Principiul de funcționare al generatorului

Generatoarele sunt mașini transformarea energiei mecanice în energie electrică… Principiul de funcționare al generatorului se bazează pe fenomenul inducției electromagnetice, când un EMF este indus într-un conductor care se mișcă într-un câmp magnetic și își traversează forțele magnetice. Prin urmare, un astfel de conductor poate fi considerat de noi ca o sursă de energie electrică.

Metoda de obținere a EMF indusă, în care firul se mișcă într-un câmp magnetic, deplasându-se în sus sau în jos, este foarte incomod pentru utilizarea sa practică. Prin urmare, în generatoare, se folosește mișcarea nu rectilinie, ci de rotație a firului.

Principalele părți ale oricărui generator sunt: ​​un sistem de magneți, sau mai des electromagneți, care creează un câmp magnetic și un sistem de fire care traversează acest câmp magnetic.

Să luăm un fir sub forma unei bucle curbate, pe care îl vom numi în continuare cadru (Fig. 1) și să-l plasăm într-un câmp magnetic creat de polii unui magnet. Dacă unui astfel de cadru i se dă o mișcare de rotație în jurul axei 00, atunci părțile sale îndreptate spre poli vor traversa liniile câmpului magnetic și va fi indus un EMF în ele.

Orez. 1. Inducția EMF într-un conductor (cadru) în formă de clopot care se rotește într-un câmp magnetic

Conectând un bec la cadru folosind fire moi, în acest fel vom închide circuitul și lumina se va aprinde. Becul va continua să ardă în timp ce cadrul se rotește într-un câmp magnetic. Un astfel de dispozitiv este cel mai simplu generator, care convertește energia mecanică cheltuită la rotația cadrului în energie electrică.

Un astfel de generator simplu are un dezavantaj destul de semnificativ. După o perioadă scurtă de timp, firele moi care conectează becul la cadrul rotativ se vor răsuci și rupe. Pentru a evita astfel de întreruperi în circuit, capetele cadrului (Fig. 2) sunt atașate la două inele de cupru 1 și 2, care se rotesc împreună cu cadrul.

Aceste inele se numesc inele colectoare. Curentul electric este deviat de la inelele colectoare către circuitul exterior (la bec) prin intermediul plăcilor elastice 3 și 4 adiacente inelelor. Aceste plăci se numesc perii.

Orez. 2. Direcția EMF indusă (și curentul) în firele A și B ale cadrului care se rotesc în câmp magnetic: 1 și 2 — inele colectoare, 3 și 4 — perii.

Cu o astfel de conexiune a cadrului rotativ la circuitul extern, deconectarea firelor de conectare nu va avea loc și generatorul va funcționa normal.

Să luăm acum în considerare direcția EMF indusă în conductorii cadru sau, ceea ce este același, direcția curentului indus în cadru cu circuitul extern închis.

Cu sensul de rotație al cadrului, care este prezentat în fig. 2, în conductorul stâng AA, EMF va fi indus într-o direcție de la noi în afara planului desenului, iar în explozivul din dreapta - datorită planului desenului pe noi.

Deoarece cele două jumătăți ale firului cadru sunt conectate în serie între ele, EMF indus în ele va crește, iar pe peria 4 va exista un pol pozitiv al generatorului și un pol negativ al periei 3.

Să urmărim modificarea EMF indusă pe măsură ce cadrul se rotește complet. Dacă cadrul în sensul acelor de ceasornic este rotit cu 90° față de poziția prezentată în Fig. 2, atunci jumătățile conductorului său în acel moment se vor deplasa de-a lungul liniilor câmpului magnetic și inducerea EMF în ele se va opri.

Rotirea ulterioară a cadrului cu încă 90 ° va duce la faptul că firele cadrului vor traversa din nou liniile de forță ale câmpului magnetic (Fig. 3), dar firul AA se va deplasa în raport cu liniile de forță. nu de jos în sus, ci de sus în jos, în timp ce firul BB, dimpotrivă, va traversa liniile de forță, mișcându-se de jos în sus.

Orez. 3. Schimbarea direcției e. etc. s. (și curent) când cadrul este rotit cu 180 ° față de poziția prezentată în fig. 2.

Cu o nouă poziție a cadrului, direcția emf indusă în firele AL și BB se va schimba în direcția opusă. Acest lucru rezultă din faptul că chiar direcția în care fiecare dintre aceste fire traversează liniile câmpului magnetic în acest caz s-a schimbat. Ca urmare, polaritatea periilor generatorului se va schimba: acum peria 3 va deveni pozitivă, iar peria 4 negativă.

Întorcând cadrul mai mult, vom avea din nou mișcarea firelor AA și BB de-a lungul liniilor de forță magnetică, iar în viitor - repetarea tuturor proceselor de la început.

Astfel, în timpul unei rotații complete a cadrului, EMF indus își schimbă direcția de două ori, iar valoarea sa în același timp atinge, de asemenea, valorile cele mai mari de două ori (când firele cadrului trec sub poli) și de două ori egale cu zero. (în momentele de mișcare a firelor de-a lungul liniilor câmpului magnetic).

Este destul de clar că un EMF care își schimbă direcția și magnitudinea va induce un curent electric care își schimbă direcția și magnitudinea într-un circuit extern închis.

Deci, de exemplu, dacă un bec este conectat la bornele acestui generator simplu, atunci în prima jumătate a rotației cadrului, curentul electric prin bec va merge într-o direcție, iar în a doua jumătate a rândul său, în celălalt.

Orez. 4. Curba de modificare a curentului indus pentru o rotație a cadrului

Curba din fig. 1 oferă o idee despre natura schimbării curente atunci când cadrul este rotit la 360 °, adică într-o singură revoluție completă. 4. Este indus un curent electric, în continuă schimbare în mărime și direcție curent alternativ.