Het werkingsprincipe van de generator

Generatoren zijn machines mechanische energie omzetten in elektrische energie… Het werkingsprincipe van de generator is gebaseerd op het fenomeen van elektromagnetische inductie, wanneer een EMF wordt geïnduceerd in een geleider die in een magnetisch veld beweegt en zijn magnetische krachten kruist. Daarom kan zo'n geleider door ons worden beschouwd als een bron van elektrische energie.

De methode om geïnduceerde EMF te verkrijgen, waarbij de draad in een magnetisch veld beweegt, omhoog of omlaag beweegt, is erg onhandig voor praktisch gebruik. Daarom wordt in generatoren geen rechtlijnige, maar roterende beweging van de draad gebruikt.

De belangrijkste onderdelen van elke generator zijn: een systeem van magneten, of vaker elektromagneten, die een magnetisch veld creëren, en een systeem van draden die dit magnetische veld kruisen.

Laten we een draad nemen in de vorm van een gebogen lus, die we verder een frame zullen noemen (Fig. 1), en deze in een magnetisch veld plaatsen dat wordt gecreëerd door de polen van een magneet. Als aan zo'n frame een roterende beweging om de 00-as wordt gegeven, zullen de zijden die naar de polen zijn gericht de magnetische veldlijnen kruisen en zal er een EMF in worden geïnduceerd.

Rijst. 1. EMF-inductie in een klokvormige geleider (frame) die roteert in een magnetisch veld

Door een gloeilamp met zachte draden aan het frame te verbinden, sluiten we op deze manier het circuit en gaat het licht branden. De gloeilamp blijft branden terwijl het frame in een magnetisch veld ronddraait. Zo'n apparaat is de eenvoudigste generator, die de mechanische energie die wordt besteed aan de rotatie van het frame omzet in elektrische energie.

Zo'n eenvoudige generator heeft een vrij groot nadeel. Na korte tijd zullen de zachte draden die de lamp verbinden met het draaiende frame verdraaien en breken. Om dergelijke onderbrekingen in het circuit te voorkomen, zijn de uiteinden van het frame (Fig. 2) bevestigd aan twee koperen ringen 1 en 2, die samen met het frame draaien.

Deze ringen worden sleepringen genoemd. De elektrische stroom wordt van de sleepringen naar het buitenste circuit (naar de lamp) geleid via elastische platen 3 en 4 naast de ringen. Deze platen worden borstels genoemd.

Rijst. 2. De richting van de geïnduceerde EMF (en stroom) in draden A en B van het frame die roteren in een magnetisch veld: 1 en 2 - sleepringen, 3 en 4 - borstels.

Met een dergelijke aansluiting van het roterende frame op het externe circuit, zal de ontkoppeling van de verbindingsdraden niet plaatsvinden en zal de generator normaal werken.

Laten we nu eens kijken naar de richting van de EMF die wordt geïnduceerd in de frameleads, of, wat hetzelfde is, de richting van de stroom die wordt geïnduceerd in het frame met het externe circuit gesloten.

Met de draairichting van het frame, die wordt getoond in Fig. 2, in de linker geleider AA, zal de EMF worden geïnduceerd in een richting van ons uit het vlak van de tekening, en in de rechter explosief - vanwege het vlak van de tekening op ons.

Omdat de twee helften van de framedraad in serie met elkaar zijn verbonden, zal de geïnduceerde EMF daarin toenemen, en op borstel 4 zal er een positieve pool van de generator zijn en een negatieve pool van borstel 3.

Laten we de verandering in de geïnduceerde EMF traceren terwijl het frame volledig draait. Als het frame met de klok mee 90° is gedraaid ten opzichte van de positie getoond in Fig. 2, dan zullen de helften van zijn geleider op dat moment langs de magnetische veldlijnen bewegen en zal de inductie van EMF daarin stoppen.

Verdere rotatie van het frame met nog eens 90 ° zal ertoe leiden dat de draden van het frame opnieuw de krachtlijnen van het magnetische veld zullen kruisen (Fig. 3), maar de draad AA zal bewegen ten opzichte van de krachtlijnen niet van onder naar boven, maar van boven naar beneden, terwijl de draad BB daarentegen de krachtlijnen zal kruisen en van onder naar boven zal bewegen.

Rijst. 3. Veranderen van de richting van de geïnduceerde e. enz. s. (en stroom) wanneer het frame 180 ° wordt gedraaid ten opzichte van de positie getoond in Fig. 2.

Met een nieuwe positie van het frame zal de richting van de geïnduceerde emf in de draden AL en BB in de tegenovergestelde richting veranderen. Dit volgt uit het feit dat de richting waarin elk van deze draden de magnetische veldlijnen kruist in dit geval is veranderd. Hierdoor verandert ook de polariteit van de generatorborstels: borstel 3 wordt nu positief en borstel 4 negatief.

Als we het frame verder draaien, zullen we opnieuw de beweging van draden AA en BB langs de magnetische krachtlijnen hebben, en in de toekomst - de herhaling van alle processen vanaf het begin.

Dus tijdens één volledige omwenteling van het frame verandert de geïnduceerde EMF twee keer van richting, en zijn waarde bereikt in dezelfde tijd ook twee keer de hoogste waarden (wanneer de draden van het frame onder de polen doorgaan) en twee keer gelijk aan nul (in de bewegingsmomenten van de draden langs de magnetische veldlijnen).

Het is vrij duidelijk dat een EMF die van richting en grootte verandert, een elektrische stroom zal induceren die van richting en grootte verandert in een gesloten extern circuit.

Dus als bijvoorbeeld een gloeilamp is aangesloten op de klemmen van deze eenvoudigste generator, dan zal tijdens de eerste helft van de rotatie van het frame de elektrische stroom door de lamp in één richting gaan, en tijdens de tweede helft van de draai, in de andere.

Rijst. 4. Curve van verandering van de geïnduceerde stroom voor één omwenteling van het frame

De kromme in afb. 1 geeft een idee van de aard van de huidige verandering wanneer het frame 360 ​​° wordt gedraaid, dat wil zeggen in één volledige omwenteling. 4. Er wordt een elektrische stroom geïnduceerd, die voortdurend van grootte en richting verandert wisselstroom.