발전기 작동 원리
발전기는 기계입니다 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환… 발전기의 작동 원리는 다음을 기반으로 합니다. 전자기 유도 현상, 자기장에서 이동하고 자기력을 교차하는 도체에서 EMF가 유도되는 경우. 따라서 이러한 도체는 전기 에너지원으로 간주할 수 있습니다.
와이어가 자기장 내에서 상하로 움직이는 유도 EMF를 얻는 방법은 실용상 매우 불편하다. 따라서 발전기에서는 직선이 아니라 와이어의 회전 운동이 사용됩니다.
모든 발전기의 주요 부분은 자기장을 생성하는 자석 시스템 또는 더 자주 전자석과이 자기장을 가로 지르는 와이어 시스템입니다.
프레임이라고 부르는 곡선 루프 형태의 와이어를 가져 와서 (그림 1) 자석의 극에 의해 생성 된 자기장에 배치합니다. 이러한 프레임에 00 축에 대한 회전 운동이 주어지면 기둥을 향한 측면이 자기장 선을 가로 지르고 EMF가 유도됩니다.
쌀. 1. 자기장에서 회전하는 종 모양 도체(프레임)의 EMF 유도
부드러운 전선을 사용하여 전구를 프레임에 연결하면 이런 식으로 회로가 닫히고 표시등이 켜집니다. 프레임이 자기장에서 회전하는 동안 전구는 계속 타오를 것입니다. 이러한 장치는 프레임 회전에 소비되는 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 가장 간단한 발전기입니다.
이러한 간단한 생성기에는 상당한 단점이 있습니다. 짧은 시간이 지나면 전구를 회전 프레임에 연결하는 연선이 꼬이고 끊어집니다. 회로에서 이러한 중단을 방지하기 위해 프레임의 끝(그림 2)은 프레임과 함께 회전하는 두 개의 구리 링 1과 2에 부착됩니다.
이러한 링을 슬립 링이라고 합니다. 전류는 링에 인접한 탄성판 3 및 4를 통해 슬립 링에서 외부 회로(전구로)로 전환됩니다. 이 판을 브러시라고 합니다.
쌀. 2. 자기장에서 회전하는 프레임의 와이어 A와 B에서 유도 EMF(및 전류)의 방향: 1 및 2 - 슬립 링, 3 및 4 - 브러시.
회전 프레임을 외부 회로에 연결하면 연결 와이어가 끊어지지 않고 발전기가 정상적으로 작동합니다.
이제 프레임 리드에 유도된 EMF의 방향 또는 외부 회로가 닫힌 상태에서 프레임에 유도된 전류의 방향을 고려해 보겠습니다.
그림에 표시된 프레임의 회전 방향으로. 2, 왼쪽 도체 AA에서 EMF는 우리의 그림 평면으로 인해 그림 평면에서 우리 방향으로 유도되고 오른쪽 폭발로 유도됩니다.
프레임 와이어의 두 절반이 서로 직렬로 연결되어 있기 때문에 유도 EMF가 증가하고 브러시 4에는 발전기의 양극과 브러시 3의 음극이 있습니다.
프레임이 완전히 회전함에 따라 유도된 EMF의 변화를 추적해 봅시다. 시계 방향 프레임이 그림에 표시된 위치에서 90° 회전된 경우 2, 그 순간 도체의 절반이 자기장 선을 따라 움직이고 EMF 유도가 중지됩니다.
프레임을 90 ° 더 회전하면 프레임의 와이어가 자기장의 힘선을 다시 교차하지만 (그림 3) 와이어 AA는 힘선과 관련하여 움직입니다. 아래에서 위로가 아니라 위에서 아래로, 반대로 BB 와이어는 아래에서 위로 이동하면서 힘의 선을 가로지릅니다.
쌀. 3. 유도 e의 방향 변경. 등. s.(및 현재) 프레임이 그림에 표시된 위치에 대해 180° 회전할 때. 2.
프레임의 새로운 위치에서 와이어 AL 및 BB에서 유도된 EMF의 방향은 반대 방향으로 변경됩니다. 이것은 이 경우 각 와이어가 자기장 라인을 가로지르는 바로 그 방향이 변경되었다는 사실에서 비롯됩니다. 결과적으로 생성기 브러시의 극성도 변경됩니다. 이제 브러시 3은 양수가 되고 브러시 4는 음수가 됩니다.
프레임을 더 돌리면 자력선을 따라 AA 및 BB 와이어가 다시 움직이고 앞으로는 처음부터 모든 프로세스가 반복됩니다.
따라서 프레임이 한 번 완전히 회전하는 동안 유도된 EMF는 방향을 두 번 변경하고 동시에 그 값도 두 번(프레임의 와이어가 기둥 아래를 통과할 때) 가장 높은 값에 도달하고 두 번은 0에 도달합니다. (자기장 선을 따라 전선이 움직이는 순간).
방향과 크기가 변하는 EMF는 닫힌 외부 회로에서 방향과 크기가 변하는 전류를 유도한다는 것은 매우 분명합니다.
예를 들어 전구가이 가장 간단한 발전기의 단자에 연결되면 프레임 회전의 전반부 동안 전구를 통과하는 전류가 한 방향으로 흐르고 후반부 동안 다른쪽으로 돌립니다.
쌀. 4. 프레임 1회전에 대한 유도전류 변화곡선
그림의 곡선. 1은 프레임이 360° 회전할 때, 즉 하나의 완전한 회전에서 현재 변화의 특성에 대한 아이디어를 제공합니다. 4. 전류가 유도되어 크기와 방향이 지속적으로 변합니다. 교류.