El principio de funcionamiento del generador.
Los generadores son máquinas. convertir la energía mecánica en energía eléctrica… El principio de funcionamiento del generador se basa en el fenómeno de la inducción electromagnética, cuando se induce un EMF en un conductor que se mueve en un campo magnético y cruza sus fuerzas magnéticas. Por lo tanto, dicho conductor puede ser considerado por nosotros como una fuente de energía eléctrica.
El método para obtener EMF inducida, en el que el cable se mueve en un campo magnético, moviéndose hacia arriba o hacia abajo, es muy inconveniente para su uso práctico. Por lo tanto, en los generadores, no se utiliza el movimiento rectilíneo, sino el giratorio del cable.
Las partes principales de cualquier generador son: un sistema de imanes, o más a menudo electroimanes, que crean un campo magnético y un sistema de cables que cruzan este campo magnético.
Tomemos un cable en forma de bucle curvo, al que llamaremos marco (Fig. 1), y colóquelo en un campo magnético creado por los polos de un imán. Si a dicho marco se le da un movimiento de rotación alrededor del eje 00, entonces sus lados que miran hacia los polos cruzarán las líneas del campo magnético y se inducirá una FEM en ellos.
Arroz. 1. Inducción EMF en un conductor (marco) en forma de campana que gira en un campo magnético
Conectando una bombilla al marco mediante cables blandos, de esta forma cerraremos el circuito y la luz se encenderá. La bombilla seguirá encendida mientras el marco gira en un campo magnético. Dicho dispositivo es el generador más simple, que convierte la energía mecánica gastada en la rotación del marco en energía eléctrica.
Un generador tan simple tiene un inconveniente bastante significativo. Después de un corto período de tiempo, los cables blandos que conectan la bombilla al marco giratorio se torcerán y se romperán. Para evitar tales interrupciones en el circuito, los extremos del marco (Fig. 2) están unidos a dos anillos de cobre 1 y 2, que giran junto con el marco.
Estos anillos se llaman anillos colectores. La corriente eléctrica se desvía de los anillos colectores al circuito exterior (a la bombilla) a través de las placas elásticas 3 y 4 adyacentes a los anillos. Estas placas se llaman cepillos.
Arroz. 2. La dirección de la EMF inducida (y la corriente) en los cables A y B del marco que giran en un campo magnético: 1 y 2: anillos colectores, 3 y 4: escobillas.
Con tal conexión del marco giratorio al circuito externo, no ocurrirá la desconexión de los cables de conexión y el generador funcionará normalmente.
Consideremos ahora la dirección de la FEM inducida en los cables del marco o, lo que es lo mismo, la dirección de la corriente inducida en el marco con el circuito externo cerrado.
Con la dirección de rotación del marco, que se muestra en la fig. 2, en el conductor izquierdo AA, el EMF se inducirá en una dirección desde nosotros fuera del plano del dibujo, y en el explosivo derecho, debido al plano del dibujo sobre nosotros.
Dado que las dos mitades del cable del marco están conectadas en serie entre sí, la FEM inducida en ellas aumentará, y en el cepillo 4 habrá un polo positivo del generador y un polo negativo del cepillo 3.
Tracemos el cambio en la FEM inducida a medida que el marco gira por completo. Si el marco en el sentido de las agujas del reloj se gira 90° desde la posición que se muestra en la Fig. 2, entonces las mitades de su conductor en ese momento se moverán a lo largo de las líneas del campo magnético y la inducción de EMF en ellas se detendrá.
Una mayor rotación del marco en otros 90 ° conducirá al hecho de que los cables del marco volverán a cruzar las líneas de fuerza del campo magnético (Fig. 3), pero el cable AA se moverá con respecto a las líneas de fuerza no de abajo hacia arriba, sino de arriba hacia abajo, mientras que el cable BB, por el contrario, cruzará las líneas de fuerza, moviéndose de abajo hacia arriba.
Arroz. 3. Cambiar la dirección de la e inducida. etc. S. (y actual) cuando el marco se gira 180 ° con respecto a la posición que se muestra en la fig. 2.
Con una nueva posición del marco, la dirección de la fem inducida en los cables AL y BB cambiará en la dirección opuesta. Esto se deriva del hecho de que la misma dirección en la que cada uno de estos cables cruza las líneas del campo magnético en este caso ha cambiado. Como resultado, la polaridad de las escobillas del generador también cambiará: la escobilla 3 ahora se volverá positiva y la escobilla 4 negativa.
Al girar más el marco, nuevamente tendremos el movimiento de los cables AA y BB a lo largo de las líneas de fuerza magnética y, en el futuro, la repetición de todos los procesos desde el principio.
Por lo tanto, durante una rotación completa del marco, el EMF inducido cambia su dirección dos veces, y su valor durante el mismo tiempo también alcanza sus valores más altos dos veces (cuando los cables del marco pasan por debajo de los postes) y dos veces igual a cero (en los momentos de movimiento de los hilos a lo largo de las líneas del campo magnético).
Está bastante claro que un EMF que cambia de dirección y magnitud inducirá una corriente eléctrica que cambia de dirección y magnitud en un circuito externo cerrado.
Entonces, por ejemplo, si se conecta una bombilla a los terminales de este generador más simple, durante la primera mitad de la rotación del marco, la corriente eléctrica a través de la bombilla irá en una dirección, y durante la segunda mitad de la vuelta, en el otro.
Arroz. 4. Curva de cambio de la corriente inducida por una revolución del marco.
La curva de la fig. 1 da una idea de la naturaleza del cambio actual cuando el marco se gira 360 °, es decir, en una revolución completa. 4. Se induce una corriente eléctrica que cambia continuamente en magnitud y dirección. corriente alterna.