Hvordan fungerer en DC-generator?
Hvordan fungerer en DC-generator?
Definisjon av DC-generator
En DC-generator er et enhet som konverterer mekanisk kraft til direkte elektrisk kraft ved hjelp av prinsippet for elektromagnetisk induksjon.
Faradays lov
Denne loven sier at når en ledere beveger seg i et magnetfelt, skjærer den magnetiske linjer av kraft, noe som inducerer en elektromagnetisk kraft (EMF) i ledere.
Størrelsen på den induserte EMF-ene avhenger av endringen i magnetisk fluks forbundet med ledere. Denne EMF vil føre til strøm hvis lederesirkelen er lukket.
De to mest essensielle delene av en generator er:
Magnetfeltet
Ledere som beveger seg inni det magnetiske feltet.
Nå som vi forstår grunnleggende, kan vi diskutere arbeidsprinsippet for en DC-generator. Du kan også finne det nyttig å lære om typene av DC-generatorene.
Enkel sløyfe-operasjon
I en enkelt sløyfe DC-generator, induseres EMF ved roteringen av sløyfen i et magnetfelt, og strømretningen bestemmes av Flemings høyrehåndsregel.
I figuren over er en enkelt rektangulær sløyfe av en leder plassert mellom de to motsatte polene av en magnet.
La oss betrakte den rektangulære sløyfen av leder ABCD, som roterer inne i magnetfeltet om sin akse ab.
Når sløyfen roterer fra sin vertikale posisjon til sin horisontale posisjon, skjærer den flukslinjene i feltet. Under denne bevegelsen skjærer to sider, nemlig AB og CD, flukslinjene, og det vil være en indusert EMF i begge sidene (AB og BC) av sløyfen.
Når sløyfen blir lukket, vil det være en strøm som sirkulerer gjennom sløyfen. Retningen av strømmen kan bestemmes ved Flemings høyrehåndsregel.
Denne regelen sier at hvis du strekker tommelfinger, pekefinger og langfinger av høyre hånd vinkelrett på hverandre, så indikerer tommelfingeren retningen av bevegelsen av lederen, pekefingeren indikerer retningen av magnetfeltet, altså N-pol til S-pol, og langfingeren indikerer retningen av strømflytten gjennom lederen.
Nå hvis vi bruker denne høyrehåndsregelen, vil vi se at i denne horisontale posisjonen av sløyfen, vil strøm flyte fra punkt A til B, og på den andre siden av sløyfen, vil strøm flyte fra punkt C til D.
Nå hvis vi lar sløyfen bevege seg videre, kommer den igjen til sin vertikale posisjon, men nå vil den øvre siden av sløyfen være CD, og den nedre siden vil være AB (akkurat motsatt av den forrige vertikale posisjonen).
I denne posisjonen er tangensbevegelsen av sidene av sløyfen parallelle med flukslinjene i feltet. Derfor vil det ikke være noen spørsmål om fluks-skjæring, og dermed vil det ikke være noen strøm i sløyfen.
Hvis sløyfen roterer videre, kommer den igjen i en horisontal posisjon. Men nå kommer siden AB foran N-pol, og CD kommer foran S-pol, altså akkurat motsatt av den forrige horisontale posisjonen som vist i figuren ved siden av.
Her er tangensbevegelsen av siden av sløyfen vinkelrett på flukslinjene, derfor er hastigheten av fluks-skjæring maksimal her, og ifølge Flemings høyrehåndsregel, vil strøm flyte fra B til A, og på den andre siden fra D til C, i denne posisjonen.
Nå hvis sløyfen fortsetter å rotere om sin akse, hver gang siden AB kommer foran S-pol, vil strøm flyte fra A til B. Igjen, når den kommer foran N-pol, vil strøm flyte fra B til A.
På samme måte, hver gang siden CD kommer foran S-pol, vil strøm flyte fra C til D. Når siden CD kommer foran N-pol, vil strøm flyte fra D til C.
Hvis vi observerer dette fenomenet på en annen måte, kan vi konkludere at hver gang en side av sløyfen kommer foran N-pol, vil strøm flyte gjennom den siden i samme retning, altså nedover referanseplanet.
På samme måte, hver gang en side av sløyfen kommer foran S-pol, vil strøm gjennom den flyte i samme retning, altså oppover fra referanseplanet. Fra dette kommer vi til emnet om prinsippet for DC-generator.
Nå åpnes sløyfen og kobles til en split ring som vist i figuren nedenfor. Split rings, laget av en leder-sylinder, deles inn i to halver eller segmenter isolert fra hverandre.
Vi kobler eksterne lastterminals til to karbonborster som hviler på disse split ring-segmentene.
Kommutator og borster
Split ringer (kommutatorer) og karbonborster sikrer at strømmen forblir unidireksjonell ved å reversere tilkoblinger mens sløyfen roterer.
Borster-posisjonering
Borstene er posisjonert slik at EMF er null når spolen er vinkelrett på magnetfeltet, noe som tillater jevn strømflyt.
Arbeidsprinsipp for DC-generator
Vi kan se at i den første halvdelen av revolusjonen flyter strøm alltid langs ABLMCD, altså er borste nr. 1 i kontakt med segment a. I den neste halvrevolusjonen, i figuren, er retningen av den induserte strømmen i spolen reversert. Men samtidig er posisjonen av segmentene a og b også reversert, noe som fører til at borste nr. 1 kommer i kontakt med segment b.
Derfor flyter strøm i lastmotstanden igjen fra L til M. Strømformen gjennom lastkretsen er som vist i figuren. Denne strømmen er unidireksjonell.
Innholdet ovenfor er det grunnleggende arbeidsprinsippet for en DC-generator, forklart ved hjelp av en enkelt sløyfe-generatormodell.
Posisjonene til borstene i en DC-generator er slik at byttingen av segmentene a og b fra en borste til en annen foregår når planet av den roterende spolen er vinkelrett på planet av kraftlinjene. For å bli i denne posisjonen, er den induserte EMF-en i spolen null.
