Prinsippet for drift av generatoren
Generatorer er maskiner konvertere mekanisk energi til elektrisk energi… Prinsippet for drift av generatoren er basert på fenomenet elektromagnetisk induksjon, når en EMF induseres i en leder som beveger seg i et magnetfelt og krysser dens magnetiske krefter. Derfor kan en slik leder betraktes av oss som en kilde til elektrisk energi.
Metoden for å oppnå indusert EMF, der ledningen beveger seg i et magnetisk felt, beveger seg opp eller ned, er svært upraktisk for praktisk bruk. Derfor, i generatorer, brukes ikke rettlinjet, men rotasjonsbevegelse av ledningen.
Hoveddelene til enhver generator er: et system av magneter, eller oftere elektromagneter, som skaper et magnetfelt, og et system av ledninger som krysser dette magnetfeltet.
La oss ta en ledning i form av en buet løkke, som vi videre vil kalle en ramme (fig. 1), og plassere den i et magnetfelt skapt av polene til en magnet. Hvis en slik ramme gis en rotasjonsbevegelse om 00-aksen, vil sidene som vender mot polene krysse magnetfeltlinjene og en EMF vil bli indusert i dem.
Ris. 1. EMF-induksjon i en klokkeformet leder (ramme) som roterer i et magnetfelt
Ved å koble en lyspære til rammen ved hjelp av myke ledninger, vil vi på denne måten lukke kretsen og lyset vil lyse. Lyspæren vil fortsette å brenne mens rammen roterer i et magnetfelt. En slik enhet er den enkleste generatoren, som konverterer den mekaniske energien som brukes på rotasjonen av rammen til elektrisk energi.
En slik enkel generator har en ganske betydelig ulempe. Etter en kort periode vil de myke ledningene som forbinder pæren med den roterende rammen vri seg og bryte. For å unngå slike avbrudd i kretsen er endene av rammen (fig. 2) festet til to kobberringer 1 og 2, som roterer sammen med rammen.
Disse ringene kalles glideringer. Den elektriske strømmen ledes fra sleperingene til den ytre kretsen (til pæren) via elastiske plater 3 og 4 ved siden av ringene. Disse platene kalles børster.
Ris. 2. Retningen til den induserte EMF (og strømmen) i ledninger A og B til rammen som roterer i et magnetisk felt: 1 og 2 - sleperinger, 3 og 4 - børster.
Med en slik tilkobling av den roterende rammen til den eksterne kretsen vil frakoblingen av tilkoblingsledningene ikke skje og generatoren vil fungere normalt.
La oss nå vurdere retningen til EMF indusert i rammeledningene, eller, som er den samme, retningen til strømmen indusert i rammen med den eksterne kretsen lukket.
Med rotasjonsretningen til rammen, som er vist i fig. 2, i venstre leder AA, vil EMF bli indusert i en retning fra oss ut av tegningens plan, og i høyre eksplosiv - på grunn av tegningens plan på oss.
Siden de to halvdelene av rammetråden er koblet i serie med hverandre, vil den induserte EMF i dem øke, og på børsten 4 vil det være en positiv pol på generatoren og en negativ pol på børsten 3.
La oss spore endringen i den induserte EMF når rammen roterer fullstendig. Hvis rammen med klokken roteres 90° fra posisjonen vist i fig. 2, vil halvdelene av lederen i det øyeblikket bevege seg langs magnetfeltlinjene og induksjonen av EMF i dem vil stoppe.
Ytterligere rotasjon av rammen med ytterligere 90 ° vil føre til at ledningene til rammen igjen vil krysse kraftlinjene til magnetfeltet (fig. 3), men ledningen AA vil bevege seg i forhold til kraftlinjene ikke fra bunnen og opp, men ovenfra og ned, mens ledningen BB tvert imot, vil den krysse kraftlinjene, bevege seg fra bunnen og opp.
Ris. 3. Endring av retningen til den induserte e. etc. s. (og strøm) når rammen roteres 180° i forhold til posisjonen vist i fig. 2.
Med en ny posisjon av rammen vil retningen til den induserte emk i ledningene AL og BB endres i motsatt retning. Dette følger av det faktum at selve retningen som hver av disse ledningene krysser magnetfeltlinjene i dette tilfellet har endret seg. Som et resultat vil polariteten til generatorbørstene også endres: børste 3 vil nå bli positiv, og børste 4 negativ.
Hvis vi snur rammen videre, vil vi igjen ha bevegelsen av ledningene AA og BB langs de magnetiske kraftlinjene, og i fremtiden - repetisjonen av alle prosesser fra begynnelsen.
Således, under en fullstendig rotasjon av rammen, endrer den induserte EMF sin retning to ganger, og verdien i løpet av samme tid når også sine høyeste verdier to ganger (når ledningene til rammen passerer under polene) og to ganger lik null (i øyeblikkene av bevegelse av ledningene langs magnetfeltlinjene).
Det er helt klart at en EMF som endres i retning og størrelse vil indusere en elektrisk strøm som endres i retning og størrelse i en lukket ekstern krets.
Så, for eksempel, hvis en lyspære er koblet til terminalene til denne enkleste generatoren, vil den elektriske strømmen gjennom pæren gå i én retning i løpet av den første halvdelen av rammens rotasjon, og i løpet av den andre halvdelen av rammen. snu, i den andre.
Ris. 4. Endringskurve for den induserte strømmen for en omdreining av rammen
Kurven i fig. 1 gir en ide om arten av gjeldende endring når rammen roteres 360 °, det vil si i en hel omdreining. 4. En elektrisk strøm induseres, som kontinuerlig endrer seg i størrelse og retning vekselstrøm.