Hur fungerar en DC-generator?
Hur fungerar en DC-generator?
Definition av DC-generator
En DC-generator är en enhet som omvandlar mekanisk energi till direkt elektrisk energi med hjälp av principen för elektromagnetisk induktion.
Faradays lag
Denna lag säger att när en ledare rör sig i ett magnetfält klipper den magnetiska linjerna av kraft, vilket inducerar en elektromagnetisk kraft (EMF) i ledaren.
Storleken på den inducerade EMF beror på hastigheten för förändringen av magnetiska flödeslänkar med ledaren. Denna EMF kommer att orsaka en strömflöde om ledarcirkeln är stängd.
De två viktigaste delarna av en generator är:
Magnetfältet
Ledare som rör sig inuti det magnetiska fältet.
Nu när vi förstår grunderna kan vi diskutera arbetssättet hos en DC-generator. Det kan också vara användbart att lära dig om de olika typerna av DC-generatorer.
Enkelt slingoperationsprincip
I en enkel sling-DC-generator induceras EMF genom slingens rotation i ett magnetfält, och strömsriktningen bestäms av Flemings högerhandsregel.
I figuren ovan placeras en rektangulär sling mellan två motsatta poler av en magnet.
Betrakta den rektangulära slingen ABCD, som roterar inuti magnetfältet runt sin axel ab.
När slingen roterar från sin vertikala position till sin horisontella position klipper den fluxlinjerna i fältet. Eftersom under denna rörelse två sidor, nämligen AB och CD, klipper fluxlinjerna, kommer det att induceras en EMF i båda sidorna (AB och BC) av slingen.
Eftersom slingen är stängd kommer det att cirkulera en ström genom slingen. Strömsriktningen kan fastställas med Flemings högerhandsregel.
Denna regel säger att om du sträcker tummen, pekfingret och långfingret på din högra hand vinkelrätt mot varandra, så indikerar tummen riktningen för ledarens rörelse, pekfingret indikerar riktningen för magnetfältet, dvs. N-pol till S-pol, och långfingret indikerar riktningen för strömförsäljning genom ledaren.
Om vi nu applicerar denna högerhandsregel, kommer vi att se att vid denna horisontella position av slingen, kommer strömmen att flöda från punkt A till B och på den andra sidan av slingen kommer strömmen att flöda från punkt C till D.
Om vi låter slingen röra sig vidare kommer den att komma tillbaka till sin vertikala position, men nu kommer den övre sidan av slingen att vara CD, och den nedre sidan kommer att vara AB (just motsatsen till den tidigare vertikala positionen).
Vid denna position är den tangentiella rörelsen av slingens sidor parallell med fluxlinjerna i fältet. Det kommer därför inte att finnas någon fråga om fluxklippning, och därför kommer det inte att finnas någon ström i slingen.
Om slingen roterar vidare kommer den igen till en horisontell position. Men nu kommer sidan AB av slingen att hamna framför N-pol, och CD kommer att hamna framför S-pol, dvs. just motsatsen till den tidigare horisontella positionen som visas i figuren bredvid.
Här är den tangentiella rörelsen av sidan av slingen vinkelrät mot fluxlinjerna, därför är hastigheten för fluxklippning maximal här, och enligt Flemings högerhandsregel, vid denna position flödar strömmen från B till A och på den andra sidan från D till C.
Om slingen fortsätter att rotera runt sin axel, kommer varje gång sidan AB hamnar framför S-pol, strömmen att flöda från A till B. När den kommer framför N-pol, flödar strömmen från B till A.
På samma sätt, varje gång sidan CD hamnar framför S-pol flödar strömmen från C till D. När sidan CD hamnar framför N-pol flödar strömmen från D till C.
Om vi observerar detta fenomen på ett annat sätt, kan vi dra slutsatsen att varje gång en sida av slingen hamnar framför N-pol, kommer strömmen att flöda genom den sidan i samma riktning, dvs. nedåt till referensplanet.
På liknande sätt, varje gång en sida av slingen hamnar framför S-pol, flödar strömmen genom den i samma riktning, dvs. uppåt från referensplanet. Från detta kommer vi till ämnet om principen för DC-generator.
Nu öppnas slingen och ansluts till en split ring som visas i figuren nedan. Split rings, gjorda av en leducylinder, skärs i två hälfter eller segment isolerade från varandra.
Vi ansluter de externa lastterminalerna med två kolborstar som ligger på dessa split slip ring-segment.
Kommutator och borstar
Split rings (kommutatorer) och kolborstar ser till att strömmen blir unidirektional genom att växla anslutningar när slingen roterar.
Positionering av borstar
Borstar placeras så att EMF är noll när spolen är vinkelrät mot magnetfältet, vilket möjliggör en jämn strömförsäljning.
Arbetssätt för DC-generator
Vi kan se att under den första halva revolutionen flödar strömmen alltid längs ABLMCD, dvs. borste nr 1 i kontakt med segment a.Under nästa halva revolution, i figuren, är riktningen för den inducerade strömmen i spolen omvänt. Men samtidigt är positionerna för segment a och b också omvänt, vilket resulterar i att borste nr 1 kommer i kontakt med segment b.
Därför flödar strömmen i belastningsmotståndet återigen från L till M. Formen för strömmen genom lastcirkeln visas i figuren. Denna ström är unidirektional.
Ovanstående innehåll är den grundläggande arbetssättet för en DC-generator, förklarat genom modellen av en enkel sling-generator.
Positionerna för borstarna i en DC-generator är sådana att bytet av segmenten a och b från en borste till en annan sker när planet av den roterande spolen är vinkelrät mot planet av krafslinjerna. För att bli i denna position, är den inducerade EMF:en i spolen noll.
