Cách hoạt động của máy phát điện DC?

Máy phát điện DC hoạt động như thế nào?

Định nghĩa Máy phát điện DC

Máy phát điện DC là thiết bị chuyển đổi năng lượng cơ thành năng lượng điện một chiều sử dụng nguyên lý cảm ứng điện từ.

Định luật Faraday

Định luật này nêu rõ rằng khi một dây dẫn di chuyển trong một trường từ, nó cắt các đường lực từ, gây ra một lực điện từ (EMF) trong dây dẫn.

Mức độ của EMF được tạo ra phụ thuộc vào tốc độ thay đổi của liên kết dòng từ với dây dẫn. EMF này sẽ gây ra dòng điện nếu mạch dây dẫn được đóng kín.

Hai bộ phận quan trọng nhất của máy phát điện là:

• Trường từ

• Dây dẫn di chuyển bên trong trường từ đó.

Bây giờ khi chúng ta đã hiểu được những kiến thức cơ bản, chúng ta có thể thảo luận về nguyên lý hoạt động của máy phát điện DC. Bạn cũng có thể thấy hữu ích khi tìm hiểu về các loại máy phát điện DC.

Hoạt động của vòng đơn

Trong máy phát điện DC vòng đơn, việc quay của vòng trong trường từ gây ra EMF, và hướng dòng điện được xác định bởi quy tắc tay phải của Fleming.

Trong hình trên, một vòng dây dẫn hình chữ nhật được đặt giữa hai cực từ đối diện của một nam châm.

Xem xét vòng dây dẫn hình chữ nhật ABCD, quay bên trong trường từ về trục ab của nó.

Khi vòng quay từ vị trí đứng sang vị trí nằm ngang, nó cắt các đường lực từ của trường. Trong quá trình di chuyển này, hai cạnh AB và CD của vòng cắt các đường lực từ, do đó sẽ có EMF được tạo ra ở cả hai cạnh (AB và BC) của vòng.

Khi vòng được đóng kín, sẽ có dòng điện lưu thông qua vòng. Hướng của dòng điện có thể được xác định bằng quy tắc tay phải của Fleming.

Quy tắc này nói rằng nếu bạn duỗi ngón cái, ngón trỏ và ngón giữa của tay phải vuông góc với nhau, thì ngón cái chỉ hướng di chuyển của dây dẫn, ngón trỏ chỉ hướng của trường từ, tức là từ cực N đến cực S, và ngón giữa chỉ hướng dòng điện qua dây dẫn.

Nếu chúng ta áp dụng quy tắc tay phải này, chúng ta sẽ thấy tại vị trí nằm ngang của vòng, dòng điện sẽ chảy từ điểm A đến B và ở phía bên kia của vòng, dòng điện sẽ chảy từ điểm C đến D.

Nếu chúng ta cho phép vòng tiếp tục di chuyển, nó sẽ trở lại vị trí đứng, nhưng bây giờ mặt trên của vòng sẽ là CD, và mặt dưới sẽ là AB (đối lập với vị trí đứng trước đó).

Tại vị trí này, chuyển động tiếp tuyến của các cạnh của vòng song song với các đường lực từ của trường. Do đó, không có vấn đề gì về việc cắt đường lực từ, và do đó, không có dòng điện trong vòng.

Nếu vòng tiếp tục quay, nó sẽ trở lại vị trí nằm ngang. Nhưng bây giờ, cạnh AB của vòng xuất hiện trước cực N, và CD xuất hiện trước cực S, tức là đối lập với vị trí nằm ngang trước đó như được hiển thị trong hình bên cạnh.

Ở đây, chuyển động tiếp tuyến của các cạnh của vòng vuông góc với các đường lực từ; do đó, tốc độ cắt đường lực từ là lớn nhất ở đây, và theo quy tắc tay phải của Fleming, tại vị trí này, dòng điện sẽ chảy từ B đến A và ở phía bên kia, dòng điện sẽ chảy từ D đến C.

Nếu vòng tiếp tục quay quanh trục của nó. Mỗi lần cạnh AB xuất hiện trước cực S, dòng điện sẽ chảy từ A đến B. Lại nữa, khi nó xuất hiện trước cực N, dòng điện sẽ chảy từ B đến A.

Tương tự, mỗi lần cạnh CD xuất hiện trước cực S, dòng điện sẽ chảy từ C đến D. Khi cạnh CD xuất hiện trước cực N, dòng điện sẽ chảy từ D đến C.

Nếu chúng ta quan sát hiện tượng này theo cách khác, chúng ta có thể kết luận, rằng mỗi cạnh của vòng xuất hiện trước cực N, dòng điện sẽ chảy qua cạnh đó theo cùng một hướng, tức là xuống dưới so với mặt phẳng tham chiếu.

Tương tự, mỗi cạnh của vòng xuất hiện trước cực S, dòng điện qua nó sẽ chảy theo cùng một hướng, tức là lên trên từ mặt phẳng tham chiếu. Từ đây, chúng ta sẽ đi đến chủ đề về nguyên lý hoạt động của máy phát điện DC.

Bây giờ vòng được mở và kết nối với một vòng chia như được hiển thị trong hình dưới đây. Vòng chia, làm bằng xy-lanh dẫn điện, được cắt thành hai nửa hoặc đoạn cách điện từ nhau.

Chúng ta kết nối các đầu tải ngoại vi với hai bàn chải than đặt trên các đoạn vòng chia này.

Vòng chia và Bàn chải

Vòng chia (commutators) và bàn chải than đảm bảo dòng điện luôn một chiều bằng cách đảo ngược kết nối khi vòng quay.

Vị trí Bàn chải

Các bàn chải được đặt sao cho EMF bằng không khi cuộn dây vuông góc với trường từ, cho phép dòng điện chảy mượt mà.

Nguyên lý hoạt động của Máy phát điện DC

Chúng ta có thể thấy rằng trong nửa vòng đầu tiên, dòng điện luôn chảy theo ABLMCD, tức là bàn chải số 1 tiếp xúc với đoạn a.Trong nửa vòng tiếp theo, trong hình, hướng của dòng điện cảm ứng trong cuộn dây bị đảo ngược. Tuy nhiên, cùng lúc đó, vị trí của các đoạn a và b cũng bị đảo ngược, khiến bàn chải số 1 tiếp xúc với đoạn b.

Do đó, dòng điện trong tải trở lại chảy từ L đến M. Hình dạng sóng của dòng điện qua mạch tải được hiển thị trong hình. Dòng điện này là một chiều.

Nội dung trên là nguyên lý hoạt động cơ bản của máy phát điện DC, được giải thích thông qua mô hình máy phát điện vòng đơn.

Vị trí của các bàn chải của máy phát điện DC được đặt sao cho sự chuyển đổi của các đoạn a và b từ bàn chải này sang bàn chải khác xảy ra khi mặt của cuộn dây quay vuông góc với mặt của các đường lực từ. Tại vị trí này, EMF cảm ứng trong cuộn dây bằng không.