چگونه یک ژنراتور دایره مستقیم کار می‌کند
ژنراتور دی‌سی چگونه کار می‌کند؟
تعریف ژنراتور دی‌سی
ژنراتور دی‌سی دستگاهی است که با استفاده از اصل القای الکترومغناطیسی، انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی مستقیم تبدیل می‌کند.
قانون فارادی
این قانون بیان می‌کند که هنگامی که یک رسانا در یک میدان مغناطیسی حرکت می‌کند، خطوط نیروی مغناطیسی را می‌برد که منجر به القای یک نیروی الکترومغناطیسی (EMF) در رسانا می‌شود.
اندازه EMF القایی به سرعت تغییر پیوند جریان مغناطیسی با رسانا بستگی دارد. این EMF اگر مدار رسانا بسته باشد، جریان الکتریکی را ایجاد خواهد کرد.
دو بخش مهم‌ترین ژنراتور عبارتند از:
میدان مغناطیسی
رساناهایی که در آن میدان مغناطیسی حرکت می‌کنند.
اکنون که مبانی را درک کردیم، می‌توانیم اصول کار ژنراتور دی‌سی را بحث کنیم. شاید برای شما مفید باشد که در مورد انواع ژنراتورهای دی‌سی نیز بیاموزید.
عملکرد حلقه‌ی تک
در ژنراتور دی‌سی تک حلقه‌ای، چرخش حلقه در یک میدان مغناطیسی EMF القا می‌کند و جهت جریان با قانون دست راست فلمینگ تعیین می‌شود.
در شکل بالا، یک حلقه‌ی رسانای مستطیل شکل بین دو قطب مخالف یک مغناطیس قرار گرفته است.
حلقه‌ی مستطیل شکل رسانای ABCD را در نظر بگیرید که در داخل میدان مغناطیسی حول محور ab چرخانده می‌شود.
هنگامی که حلقه از وضعیت عمودی به وضعیت افقی می‌چرخد، خطوط جریان میدان را می‌برد. زیرا در طول این حرکت دو ضلع، یعنی AB و CD حلقه، خطوط جریان را می‌برند و بنابراین EMF در هر دو ضلع (AB و BC) حلقه القا می‌شود.
با بسته شدن حلقه، جریانی در حلقه گردش می‌کند. جهت جریان با قانون دست راست فلمینگ تعیین می‌شود.
این قانون می‌گوید که اگر انگشت شست، انگشت اشاره و انگشت وسط دست راست خود را به صورت عمود بر هم گسترید، انگشت شست جهت حرکت رسانا را نشان می‌دهد، انگشت اشاره جهت میدان مغناطیسی، یعنی از قطب N به S، و انگشت وسط جهت جریان الکتریکی را نشان می‌دهد.
اکنون اگر این قانون دست راست را اعمال کنیم، خواهیم دید که در این وضعیت افقی حلقه، جریان از نقطه A به B و در سمت دیگر حلقه، جریان از نقطه C به D خواهد رفت.
اکنون اگر حلقه را بیشتر بچرخانیم، دوباره به وضعیت عمودی خود می‌آید، اما این بار سمت بالایی حلقه CD و سمت پایینی AB خواهد بود (به طور متقابل با وضعیت عمودی قبلی).
در این وضعیت، حرکت مماسی اضلاع حلقه موازی با خطوط جریان میدان است. بنابراین سوالی درباره بریدن جریان وجود ندارد و در نتیجه جریانی در حلقه وجود ندارد.
اگر حلقه بیشتر بچرخد، دوباره به وضعیت افقی می‌آید. اما اکنون سمت AB حلقه در مقابل قطب N و سمت CD در مقابل قطب S قرار می‌گیرد، یعنی به طور متقابل با وضعیت افقی قبلی مانند شکل کنار.
در اینجا حرکت مماسی اضلاع حلقه عمود بر خطوط جریان است؛ بنابراین نرخ بریدن جریان در اینجا بیشترین است و بر اساس قانون دست راست فلمینگ، در این وضعیت جریان از B به A و در سمت دیگر از D به C خواهد رفت.
اکنون اگر حلقه به چرخش خود ادامه دهد. هر بار که سمت AB در مقابل قطب S قرار می‌گیرد، جریان از A به B خواهد رفت. دوباره وقتی که در مقابل قطب N قرار می‌گیرد، جریان از B به A خواهد رفت.
به همین ترتیب، هر بار که سمت CD در مقابل قطب S قرار می‌گیرد، جریان از C به D خواهد رفت. وقتی که سمت CD در مقابل قطب N قرار می‌گیرد، جریان از D به C خواهد رفت.
اگر این پدیده را به طور متفاوت مشاهده کنیم، می‌توانیم نتیجه بگیریم که هر بار که هر سمتی از حلقه در مقابل قطب N قرار می‌گیرد، جریان از آن سمت به همان جهت، یعنی به سمت پایین از صفحه مرجع، خواهد رفت.
به همین ترتیب، هر بار که هر سمتی از حلقه در مقابل قطب S قرار می‌گیرد، جریان از آن سمت به همان جهت، یعنی به سمت بالا از صفحه مرجع، خواهد رفت. از اینجا به موضوع اصل کار ژنراتور دی‌سی می‌رسیم.
اکنون حلقه باز شده و به یک حلقه‌ی تقسیم‌شده متصل می‌شود مانند شکل زیر. حلقه‌های تقسیم‌شده از یک سیلندر رسانا ساخته شده‌اند که به دو نیمه یا بخش تقسیم شده‌اند و از هم جدا شده‌اند.
ما ترمینال‌های بار خارجی را با دو برس کربنی که روی این بخش‌های حلقه‌ی تقسیم‌شده قرار می‌گیرند، متصل می‌کنیم.
کموناتور و برس‌ها
حلقه‌های تقسیم‌شده (کموناتور) و برس‌های کربنی مطمئن می‌شوند که جریان به طور یک‌سویه باقی بماند با معکوس کردن اتصالات در حال چرخش حلقه.
تعیین موقعیت برس‌ها
برس‌ها به گونه‌ای قرار داده شده‌اند که EMF صفر است وقتی که سیم‌پیچ عمود بر میدان مغناطیسی است، این امر اجازه می‌دهد تا جریان به صورت هموار جریان یابد.
اصول کار ژنراتور دی‌سی
می‌توانیم ببینیم که در نیمه‌ی اول چرخش، جریان همیشه از ABLMCD می‌گذرد، یعنی برس شماره ۱ با بخش a در تماس است.در نیمه‌ی بعدی چرخش، در شکل، جهت جریان القایی در سیم‌پیچ معکوس می‌شود. اما در همان زمان، موقعیت بخش‌های a و b نیز معکوس می‌شود که نتیجه می‌دهد برس شماره ۱ با بخش b در تماس قرار می‌گیرد.
بنابراین، جریان در مقاومت بار دوباره از L به M می‌گذرد. نمودار جریان از طریق مدار بار مانند شکل نشان داده شده است. این جریان یک‌سویه است.
محتوای فوق اصول کار پایه‌ای ژنراتور دی‌سی را با استفاده از مدل ژنراتور تک حلقه‌ای توضیح می‌دهد.
موقعیت برس‌های ژنراتور دی‌سی به گونه‌ای است که تغییر بخش‌های a و b از یک برس به برس دیگر زمانی رخ می‌دهد که صفحه‌ی سیم‌پیچ چرخان در زاویه‌ی راست با صفحه‌ی خطوط نیروی مغناطیسی قرار دارد. در این موقعیت، EMF القایی در سیم‌پیچ صفر است.
