עקרון הפעולה של הגנרטור

גנרטורים הם מכונות המרת אנרגיה מכנית לאנרגיה חשמלית... על עיקרון הפעולה של הגנרטור מבוסס תופעת האינדוקציה האלקטרומגנטית, כאשר EMF מושרה במוליך הנע בשדה מגנטי וחוצה את הכוחות המגנטיים שלו. לכן, מוליך כזה יכול להיחשב בעינינו כמקור לאנרגיה חשמלית.

השיטה להשגת EMF מושרה, שבה החוט נע בשדה מגנטי, נע למעלה או למטה, מאוד לא נוח לשימוש המעשי שלה. לכן, גנרטורים, לא ישר, אבל תנועה סיבובית של החוט משמש.

החלקים העיקריים של כל גנרטור הם: מערכת של מגנטים, או לרוב אלקטרומגנטים, היוצרים שדה מגנטי, ומערכת של חוטים החוצים שדה מגנטי זה.

ניקח חוט בצורת לולאה מעוקלת, שנקרא לו עוד מסגרת (איור 1), ונציב אותו בשדה מגנטי שנוצר על ידי הקטבים של מגנט. אם ניתנת למסגרת כזו תנועה סיבובית סביב ציר 00, אז הצדדים שלה הפונות אל הקטבים יחצו את קווי השדה המגנטי וייגרם בהם EMF.

אורז. 1. אינדוקציה EMF במוליך בצורת פעמון (מסגרת) המסתובב בשדה מגנטי

באמצעות חיבור נורה למסגרת באמצעות חוטים רכים, כך נסגור את המעגל והאור יידלק. הנורה תמשיך לבעור בזמן שהמסגרת מסתובבת בשדה מגנטי. מכשיר כזה הוא הגנרטור הפשוט ביותר, הממיר את האנרגיה המכנית המושקעת על סיבוב המסגרת לאנרגיה חשמלית.

לגנרטור פשוט כזה יש חסרון משמעותי למדי. לאחר פרק זמן קצר, החוטים הרכים המחברים את הנורה למסגרת המסתובבת יתפתלו וישברו. כדי למנוע הפרעות כאלה במעגל, קצוות המסגרת (איור 2) מחוברים לשתי טבעות נחושת 1 ו-2, המסתובבות יחד עם המסגרת.

טבעות אלו נקראות טבעות החלקה. הזרם החשמלי מופנה מטבעות ההחלקה למעגל החיצוני (אל הנורה) באמצעות לוחות אלסטיים 3 ו-4 הסמוכים לטבעות. צלחות אלו נקראות מברשות.

אורז. 2. כיוון ה-EMF המושרה (והזרם) בחוטים A ו-B של המסגרת המסתובבים בשדה מגנטי: 1 ו-2 - טבעות החלקה, 3 ו-4 - מברשות.

בחיבור כזה של המסגרת המסתובבת למעגל החיצוני, לא יתרחש ניתוק חוטי החיבור והגנרטור יפעל כרגיל.

הבה נבחן כעת את כיוון ה-EMF המושרה במובילי המסגרת, או, שהוא זהה, את כיוון הזרם המושרה במסגרת עם המעגל החיצוני סגור.

עם כיוון הסיבוב של המסגרת, אשר מוצג באיור. 2, במוליך השמאלי AA, ה-EMF יושרה בכיוון מאיתנו החוצה ממישור השרטוט, ובחומר הנפץ הימני - עקב מישור השרטוט עלינו.

מכיוון ששני חצאי חוט המסגרת מחוברים בטור זה עם זה, ה-EMF המושרה בהם יגדל, ובמברשת 4 יהיה קוטב חיובי של הגנרטור וקוטב שלילי של מברשת 3.

הבה נעקוב אחר השינוי ב-EMF המושרה כאשר המסגרת מסתובבת לחלוטין. אם המסגרת עם כיוון השעון מסובבת 90 מעלות מהמיקום המוצג באיור. 2, אז חצאי המוליך שלו באותו רגע ינועו לאורך קווי השדה המגנטי והאינדוקציה של EMF בהם תיפסק.

סיבוב נוסף של המסגרת ב-90 מעלות נוספות יוביל לכך שחוטי המסגרת יעברו שוב את קווי הכוח של השדה המגנטי (איור 3), אך החוט AA ינוע ביחס לקווי הכוח לא מלמטה למעלה, אלא מלמעלה למטה, בעוד החוט BB להיפך, הוא יחצה את קווי הכוח, נע מלמטה למעלה.

אורז. 3. שינוי כיוון ה-e המושרה. וכו ' s. (וזרם) כאשר המסגרת מסובבת 180 מעלות ביחס למיקום המוצג באיור. 2.

עם מיקום חדש של המסגרת, כיוון ה-emf המושרה בחוטים AL ו-BB ישתנה בכיוון ההפוך. זה נובע מהעובדה שעצם הכיוון שבו כל אחד מהחוטים הללו חוצה את קווי השדה המגנטי במקרה זה השתנה. כתוצאה מכך, גם הקוטביות של מברשות הגנרטור תשתנה: מברשת 3 תהפוך כעת לחיובית, ומברשת 4 שלילית.

אם מפנים את המסגרת עוד יותר, תהיה לנו שוב את התנועה של החוטים AA ו-BB לאורך קווי הכוח המגנטי, ובעתיד - החזרה על כל התהליכים מההתחלה.

לפיכך, במהלך סיבוב שלם אחד של המסגרת, ה-EMF המושרה משנה את כיוונו פעמיים, והערך שלו באותו זמן מגיע גם לערכיו הגבוהים ביותר פעמיים (כאשר חוטי המסגרת עוברים מתחת לקטבים) ופעמיים שווה לאפס (ברגעי התנועה של החוטים לאורך קווי השדה המגנטי).

די ברור ש-EMF שמשתנה בכיוון ובגודל יגרום לזרם חשמלי שמשתנה בכיוון ובגודל במעגל חיצוני סגור.

אז, למשל, אם נורה מחוברת למסופים של הגנרטור הפשוט ביותר הזה, אז במהלך המחצית הראשונה של סיבוב המסגרת, הזרם החשמלי דרך הנורה יעבור בכיוון אחד, ובמהלך המחצית השנייה של המסגרת. לפנות, באחר.

אורז. 4. עקומת השינוי של הזרם המושרה עבור סיבוב אחד של המסגרת

העקומה באיור. 1 נותן מושג על אופי השינוי הנוכחי כאשר המסגרת מסובבת 360 מעלות, כלומר במהפכה אחת שלמה. 4. מושרה זרם חשמלי, המשתנה ללא הרף בגודלו ובכיווןו זרם חליפין.