Kako deluje DC generator?

Kako deluje DC generator?

Definicija DC generatorja

DC generator je naprava, ki prevede mehansko energijo v neposredni električni tok z uporabo načela elektromagnetske indukcije.

Farađev zakon

Ta zakon pravi, da kadar se vodilnik premika v magnetnem polju, preseka magnetne črte sile, kar inducirane elektromagnetsko silo (EMF) v vodilniku.

Velikost induciranega EMF-ja je odvisna od hitrosti spremembe magnetezne fluksne vezave z vodilnikom. Ta EMF bo povzročil tok, če je krog vodilnika zaprt.

Dve najpomembnejši komponenti generatorja sta:

• Magnetno polje

• Vodilniki, ki se premikajo znotraj tega magnetnega polja.

Zdaj, ko razumemo osnove, lahko razpravljamo o delovanju DC generatorja. Morda boste tudi koristno izvedeli o vrstah DC generatorjev.

Delovanje enojnega zanke

V DC generatorju z eno zanko vrtenje zanke v magnetnem polju inducira EMF, smer toka pa določa Faringtonov pravilo desne roke.

Na zgornji sliki je enojna zanka vodilnika pravokotne oblike postavljena med nasprotni poli magnetnega polja.

Razmislite o pravokotni zanki vodilnika ABCD, ki se vrti znotraj magnetnega polja okoli svoje osi ab.

Ko se zanka vrte od navpične pozicije do vodoravne pozicije, preseka črte fluksa polja. Ker med tem premikanjem dve strani, torej AB in CD, zanke preseka fluksne črte, bo v obeh straneh (AB in BC) zanke induciran EMF.

Ko se zanka zapre, bo tok cirkuliral skozi zanko. Smer toka lahko določimo z Faringtonovim pravilom desne roke.

To pravilo pravi, da če raztegnete palec, kazalec in srednji prst desne roke pod pravokotnim kotom, potem palec kaže smer gibanja vodilnika, kazalec kaže smer magnetnega polja, torej N – pol do S – pol, in srednji prst kaže smer pretoka toka skozi vodilnik.

Če zdaj uporabimo to pravilo desne roke, vidimo, da pri tej vodoravni poziciji zanke tok teče od točke A do B, in na drugi strani zanke tok teče od točke C do D.

Če zanko pustimo, da se nadaljuje, pride znova v navpično pozicijo, toda zdaj bo zgornja stran zanke CD, in spodnja stran bo AB (natanko nasprotno prejšnji navpični poziciji).

V tej poziciji je tangencialno gibanje strani zanke vzporedno s črtami fluksa polja. Zato ne bo nobenega presekanja fluksa in posledično tudi nobenega toka v zanki.

Če se zanka nadaljuje s vrtenjem, pride znova v vodoravno pozicijo. Toda zdaj stran AB zanke pride pred N pol, in CD pred S pol, torej natanko nasprotno prejšnji vodoravni poziciji, kot je prikazano na sliki ob strani.

Tukaj je tangencialno gibanje strani zanke pravokotno na črte fluksa, zato je hitrost presekanja fluksa največja, in glede na Faringtonovo pravilo desne roke, v tej poziciji tok teče od B do A in na drugi strani zanke od D do C.

Če zanka nadaljuje s vrtenjem okoli svoje osi, vsakič, ko stran AB pride pred S pol, tok teče od A do B. Spet, ko pride pred N pol, tok teče od B do A.

Podobno, vsakič, ko stran CD pride pred S pol, tok teče od C do D. Ko stran CD pride pred N pol, tok teče od D do C.

Če ta pojav opazujemo drugače, lahko zaključimo, da vsakič, ko stran zanke pride pred N pol, tok skozi to stran teče v isti smeri, torej navzdol glede na referenčno ravnino.

Podobno, vsakič, ko stran zanke pride pred S pol, tok skozi jo teče v isti smeri, torej navzgor glede na referenčno ravnino. S tem pridemo do načela delovanja DC generatorja.

Zdaj je zanka odprta in povezana z razdeljenim kolobarjem, kot je prikazano na sliki spodaj. Razdeljeni kolobarji, izdelani iz prevodnega cilindra, so razrezani na dva dela ali segmenta, izolirana eden od drugega.

Povežemo zunanjim obremenitvenim terminalom z dvema ogljikovima cepivoma, ki ležita na teh razdeljenih segmentih kolobarja.

Komutator in cepiva

Razdeljeni kolobarji (komutatorji) in ogljikovi cepiva zagotavljata, da ostane tok enosmeren, z obrnljanjem povezav, ko se zanka vrti.

Postavitev cepiv

Cepiva so postavljena tako, da je EMF nič, ko je boben pravokoten na magnetno polje, kar omogoča gladko pretok toka.

Načelo delovanja DC generatorja

Vidimo, da v prvem poloviku vrtenja tok vedno teče skozi ABLMCD, torej cepivo št. 1 v stiku z segmentom a. V naslednjem poloviku vrtenja, na sliki, je smer induciranega toka v bobnu obrnjena. Toda hkrati so tudi položaji segmentov a in b obrnjeni, kar pomeni, da cepivo št. 1 pride v stik z segmentom b.

Zato tok v obremenitvenem uporu ponovno teče od L do M. Valovna oblika toka skozi obremenitveni krog je prikazana na sliki. Ta tok je enosmeren.

Zgoraj naveden vsebin je osnovno načelo delovanja DC generatorja, razloženo z modelom enojnega bobna.

Položaji cepiv DC generatorja so takšni, da preklapljanje segmentov a in b s enega cepiva na drugo poteka, ko je ravnina vrtečega se bobna pravokotna na ravnino črt fluksa. V tej poziciji je induciran EMF v bobnu enak nič.