Princippet om drift af generatoren
Generatorer er maskiner omdannelse af mekanisk energi til elektrisk energi… Princippet om drift af generatoren er baseret på fænomenet elektromagnetisk induktion, når en EMF induceres i en leder, der bevæger sig i et magnetfelt og krydser dens magnetiske kræfter. Derfor kan en sådan leder betragtes af os som en kilde til elektrisk energi.
Metoden til at opnå induceret EMF, hvor ledningen bevæger sig i et magnetisk felt, bevæger sig op eller ned, er meget ubelejligt til dens praktiske brug. Derfor anvendes i generatorer ikke retlinet, men rotationsbevægelse af ledningen.
Hoveddelene af enhver generator er: et system af magneter, eller oftere elektromagneter, der skaber et magnetfelt, og et system af ledninger, der krydser dette magnetfelt.
Lad os tage en ledning i form af en buet løkke, som vi videre vil kalde en ramme (fig. 1), og placere den i et magnetfelt skabt af en magnets poler. Hvis en sådan ramme får en rotationsbevægelse om 00-aksen, vil dens sider, der vender mod polerne, krydse magnetfeltlinjerne, og en EMF vil blive induceret i dem.
Ris. 1. EMF-induktion i en klokkeformet leder (ramme), der roterer i et magnetfelt
Ved at forbinde en pære til rammen ved hjælp af bløde ledninger, vil vi på denne måde lukke kredsløbet, og lyset vil lyse op. Pæren vil fortsætte med at brænde, mens rammen roterer i et magnetfelt. En sådan enhed er den enkleste generator, som omdanner den mekaniske energi, der bruges på rotationen af rammen, til elektrisk energi.
En sådan simpel generator har en ret betydelig ulempe. Efter en kort periode vil de bløde ledninger, der forbinder pæren med den roterende ramme, vrides og knække. For at undgå sådanne afbrydelser i kredsløbet er enderne af rammen (fig. 2) fastgjort til to kobberringe 1 og 2, som roterer sammen med rammen.
Disse ringe kaldes glideringe. Den elektriske strøm afledes fra slæberingene til det ydre kredsløb (til pæren) via elastiske plader 3 og 4, der støder op til ringene. Disse plader kaldes børster.
Ris. 2. Retningen af den inducerede EMF (og strøm) i ledninger A og B i rammen, der roterer i et magnetfelt: 1 og 2 - slæberinge, 3 og 4 - børster.
Med en sådan forbindelse af den roterende ramme til det eksterne kredsløb vil afbrydelsen af forbindelsesledningerne ikke forekomme, og generatoren vil fungere normalt.
Lad os nu overveje retningen af EMF'en induceret i rammeledningerne, eller, som er den samme, retningen af strømmen induceret i rammen med det eksterne kredsløb lukket.
Med rammens omdrejningsretning, som er vist i fig. 2, i venstre leder AA, vil EMF blive induceret i en retning fra os ud af tegningens plan og i højre sprængstof - på grund af tegningens plan på os.
Da de to halvdele af rammetråden er forbundet i serie med hinanden, vil den inducerede EMF i dem stige, og på børste 4 vil der være en positiv pol på generatoren og en negativ pol på børste 3.
Lad os spore ændringen i den inducerede EMF, når rammen roterer fuldstændigt. Hvis rammen med uret drejes 90° fra positionen vist i fig. 2, så vil halvdelene af dens leder i det øjeblik bevæge sig langs magnetfeltlinjerne, og induktionen af EMF i dem vil stoppe.
Yderligere drejning af rammen med yderligere 90 ° vil føre til, at rammens ledninger igen krydser magnetfeltets kraftlinjer (fig. 3), men ledningen AA vil bevæge sig i forhold til kraftlinjerne ikke nedefra og op, men ovenfra og ned, mens tråden BB tværtimod vil krydse kraftlinjerne og bevæge sig nedefra og op.
Ris. 3. Ændring af retningen af den inducerede e. etc. s. (og strøm), når rammen drejes 180° i forhold til positionen vist i fig. 2.
Med en ny position af rammen vil retningen af den inducerede emk i ledninger AL og BB ændre sig i den modsatte retning. Dette følger af det faktum, at selve retningen, i hvilken hver af disse ledninger krydser magnetfeltlinjerne i dette tilfælde, har ændret sig. Som et resultat vil polariteten af generatorbørsterne også ændre sig: børste 3 bliver nu positiv og børste 4 negativ.
Drejer vi rammen yderligere, vil vi igen have bevægelsen af ledninger AA og BB langs de magnetiske kraftlinjer, og i fremtiden - gentagelsen af alle processer fra begyndelsen.
Under en fuldstændig rotation af rammen ændrer den inducerede EMF sin retning to gange, og dens værdi i løbet af samme tid når også sine højeste værdier to gange (når rammens ledninger passerer under polerne) og to gange lig med nul (i øjeblikke af bevægelse af ledningerne langs magnetfeltlinjerne).
Det er helt klart, at en EMF, der ændrer sig i retning og størrelse, vil inducere en elektrisk strøm, der ændrer sig i retning og størrelse i et lukket eksternt kredsløb.
Så for eksempel, hvis en pære er forbundet til terminalerne på denne enkleste generator, vil den elektriske strøm gennem pæren gå i en retning under den første halvdel af rammens rotation, og i den anden halvdel af rammen. vende, i den anden.
Ris. 4. Ændringskurve af den inducerede strøm for en omdrejning af rammen
Kurven i fig. 1 giver en idé om arten af den aktuelle ændring, når rammen drejes 360°, det vil sige i en hel omdrejning. 4. En elektrisk strøm induceres, som konstant ændrer sig i størrelse og retning vekselstrøm.