Princíp činnosti generátora

Generátory sú stroje premenou mechanickej energie na elektrickú energiu… Princíp činnosti generátora je založený na fenomén elektromagnetickej indukcie, keď sa EMF indukuje vo vodiči pohybujúcom sa v magnetickom poli a križujúcom jeho magnetické sily. Preto takýto vodič môžeme považovať za zdroj elektrickej energie.

Spôsob získania indukovaného EMF, pri ktorom sa drôt pohybuje v magnetickom poli, pohybuje sa nahor alebo nadol, je pre jeho praktické použitie veľmi nepohodlný. Preto sa v generátoroch používa nie priamočiary, ale rotačný pohyb drôtu.

Hlavnými časťami každého generátora sú: systém magnetov alebo častejšie elektromagnetov, ktoré vytvárajú magnetické pole, a systém drôtov pretínajúcich toto magnetické pole.

Zoberme si drôt v tvare zakrivenej slučky, ktorý budeme ďalej nazývať rám (obr. 1), a umiestnime ho do magnetického poľa vytvoreného pólmi magnetu. Ak takýto rám dostane rotačný pohyb okolo osi 00, jeho strany smerujúce k pólom budú pretínať siločiary magnetického poľa a bude sa v nich indukovať EMF.

Ryža. 1. Indukcia EMF vo vodiči (ráme) v tvare zvona rotujúceho v magnetickom poli

Pripojením žiarovky k rámu pomocou mäkkých drôtov týmto spôsobom uzavrieme obvod a svetlo sa rozsvieti. Žiarovka bude naďalej horieť, kým sa rám otáča v magnetickom poli. Takéto zariadenie je najjednoduchším generátorom, ktorý premieňa mechanickú energiu vynaloženú na otáčanie rámu na elektrickú energiu.

Takýto jednoduchý generátor má pomerne významnú nevýhodu. Po krátkom čase sa mäkké drôty spájajúce žiarovku s otočným rámom skrútia a zlomia. Aby sa predišlo takýmto prerušeniam obvodu, konce rámu (obr. 2) sú pripevnené k dvom medeným krúžkom 1 a 2, ktoré sa otáčajú spolu s rámom.

Tieto krúžky sa nazývajú klzné krúžky. Elektrický prúd je odvádzaný zo zberných krúžkov do vonkajšieho obvodu (k žiarovke) cez elastické dosky 3 a 4 susediace s krúžkami. Tieto dosky sa nazývajú kefy.

Ryža. 2. Smer indukovaného EMF (a prúdu) v drôtoch A a B rámu rotujúcich v magnetickom poli: 1 a 2 — zberacie krúžky, 3 a 4 — kefy.

Pri takomto pripojení otočného rámu k vonkajšiemu okruhu nedôjde k odpojeniu spojovacích vodičov a generátor bude fungovať normálne.

Uvažujme teraz smer EMF indukovaného vo vodičoch rámu alebo, čo je rovnaký, smer prúdu indukovaného v ráme s uzavretým vonkajším obvodom.

So smerom otáčania rámu, ktorý je znázornený na obr. 2, v ľavom vodiči AA sa EMF bude indukovať v smere od nás mimo rovinu výkresu a v pravom výbušnom - kvôli rovine výkresu na nás.

Pretože sú dve polovice drôtu rámu navzájom zapojené do série, indukovaná EMF v nich sa zvýši a na kefe 4 bude kladný pól generátora a záporný pól kefy 3.

Sledujme zmenu indukovaného EMF, keď sa rám úplne otáča. Ak je rám v smere hodinových ručičiek otočený o 90° z polohy znázornenej na obr. 2, potom sa polovice jeho vodiča v tom okamihu budú pohybovať pozdĺž magnetických siločiar a indukcia EMF v nich sa zastaví.

Ďalšie otočenie rámu o ďalších 90° povedie k tomu, že drôty rámu budú opäť križovať siločiary magnetického poľa (obr. 3), ale drôt AA sa bude pohybovať vzhľadom na siločiary nie zdola nahor, ale zhora nadol, zatiaľ čo drôt BB naopak prekročí siločiary a pohybuje sa zdola nahor.

Ryža. 3. Zmena smeru indukovaného e. atď. (a prúd), keď je rám otočený o 180° vzhľadom na polohu znázornenú na obr. 2.

S novou polohou rámu sa zmení smer indukovaného emf vo vodičoch AL a BB v opačnom smere. Vyplýva to zo skutočnosti, že v tomto prípade sa zmenil samotný smer, v ktorom každý z týchto drôtov pretína siločiary magnetického poľa. V dôsledku toho sa zmení aj polarita kefiek generátora: kefa 3 sa teraz stane kladnou a kefa 4 zápornou.

Pri ďalšom otáčaní rámu budeme mať opäť pohyb drôtov AA a BB pozdĺž magnetických siločiar a v budúcnosti - opakovanie všetkých procesov od začiatku.

Počas jednej úplnej rotácie rámu teda indukovaný EMF zmení svoj smer dvakrát a jeho hodnota za rovnaký čas tiež dosiahne svoje najvyššie hodnoty dvakrát (keď drôty rámu prechádzajú pod pólmi) a dvakrát rovné nule. (v momentoch pohybu drôtov pozdĺž magnetických siločiar).

Je celkom jasné, že EMF, ktoré mení smer a veľkosť, bude indukovať elektrický prúd, ktorý zmení smer a veľkosť v uzavretom vonkajšom okruhu.

Ak je teda napríklad na svorky tohto najjednoduchšieho generátora pripojená žiarovka, potom počas prvej polovice otáčania rámu bude elektrický prúd cez žiarovku prechádzať jedným smerom a počas druhej polovice obrat, v inom.

Ryža. 4. Krivka zmeny indukovaného prúdu pre jednu otáčku rámu

Krivka na obr. 1 poskytuje predstavu o povahe aktuálnej zmeny, keď sa rám otočí o 360 °, to znamená pri jednej úplnej otáčke. 4. Indukuje sa elektrický prúd, ktorého veľkosť a smer sa neustále menia striedavý prúd.