Jak działa alternator?

Jak działa silnik prądotwórczy?

Definicja silnika prądotwórczego

Silnik prądotwórczy to urządzenie, które wykorzystuje indukcję elektromagnetyczną do przekształcania energii mechanicznej w prąd przemienny.

Zasada działania

Silnik prądotwórczy działa na podstawie prawa Faradaya, według którego ruch między przewodnikiem a polem magnetycznym indukuje prąd elektryczny.

Proces indukcji

Przyjmijmy, że jednoturnowy cykl ABCD może obracać się wokół osi a-b. Załóżmy, że cykl zaczyna się obracać zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Po obrocie o 90 stopni: Jedna strona pętli AB lub przewodnik AB znajduje się przed biegunem S, a przewodnik CD przed biegunem N. W tej pozycji, tangencyjny ruch przewodnika AB jest dokładnie prostopadły do linii pola od bieguna N do bieguna S. Dlatego tutaj prędkość przecinania linii pola przez przewodnik AB jest największa, i dla tego przecinania przewodnik AB wygeneruje indukowany prąd, kierunek którego można określić za pomocą reguły prawej dłoni Fleminga. Zgodnie z tą zasadą, kierunek tego prądu będzie od A do B. Tymczasem, przewodnik CD znajduje się pod biegunem N, i tutaj również, stosując regułę prawej dłoni Fleminga, znajdziemy kierunek indukowanego prądu, który będzie płynął od C do D.

Po dalszym obrocie zgodnie z ruchem wskazówek zegara o 90 stopni, pierścień ABCD osiąga pionową pozycję. Tutaj, ruch przewodników AB i CD jest równoległy do linii pola, więc pole magnetyczne nie jest przecinane i dlatego nie generuje się prąd.

Prąd przemienny

Po kolejnych 90 stopniach obrotu zgodnie z ruchem wskazówek zegara, pierścień ponownie wraca do poziomej pozycji, gdzie przewodnik AB znajduje się pod biegunem N, a CD pod biegunem S. Tutaj, stosując ponownie regułę prawej dłoni Fleminga, zobaczymy, że indukowany prąd w przewodniku AB płynie od punktu B do A, a indukowany prąd w przewodniku CD płynie od D do C.

Gdy pętla przesuwa się z pozycji pionowej do poziomej, prąd w przewodniku wzrasta od zera do maksimum. Prąd płynie od B do A, A do D, D do C, C do B, od A do B, B do C, C do D, i D do A w zamkniętej pętli. Gdy pętla ponownie zbliża się do pozycji pionowej, prąd spada do zera. W miarę kontynuowania obrotów, prąd zmienia kierunek. Każdy pełny obrót powoduje, że prąd osiąga szczyt, spada do zera, osiąga szczyt w przeciwnym kierunku, a następnie wraca do zera, ukończone jeden cykl fali sinusoidalnej na 360 stopni obrotu. Proces ten ilustruje, jak prąd przemienny może być generowany przez obracanie przewodnika w polu magnetycznym.

Praktyczna konfiguracja

Współczesne silniki prądotwórcze mają zwykle stałe armatury i obracające się pola magnetyczne, co zwiększa efektywność generowania trójfazowego prądu przemiennego dla szerokiego zakresu dystrybucji energii.