A generátor működési elve
A generátorok gépek mechanikai energiát elektromos energiává alakítani… A generátor működési elve azon alapul az elektromágneses indukció jelensége, amikor egy mágneses térben mozgó és annak mágneses erőit keresztező vezetőben EMF indukálódik. Ezért egy ilyen vezetőt elektromos energiaforrásnak tekinthetünk.
Az indukált EMF megszerzésének módszere, amelyben a huzal mágneses térben mozog, felfelé vagy lefelé mozog, gyakorlati felhasználása szempontjából nagyon kényelmetlen. Ezért a generátorokban a huzal nem egyenes vonalú, hanem forgó mozgását alkalmazzák.
Bármely generátor fő részei a következők: mágnesek rendszere, vagy gyakrabban elektromágnesek, amelyek mágneses teret hoznak létre, és egy vezetékrendszer, amely ezt a mágneses teret keresztezi.
Vegyünk egy íves hurok formájú vezetéket, amit a továbbiakban keretnek nevezünk (1. ábra), és helyezzük egy mágnes pólusai által létrehozott mágneses térbe. Ha egy ilyen keret a 00 tengely körül forgó mozgást végez, akkor a pólusok felé eső oldalai keresztezik a mágneses erővonalakat, és EMF indukálódik bennük.
Rizs. 1. EMF indukció mágneses térben forgó harang alakú vezetőben (keretben).
Ha puha vezetékekkel egy izzót csatlakoztatunk a kerethez, így lezárjuk az áramkört, és a lámpa világít. Az izzó továbbra is ég, miközben a keret mágneses térben forog. Ilyen eszköz a legegyszerűbb generátor, amely a keret forgására fordított mechanikai energiát elektromos energiává alakítja.
Egy ilyen egyszerű generátornak meglehetősen jelentős hátránya van. Rövid idő elteltével az izzót a forgó kerettel összekötő puha vezetékek megcsavarodnak és eltörnek. Az áramkör ilyen megszakításainak elkerülése érdekében a keret végeit (2. ábra) két 1 és 2 rézgyűrűhöz rögzítjük, amelyek a kerettel együtt forognak.
Ezeket a gyűrűket csúszógyűrűknek nevezik. Az elektromos áram a csúszógyűrűkről a külső áramkörbe (az izzóba) a gyűrűk melletti 3 és 4 rugalmas lemezeken keresztül kerül elvezetésre. Ezeket a lemezeket keféknek nevezik.
Rizs. 2. Az indukált EMF (és áram) iránya a keret mágneses térben forgó A és B vezetékeiben: 1 és 2 — csúszógyűrűk, 3 és 4 — kefék.
A forgó keretnek a külső áramkörhöz való ilyen csatlakoztatása esetén a csatlakozó vezetékek leválasztása nem történik meg, és a generátor normálisan fog működni.
Tekintsük most a keret vezetékeiben indukált EMF irányát, vagy ami megegyezik, a keretben indukált áram irányát zárt külső áramkörrel.
ábrán látható keret forgásirányával. 2, a bal AA vezetőben az EMF tőlünk a rajz síkjából kifelé, a jobb oldali robbanóanyagban pedig a rajtunk lévő rajz síkja miatt indukálódik.
Mivel a kerethuzal két fele sorba van kötve egymással, a bennük indukált EMF megnő, és a 4-es kefén a generátor pozitív pólusa és a 3-as kefe negatív pólusa lesz.
Kövessük nyomon az indukált EMF változását, ahogy a keret teljesen elfordul. Ha az óramutató járásával megegyező irányú keretet 90°-kal elforgatjuk az ábrán látható helyzettől. 2, akkor a vezető felei abban a pillanatban a mágneses erővonalak mentén mozognak, és az EMF indukciója leáll bennük.
A keret további 90°-os elforgatása azt eredményezi, hogy a keret huzalai ismét keresztezik a mágneses tér erővonalait (3. ábra), de az AA vezeték az erővonalakhoz képest elmozdul. nem alulról felfelé, hanem felülről lefelé, míg a BB vezeték éppen ellenkezőleg, keresztezi az erővonalakat, alulról felfelé haladva.
Rizs. 3. Az indukált e. stb. s. (és áram), ha a keret 180°-kal el van forgatva az ábrán látható helyzethez képest. 2.
A keret új helyzetével az AL és BB vezetékekben az indukált emf iránya az ellenkező irányba változik. Ez abból a tényből következik, hogy ebben az esetben megváltozott az az irány, amelyben ezek a vezetékek keresztezik a mágneses erővonalakat. Ennek eredményeként a generátorkefék polaritása is megváltozik: a 3-as kefe most pozitív, a 4-es kefe negatív lesz.
Tovább forgatva a keretet, ismét az AA és BB vezetékek mozgása lesz a mágneses erővonalak mentén, és a jövőben - az összes folyamat megismétlése a kezdetektől.
Így a keret egy teljes elfordulása során az indukált EMF kétszer változtatja irányát, és értéke ugyanannyi idő alatt kétszer éri el a legmagasabb értékeit (amikor a keret vezetékei áthaladnak a pólusok alatt) és kétszer nullával egyenlő (a vezetékek mágneses erővonalak mentén történő mozgásának pillanataiban).
Teljesen világos, hogy az irányt és a nagyságot megváltoztató EMF olyan elektromos áramot indukál, amelynek iránya és nagysága megváltozik egy zárt külső áramkörben.
Így például, ha ennek a legegyszerűbb generátornak a kapcsaihoz egy izzót csatlakoztatunk, akkor a keret forgásának első felében az izzón áthaladó elektromos áram egy irányba halad, a második felében pedig az izzót. viszont, a másikban.
Rizs. 4. Az indukált áram változásának görbéje a keret egy fordulatára
ábrán látható görbe. Az 1. ábra képet ad az aktuális változás természetéről, amikor a keretet 360 ° -kal elforgatják, azaz egyetlen teljes fordulattal. 4. Elektromos áram indukálódik, amely folyamatosan változik nagyságában és irányában váltakozó áram.