Таким образом, в данном эксперименте допустимые углы поворота не должны превышать 45–50 градусов, что достигается подачей малого тока (0.1–0.2 А) в обмотку статора.

В данном эксперименте ротор устанавливался относительно статора в положение максимального момента, далее подавался постоянный ток (0.06-0.2 А) и измерялись углы отклонения ротора при неподвижном статоре и статора при неподвижном роторе, при этом, ротор и статор поочередно подвешивались на том же торсионе (медная эмалированная проволока диаметром 0.38 мм). Момент сопротивления скручиванию торсиона был прокалиброван и составил 0.078 гс см/град. Схема калибровки приведена на Рис. 21.

Рис. 21

Момент сопротивления проволоки (торсиона) калибровался грузиками m, подвешенными на проволоке диаметром 0.1 мм, пропущенной через блок. Лезвие, упирающееся в ось (снизу ротора) предотвращает поворот ротора, подвешенного на торсионе, в вертикальной плоскости.

Измеренные углы поворота подвешенного на торсионе ротора и подвешенного на том же торсионе статора для первого макета (120 полувитков) приведены в Табл. 1:

Момент силы в таблице приведен в граммах силы на сантиметр (техническая система единиц, 1 гс•см = 9.8•10– 5 нм). Как видно из таблицы, зависимость угла отклонения от тока — линейная, что, собственно, и следовало ожидать.

Как можно видеть, измеренные значения углов отклонения и моментов меньше для статора, чем для ротора (порядка 67 % от момента ротора), что, естественно, может вызывать сомнения, потому, что согласно 3-му закону Ньютона для вращательного движения эти моменты должны быть равны (см. выше). Это несоответствие, в частности, может быть объяснено методическими ошибками эксперимента, например разным натяжением проволоки (торсиона) при подвешивании магнита (200 г) и статора (60 г), хотя, согласно сопромату, напряжения растяжения и кручения не связаны друг с другом. Кроме того, катушка статора имела отводы, выполненные из тонкой медной проволоки (0.1 мм в диаметре), которые при повороте статора теоретически могла создавать сопротивление.

Для выявления возможных методических ошибок была проведена серия испытаний. В частности, влияние отводов было проверено и было установлено, что ошибка, вызванная изгибом такой проволоки (0.1 мм в диаметре) составляет менее 1 градуса поворота статора. Во всех экспериментах использовалась та же проволока (торсион), на которой поочередно подвешивался ротор и статор. Измерения были многократно повторены в разных условиях (расположение проводников и блока питания относительно статора и т. п.) для определения возможного влияния внешних полей. Результаты измерений, при этом совпали с точностью до ± 10 %.

Далее, аналогичные испытания были проведены для второго генератора (460 полувитков) с неэкранированными радиальными проводниками (их вклад в ЭДС — порядка 20 %). Точность экспериментов с использованием второго генератора была существенно выше по сравнению с первым (число витков статора в 3.8 раза больше). Качественно и количественно было зарегистрировано явно выраженное существенное превышение момента ротора над моментом статора, при этом момент статора составлял порядка 50 % от момента ротора. Была также зарегистрирована зависимость стартового момента от положения плоскости раздела магнита относительно статора (как у любого асинхронного электромотора). Момент был равен 0 в первом (устойчивом) нейтральном положении (см. выше), постепенно увеличивался при повороте ротора, и достигал максимума при повороте ротора на угол порядка 115 градусов относительно устойчивого нейтрального положения.

В связи с этим, измерения моментов ротора и статора проводились в одинаковых положениях (Рис. 22), когда плоскость раздела магнита (при отсутствии тока в обмотке) совпадала с серединой полувитков (или линия соединяющая середины половинок магнита — полюсов S-N — совпадала с плоскостью раздела полувитков), т. е. ротор был повернут на 90 градусов относительно устойчивого нейтрального положения (см. выше) и при повороте на 115 градусов (моменты максимальны).

Рис. 22

Для тока 0.04 А моменты статора и ротора составили 2.05 гс см и 4.29 гс см соответственно при 90 градусах и 2.6 и 5.3 гс см — при 115 градусах. Точность измерения углов поворота составляла порядка 1–2 градуса (0.078 — 0.156 гс см — для момента).

Анализ возможных методических ошибок

Для выяснения влияния внешних магнитных полей на результаты эксперимента было проверено взаимодействие подвешенного статора с возможными внешними полями (ротор был удален). Оказалось, что статор сам поворачивается на малый угол при подаче тока в обмотку. При токе в 1 А статор первого генератора поворачивался на 1.5–2 градуса (направление зависело от направления тока), что соответствует моменту в 0.11-0.16 гс см.

Далее, на том же торсионе был подвешен статор второго генератора. При токе в 1 А угол поворота составил 8.4 градуса и, соответственно, крутящий момент составил 0.66 гс•см.

Теоретически, поворот статора мог быть вызван взаимодействием магнитного поля статора с магнитным полем Земли. Анализ, основанный на законе Ампера, показывает, что полувитки и радиальные проводники в однородном магнитном поле не создают крутящего момента, и только вертикальные проводники при прохождении тока создают пару сил, которая может повернуть статор вокруг вертикальной оси (Рис. 23).