Prinsip pengoperasian generator

Generator adalah mesin mengubah energi mekanik menjadi energi listrik… Prinsip pengoperasian generator didasarkan pada fenomena induksi elektromagnetik, ketika EMF diinduksi dalam konduktor yang bergerak dalam medan magnet dan melintasi gaya magnetnya. Oleh karena itu, konduktor semacam itu dapat kita anggap sebagai sumber energi listrik.

Metode memperoleh EMF induksi, di mana kawat bergerak dalam medan magnet, bergerak ke atas atau ke bawah, sangat merepotkan untuk penggunaan praktisnya. Oleh karena itu, dalam generator, bukan bujursangkar, tetapi gerakan rotasi kawat digunakan.

Bagian utama dari setiap generator adalah: sistem magnet, atau lebih sering elektromagnet, yang menciptakan medan magnet, dan sistem kabel yang melintasi medan magnet ini.

Mari kita ambil kawat dalam bentuk lingkaran melengkung, yang selanjutnya kita sebut bingkai (Gbr. 1), dan letakkan di medan magnet yang dibuat oleh kutub magnet. Jika bingkai seperti itu diberi gerakan rotasi pada sumbu 00, maka sisi-sisinya yang menghadap kutub akan melintasi garis medan magnet dan EMF akan diinduksi di dalamnya.

Beras. 1. Induksi EMF dalam konduktor (bingkai) berbentuk lonceng yang berputar dalam medan magnet

Dengan menghubungkan bola lampu ke rangka menggunakan kabel lunak, dengan cara ini kita akan menutup sirkuit dan lampu akan menyala. Bola lampu akan terus menyala saat bingkai berputar dalam medan magnet. Perangkat semacam itu adalah generator paling sederhana, yang mengubah energi mekanik yang dihabiskan untuk memutar bingkai menjadi energi listrik.

Generator sederhana semacam itu memiliki kelemahan yang cukup signifikan. Setelah beberapa saat, kabel lunak yang menghubungkan bohlam ke rangka yang berputar akan berputar dan putus. Untuk menghindari gangguan seperti itu pada rangkaian, ujung rangka (Gbr. 2) dipasang ke dua cincin tembaga 1 dan 2, yang berputar bersama dengan rangka.

Cincin ini disebut cincin selip. Arus listrik dialihkan dari slip ring ke rangkaian luar (ke bola lampu) melalui pelat elastis 3 dan 4 yang berdekatan dengan ring. Pelat ini disebut kuas.

Beras. 2. Arah EMF (dan arus) yang diinduksi pada kabel A dan B dari bingkai yang berputar dalam medan magnet: 1 dan 2 — cincin selip, 3 dan 4 — sikat.

Dengan sambungan rangka putar ke sirkuit eksternal, pemutusan kabel penghubung tidak akan terjadi dan generator akan beroperasi secara normal.

Sekarang mari kita pertimbangkan arah EMF yang diinduksi dalam sadapan rangka, atau, yang sama, arah arus yang diinduksi dalam rangka dengan sirkuit eksternal tertutup.

Dengan arah putaran bingkai, yang ditunjukkan pada gambar. 2, di konduktor kiri AA, EMF akan diinduksi ke arah kita keluar dari bidang gambar, dan di kanan eksplosif - karena bidang gambar pada kita.

Karena dua bagian dari kawat rangka dihubungkan secara seri satu sama lain, EMF yang diinduksi di dalamnya akan meningkat, dan pada sikat 4 akan ada kutub positif generator dan kutub negatif sikat 3.

Mari kita telusuri perubahan EMF yang diinduksi saat bingkai berputar sepenuhnya. Jika bingkai searah jarum jam diputar 90° dari posisi yang ditunjukkan pada Gambar. 2, maka separuh konduktornya pada saat itu akan bergerak di sepanjang garis medan magnet dan induksi EMF di dalamnya akan berhenti.

Rotasi bingkai lebih lanjut sebesar 90 ° lagi akan mengarah pada fakta bahwa kabel bingkai akan kembali melintasi garis gaya medan magnet (Gbr. 3), tetapi kabel AA akan bergerak sehubungan dengan garis gaya bukan dari bawah ke atas, tapi dari atas ke bawah, sedangkan kawat BB sebaliknya akan melewati garis gaya, bergerak dari bawah ke atas.

Beras. 3. Merubah arah induksi e. dll. s (dan arus) saat bingkai diputar 180 ° sehubungan dengan posisi yang ditunjukkan pada gambar. 2.

Dengan posisi bingkai yang baru, arah ggl induksi pada kabel AL dan BB akan berubah ke arah yang berlawanan. Ini mengikuti dari fakta bahwa arah di mana masing-masing kabel ini melintasi garis medan magnet dalam kasus ini telah berubah. Akibatnya, polaritas sikat generator juga akan berubah: sikat 3 sekarang menjadi positif, dan sikat 4 menjadi negatif.

Memutar bingkai lebih jauh, kita akan kembali memiliki pergerakan kabel AA dan BB di sepanjang garis gaya magnet, dan di masa mendatang - pengulangan semua proses dari awal.

Jadi, selama satu putaran penuh bingkai, EMF yang diinduksi mengubah arahnya dua kali, dan nilainya selama waktu yang sama juga mencapai nilai tertinggi dua kali (ketika kabel bingkai lewat di bawah kutub) dan dua kali sama dengan nol (pada saat kabel bergerak di sepanjang garis medan magnet).

Cukup jelas bahwa EMF yang berubah arah dan besarnya akan menginduksi arus listrik yang berubah arah dan besarnya dalam rangkaian eksternal tertutup.

Jadi, misalnya, jika bola lampu dihubungkan ke terminal generator paling sederhana ini, maka selama paruh pertama putaran rangka, arus listrik melalui bola lampu akan mengalir ke satu arah, dan selama paruh kedua putaran giliran, di sisi lain.

Beras. 4. Kurva perubahan arus induksi untuk satu putaran rangka

Kurva pada gambar. 1 memberikan gambaran tentang sifat perubahan arus saat bingkai diputar 360 °, yaitu dalam satu putaran penuh. 4. Arus listrik diinduksi, terus berubah besar dan arahnya arus bolak-balik.