El principi de funcionament del generador
Els generadors són màquines convertir l'energia mecànica en energia elèctrica… El principi de funcionament del generador es basa en el fenomen de la inducció electromagnètica, quan s'indueix un EMF en un conductor que es mou en un camp magnètic i creua les seves forces magnètiques. Per tant, aquest conductor pot ser considerat per nosaltres com una font d'energia elèctrica.
El mètode d'obtenció de CEM induïts, en què el cable es mou en un camp magnètic, movent-se cap amunt o cap avall, és molt inconvenient per al seu ús pràctic. Per tant, en els generadors, s'utilitza el moviment no rectilini, sinó de rotació del cable.
Les parts principals de qualsevol generador són: un sistema d'imants, o més sovint electroimants, que creen un camp magnètic, i un sistema de cables que creuen aquest camp magnètic.
Agafem un cable en forma de bucle corbat, que a més anomenarem marc (Fig. 1), i el col·loquem en un camp magnètic creat pels pols d'un imant. Si a un marc d'aquest tipus se li dóna un moviment de rotació al voltant de l'eix 00, aleshores els seus costats enfrontats als pols creuaran les línies del camp magnètic i s'hi indueix un EMF.
Arròs. 1. Inducció de CEM en un conductor (marc) en forma de campana que gira en un camp magnètic
En connectar una bombeta al marc mitjançant cables tous, d'aquesta manera tancarem el circuit i s'encendrà la llum. La bombeta continuarà cremant mentre el marc gira en un camp magnètic. Aquest dispositiu és el generador més senzill, que converteix l'energia mecànica gastada en la rotació del marc en energia elèctrica.
Un generador tan senzill té un inconvenient bastant important. Després d'un curt període de temps, els cables tous que connecten la bombeta al marc giratori es retorçaran i es trencaran. Per evitar aquestes interrupcions en el circuit, els extrems del marc (Fig. 2) estan units a dos anells de coure 1 i 2, que giren juntament amb el marc.
Aquests anells s'anomenen anells lliscants. El corrent elèctric es desvia des dels anells lliscants cap al circuit exterior (cap a la bombeta) mitjançant plaques elàstiques 3 i 4 adjacents als anells. Aquestes plaques s'anomenen raspalls.
Arròs. 2. La direcció de la CEM induïda (i el corrent) en els cables A i B del bastidor que gira en un camp magnètic: 1 i 2 - anells lliscants, 3 i 4 - raspalls.
Amb aquesta connexió del marc giratori al circuit extern, la desconnexió dels cables de connexió no es produirà i el generador funcionarà normalment.
Considerem ara la direcció de l'EMF induïda als cables de la trama o, que és el mateix, la direcció del corrent induït a la trama amb el circuit extern tancat.
Amb el sentit de gir del bastidor, que es mostra a la fig. 2, al conductor esquerre AA, l'EMF s'induirà en una direcció des de nosaltres fora del pla del dibuix, i a l'explosiu dret, a causa del pla del dibuix sobre nosaltres.
Com que les dues meitats del cable del bastidor estan connectades en sèrie entre si, augmentarà l'EMF induïda en elles, i al raspall 4 hi haurà un pol positiu del generador i un pol negatiu del raspall 3.
Tracem el canvi en l'EMF induït a mesura que el marc gira completament. Si el marc en sentit horari es gira 90° des de la posició que es mostra a la Fig. 2, llavors les meitats del seu conductor en aquest moment es mouran al llarg de les línies del camp magnètic i la inducció de CEM en elles s'aturarà.
Una rotació addicional del bastidor en 90 ° més comportarà el fet que els cables del bastidor tornaran a creuar les línies de força del camp magnètic (Fig. 3), però el cable AA es mourà respecte a les línies de força. no de baix a dalt, sinó de dalt a baix, mentre que el cable BB, al contrari, creuarà les línies de força, movent-se de baix a dalt.
Arròs. 3. Canviar la direcció de la e induïda. etc. s. (i actual) quan el bastidor es gira 180 ° respecte a la posició que es mostra a la fig. 2.
Amb una nova posició del marc, la direcció de la fem induïda als cables AL i BB canviarà en sentit contrari. Això es deu al fet que la mateixa direcció en què cadascun d'aquests cables creua les línies del camp magnètic en aquest cas ha canviat. Com a resultat, la polaritat dels raspalls del generador també canviarà: ara el raspall 3 esdevindrà positiu i el raspall 4 negatiu.
Girant més el marc, tornarem a tenir el moviment dels cables AA i BB al llarg de les línies de força magnètica i, en el futur, la repetició de tots els processos des del principi.
Així, durant una rotació completa del marc, l'EMF induït canvia la seva direcció dues vegades, i el seu valor durant el mateix temps també arriba als seus valors més alts dues vegades (quan els cables del marc passen per sota dels pols) i dues vegades iguals a zero. (en els moments de moviment dels cables al llarg de les línies del camp magnètic).
És bastant clar que un EMF que canvia de direcció i magnitud induirà un corrent elèctric que canvia de direcció i magnitud en un circuit extern tancat.
Així, per exemple, si una bombeta està connectada als terminals d'aquest generador més senzill, durant la primera meitat de la rotació del marc, el corrent elèctric a través de la bombeta anirà en una direcció i durant la segona meitat de la torn, en l'altre.
Arròs. 4. Corba de canvi del corrent induït per una revolució del bastidor
La corba de la fig. 1 dóna una idea de la naturalesa del canvi actual quan el marc es gira 360 °, és a dir, en una revolució completa. 4. S'indueix un corrent elèctric que canvia contínuament de magnitud i direcció corrent altern.