Il principio di funzionamento del generatore

I generatori sono macchine convertire l'energia meccanica in energia elettrica… Il principio di funzionamento del generatore si basa su il fenomeno dell'induzione elettromagnetica, quando un campo elettromagnetico viene indotto in un conduttore che si muove in un campo magnetico e ne attraversa le forze magnetiche. Pertanto, un tale conduttore può essere considerato da noi come una fonte di energia elettrica.

Il metodo per ottenere campi elettromagnetici indotti, in cui il filo si muove in un campo magnetico, spostandosi verso l'alto o verso il basso, è molto scomodo per il suo utilizzo pratico. Pertanto, nei generatori non viene utilizzato il movimento rettilineo, ma rotatorio del filo.

Le parti principali di qualsiasi generatore sono: un sistema di magneti, o più spesso elettromagneti, che creano un campo magnetico e un sistema di fili che attraversano questo campo magnetico.

Prendiamo un filo a forma di anello curvo, che chiameremo ulteriormente cornice (Fig. 1), e mettiamolo in un campo magnetico creato dai poli di un magnete. Se a tale cornice viene dato un movimento rotatorio attorno all'asse 00, i suoi lati rivolti verso i poli attraverseranno le linee del campo magnetico e in esse verrà indotto un EMF.

Riso. 1. Induzione EMF in un conduttore a forma di campana (telaio) che ruota in un campo magnetico

Collegando una lampadina al telaio tramite fili morbidi, in questo modo chiuderemo il circuito e la luce si accenderà. La lampadina continuerà a bruciare mentre il telaio ruota in un campo magnetico. Tale dispositivo è il generatore più semplice, che converte l'energia meccanica spesa per la rotazione del telaio in energia elettrica.

Un generatore così semplice ha uno svantaggio piuttosto significativo. Dopo un breve periodo di tempo, i fili morbidi che collegano la lampadina al telaio rotante si attorcigliano e si rompono. Per evitare tali interruzioni nel circuito, le estremità del telaio (Fig. 2) sono fissate a due anelli di rame 1 e 2, che ruotano insieme al telaio.

Questi anelli sono chiamati slip ring. La corrente elettrica viene deviata dai collettori rotanti al circuito esterno (al bulbo) tramite piastre elastiche 3 e 4 adiacenti agli anelli. Questi piatti sono chiamati pennelli.

Riso. 2. La direzione dell'EMF indotto (e della corrente) nei fili A e B del telaio che ruotano in un campo magnetico: 1 e 2 - collettori rotanti, 3 e 4 - spazzole.

Con una tale connessione del telaio rotante al circuito esterno, la disconnessione dei cavi di collegamento non si verificherà e il generatore funzionerà normalmente.

Consideriamo ora la direzione della FEM indotta nei conduttori del telaio o, che è lo stesso, la direzione della corrente indotta nel telaio con il circuito esterno chiuso.

Con il senso di rotazione del telaio, mostrato in fig. 2, nel conduttore sinistro AA, l'EMF sarà indotto in una direzione da noi fuori dal piano del disegno, e nell'esplosivo destro - a causa del piano del disegno su di noi.

Poiché le due metà del filo del telaio sono collegate in serie tra loro, l'EMF indotto in esse aumenterà e sulla spazzola 4 ci sarà un polo positivo del generatore e un polo negativo della spazzola 3.

Tracciamo il cambiamento nell'EMF indotto quando il telaio ruota completamente. Se il telaio in senso orario viene ruotato di 90° rispetto alla posizione mostrata in Fig. 2, quindi le metà del suo conduttore in quel momento si sposteranno lungo le linee del campo magnetico e l'induzione di EMF in esse si fermerà.

Un'ulteriore rotazione del telaio di altri 90 ° porterà al fatto che i fili del telaio attraverseranno nuovamente le linee di forza del campo magnetico (Fig. 3), ma il filo AA si sposterà rispetto alle linee di forza non dal basso verso l'alto, ma dall'alto verso il basso, mentre il filo BB al contrario attraverserà le linee di forza muovendosi dal basso verso l'alto.

Riso. 3. Cambiare la direzione dell'indotto e. eccetera. s. (e attuale) quando il telaio viene ruotato di 180° rispetto alla posizione mostrata in fig. 2.

Con una nuova posizione del telaio, la direzione della fem indotta nei fili AL e BB cambierà nella direzione opposta. Ciò deriva dal fatto che la stessa direzione in cui ciascuno di questi fili attraversa le linee del campo magnetico in questo caso è cambiata. Di conseguenza, cambierà anche la polarità delle spazzole del generatore: la spazzola 3 diventerà ora positiva e la spazzola 4 negativa.

Ruotando ulteriormente il telaio, avremo di nuovo il movimento dei fili AA e BB lungo le linee di forza magnetica e, in futuro, la ripetizione di tutti i processi dall'inizio.

Pertanto, durante una rotazione completa del telaio, l'EMF indotto cambia direzione due volte e il suo valore nello stesso tempo raggiunge anche i suoi valori più alti due volte (quando i fili del telaio passano sotto i poli) e due volte uguale a zero (nei momenti di movimento dei fili lungo le linee del campo magnetico).

È abbastanza chiaro che un campo elettromagnetico che cambia direzione e grandezza indurrà una corrente elettrica che cambia direzione e grandezza in un circuito esterno chiuso.

Quindi, ad esempio, se una lampadina è collegata ai terminali di questo generatore più semplice, durante la prima metà della rotazione del telaio, la corrente elettrica attraverso la lampadina andrà in una direzione e durante la seconda metà del girare, nell'altro.

Riso. 4. Curva di variazione della corrente indotta per un giro del telaio

La curva di fig. 1 dà un'idea della natura del cambiamento attuale quando il telaio viene ruotato di 360 °, cioè in un giro completo. 4. Viene indotta una corrente elettrica che cambia continuamente intensità e direzione corrente alternata.