Принцип дії генератора

Генераторами іменуються машини, що модифікують механічну енергію в електронну. Принцип дії генератора заснований на явищі електричної індукції, коли в провіднику, що рухається в магнітному полі і перетинає його магнітні силові лінії, индуктируется ЕРС Отже, такий провідник може нами розглядатися як джерело електричної енергії.

Метод отримання индуктированной ЕРС, при якому провідник переміщається в магнітному полі, рухаючись вгору або вниз, дуже незручний при практичному його використанні. Тому в генераторах застосовується не прямолінійний, а обертальний рух провідника.

Основними частинами будь-якого генератора є: система магнітів або в більшості випадків електромагнітів, що створюють магнітне поле, і система провідників, які перетинають це магнітне поле.

Візьмемо провідник у вигляді зігнутої петлі, яку в майбутньому будемо називати рамкою (рис. 1), і помістимо її в магнітне поле, створюване полюсами магніту. Якщо такої рамці сказати обертальний рух щодо осі 00, то сторони її, звернені до полюсів, перетинатимуть магнітні силові лінії і в їх буде индуктироваться ЕРС.

Мал. 1. индуктирование ЕРС в пелеобразном провіднику (рамці), що обертається в магнітному полі

Приєднавши до рамки за допомогою м`яких провідників електронну лампочку, ми цим самим замкнемо ланцюг, і лампочка загориться. Горіння лампочки триватиме до того часу, поки рамка буде крутитися в магнітному полі. Подібне пристрій являє собою простий генератор, що модифікує механічну енергію, яка витрачається на обертання рамки, в електричну енергію.

Такий простий генератор має досить істотний недолік. Через короткий проміжок часу м`які провідника, що з`єднують лампочку з обертової рамкою, скрутяться і розірвуться. Для того щоб уникнути подібних розривів в ланцюзі, кінці рамки (рис.2) приєднуються до двох мідні кілець 1 і 2, що обертається разом з рамкою.

Ці кільця отримали назву контактних кілець. Відведення електронного струму з контактних кілець в зовнішній ланцюг (до лампочки) здійснюється пружними пластинками 3 і 4, прилеглими до кілець. Ці пластинки іменуються щітками.

Мал. 2. Напрямок индуктированной ЕРС (і струму) в провідниках А і Б рамки, що обертається в магнітному полі: 1 і 2 - контактні кільця, 3 і 4 - щітки.

При такому з`єднанні обертається рамки з зовнішньої ланцюгом розриву з`єднувальних проводів не станеться, і генератор буде працювати нормально.

Розглянемо тепер напрямок індукує в провідниках рамки ЕРС або, що те ж саме, напрямок индуктированного в рамці струму при замкнутої зовнішньої ланцюга.

При напрямку обертання рамки, яке показано на рис. 2, в лівому провіднику АА ЕРС буде индуктироваться в напрямку від нас за площину креслення, а в правому ВВ - через площині креслення на нас.

Тому що обидві половини провідника рамки з`єднані між собою по черзі, то индуктироваться ЕРС в їх будуть складатися, і на щітці 4 буде позитивний полюс генератора, а на щітці 3 негативний.

Простежимо за конфігурацією индуктированной ЕРС за повний оборот рамки. Якщо рамка, обертаючись в напрямку годинникової стрілки, повернеться на 90 ° від положення, зображеного на рис. 2, то половинки її провідника в цей момент будуть рухатися уздовж магнітних силових ліній, і индуктирование ЕРС в їх закінчиться.

Майбутній поворот рамки ще на 90 ° призведе до того, що провідники рамки знову будуть перетинати силові лінії магнітного поля (рис. 3), але провідник АА буде при цьому по відношенню до силових ліній рухатися не знизу вгору, а зверху вниз, провідник ж ВВ, навпаки, буде перетинати силові лінії, рухаючись знизу вгору.

Мал. 3. Зміна напрямку индуктированной е. д. з. (І струму) при повороті рамки на 180 ° по відношенню до положення, наведеного на рис. 2.

При новому положенні рамки напрямок индуктированной ЕРС в провідниках АЛ і ВВ зміниться на протилежне. Це випливає з того, що саме напрямок, в якому будь-який з цих провідників перетинає в даному випадку магнітні силові лінії, змінилося. В результаті полярність щіток генератора також зміниться: щітка 3 стане зараз позитивної, а щітка 4 негативною.

Обертаючи рамку далі, знову матимемо рух провідників АА і ВВ уздовж магнітних силових ліній, а в майбутньому - повторення всіх процесів спочатку.

Таким чином, за один повний оберт рамки индуктированная ЕРС два рази змінювала свій напрям, при цьому величина її за цей час також два рази досягала великих значень (коли провідники рамки проходили під полюсами) і два рази дорівнювала нулю (в моменти руху провідників уздовж магнітних силових ліній).

Повністю зрозуміло, що змінюється за напрямком і величиною ЕРС викличе в замкнутій зовнішньої ланцюга змінюється за напрямком і величиною електричний струм.

Так, наприклад, якщо до затискачів даного простого генератора приєднати електронну лампочку, то за першу половину обороту рамки електричний струм через лампочку буде йти в одному напрямку, а за другу .половіну обороту - в іншому.

Мал. 4. Крива конфігурації индуктированного струму за один оборот рамки

Подання про характер конфігурації струму при повороті рамки на 360 °, т. Е. За один повний оберт, дає крива на рис. 4. Електронний струм, безперервно змінюється за величиною і напрямком, носить назву змінного струму.

Школа для електрика

основи електротехніки