Генератор Хаббарда

В данной статье будет рассматриваться генератор Хаббарда, который изобрел юный ученый Альфред Хаббард в 1920 г. Согласно большому количеству источников этот генератор выдавал мощность в три раза большую, что вполне возможно при использовании резонирующих контуров в электрической цепи. Многие энтузиасты попытались воссоздать этот генератор Хаббарда по тем немногим источникам, что имеются. На основе этих статей был собран и реализован Генератор Хаббарда с использованием ферритовых стержней, источника постоянного тока, диодного моста и катушки зажигания от восьмицилиндрового двигателя ЗИЛ-130.

Описание генератора Хаббарда

Конструкция генератора состояла из следующих элементов:

• 1.    8 вторичных катушек диаметром 30 мм, высотой 146 см.

• 2.    Центральная катушка с железным сердечником высотой 49 см, диаметр порядка 146 мм.

На центральном сердечнике намотаны три катушки с использованием медных проводов сечением 0,25, 0,5, 0,75 мм.

Рис. 1. Схема соединения включенных последовательно бифилярных катушек

Вторичные катушки соприкасались с центральным сердечником, а также между собой (рис. 2).

Рис. 2. Вид сверху вторичных катушек и стального сердечника

По сведениям очевидцев, генератор Хаббарда состоял из следующих элемен- тов:

• 1.    Двигатель постоянного тока.

• 2.    Трамблер от восьмицилиндрового двигателя.

• 3.    Автотрансформатор.

• 4.    Редуктор.

• 5.    Источник постоянного напряжения 11 250 В.

• 6.    Вольтметр.

• 7.    Амперметр.

• 8.    Лампа индикатор наличия выходного напряжения.

T6« Halberd coll froa Um $r«irU Рол lotriUfanr at 17 Scot. 1Я*. ТЪ« Claitatleai m * Ie. lent md 4*4 bi. 4i«*«ur.

Рис. 3. Катушка Хаббарда, опубликованная в Сиэтлской газете

A cuTimtcuiHMti трош tfxipMamup

Рис. 4. Примерная схема установки генератора Хаббарда

Принцип действия генератора Хаббарда

Двигатель постоянного тока с напряжением 12В от аккумуляторной батареи раскручивает трамблер. Параллельно двигателю аккумулятор питает катушку зажигания. Входное напряжение подавалось на центральную катушку, а выходное снималось с восьми последовательно соединенных катушек, расположенных вокруг центральной. Полученный ток при резонансе напряжений поступал на понижающий трансформатор, где выпрямлялся и шел уже на нагрузку. Альфред Хаббард в своем первом показательном испытании использовал лампочку, а во втором — уже запитал мотор небольшой лодки с пассажирами.

the XM^urviNG тяд^гсямеа

The natural megnetlc resonance frequence' 2,8 GHt,

Suggoeted геоспмче Ireouencet lot the inne/wmw;

5.3*0 He • 3.1 CH»?’*

10.381 Hi - 8.» GMW2 ■

21.382 Hl • 2.8 GM»!

The Ideal mochamcel length el code: 1.73* • US mm lor muliWe heteeO Reno of the cental coil е-amater to the length 173 lln the tael яюоеП wlMh e quart a e Ofemetet of the eentee eetl of 1*613 • <9 mm.

The Meet ratio of the diemeter of the center cod to the 8 emoOe* со*1 mult Co Tkt GOLOCH StCTIGH, Le, the e>emetcr el the imotl code mun Se 30 mm.

The foifaenng eeire themeteri have lean teetea-0 23. 0 5 end 0.73 mm,

Meoiueemenu of Fo# mofuleyef carle; Meeiueements: the ten model;

Рис. 5. Схема катушек генератора Хаббарда, которые выполняли роль усилителя

Усиление происходило за счет последовательного соединения двух катушек и керамических конденсаторов при частотах трех резонирующих контуров 5 340, 10 681 и 21 362 Гц. Эти частоты являются 17, 18 и 19 гармониками частоты 2,8 ГГц. Таким образом, с помощью трансформаторной связи с центральным сердечником напряжение, уменьшенное приблизительно в три раза, возбуждает контур на частоте 21 362 Гц через замкнувшийся искровой промежуток высоковольтного распределителя. Замыкание искрового промежутка в высоковольтном распределителе должно произойти несколько позже размыкания прерывателя. Это регулируется винтами установки угла опережения на трамблере. Одновременно через трансформаторную связь высокое напряжение подается и на контур 10 681 Гц. Складываясь, синфазные сигналы двух контуров участвуют в образовании магнитного потока сердечника во внешней катушке. Далее, происходят процессы, аналогичные алгоритму работы источника питания. После размыкания искрового промежутка в высоковольтном распределителе в контуре, настроенном на частоту 10 681 Гц, индуцируется напряжение приблизительно в восемь раз больше, чем напряжение, поданное на контур 21 362 Гц. В следующем цикле размыкания прерывателя в источнике питания напряжение контура 5 340 Гц суммируется с напряжением контура 10 681 Гц и возбуждает контур 21 362 Гц гораздо сильнее. При каждом переключении высоковольтного распределителя направление магнитного потока в центральном сердечнике меняется на противоположное из-за противофазного включения периферийных катушек. Центральный сердечник с катушками работает как сумматор колебаний трех октавно разделенных контуров. При этом колебания с частотой 2,8 ГГц, содержащиеся в контурах, достигают довольно больших значений. Возникающий электронный магнитный резонанс (феррорезонанс) увеличивает намагниченность ферромагнетика (железа) и величину магнитного потока в сердечниках в несколько раз.

Описание выбранных материалов

Ввиду невозможности точно установить все исходные комплектующие, использованные самим Хаббардом, на основе рассмотренных конструктивных особенностей и схемы генератора были выбраны иные, более распространенные детали и элементы для создания аналогичной, но меньшей по размеру модели.

В качестве материала сердечников был выбран феррит М400НН, главными преимуществами которого являются малые потери на вихревые токи. Также ферритовые стержни размером 200х10 и 200х8 наиболее доступны. Эмальпровод ПЭТВ-2 — медный провод, покрытый эмалью в качестве изоляции. Такой провод применяется для изготовления обмоток температурного класса B. Вместо самодельных конденсаторов использовались последовательные соединения из двух керамических конденсаторов, рассчитанных на напряжение 6,3 кВ, с целью увеличения предельного напряжения. Для того чтобы сделать устройство более компактным и уменьшить воздушный зазор, были распечатаны на 3D-принтере 4 пластиковых диска (рис. 6) диаметром 43 мм и толщиной 3,5 мм с отверстиями под стержни. В качестве основной схемы при постройке физической модели использовалась схема, изображенная на рис. 4.

Рис. 6. Пластиковый диск

Учитывая сложности вывода обмоток центрального стержня и невозможность разобрать конструкцию для выявления ошибок, были выделены две промежуточные шайбы, в которых были сделаны четыре паза для легкого извлечения стержней.

Рис. 7. Пластиковый диск с пазами для доступного извлечения стержней

Двигатель постоянного тока с широким диапазоном регулирования оборотов на 12В имеет существенную для приобретения цену, поэтому лучше использовать для вращения трамблера такие ручные электрические инструменты, как дрель, перфоратор и т. д. Работа таких инструментов основывается на маломощных двигателях постоянного тока. Частота вращения непосредственно устанавливается редуктором. Наиболее оптимальную частоту вращения развивает УШМ («болгарка») — компактный инструмент, который достаточно просто подсоединить к аккумулятору на 12В. Наиболее доступными и дешевыми для приобретения являются трамблеры, использующиеся в автомобилях ЗИЛ-130. Такие трамблеры неприхотливы и надежны в своей работе. Катушка зажигания Б-115 применяется повсеместно в автомобилях советского производства: ГАЗ, Москвич, РАФ, ЛуАЗ, УАЗ, в том числе и в указанном ЗИЛ-130. Для выпрямления переменного тока напряжением 12 кВ можно использовать высоковольтные диоды, применяющиеся в микроволновых печах. В нашей модели использовалось четыре диода.

В качестве основной схемы для разработки выбрали схему, изображенную на рис. 8.

Рис. 8. Схема принципиальная генератора Хаббарда

Результаты расчетов параметров модели продемонстрированы на рис. 8 и 9.

	Используемые стержни Центральный       Внешние стержни
Длина	1^—2 00 ММ       1д := 2 0 0 мм
Диаметр	d^. := 10 ММ          d^ := В ММ Используемые провода
Диаметр	d1 := 0, 112 мм d2 == 0, 224 мм d^ == 0, 335 мм

На центральном сердечнике укладываются все 3 проводе. На внешних бифилярная обмотка, это провода d2, d3. Также используются 2 обмотки d2 для вывода, одна внутри трубы, другая снаружи.

Число витков

:= 600

:= 300

:= round

Рис. 9. Расчет параметров выбранных проводов, стержней в программе Smath Studio

Частоты 17,18 и 19 гармоники

— 6 м Тл             . „ „

Uo= 1,2566-10   ——     р—400

19 гармоника

18 гармоника

17 гармоника

Рис. 10. Расчет параметров катушек индуктивности и емкостных элементов в программе SMath Studio

Разработка физической модели генератора Хаббарда

Процесс разработки непосредственно начинается с изоляции ферритовых стержней, чтобы уменьшить ожидаемые потери и уменьшить их нагрев. Для изоляции используется пропитанная маслом целлюлозная бумага или крафт-бумага, но в данном случае достаточно обмотать стержни обычной изолентой, рис. 11.

Рис. 11. Ферритовый стержень

Обмотки наматывались вручную, поэтому было решено не обматывать стержни целиком в соответствии с рисунком 5, а выделить на стержнях участки по 5 см, на каждом из которых размещалась обмотка одного определенного контура. Учитывая проницаемость феррита (μ = 400) и емкости конденсаторов (С = 4 700 пФ), было рассчитано число витков для каждой катушки:

• 1.  600 — для провода 0,112 мм.

• 2.  300 — для провода 0,224 мм.

• 3.  200 — для провода 0,335 мм.

Так как длина этих катушек больше выделенных участков, то целесообразно наматывать катушки в 2 слоя. После скрепления конструкции шайбами обмотки генератора обрабатываются электроизоляционным лаком, а на их выводы насаживаются термоусаживаемые трубки.

Рис. 12. Катушка Хаббарда в собранном виде

Обмотка съема электромагнитной энергии наматывается на 4 деревянных стержня, прикрепленных непосредственно к генератору. Непосредственно к ней подключается диодный мост, также обмотанный изолентой. В свою очередь он подключается к нагрузке, которой в данном случае выступает лампа накаливания, на рисунке 13 она отсутствует.

Рис. 13. Физическая модель генератора Хаббарда

Заключение

В ходе нескольких пробных запусков собранной модели ток на выходе катушек отсутствовал, соединение УШМ было ненадежным, поэтому в дальнейшей модели было принято использовать микроконтролер, который бы выдавал импульсы на входе, а те, в свою очередь, порождали магнитное поле, под действием которого возникали бы э.д.с. и токи. Также отсутствие тока можно объяснить используемым материалом. По одним источникам в качестве сердечников выступал феррит, а по другим — сталь. В отличие от ферритовых наконечников стальной очень быстро намагничивается, а для ферромагнитного сердечника необходимо, чтобы напряженность внешнего магнитного поля превысила определенный предел, чтобы этот материал мог перемагничиваться. Следовательно, не возникало никакого э.д.с. и токов.