หลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเป็นเครื่องจักร การแปลงพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้า… หลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขึ้นอยู่กับ ปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเมื่อ EMF ถูกเหนี่ยวนำในตัวนำที่เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กและข้ามแรงแม่เหล็กของมัน ดังนั้นเราจึงถือว่าตัวนำดังกล่าวเป็นแหล่งพลังงานไฟฟ้า

วิธีการรับ EMF เหนี่ยวนำ ซึ่งลวดเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก เลื่อนขึ้นหรือลง ไม่สะดวกอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานจริง ดังนั้นในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจึงไม่ใช่เส้นตรง แต่ใช้การเคลื่อนที่แบบหมุนของเส้นลวด

ส่วนหลักของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าคือ: ระบบแม่เหล็ก หรือที่มักเรียกว่าแม่เหล็กไฟฟ้า การสร้างสนามแม่เหล็ก และระบบสายไฟที่ตัดผ่านสนามแม่เหล็กนี้

ลองใช้ลวดในรูปแบบของวงโค้งซึ่งเราจะเรียกว่าเฟรมต่อไป (รูปที่ 1) และวางไว้ในสนามแม่เหล็กที่สร้างโดยขั้วของแม่เหล็ก หากเฟรมดังกล่าวมีการเคลื่อนที่แบบหมุนรอบแกน 00 ด้านข้างของเฟรมที่หันเข้าหาขั้วจะตัดผ่านเส้นสนามแม่เหล็กและจะเกิด EMF ขึ้นในเฟรมนั้น

ข้าว. 1. การเหนี่ยวนำ EMF ในตัวนำรูประฆัง (กรอบ) ที่หมุนในสนามแม่เหล็ก

โดยการเชื่อมต่อหลอดไฟเข้ากับเฟรมโดยใช้สายอ่อน เราจะปิดวงจรและไฟจะสว่างขึ้นด้วยวิธีนี้ หลอดไฟจะยังคงเผาไหม้ในขณะที่กรอบหมุนในสนามแม่เหล็ก อุปกรณ์ดังกล่าวเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ง่ายที่สุดซึ่งจะแปลงพลังงานกลที่ใช้ในการหมุนเฟรมเป็นพลังงานไฟฟ้า

เครื่องกำเนิดที่เรียบง่ายนี้มีข้อเสียเปรียบค่อนข้างมาก หลังจากผ่านไปครู่หนึ่ง สายอ่อนที่เชื่อมต่อหลอดไฟกับโครงหมุนจะบิดและหัก เพื่อหลีกเลี่ยงการหยุดชะงักในวงจร ปลายของเฟรม (รูปที่ 2) จะติดอยู่กับวงแหวนทองแดงสองวง 1 และ 2 ซึ่งหมุนไปพร้อมกับเฟรม

แหวนเหล่านี้เรียกว่าแหวนสลิป กระแสไฟฟ้าถูกเบี่ยงเบนจากสลิปริงไปยังวงจรด้านนอก (ไปยังกระเปาะ) ผ่านแผ่นยางยืด 3 และ 4 ที่อยู่ติดกับวงแหวน จานเหล่านี้เรียกว่าแปรง

ข้าว. 2. ทิศทางของ EMF เหนี่ยวนำ (และกระแส) ในสาย A และ B ของเฟรมที่หมุนในสนามแม่เหล็ก: 1 และ 2 - วงแหวนสลิป, 3 และ 4 - แปรง

ด้วยการเชื่อมต่อของเฟรมหมุนเข้ากับวงจรภายนอกจะไม่เกิดการหลุดของสายเชื่อมต่อและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะทำงานตามปกติ

ให้เราพิจารณาทิศทางของ EMF ที่เหนี่ยวนำในเฟรมลีด หรือทิศทางของกระแสที่เหนี่ยวนำในเฟรมซึ่งเหมือนกันโดยปิดวงจรภายนอก

ด้วยทิศทางการหมุนของเฟรมซึ่งแสดงในรูปที่ 2 ในตัวนำซ้าย AA EMF จะถูกชักนำออกจากระนาบของรูปวาดในทิศทางจากเรา และในระนาบของรูปวาดด้านขวา - เนื่องจากระนาบของรูปวาดพุ่งมาหาเรา

เนื่องจากลวดเฟรมทั้งสองซีกเชื่อมต่อกันแบบอนุกรม EMF ที่เหนี่ยวนำในตัวจะเพิ่มขึ้นและบนแปรง 4 จะมีขั้วบวกของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและขั้วลบของแปรง 3

ให้เราติดตามการเปลี่ยนแปลงใน EMF ที่เหนี่ยวนำในขณะที่เฟรมหมุนจนสุด หากหมุนกรอบตามเข็มนาฬิกา 90° จากตำแหน่งที่แสดงในรูป 2 จากนั้นครึ่งหนึ่งของตัวนำในขณะนั้นจะเคลื่อนที่ไปตามเส้นสนามแม่เหล็กและการเหนี่ยวนำของ EMF ในนั้นจะหยุดลง

การหมุนเฟรมเพิ่มเติมอีก 90 °จะนำไปสู่ความจริงที่ว่าสายไฟของเฟรมจะข้ามเส้นแรงของสนามแม่เหล็กอีกครั้ง (รูปที่ 3) แต่ลวด AA จะเคลื่อนที่ตามเส้นแรง ไม่ใช่จากล่างขึ้นบน แต่จากบนลงล่าง ในขณะที่ลวด BB ตรงกันข้าม มันจะข้ามเส้นแรงเคลื่อนจากล่างขึ้นบน

ข้าว. 3. การเปลี่ยนทิศทางของการเหนี่ยวนำ e เป็นต้น s. (และปัจจุบัน) เมื่อเฟรมหมุน 180° ตามตำแหน่งที่แสดงในรูป 2.

ด้วยตำแหน่งใหม่ของเฟรม ทิศทางของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในสาย AL และ BB จะเปลี่ยนไปในทิศทางตรงกันข้าม สิ่งนี้เกิดขึ้นจากข้อเท็จจริงที่ว่าทิศทางที่สายแต่ละเส้นข้ามเส้นสนามแม่เหล็กในกรณีนี้เปลี่ยนไป เป็นผลให้ขั้วของแปรงกำเนิดจะเปลี่ยนไปด้วย: แปรง 3 จะกลายเป็นบวกและแปรง 4 เป็นลบ

เมื่อหมุนเฟรมต่อไปเราจะมีการเคลื่อนที่ของสายไฟ AA และ BB อีกครั้งตามเส้นแรงแม่เหล็กและในอนาคต - การทำซ้ำของกระบวนการทั้งหมดตั้งแต่เริ่มต้น

ดังนั้นในระหว่างการหมุนเฟรมที่สมบูรณ์หนึ่งครั้ง EMF ที่เหนี่ยวนำจะเปลี่ยนทิศทางของมันสองครั้งและค่าของมันในช่วงเวลาเดียวกันก็ถึงค่าสูงสุดเป็นสองเท่า (เมื่อสายไฟของเฟรมลอดใต้เสา) และเท่ากับศูนย์สองเท่า (ในช่วงเวลาของการเคลื่อนที่ของเส้นลวดตามแนวสนามแม่เหล็ก)

ค่อนข้างชัดเจนว่า EMF ที่เปลี่ยนทิศทางและขนาดจะเหนี่ยวนำกระแสไฟฟ้าที่เปลี่ยนทิศทางและขนาดในวงจรปิดภายนอก

ตัวอย่างเช่น หากหลอดไฟเชื่อมต่อกับขั้วของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ง่ายที่สุดนี้ ในช่วงครึ่งแรกของการหมุนเฟรม กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านหลอดไฟจะไปในทิศทางเดียว และในช่วงครึ่งหลังของ เลี้ยวในอีกทางหนึ่ง

ข้าว. 4. เส้นโค้งของการเปลี่ยนแปลงของกระแสเหนี่ยวนำสำหรับหนึ่งรอบของเฟรม

เส้นโค้งในรูป 1 ให้แนวคิดเกี่ยวกับธรรมชาติของการเปลี่ยนแปลงในปัจจุบันเมื่อหมุนเฟรม 360 ° นั่นคือในการปฏิวัติครั้งเดียว 4. กระแสไฟฟ้าถูกเหนี่ยวนำโดยเปลี่ยนขนาดและทิศทางอย่างต่อเนื่อง กระแสสลับ.