Principen för driften av generatorn

Generatorer är maskiner omvandla mekanisk energi till elektrisk energi… Principen för drift av generatorn är baserad på fenomenet elektromagnetisk induktion, när en EMF induceras i en ledare som rör sig i ett magnetfält och korsar dess magnetiska krafter. Därför kan en sådan ledare betraktas av oss som en källa till elektrisk energi.

Metoden för att erhålla inducerad EMF, där tråden rör sig i ett magnetfält, rör sig uppåt eller nedåt, är mycket obekvämt för dess praktiska användning. Därför, i generatorer, används inte rätlinjig utan rotationsrörelse av tråden.

Huvuddelarna i alla generatorer är: ett system av magneter, eller oftare elektromagneter, som skapar ett magnetfält och ett system av ledningar som korsar detta magnetfält.

Låt oss ta en tråd i form av en krökt slinga, som vi vidare kallar en ram (Fig. 1), och placera den i ett magnetfält som skapas av en magnets poler. Om en sådan ram ges en rotationsrörelse kring 00-axeln, kommer dess sidor som är vända mot polerna att korsa magnetfältslinjerna och en EMF kommer att induceras i dem.

Ris. 1. EMF-induktion i en klockformad ledare (ram) som roterar i ett magnetfält

Genom att ansluta en glödlampa till ramen med hjälp av mjuka ledningar kommer vi på detta sätt att stänga kretsen och ljuset tänds. Glödlampan fortsätter att brinna medan ramen roterar i ett magnetfält. En sådan anordning är den enklaste generatorn, som omvandlar den mekaniska energin som spenderas på rotationen av ramen till elektrisk energi.

En sådan enkel generator har en ganska betydande nackdel. Efter en kort tidsperiod kommer de mjuka ledningarna som ansluter glödlampan till den roterande ramen att vrida sig och gå sönder. För att undvika sådana avbrott i kretsen är ramens ändar (fig. 2) fästa vid två kopparringar 1 och 2, som roterar tillsammans med ramen.

Dessa ringar kallas släpringar. Den elektriska strömmen avleds från släpringarna till den yttre kretsen (till glödlampan) via elastiska plattor 3 och 4 intill ringarna. Dessa plattor kallas borstar.

Ris. 2. Riktningen för den inducerade EMF (och strömmen) i trådarna A och B i ramen som roterar i ett magnetfält: 1 och 2 — släpringar, 3 och 4 — borstar.

Med en sådan anslutning av den roterande ramen till den externa kretsen kommer frånkopplingen av anslutningstrådarna inte att ske och generatorn kommer att fungera normalt.

Låt oss nu betrakta riktningen för den EMF som induceras i ramledningarna, eller, som är densamma, riktningen för strömmen som induceras i ramen med den externa kretsen sluten.

Med ramens rotationsriktning, som visas i fig. 2, i den vänstra ledaren AA, kommer EMF att induceras i en riktning från oss ut ur ritningens plan och i det högra sprängämnet - på grund av ritningens plan på oss.

Eftersom de två halvorna av ramtråden är anslutna i serie med varandra, kommer den inducerade EMF i dem att öka, och på borsten 4 kommer det att finnas en positiv pol på generatorn och en negativ pol på borsten 3.

Låt oss spåra förändringen i den inducerade EMF när ramen roterar helt. Om ramen medurs vrids 90° från läget som visas i Fig. 2, då kommer halvorna av dess ledare i det ögonblicket att röra sig längs magnetfältslinjerna och induktionen av EMF i dem kommer att sluta.

Ytterligare rotation av ramen med ytterligare 90 ° kommer att leda till att ramens trådar återigen kommer att korsa magnetfältets kraftlinjer (fig. 3), men tråden AA kommer att röra sig i förhållande till kraftlinjerna inte nerifrån och upp, utan uppifrån och ner, medan tråden BB tvärtom kommer den att korsa kraftlinjerna och röra sig nerifrån och upp.

Ris. 3. Ändra riktningen för den inducerade e. etc. s. (och ström) när ramen vrids 180° med avseende på positionen som visas i fig. 2.

Med en ny position av ramen kommer riktningen för den inducerade emk i trådarna AL och BB att ändras i motsatt riktning. Detta följer av det faktum att själva riktningen i vilken var och en av dessa ledningar korsar magnetfältslinjerna i detta fall har förändrats. Som ett resultat kommer polariteten på generatorborstarna också att ändras: borste 3 blir nu positiv och borste 4 negativ.

Om vi ​​vänder ramen ytterligare kommer vi återigen att ha rörelsen av trådarna AA och BB längs de magnetiska kraftlinjerna, och i framtiden - upprepningen av alla processer från början.

Sålunda, under en fullständig rotation av ramen, ändrar den inducerade EMF sin riktning två gånger, och dess värde under samma tid når också sina högsta värden två gånger (när ramens trådar passerar under polerna) och två gånger lika med noll (i rörelsemomenten av trådarna längs magnetfältslinjerna).

Det är helt klart att en EMF som ändras i riktning och storlek kommer att inducera en elektrisk ström som ändras i riktning och storlek i en sluten extern krets.

Så, till exempel, om en glödlampa är ansluten till terminalerna på denna enklaste generator, kommer den elektriska strömmen genom glödlampan att gå i en riktning under den första halvan av ramens rotation och under den andra hälften av vänd, i den andra.

Ris. 4. Kurva för förändring av den inducerade strömmen för ett varv av ramen

Kurvan i fig. 1 ger en uppfattning om arten av den aktuella förändringen när ramen roteras 360°, det vill säga i ett helt varv. 4. En elektrisk ström induceras, som kontinuerligt ändras i storlek och riktning växelström.