Kuidas töötab DC generaator?
Kuidas töötab DC-generaator?
DC-generaatori definitsioon
DC-generaator on seade, mis teisendab mehaanilist energiat otseelektrile elektromagnetilise induktsiooni põhimõtte kaudu.
Faradayi seadus
See seadus ütleb, et kui johtja liigub magneetväljas, lõikab see magneetilisi jõudelini, mis indukteerib johtjas elektromagnetilise jõu (EMF).
Indukeeritud EMF-i suurus sõltub magneetvoolide sidumise muutumiskiirusest johtjaga. See EMF põhjustab voolu, kui johtja ring on sulgeline.
Generaatori kaks olulisimat osa on:
Magneetväli
Johtjad, mis liiguvad selles magneetväljas.
Nüüd, kui me mõistame põhitõdesid, saame arutada DC-generaatori töötamise printsiipi. Võib olla kasulik ka õppida erinevate DC-generaatorite tüüpide kohta.
Ühe silmusega töö
Ühe silmusega DC-generaatoris indukteeritakse EMF silmuse pööramisel magneetväljas, ja voolu suund määratakse Flemingi parema käte reegliga.
Joonisel on näidatud üks ristkülikukujuline johtja, mis asub kahe vastandva magneeti pooluse vahel.
Vaatame ristkülikukujulist johtja ABCD, mis pöörleb magneetväljas oma telje ab suunas.
Kui silmus pöörleb vertikaalsest asendist horisontaalse asendini, lõikab see magneetvälja fluxiliine. Kuna sel ajal kaks silmuse külg, st AB ja CD, lõikavad fluxiliine, indukteeritakse mõlemasse silmuse künni (AB ja BC) EMF.
Kuna silmus on sulgeline, tekib silmuses ringlevool. Voolu suund määratakse Flemingi parema käte reegliga.
See reegel ütleb, et kui venitate parema käe peene, südame- ja keskelinna nurgast, siis peene näitab johtja liikumissuunda, südame-linna suund näitab magneetvälja suunda, st N-poolust S-pooluni, ja keskelinna suund näitab voolu suunda johtjas.
Kui me rakendame seda parema käte reeglit, näeme, et sel horisontaalses asendis silmuses, vool läheb punktist A punkti B ja silmuse teisel poolel vool läheb punktist C punkti D.
Kui lubame silmuse edasi liikuda, tuleb see uuesti vertikaalse asendisse, kuid nüüd silmuse ülemine külg on CD ja alumine külg on AB (vastupidiselt eelmisele vertikaalsele asendile).
Sel asendil on silmuse külgede tangentsiaalne liikumine paralleelne magneetvälja fluxiliinidega. Seega ei ole küsimus fluxiliinide lõikamisest, ja seetõttu ei tekita silmus voolu.
Kui silmus pöörleb edasi, tuleb see uuesti horisontaalse asendisse. Kuid nüüd silmuse külg AB asub N-pooluse ees, ja CD asub S-pooluse ees, st vastupidiselt eelmisele horisontaalsele asendile, nagu näidatud kõrval asuvates joonistes.
Siin on silmuse külgede tangentsiaalne liikumine risti magneetvälja fluxiliinidega, seega on fluxiliinide lõikamise kiirus maksimaalne, ja Flemingi parema käte reeglile järgides, tekib sel asendil vool punktist B punkti A ja teisel silmuse poolel vool punktist D punkti C.
Kui silmus jätkab pööret oma telje ümber, tekib vool punktist A punkti B iga kord, kui külg AB asub S-pooluse ees. Kui ta asub N-pooluse ees, tekib vool punktist B punkti A.
Sarnaselt tekib vool punktist C punkti D iga kord, kui külg CD asub S-pooluse ees. Kui külg CD asub N-pooluse ees, tekib vool punktist D punkti C.
Kui vaatame seda fenomeni teisiti, saame järeldada, et iga kord, kui silmuse külg asub N-pooluse ees, tekib vool selles küljes sama suunas, st alla viitetasandist.
Sarnaselt, iga kord, kui silmuse külg asub S-pooluse ees, tekib vool selles küljes sama suunas, st üles viitetasandist. Sellest jõuame DC-generaatori töötamise printsiibi juurde.
Nüüd avame silmuse ja ühendame selle jagunenud sõrmega, nagu näidatud järgmisel joonisel. Jagunenud sõrm, mis valmistatakse juhivast tsülin-drist, on lõigatud kaheks pooliks või segmentiks, mis on üksteisest isoleeritud.
Me ühendame välise laadi terminaali kahe süsiniku pensiga, mis toovad kokku need jagunenud sõrme segmendid.
Kommutaator ja pensid
Jagunenud sõrm (kommutaator) ja süsiniku pensid tagavad, et vool jääks ühesuunaliseks, pöördedes ühendusi, kui silmus pöörleb.
Penside paigutus
Pensid on paigutatud nii, et EMF on null, kui spiraal on risti magneetväljaga, lubades voolu soojalt kulgeda.
DC-generaatori töötamise printsiip
Nagu näeme, esimesel poolikul pööreval vool läheb alati ABLMCD, st pens nr 1 on kontaktis segmentiga a. Järgmisel poolikul pööreval, joonisel, on indukeeritud voolu suund spiraalis pöördunud. Kuid samal ajal on segmentide a ja b asendid ka pöördunud, mis tähendab, et pens nr 1 on nüüd kontaktis segmentiga b.
Seega, vool laadi vastendis läheb uuesti punktist L punkti M. Voolu lainekuju ladu piirkonnas on näidatud joonisel. See vool on ühesuunaline.
Eelnimetatud sisu on DC-generaatori põhitööpõhimõte, mille on selgitatud ühe silmusega generaatorimudeli kaudu.
DC-generaatori penside asendid on sellised, et segmentide a ja b ümberpööramine ühest pensist teise toimub, kui pöördleva spiraali tasand on risti magneetvälja jõudeliniide tasandiga. Sel asendil on spiraalis indukeeritud EMF null.
