Generaatori tööpõhimõte
Generaatorid on masinad mehaanilise energia muundamine elektrienergiaks… Generaatori tööpõhimõte põhineb elektromagnetilise induktsiooni nähtus, kui magnetväljas liikuvas ja selle magnetjõude ületavas juhis indutseeritakse EMF. Seetõttu võime sellist juhti pidada elektrienergia allikaks.
Indutseeritud EMF-i saamise meetod, mille puhul traat liigub magnetväljas, liikudes üles või alla, on selle praktilise kasutamise jaoks väga ebamugav. Seetõttu ei kasutata generaatorites traadi sirgjoonelist, vaid pöörlevat liikumist.
Iga generaatori põhiosad on: magnetisüsteem või sagedamini elektromagnetid, mis loovad magnetvälja, ja seda magnetvälja ristuvate juhtmete süsteem.
Võtame kõvera aasa kujul oleva traadi, mida nimetame edaspidi raamiks (joonis 1), ja asetame selle magneti pooluste tekitatud magnetvälja. Kui sellisele raamile anda pöörlev liikumine ümber 00 telje, siis selle pooluste pooled ristuvad magnetvälja jõujoontega ja neis indutseeritakse EMF.
Riis. 1. EMF-i induktsioon kellukesekujulises juhis (raamis), mis pöörleb magnetväljas
Ühendades pehmete juhtmetega lambipirni raami külge, sulgeme sel viisil vooluringi ja tuli süttib. Lambipirn põleb edasi, kuni raam magnetväljas pöörleb. Selline seade on kõige lihtsam generaator, mis muudab raami pöörlemisele kulunud mehaanilise energia elektrienergiaks.
Sellisel lihtsal generaatoril on üsna märkimisväärne puudus. Lühikese aja pärast väänavad ja purunevad pehmed juhtmed, mis ühendavad pirni pöörleva raamiga. Selliste katkestuste vältimiseks ahelas on raami otsad (joonis 2) kinnitatud kahe vasest rõnga 1 ja 2 külge, mis pöörlevad koos raamiga.
Neid rõngaid nimetatakse libisemisrõngasteks. Elektrivool suunatakse libisemisrõngastelt rõngastega külgnevate elastsete plaatide 3 ja 4 kaudu välisahelasse (pirnisse). Neid plaate nimetatakse pintsliteks.
Riis. 2. Indutseeritud EMF-i (ja voolu) suund magnetväljas pöörleva raami juhtmetes A ja B: 1 ja 2 — libisemisrõngad, 3 ja 4 — harjad.
Sellise pöörleva raami ühendamise korral välise vooluringiga ühendusjuhtmete lahtiühendamist ei toimu ja generaator töötab normaalselt.
Vaatleme nüüd kaadri juhtmetes indutseeritud EMF-i suunda või, mis on sama, kaadrisse indutseeritud voolu suunda suletud välisahelaga.
Raami pöörlemissuunaga, mis on näidatud joonisel fig. 2, vasakpoolses juhis AA indutseeritakse EMF meist väljapoole joonise tasapinnast ja paremas lõhkeaines - tänu meie peal oleva joonise tasapinnale.
Kuna raami juhtme kaks poolt on üksteisega järjestikku ühendatud, suureneb nendes indutseeritud EMF ja harjal 4 on generaatori positiivne poolus ja harja 3 negatiivne poolus.
Jälgime indutseeritud EMF-i muutust, kui raam pöörleb täielikult. Kui raami päripäeva pööratakse 90° joonisel fig. 2, siis liiguvad selle juhi pooled sel hetkel mööda magnetvälja jooni ja EMF-i induktsioon neis peatub.
Raami edasine pööramine veel 90° viib selleni, et raami juhtmed ristuvad taas magnetvälja jõujoontega (joonis 3), kuid traat AA liigub jõujoonte suhtes. mitte alt üles, vaid ülevalt alla, samas kui traat BB, vastupidi, ületab jõujooned, liikudes alt üles.
Riis. 3. Indutseeritud e suuna muutmine. jne. s. (ja voolutugevus), kui raami pööratakse 180° joonisel fig. 2.
Raami uue asendi korral muutub indutseeritud emfi suund juhtmetes AL ja BB vastupidises suunas. See tuleneb asjaolust, et suund, milles kõik need juhtmed käesoleval juhul magnetvälja jooni ületavad, on muutunud. Selle tulemusena muutub ka generaatoriharjade polaarsus: hari 3 muutub nüüd positiivseks ja hari 4 negatiivseks.
Pöörates raami edasi, on meil taas juhtmete AA ja BB liikumine mööda magnetilisi jõujooni ning edaspidi - kõigi protsesside kordamine algusest peale.
Seega muudab indutseeritud EMF raami ühe täieliku pöörde ajal kaks korda suunda ja selle väärtus saavutab sama aja jooksul ka oma suurimad väärtused kaks korda (kui raami juhtmed lähevad postide alt läbi) ja kaks korda nulliga. (juhtmete liikumise hetkedel mööda magnetvälja jooni).
On üsna selge, et EMF, mis muudab suunda ja suurust, indutseerib suletud välisahelas elektrivoolu, mis muudab suunda ja suurust.
Näiteks kui selle lihtsaima generaatori klemmidega on ühendatud lambipirn, siis raami pöörlemise esimesel poolel liigub pirni läbiv elektrivool ühes suunas ja teises pooles. keera, teises.
Riis. 4. Indutseeritud voolu muutumise kõver kaadri ühe pöörde kohta
Joonisel fig. 1 annab aimu praeguse muutuse olemusest, kui raami pööratakse 360 °, see tähendab ühe täieliku pöördega. 4. Indutseeritakse elektrivool, mille suurus ja suund muutuvad pidevalt vahelduvvoolu.