O princípio de funcionamento do gerador

Geradores são máquinas conversão de energia mecânica em energia elétrica… O princípio de operação do gerador é baseado em o fenômeno da indução eletromagnética, quando um EMF é induzido em um condutor que se move em um campo magnético e cruza suas forças magnéticas. Portanto, tal condutor pode ser considerado por nós como uma fonte de energia elétrica.

O método de obtenção de EMF induzido, no qual o fio se move em um campo magnético, movendo-se para cima ou para baixo, é muito inconveniente para seu uso prático. Portanto, em geradores, não é usado movimento retilíneo, mas rotacional do fio.

As partes principais de qualquer gerador são: um sistema de ímãs, ou mais frequentemente eletroímãs, criando um campo magnético e um sistema de fios que atravessam esse campo magnético.

Vamos pegar um fio na forma de um loop curvo, que chamaremos de quadro (Fig. 1), e colocá-lo em um campo magnético criado pelos pólos de um ímã. Se tal quadro receber um movimento rotacional em torno do eixo 00, então seus lados voltados para os pólos cruzarão as linhas do campo magnético e uma EMF será induzida nelas.

Arroz. 1. Indução EMF em um condutor em forma de sino (estrutura) girando em um campo magnético

Ao conectar uma lâmpada ao quadro usando fios macios, fecharemos o circuito e a luz acenderá. A lâmpada continuará a queimar enquanto o quadro gira em um campo magnético. Tal dispositivo é o gerador mais simples, que converte a energia mecânica gasta na rotação do quadro em energia elétrica.

Um gerador tão simples tem uma desvantagem bastante significativa. Após um curto período de tempo, os fios macios que conectam a lâmpada ao quadro giratório torcem e quebram. Para evitar tais interrupções no circuito, as extremidades da armação (Fig. 2) são presas a dois anéis de cobre 1 e 2, que giram junto com a armação.

Esses anéis são chamados de anéis deslizantes. A corrente elétrica é desviada dos anéis coletores para o circuito externo (para o bulbo) por meio das placas elásticas 3 e 4 adjacentes aos anéis. Essas placas são chamadas de pincéis.

Arroz. 2. A direção do EMF induzido (e corrente) nos fios A e B da estrutura girando em um campo magnético: 1 e 2 — anéis coletores, 3 e 4 — escovas.

Com essa conexão da estrutura rotativa ao circuito externo, a desconexão dos fios de conexão não ocorrerá e o gerador funcionará normalmente.

Consideremos agora o sentido da FEM induzida nos condutores do quadro, ou, o que dá no mesmo, o sentido da corrente induzida no quadro com o circuito externo fechado.

Com o sentido de rotação do quadro, que é mostrado na fig. 2, no condutor esquerdo AA, o EMF será induzido em uma direção de nós fora do plano do desenho, e no explosivo direito - devido ao plano do desenho em nós.

Como as duas metades do fio da estrutura estão conectadas em série, o EMF induzido nelas aumentará e na escova 4 haverá um pólo positivo do gerador e um pólo negativo da escova 3.

Vamos traçar a mudança na EMF induzida à medida que o quadro gira completamente. Se a estrutura no sentido horário for girada 90° a partir da posição mostrada na Fig. 2, então as metades de seu condutor naquele momento se moverão ao longo das linhas do campo magnético e a indução de EMF nelas irá parar.

A rotação adicional do quadro em mais 90 ° levará ao fato de que os fios do quadro cruzarão novamente as linhas de força do campo magnético (Fig. 3), mas o fio AA se moverá em relação às linhas de força não de baixo para cima, mas de cima para baixo, enquanto o fio BB, ao contrário, cruzará as linhas de força, movendo-se de baixo para cima.

Arroz. 3. Mudando a direção do e induzido. etc. s. (e atual) quando o quadro é girado 180 ° em relação à posição mostrada na fig. 2.

Com uma nova posição do quadro, a direção da fem induzida nos fios AL e BB mudará na direção oposta. Isso decorre do fato de que a própria direção em que cada um desses fios cruza as linhas do campo magnético neste caso mudou. Como resultado, a polaridade das escovas do gerador também mudará: a escova 3 agora se tornará positiva e a escova 4 negativa.

Girando ainda mais o quadro, teremos novamente o movimento dos fios AA e BB ao longo das linhas de força magnética e, no futuro, a repetição de todos os processos desde o início.

Assim, durante uma rotação completa do quadro, o EMF induzido muda sua direção duas vezes, e seu valor ao mesmo tempo também atinge seus valores mais altos duas vezes (quando os fios do quadro passam sob os pólos) e duas vezes igual a zero (nos momentos de movimento dos fios ao longo das linhas do campo magnético).

É bastante claro que um EMF que muda de direção e magnitude induzirá uma corrente elétrica que muda de direção e magnitude em um circuito externo fechado.

Assim, por exemplo, se uma lâmpada estiver conectada aos terminais deste gerador mais simples, durante a primeira metade da rotação da estrutura, a corrente elétrica através da lâmpada irá em uma direção e, durante a segunda metade da rotação por sua vez, no outro.

Arroz. 4. Curva de variação da corrente induzida para uma revolução do quadro

A curva na fig. 1 dá uma ideia da natureza da mudança de corrente quando o quadro é girado 360°, ou seja, em uma volta completa. 4. Uma corrente elétrica é induzida, mudando continuamente em magnitude e direção corrente alternada.