Ģeneratora darbības princips

Ģeneratori ir mašīnas mehāniskās enerģijas pārvēršana elektroenerģijā… Ģeneratora darbības princips ir balstīts uz elektromagnētiskās indukcijas fenomens, kad EML tiek inducēts vadītājā, kas pārvietojas magnētiskajā laukā un šķērso tā magnētiskos spēkus. Tāpēc šādu vadītāju mēs varam uzskatīt par elektriskās enerģijas avotu.

Inducētā EML iegūšanas metode, kurā vads pārvietojas magnētiskajā laukā, virzoties uz augšu vai uz leju, ir ļoti neērta tās praktiskajai lietošanai. Tāpēc ģeneratoros tiek izmantota nevis taisna, bet gan rotējoša stieples kustība.

Jebkura ģeneratora galvenās daļas ir: magnētu sistēma vai biežāk elektromagnēti, kas rada magnētisko lauku, un vadu sistēma, kas šķērso šo magnētisko lauku.

Ņemsim vadu izliektas cilpas formā, ko turpmāk sauksim par rāmi (1. att.), un ievietosim magnēta poliem radītā magnētiskajā laukā. Ja šādam rāmim tiek dota rotācijas kustība ap 00 asi, tad tā malas, kas vērstas pret poliem, šķērsos magnētiskā lauka līnijas un tajās tiks inducēts EML.

Rīsi. 1. EML indukcija zvanveida vadītājā (rāmī), kas rotē magnētiskajā laukā

Pieslēdzot rāmim spuldzīti, izmantojot mīkstos vadus, tādā veidā aizvērsim ķēdi un iedegsies gaisma. Spuldze turpinās degt, kamēr rāmis griežas magnētiskajā laukā. Šāda ierīce ir vienkāršākais ģenerators, kas pārvērš rāmja rotācijai iztērēto mehānisko enerģiju elektroenerģijā.

Šādam vienkāršam ģeneratoram ir diezgan ievērojams trūkums. Pēc neilga laika mīkstie vadi, kas savieno spuldzi ar rotējošo rāmi, sagriezīsies un pārtrūks. Lai izvairītos no šādiem pārtraukumiem ķēdē, rāmja gali (2. att.) ir piestiprināti pie diviem vara gredzeniem 1 un 2, kas griežas kopā ar rāmi.

Šos gredzenus sauc par slīdošiem gredzeniem. Elektriskā strāva tiek novirzīta no slīdgredzeniem uz ārējo ķēdi (uz spuldzi), izmantojot elastīgās plāksnes 3 un 4, kas atrodas blakus gredzeniem. Šīs plāksnes sauc par sukām.

Rīsi. 2. Inducētās EML (un strāvas) virziens rāmja A un B vados, kas rotē magnētiskajā laukā: 1 un 2 — slīdgredzeni, 3 un 4 — otas.

Ar šādu rotējošā rāmja savienojumu ar ārējo ķēdi savienojošo vadu atvienošana nenotiks un ģenerators darbosies normāli.

Tagad ņemsim vērā EML virzienu, kas inducēts rāmja vados, vai, kas ir tas pats, strāvas virzienu, kas inducēts rāmī ar aizvērtu ārējo ķēdi.

Ar rāmja griešanās virzienu, kas parādīts att. 2, kreisajā vadītājā AA EML tiks inducēts virzienā no mums ārpus zīmējuma plaknes, bet labajā sprādzienbīstamā - sakarā ar zīmējuma plakni uz mums.

Tā kā abas rāmja stieples puses ir virknē savienotas viena ar otru, inducētais EML tajās palielināsies, un uz 4. sukas būs ģeneratora pozitīvais pols un 3. sukas negatīvais pols.

Izsekosim inducētā EML izmaiņām, kad rāmis pilnībā griežas. Ja rāmis pulksteņrādītāja virzienā tiek pagriezts par 90° no stāvokļa, kas parādīts attēlā. 2, tad tā vadītāja puses tajā brīdī pārvietosies pa magnētiskā lauka līnijām un EML indukcija tajās apstāsies.

Rāmja tālāka pagriešana vēl par 90° novedīs pie tā, ka rāmja vadi atkal šķērsos magnētiskā lauka spēka līnijas (3. att.), bet vads AA kustēsies attiecībā pret spēka līnijām. nevis no apakšas uz augšu, bet no augšas uz leju, savukārt vads BB gluži pretēji, tas šķērsos spēka līnijas, virzoties no apakšas uz augšu.

Rīsi. 3. Inducētās e. virziena maiņa. utt. s (un strāva), kad rāmis ir pagriezts par 180° attiecībā pret pozīciju, kas parādīta attēlā. 2.

Ar jaunu rāmja pozīciju inducētās emf virziens vados AL un BB mainīsies pretējā virzienā. Tas izriet no tā, ka ir mainījies pats virziens, kurā katrs no šiem vadiem šķērso magnētiskā lauka līnijas šajā gadījumā. Rezultātā mainīsies arī ģeneratora suku polaritāte: 3. birste tagad kļūs pozitīva, bet 4. birste negatīva.

Pagriežot rāmi tālāk, mums atkal būs vadu AA un BB kustība pa magnētiskajām spēka līnijām, un turpmāk - visu procesu atkārtošanās no sākuma.

Tādējādi vienas pilnīgas rāmja griešanās laikā inducētais EMF divreiz maina virzienu, un tā vērtība tajā pašā laikā arī sasniedz augstākās vērtības divreiz (kad rāmja vadi iet zem stabiem) un divreiz vienāda ar nulli. (vadu kustības momentos pa magnētiskā lauka līnijām).

Ir pilnīgi skaidrs, ka EML, kas maina virzienu un lielumu, slēgtā ārējā ķēdē izraisīs elektrisko strāvu, kas maina virzienu un lielumu.

Tātad, piemēram, ja šī vienkāršākā ģeneratora spailēm ir pievienota spuldze, tad rāmja rotācijas pirmajā pusē elektriskā strāva caur spuldzi ies vienā virzienā, bet otrajā pusē. savukārt, otrā.

Rīsi. 4. Inducētās strāvas izmaiņu līkne vienam kadra apgriezienam

Līkne attēlā. 1 sniedz priekšstatu par pašreizējo izmaiņu raksturu, kad rāmis tiek pagriezts par 360 °, tas ir, vienā pilnā apgriezienā. 4. Tiek inducēta elektriskā strāva, kas nepārtraukti mainās pēc lieluma un virziena maiņstrāva.