วิธีการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงทำงานอย่างไร?

คำนิยามของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงเป็นอุปกรณ์ที่แปลงพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้ากระแสตรงโดยใช้หลักการของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

กฎของฟาเรเดย์

กฎนี้ระบุว่าเมื่อดำเนินการเคลื่อนที่ผ่านสนามแม่เหล็กจะตัดเส้นแรงแม่เหล็กซึ่งจะเหนี่ยวนำแรงดันไฟฟ้า (EMF) ในผู้นำ

ความเข้มของ EMF ที่เหนี่ยวนำขึ้นอยู่กับอัตราการเปลี่ยนแปลงของพื้นที่เชื่อมโยงสนามแม่เหล็กกับผู้นำ แรงดันไฟฟ้านี้จะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าไหลหากวงจรผู้นำปิดวงจร

ส่วนประกอบที่สำคัญที่สุดสองส่วนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าคือ:

• สนามแม่เหล็ก

• ผู้นำที่เคลื่อนที่ภายในสนามแม่เหล็กนั้น

ตอนนี้เราเข้าใจพื้นฐานแล้ว เราสามารถหารือเกี่ยวกับหลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง คุณอาจพบว่ามีประโยชน์ในการศึกษาเกี่ยวกับประเภทของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง

การทำงานของวงจรเดียว

ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงวงจรเดียว การหมุนของวงจรในสนามแม่เหล็กจะเหนี่ยวนำ EMF และทิศทางของกระแสจะถูกกำหนดโดยกฎมือขวาของเฟลมิง

ในรูปด้านบน มีวงจรผู้นำรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสหนึ่งวงวางระหว่างขั้วแม่เหล็กที่ตรงข้ามกัน

พิจารณาวงจรผู้นำ ABCD ซึ่งหมุนภายในสนามแม่เหล็กรอบแกน ab

เมื่อวงจรหมุนจากตำแหน่งตั้งฉากไปยังตำแหน่งแนวนอน จะตัดเส้นแรงแม่เหล็ก เนื่องจากการเคลื่อนที่นี้สองด้าน คือ AB และ CD ของวงจรจะตัดเส้นแรงแม่เหล็ก จึงจะมี EMF ที่เหนี่ยวนำในทั้งสองด้าน (AB และ BC) ของวงจร

เมื่อวงจรปิดวงจร จะมีกระแสไฟฟ้าไหลเวียนผ่านวงจร ทิศทางของกระแสสามารถกำหนดได้โดยกฎมือขวาของเฟลมิง

กฎนี้ระบุว่าหากคุณยืดนิ้วหัวแม่มือ นิ้วชี้ และนิ้วกลางของมือขวาของคุณให้ตั้งฉากกัน นิ้วหัวแม่มือจะแสดงทิศทางการเคลื่อนที่ของผู้นำ นิ้วชี้จะแสดงทิศทางของสนามแม่เหล็ก คือ จากขั้ว N ไปยังขั้ว S และนิ้วกลางจะแสดงทิศทางการไหลของกระแสผ่านผู้นำ

หากเราใช้กฎมือขวา เราจะเห็นว่าที่ตำแหน่งแนวนอนของวงจร กระแสจะไหลจากจุด A ไปยัง B และอีกด้านหนึ่งของวงจร กระแสจะไหลจากจุด C ไปยัง D

หากเราปล่อยให้วงจรหมุนต่อไป มันจะกลับมาที่ตำแหน่งตั้งฉาก แต่คราวนี้ด้านบนของวงจรจะเป็น CD และด้านล่างจะเป็น AB (ตรงกันข้ามกับตำแหน่งตั้งฉากก่อนหน้า)

ที่ตำแหน่งนี้ การเคลื่อนที่แนวราบของด้านของวงจรจะขนานกับเส้นแรงของสนามแม่เหล็ก ดังนั้นจะไม่มีการตัดเส้นแรง และผลที่ตามมาคือจะไม่มีกระแสในวงจร

หากวงจรหมุนต่อไป มันจะกลับมาที่ตำแหน่งแนวนอน แต่คราวนี้ด้าน AB ของวงจรจะอยู่หน้าขั้ว N และ CD จะอยู่หน้าขั้ว S คือ ตรงกันข้ามกับตำแหน่งแนวนอนก่อนหน้า

ที่นี่การเคลื่อนที่แนวราบของด้านของวงจรจะตั้งฉากกับเส้นแรงแม่เหล็ก ดังนั้นอัตราการตัดเส้นแรงจะสูงสุดที่นี่ และตามกฎมือขวาของเฟลมิง ที่ตำแหน่งนี้ กระแสจะไหลจาก B ไปยัง A และอีกด้านหนึ่งจาก D ไปยัง C

หากวงจรหมุนต่อไปทุกครั้งที่ด้าน AB อยู่หน้าขั้ว S กระแสจะไหลจาก A ไปยัง B แล้วเมื่อมันอยู่หน้าขั้ว N กระแสจะไหลจาก B ไปยัง A

เช่นเดียวกันทุกครั้งที่ด้าน CD อยู่หน้าขั้ว S กระแสจะไหลจาก C ไปยัง D เมื่อด้าน CD อยู่หน้าขั้ว N กระแสจะไหลจาก D ไปยัง C

หากเราสังเกตปรากฏการณ์นี้ในมุมมองที่แตกต่าง เราสามารถสรุปได้ว่า ทุกครั้งที่ด้านใดด้านหนึ่งของวงจรอยู่หน้าขั้ว N กระแสจะไหลผ่านด้านนั้นในทิศทางเดียวกัน คือ ลงจากระนาบอ้างอิง

เช่นเดียวกัน ทุกครั้งที่ด้านใดด้านหนึ่งของวงจรอยู่หน้าขั้ว S กระแสผ่านด้านนั้นจะไหลในทิศทางเดียวกัน คือ ขึ้นจากระนาบอ้างอิง จากนี้เราจะมาพูดถึงหลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง

ตอนนี้วงจรเปิดและเชื่อมต่อกับวงแหวนแยกเป็นสองส่วนตามที่แสดงในรูปด้านล่าง วงแหวนแยกนี้ทำจากกระบอกผู้นำที่ถูกตัดออกเป็นสองส่วนหรือเซ็กเมนต์ที่แยกกันด้วยฉนวน

เราเชื่อมต่อเทอร์มินอลภายนอกกับแปรงคาร์บอนสองตัวที่วางบนเซ็กเมนต์ของวงแหวนแยก

คอมมิวเตเตอร์และแปรง

วงแหวนแยก (คอมมิวเตเตอร์) และแปรงคาร์บอนทำให้กระแสคงทิศทางโดยการสลับการเชื่อมต่อเมื่อวงจรหมุน

ตำแหน่งของแปรง

แปรงถูกวางไว้เพื่อให้ EMF เป็นศูนย์เมื่อขดลวดตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก ทำให้กระแสไหลอย่างราบรื่น

หลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง

เราสามารถเห็นได้ว่าในครึ่งแรกของการหมุน กระแสจะไหลตลอดเวลาตาม ABLMCD คือ แปรงหมายเลข 1 สัมผัสกับเซ็กเมนต์ a ในครึ่งวงจรถัดไป ทิศทางของกระแสที่เหนี่ยวนำในขดลวดจะกลับ แต่ในขณะเดียวกันตำแหน่งของเซ็กเมนต์ a และ b ก็กลับด้วย ทำให้แปรงหมายเลข 1 สัมผัสกับเซ็กเมนต์ b

ดังนั้น กระแสในโหลดรีซิสเตอร์จะไหลจาก L ไปยัง M อีกครั้ง รูปคลื่นของกระแสผ่านวงจรโหลดแสดงในรูป กระแสนี้เป็นกระแสที่คงทิศทาง

เนื้อหาข้างต้นคือหลักการทำงานพื้นฐานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง โดยอธิบายผ่านโมเดลของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าวงจรเดียว

ตำแหน่งของแปรงของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงถูกวางไว้เพื่อให้การเปลี่ยนเซ็กเมนต์ a และ b จากแปรงหนึ่งไปยังอีกแปรงหนึ่งเกิดขึ้นเมื่อระนาบของขดลวดหมุนตั้งฉากกับระนาบของเส้นแรง ที่ตำแหน่งนี้ EMF ที่เหนี่ยวนำในขดลวดจะเป็นศูนย์