象说明在电路谐振时,负载输出功率会增大的;输出增大是否说明能量增加呢?根据能量守恒定律,输出增加就是能量增大的表现.
在电力系统中利用电容器补偿无功功率.为什么增加一个负载,输入的电流会减少呢?书中讲:因为电容器具有调相作用,提高总电路中的有功功率因数,减少输入的总电流,减小总电路中的有功功率损耗,提高设备的利用率.因为有以上的作用,在全世界中推广.无功功率就地供给,因为无功功率的需要量比有功功率还要多,所以补偿的无功功率相当于电网中视在功率的一半以上,对解决电力不足问题起到重要作用.
在当代能源紧张,电能供不应求,严重地影响生产力的发展,探讨新能源成为最主要的科研项目,是全民的大事.
本人通过对调谐电路具有选择信号能力的分析:发现电路谐振时产生能量.在无功功率补偿时,电感负载做功一定会增大.如果此观点正确,那么利用电路谐振现象就会扩大电能,解决电力不足问题,推动生产力的大发展.
本人在领导和同志们的帮助下做了无数次试验,取得了意想不到的科学成果.发现新能源----“谐振能”,发明“谐振扩电器”.其情况如下:
一、电路谐振时负载做功增大是客观存在的事实
电路谐振时是否产生能量?关键就看谐振时电感负载做功是否增大?此问题利用争论方法是解决不了的,必须通过实践证明.负载做功是由能量转变的,如果负载做功增大(输出增加),就证明谐振时产生能量.
1、我在30年前就做过一次试验:(1)试验设备:在100伏安的变压器前边,接220伏60W电灯泡,目的是隔开与总电路相通.在变压器的输入端并联适当的电容器.在变压器的输出端接一个20W的灯泡.如图(一)所示.
图(一) 图(二)
(2)试验方法:①将电容器调到容量最小位置好比断路,此时接通电源,灯泡不太亮.用电流表测得一次电流为:0.32安,二次电流为0.5安.
②将电容器的容量调到适当位置,即容抗等于感抗,发现电灯泡比原来亮.再测一次电流0.25安,二次电流0.6安.
(3)对试验分析:输入电流减少:(0.32-0.25)÷0.32=21%;输出电流增大:(0.6-0.5)÷0.5=20%,
因输出增大20%,说明谐振时负载做功是增大的,此现象说明书中观点与事实不符合的.
中央电视台科技论坛网友外行13试验:电路如图(二)所示:
其中,R1=1kΩ,R2=1Ω,C=0.5微法.
(1)并联电容前:原边电流为0.08A,电压为160V,视在功率约为12.8伏安,有功功率为8.1W.输出端电流为2.75A,电压为2.75V,功率约为7.56W,COSφ总=8.1÷12.8=0.6328.
(2)并联电容后:原边电流为0.06A,电压为174V,变压器输入电流:0.087安,视在功率约为15.138伏安,有功功率为9.6W.电路中的功率因数:COSφ总=8.1÷(0.06×160)=0.844.输出端电流为2.97A,电压为2.97V.功率约为8.82W.
(3)对小试验结果分析:①并联电容器后,变压器中的端电压提高,电流增大;②因有功功率因数0.6328值不变;变压器中的有功功率增加.
计算公式:P=IUCOSφ=0.087×174 ×0.6328=9.579W;与实际测量9.6W相符合.
③节能计算公式:(I2U2-I1U1)COSφ=(0.087×174-0.08 ×160)×0.6328=(15.138-12.8)×0.6328=1.479W;与实际测量1.5W相符合.
④安装电容器后输出8.82W大于安装前8.1W,这是第一次发现的,是人们不敢承认的事实.因有功功率因数不能大于1,输出大于输入按着书中观点是无法解答的.
通过以上两个试验说明:在电路谐振时负载做功增大是客观存在的事实,负载做功增加与调谐电路具有选择信号的能力本质是一样的.对两个小试验结果人们可以否认,但对于调谐电路具有选择信号的能力,是任何人也无法否认的.
二、电工书中为什么否认电路谐振时产生能量?
1、对无功功率补偿电路分析失误:书中讲:电容器具有调相作用,能提高总电路中有功功率因数,减少输入的总电流,减少总电路中的有功功率损耗,能稳定电压和提高设备的利用率.
《电工问答560例》2006年6月第 一版.书中解:电阻和电感串联回路中,电感上的电流相位滞后于电压相位¢,再并联上电容器,电容上的电流相位超前于电压相位90度,与电阻、电感串联回路中的电流相量之和为i,其电流相位和电压相位之间的相位差 ¢ui大为减小,电路上的无功功率相应大为减小,功率因数就提高了.
书中对电路的分析不符合事实:
(1)电感负载中的有功功率因数不会提高,认为负载中的有功功率因数提高,是不符合实际的.(2)电感负载中的电流,不等于输入的总电流,从实践得知iL＝i+iC
(3)因为负载中的无功功率由电容支路供给,才称为无功功率补偿.因为电容支路输出电流,才能使电源输入的电流减小.(4)在无功功率补偿时,负载做功增大的事实反映不出来,就误认为谐振时不产生能量.
2、书中理论与理论之间的矛盾:
在电信技术中承认电路谐振时负载中的电流和电压增加,在电力系统中否认负载中的电流和电压增大,前后不是矛盾吗?哪个正确呢?
从实践中看,电流和电压增大现象是正确的,无功补偿时电感负载做功增加也是与调谐电路具有选择信号的能力本质是一样的.
在实践中测量失误:
有的单位安装电容器后,输入电流减小1/3以上,可是测量出的电能数字没有减小,电费也不少交,这是为什么呢?
如果电能表安装在电感负载附近,测量出的能量是谐振后电路中的总电能,与输出电能大小是一样的,所以测量不出节约的电能.
(2)如果电能表安装在远离电容器的位置,电容器安装在变压器的输出端,电能表安装在输入端,就会测量出节约能有多少了.
4、节电计算中的失误:
例题:某变电所输出电压为220v额定视在功率为220KVA给相电压为220v,功率因数为0.8,额定功率为44KW工厂供电,问能供给几个工 厂?如果用户把功率因数提高到1,又能供给几个工厂?
首先按书中观点计算:
这个计算是很简单的:额定输出电流为:I额=220000÷220=1000A
(1)当功率因数为0.8时,44KW的工厂耗损电流为:I=44000÷220÷0.8=250A,1000÷250=4(个).该变电所可以供给4个工厂的用电.(2)当功率因数为1时,工厂需要电流I=44000÷220÷1.0=200A,1000A÷200=5(个).该变电所可以供给5个工厂的用电.
再按新观点品质因数计算:
(1)并联电容器前:当功率因数为0.8时,计算结果和方法与书中相同略.
(2)并联电容器后:当功率因数为1.0时,计算方法与书中不相同.
①并联电容器前品质因数值:总阻抗为:220÷1000=0.22(欧姆);纯电阻:R=0.22×0.8=0.176(欧姆);感抗:=0.132(欧姆);
品质因数:Q1=X/R;Q=0.132÷0.176=0.75;Q为感抗与阻抗的比值.
②并联电容器后品质因数值:有功功率电流IR=1000×0.8=800A;
总阻抗Z=220÷800=0.275(欧姆);因为电路谐振时电感负载中的纯电阻值是不变的,总阻抗增加是因为电感增大.X==0.2113031;
品质因数值:Q2=X/R;Q2=0.2113031÷0.176=1.2005858;
③电感负载中的电流值:根据电感负载电流三角形公式:,=1250(A)
④当有功功率值为1时,能供几个工厂用电?
按负载中的电流计算:一个工厂用电需要的电流为250A,1250÷250=5(个),电感负载中总的有功功率为:1250×220×0.8=220,000(W);从电源输入的有功功率为:800×220×1.0=176000(W);有功功率增加值:(220,000-176000)÷220,000×100%=20%;
按有功功率计算:供给工厂数:220,000÷44,000=5(个);
最后对两种计算方法的分析:
(1)书中计算结果,存在理论与实践相矛盾:①说明电感负载中的有功功率大小不变:因为电流负载中的电流减小和有功功率因数增加的倍数是相同的,所以电感负载中的有功功率大小是不变的.②增加的工厂数是因为输入电能增多,证明利用电容器不会节约电能.③因为并联谐振时输入的电流减少,输入的电能增加是不可能的,计算结果不符合实际.④电容支路中的电流哪去了,无功功率补偿表现在什么地方没有反映出来.产生理论与实践的矛盾很多.
(2)新观点计算结果,理论符合实践:①说明电感负载中的电流增大,有功功率因数不变,电路中的有功功率增加.②电感负载中的电流增加的原因是产生一个新的电源---“内电动势”,输出了电流.视在功率增大,有功功率因数不变,有功功率必然增多,证明利用电容器会扩大电能.③输入的电流减少原因,是因为在“内电动势”产生后,负载中的阻抗增大.④能反映出无功功率补偿的本质,电感负载增加一个新电源,无功功率由电容支路供给,也称就地补偿.
通过对两种计算方法的分析:说明在电路谐振时,有电流和电压的增加,电感负载做功增大,这都是事实,证明谐振时能量产生新的能量,
三、为什么补偿无功功率时会增大或节约有功功率?
1、无功功率是客观存在的事物:
(1)在当代人们误认为无功功率是虚数,不是由能量转变的,也不会做功,此认识不符合事实.因为无功功率是由电能在感抗负载中消耗的电能,它产生电压降,电压降是消耗电能的证据;它会产生交变电磁埸,因此也能做功.如果不会做功,有效电流和有效电压以及无功功率的大小怎么会测量出来呢?
(2)视在功率是代表真正的总电功率:在交流电路中,存在两种负载:①纯电阻性负载电流与电压同相位,它好比宏观中的耗散功率不能补偿,产生热能,利用热能做功;②纯电感性负载电流滞后电压90度,它好比宏观中的保守功率可以补偿,产生交变电磁埸能,利用电埸或磁埸能做功;③在电感和电阻串联电路中存在着三个三角形,阻抗、电流和功率三角形.从数学方面分析:三角形的斜边是两个直角边的矢量和,代表整体.两个直角边都是其中的一部分.视在功率是有功功率和无功功率的矢量和,所以它才能代表真正的总电功率.④不同负载做功需要的能量不同,需要的电功率也不同:纯电阻负载做功需要的是有功功率,利用电阻大的材料做导体;电感性负载需要的是无功功率,利用电阻小的材料做导体.
(3)当代人对无功功率认识失误的原因:①在纯电感电路中,对瞬时平均功率计算失误,书中按着瞬时功率的“代数和”计算,平均功率值为“零”.就没有功率量纲,就误认为是虚数.应当按着瞬时功率的“绝对值和”的平均值计算,平均功率不等零,就会有功率的量纲,此功率与有功功率不同起名为称无功功率(应称为保守功率).
(4)有功功率和无功功率是同胞兄弟:在电感负载中做功,不仅要消耗有功功率也要消耗无功功率,电感负载做功的大小与消耗的视在功率成正比.
(5)在电路谐振时负载中的电流和电压同时增大,负载做功必然增加:
根据交流电功率公式:P＝IUCOS¢,在三个因数中,有两个增大,一个不变,计算结果必然增大.因为电流和电压增大是由谐振现象产生的,在补偿无功功率时,电路中的视在功率增大,负载中的有功功率因数不变,所以补偿无功功率,会增大或称节约有功功率.
四、怎样利用谐振能?
要想更好的利用谐振能,必须有一种方法制造一种设备,这种设备可称“谐振扩电器”.
1、“谐振扩电器”的构造:
谐振现象是由电感和电容共同产生的,所以必须有电感和电容两种元件.另外要有一定的条件,所以还需要有变压器和调压器以及电表导体等.
2、“谐振扩电器”,是否能扩大电能试验:
此试验设备、电路图等属于技术保密问题,不能公开,只能发表试验结果.
(1)没有接“谐振扩电器”,试验结果:第 1变压器,输出有功功率:1.859W.
接第二变压器,第2变压器,输出有功功率:0.0685×63.0=4.3155W .
(3)输出与输入对比:不怕不识货,就怕货比货.“谐振扩电器”是否会扩大电能?就看安装前后输出能量的对比.
安装“谐振扩电器”前:第1变压器输出有功功率1.859W.
安装“谐振扩电器”后:第2变压器输出有功功率:4.3155W.
③输出能量增加从哪来的?因为从电源输入第一变压器中的电流减小,有功功率因数增大,保持输入的有功功率多少不变.所以增加的能量是由谐振现象产生的.
当安装“谐振扩电器”时,输出1.859W,增加到4.3155W.
(4.3155-1.859)÷1.859×100%=132.14% ,
证明“谐振扩电器”扩大电能试验成功.又因为安装“谐振扩电器”后输入电流减少,输入的有功功率与安装“谐振扩电器”前的输出功率是一样的(变压器损耗略),即1.859W,安装后输出4.3155W,通过此分析:证明输出大于输入.
3、“谐振扩电器”与“节电器”的关系?
“节电器”是“谐振扩电器”的基础,“谐振扩电器”是“节电器”的发展.其情况是:
(1)“谐振扩电器”与“节电器”的相同之处:如果把无功补偿电路中的电感和电容器当成一个整体---“节电器”,输出“节电器”中的能量就会大于输入“节电器”中的能量.
“节电器”与“谐振扩电器”本质是一样的,都是利用谐振现象,在当代外加电感和电容的“节电器”已经存在,并在实践中应用.
(2)“谐振扩电器”与“节电器”不同之处:①“节电器”:按语法讲是在输出功率不变时,输入电能减少,称“节电器”,“节电器”不能反映出新的能量产生,名称不符合实际意义,推广困难.②“谐振扩电器”:按语法讲是在输入功率不变时,输出电能增加,称“谐振扩电器”.它能反映出有新的能量产生,名称与实际意义相同,推广容易.③扩大电能效果不同:因为“谐振扩电器”有理论指导,设计合理,扩大电能多.④“谐振扩电器”应用范围广泛:对纯电阻电路也能应用,在直流电路中利用的效果更大.
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