Generaattorin toimintaperiaate
Generaattorit ovat koneita muuntaa mekaanista energiaa sähköenergiaksi… Generaattorin toimintaperiaate perustuu sähkömagneettisen induktion ilmiö, kun EMF indusoituu johtimeen, joka liikkuu magneettikentässä ja ylittää sen magneettiset voimat. Siksi voimme pitää tällaista johdinta sähköenergian lähteenä.
Menetelmä indusoidun EMF:n saamiseksi, jossa lanka liikkuu magneettikentässä ylös- tai alaspäin, on erittäin hankala sen käytännön käyttöön. Siksi generaattoreissa ei käytetä suoraviivaista, vaan langan pyörivää liikettä.
Minkä tahansa generaattorin pääosat ovat: magneettijärjestelmä tai useammin sähkömagneetit, jotka luovat magneettikentän, ja tämän magneettikentän ylittävä johdinjärjestelmä.
Otetaan kaarevan silmukan muodossa oleva lanka, jota kutsumme edelleen kehykseksi (kuva 1), ja asetetaan se magneetin napojen luomaan magneettikenttään. Jos tällaiselle kehykselle annetaan pyörimisliike 00-akselin ympäri, niin sen napoja päin olevat sivut ylittävät magneettikenttäviivat ja niihin indusoituu EMF.
Riisi. 1. EMF-induktio kellomaisessa johtimessa (kehyksessä), joka pyörii magneettikentässä
Kytkemällä lamppu runkoon pehmeillä johtoilla, suljemme tällä tavalla piirin ja valo syttyy. Lamppu jatkaa palamista, kun runko pyörii magneettikentässä. Tällainen laite on yksinkertaisin generaattori, joka muuntaa rungon pyörimiseen käytetyn mekaanisen energian sähköenergiaksi.
Tällaisella yksinkertaisella generaattorilla on melko merkittävä haittapuoli. Lyhyen ajan kuluttua pehmeät johdot, jotka yhdistävät polttimon pyörivään runkoon, vääntyvät ja katkeavat. Tällaisten katkosten välttämiseksi piirissä on rungon päät (kuva 2) kiinnitetty kahteen kuparirenkaaseen 1 ja 2, jotka pyörivät yhdessä rungon kanssa.
Näitä renkaita kutsutaan liukurenkaiksi. Sähkövirta ohjataan liukurenkaista ulkopiiriin (polttimolle) renkaiden vieressä olevien elastisten levyjen 3 ja 4 kautta. Näitä levyjä kutsutaan harjoiksi.
Riisi. 2. Indusoituneen EMF:n (ja virran) suunta magneettikentässä pyörivissä rungon johtimissa A ja B: 1 ja 2 — liukurenkaat, 3 ja 4 — harjat.
Pyörivän rungon tällaisella kytkennällä ulkoiseen piiriin liitäntäjohtojen irtoamista ei tapahdu ja generaattori toimii normaalisti.
Tarkastellaan nyt kehyksen johtoihin indusoidun EMF:n suuntaa tai, mikä on sama, kehyksessä indusoituvan virran suuntaa ulkoisen piirin ollessa suljettuna.
Kehyksen pyörimissuunnassa, joka on esitetty kuvassa. 2, vasemmassa johtimessa AA EMF indusoituu meistä poispäin piirustuksen tasosta ja oikeassa räjähdysaineessa - johtuen piirustuksen tasosta meissä.
Koska runkolangan kaksi puoliskoa on kytketty sarjaan toistensa kanssa, niissä indusoitu EMF kasvaa, ja harjalla 4 on generaattorin positiivinen napa ja harjan 3 negatiivinen napa.
Jäljitetään indusoidun EMF:n muutos, kun kehys pyörii kokonaan. Jos kehystä myötäpäivään käännetään 90° kuvan 2 mukaisesta asennosta. 2, niin sen johtimen puolikkaat liikkuvat sillä hetkellä magneettikenttälinjoja pitkin ja EMF-induktio niissä pysähtyy.
Kehyksen kiertyminen vielä 90° johtaa siihen, että kehyksen johdot ylittävät jälleen magneettikentän voimalinjat (kuva 3), mutta lanka AA liikkuu suhteessa voimalinjoihin ei alhaalta ylöspäin, vaan ylhäältä alaspäin, kun taas lanka BB päinvastoin ylittää voimalinjat alhaalta ylöspäin.
Riisi. 3. Muutetaan indusoidun e. jne. s. (ja virta), kun kehystä käännetään 180° suhteessa kuvassa 10 esitettyyn asentoon. 2.
Kehyksen uuden asennon myötä johtimien AL ja BB indusoidun emf:n suunta muuttuu vastakkaiseen suuntaan. Tämä johtuu siitä tosiasiasta, että juuri suunta, jossa kukin näistä johtimista ylittää magneettikenttäviivat tässä tapauksessa, on muuttunut. Tämän seurauksena myös generaattorin harjojen napaisuus muuttuu: harjasta 3 tulee nyt positiivinen ja harjasta 4 negatiivinen.
Kääntämällä kehystä edelleen, meillä on jälleen AA ja BB johtimien liike magneettisia voimalinjoja pitkin ja tulevaisuudessa - kaikkien prosessien toisto alusta alkaen.
Siten yhden kehyksen täydellisen kierroksen aikana indusoitu EMF muuttaa suuntaa kahdesti ja sen arvo saavuttaa samalla korkeimmillaan kahdesti (kun rungon johdot kulkevat napojen alta) ja kaksi kertaa nolla. (johtimien liikkeen hetkinä magneettikenttäviivoja pitkin).
On aivan selvää, että EMF, joka muuttaa suuntaa ja suuruutta, indusoi sähkövirran, joka muuttaa suuntaa ja suuruutta suljetussa ulkoisessa piirissä.
Joten esimerkiksi jos lamppu on kytketty tämän yksinkertaisimman generaattorin napoihin, niin rungon pyörimisen ensimmäisen puoliskon aikana polttimon läpi kulkeva sähkövirta kulkee yhteen suuntaan ja toisen puoliskon aikana. käännä toisessa.
Riisi. 4. Indusoidun virran muutoskäyrä yhden kehyksen kierroksen aikana
Kuvan käyrä 1 antaa käsityksen nykyisen muutoksen luonteesta, kun kehystä käännetään 360°, eli yhdessä täydellisessä kierrossa. 4. Indusoituu sähkövirta, jonka suuruus ja suunta muuttuvat jatkuvasti vaihtovirta.