Как работи DC генератор?

Как работи DC генератор?

Определение на DC генератор

DC генератор е устройство, което преобразува механична мощност в директна електрическа мощност, използвайки принципа на електромагнитната индукция.

Законът на Фарадей

Този закон твърди, че когато проводник се движи в магнитно поле, то пресича линии на сила, което индуцира електромагнитна сила (ЕМС) в проводника.

Размерът на индуцираната ЕМС зависи от скоростта на изменение на магнитния поток, свързан с проводника. Тази ЕМС ще причини протичане на ток, ако цикълът на проводника е затворен.

Двете най-важни части на генератора са:

• Магнитното поле

• Проводници, които се движат в това магнитно поле.

Сега, когато разбираме основите, можем да обсъдим работния принцип на DC генератор. Можете също така да намерите полезно да научите за видовете DC генератори.

Операция с единично петле

В DC генератор с едно петле, ротацията на петлето в магнитно поле индуцира ЕМС, а посоката на тока се определя от правилото на Флеминг за дясната ръка.

На фигурата по-горе, едно петле от проводник с правоъгълна форма е поставено между две противоположни полюса на магнит.

Разглеждаме правоъгълното петле на проводника ABCD, което се върти в магнитното поле около своята ос ab.

Когато петлето се върти от вертикалната си позиция до хоризонталната, то пресича линиите на потока. По време на това движение, две страни, т.е., AB и CD на петлето пресичат линиите на потока, като се индуцира ЕМС в двете страни (AB и BC) на петлето.

Когато петлето се затвори, ще има циркулиращ ток през петлето. Посоката на тока може да бъде определена с правилото на Флеминг за дясната ръка.

Това правило гласи, че ако изправите показалец, среден пръст и палец на дясната си ръка перпендикулярно един към друг, тогава палецът показва посоката на движението на проводника, показалецът показва посоката на магнитното поле, т.е., N – полюс към S – полюс, а средният пръст показва посоката на протичане на тока през проводника.

Ако приложим това правило на дясната ръка, ще видим, че в тази хоризонтална позиция на петлето, токът ще протече от точка A към B, а от другата страна на петлето, токът ще протече от точка C към D.

Ако позволим на петлето да продължи да се движи, то ще се завърне отново в вертикалната си позиция, но сега горната страна на петлето ще бъде CD, а долната страна ще бъде AB (точно обратно на предходната вертикална позиция).

В тази позиция, тангенталното движение на страните на петлето е паралелно на линиите на потока. Следователно няма да има въпрос за пресичане на потока, и следователно няма да има ток в петлето.

Ако петлето продължи да се върти, то ще се завърне отново в хоризонтална позиция. Но сега, страната AB на петлето ще бъде пред N полюс, а CD ще бъде пред S полюс, т.е., точно обратно на предходната хоризонтална позиция, както е показано на фигурата до това.

Тук тангенталното движение на страната на петлето е перпендикулярно на линиите на потока; следователно скоростта на пресичане на потока е максимална тук, и според правилото на Флеминг за дясната ръка, в тази позиция токът протича от B към A, а от другата страна от D към C.

Ако петлето продължи да се върти около своята ос. Всеки път, когато страната AB се окаже пред S полюс, токът протича от A към B. Пак, когато се окаже пред N полюс, токът протича от B към A.

По същия начин, всеки път, когато страната CD се окаже пред S полюс, токът протича от C към D. Когато страната CD се окаже пред N полюс, токът протича от D към C.

Ако наблюдаваме това явление по различен начин, можем да заключим, че всяка страна на петлето, която се окаже пред N полюс, токът ще протече през нея в същата посока, т.е., надолу към референтната равнина.

По същия начин, всяка страна на петлето, която се окаже пред S полюс, токът през нея протича в същата посока, т.е., нагоре от референтната равнина. От тук ще стигнем до темата за принципа на работа на DC генератора.

Сега петлето се отваря и се свързва с разцепен пръстен, както е показано на фигурата по-долу. Разцепените пръстени, направени от проводещ цилиндър, се разделят на две половини или сегменти, изолирани една от друга.

Свързваме външните терминали на натоварването с два карбонови четки, които се намират върху тези сегменти на разцепения пръстен.

Комутатор и четки

Разцепените пръстени (комутатори) и карбоновите четки гарантират, че токът остава в една посока, като обръщат свръзките, докато петлето се върти.

Позициониране на четките

Четките са позиционирани така, че ЕМС да е нулев, когато катушката е перпендикулярна на магнитното поле, позволявайки гладко протичане на тока.

Принцип на работа на DC генератор

Можем да видим, че в първата половина на ротацията токът винаги протича по ABLMCD, т.е., четка номер 1 е в контакт с сегмента a. В следващата половина на ротацията, на фигурата, посоката на индуцирания ток в катушката се обърква. Но в същото време позициите на сегментите a и b също се объркват, което води до това, че четка номер 1 докосва сегмента b.

Следователно, токът в натоварването отново протича от L към M. Вълновата форма на тока през цепта на натоварването е показана на фигурата. Този ток е в една посока.

Предходното съдържание е основният принцип на работа на DC генератор, обяснен чрез модела на генератор с едно петле.

Позициите на четките на DC генератора са така, че превключването на сегментите a и b от една четка към друга да се случва, когато равнината на въртящата се катушка е под прав ъгъл към равнината на линиите на сила. В тази позиция, индуцираната ЕМС в катушката е нулева.