Hvordan fungerer en DC-generator?
Hvordan fungerer en DC-generator?
Definition af DC-generator
En DC-generator er et enhed, der konverterer mekanisk kraft til direkte elektrisk kraft ved hjælp af princippet om elektromagnetisk induktion.
Faradays lov
Denne lov siger, at når en ledning bevæger sig i et magnetfelt, skærer den magnetiske linjer af kraft, hvilket inducerer en elektromagnetisk kraft (EMF) i ledningen.
Størrelsen på den inducerede EMF afhænger af hastigheden for ændringen i magnetflodens kobling med ledningen. Denne EMF vil forårsage, at strøm flyder, hvis ledningskredsløbet er lukket.
De to mest essentielle dele af en generator er:
Magnetfeltet
Ledninger, som bevæger sig inden for dette magnetfelt.
Nu, hvor vi forstår de grundlæggende principper, kan vi diskutere arbejdsmåden for en DC-generator. Du kan også finde det nyttigt at lære om de forskellige typer DC-generatore.
Enkeltsløjfs drift
I en enkeltsløjfs DC-generator induceres EMF ved sløjfets rotation i et magnetfelt, og strømretningen bestemmes af Flemings højrehåndsregel.
I figuren ovenfor er en enkelt rektangulær ledning placeret mellem de to modsatte poler af en magnet.
Overvej den rektangulære ledning ABCD, som roterer inden for magnetfeltet om sin akse ab.
Når sløjfen roterer fra sin vertikale position til sin horisontale position, skærer den fluxlinjerne i feltet. Da under denne bevægelse de to sider, nemlig AB og CD, skærer fluxlinjerne, vil der være en induceret EMF i begge sider (AB og BC) af sløjfen.
Da sløjfen bliver lukket, vil der være en strøm, der cirkulerer gennem sløjfen. Retningen af strømmen kan bestemmes ved Flemings højrehåndsregel.
Denne regel siger, at hvis du strækker tommelfingeren, pegefingeren og langfingeren på din højre hånd vinkelret på hinanden, så angiver tommelfingeren retningen af ledningens bevægelse, pegefingeren angiver retningen af magnetfeltet, dvs. N-pol til S-pol, og langfingeren angiver retningen af strømflyde gennem ledningen.
Hvis vi anvender denne højrehåndsregel, vil vi se, at i denne horisontale position af sløjfen vil strømme fra punkt A til B, og på den anden side af sløjfen vil strømme fra punkt C til D.
Hvis vi tillader, at sløjfen bevæger sig videre, kommer den igen til sin vertikale position, men nu vil den øverste side af sløjfen være CD, og den nedre side vil være AB (bare det modsatte af den tidligere vertikale position).
I denne position er tangentialbevægelsen af sløjfens sider parallel med fluxlinjerne i feltet. Derfor vil der ikke være nogen spørgsmål om fluxskæring, og dermed vil der ikke være nogen strøm i sløjfen.
Hvis sløjfen roterer videre, kommer den igen i en horisontal position. Men nu kommer siden AB foran N-pol, og CD kommer foran S-pol, dvs. præcis det modsatte af den tidligere horisontale position, som vist på figuren ved siden af.
Her er tangentialbevægelsen af sløjfens side vinkelret på fluxlinjerne; derfor er hastigheden for fluxskæring maksimal her, og ifølge Flemings højrehåndsregel vil strømmen i denne position flyde fra B til A, og på den anden side fra D til C.
Hvis sløjfen fortsætter med at rotere om sin akse, vil hver gang siden AB kommer foran S-pol, strømmen flyde fra A til B. Når den kommer foran N-pol, vil strømmen flyde fra B til A.
Ligeledes, hver gang siden CD kommer foran S-pol, vil strømmen flyde fra C til D. Når siden CD kommer foran N-pol, vil strømmen flyde fra D til C.
Hvis vi observerer dette fænomen anderledes, kan vi konkludere, at hver gang en side af sløjfen kommer foran N-pol, vil strømmen flyde gennem denne side i samme retning, dvs. nedad i forhold til referenceplanen.
På samme måde, hver gang en side af sløjfen kommer foran S-pol, vil strømmen gennem den flyde i samme retning, dvs. opad fra referenceplanen. Dette fører os til emnet om princippet bag DC-generator.
Nu åbnes sløjfen og forbinder med en delt ring, som vist på figuren nedenfor. Delede ringer, lavet af en ledring, bliver klippet i to halve eller segmenter, isolerede fra hinanden.
Vi forbinder de eksterne belastningskontakter med to kulborste, som hviler på disse delte slipringsegmenter.
Kommutator og borster
Delt ringer (kommutatorer) og kulborster sikrer, at strømmen forbliver unidirektional ved at vendre forbindelser, mens sløjfen roterer.
Positionering af borster
Borsterne er placeret sådan, at EMF er nul, når spolen er vinkelret på magnetfeltet, hvilket giver en jævn strømflyde.
Arbejdsmåde for DC-generator
Vi kan se, at i den første halvdel af omdrejningen flyder strømmen altid langs ABLMCD, dvs. borste nr. 1 i kontakt med segment a.I den næste halve omdrejning, i figuren, bliver retningen af den inducerede strøm i spolen vendt om. Men samtidig bliver positionerne af segmenterne a og b også vendt om, hvilket resulterer i, at borste nr. 1 kommer i kontakt med segment b.
Derfor flyder strømmen i belastningsmodstanden igen fra L til M. Strømformen gennem belastningskredsløbet er som vist på figuren. Denne strøm er unidirektional.
Den ovenstående indhold er den grundlæggende arbejdsmåde for DC-generator, forklaret ved hjælp af en enkeltsløjfs generator model.
Positionerne for borsterne i DC-generator er sådan, at skiftet over af segmenterne a og b fra den ene borste til den anden finder sted, når planet af den roterende spole er vinkelret på planet af linjerne af kraft. Det er for at komme i denne position, at den inducerede EMF i spolen er nul.
