مبدأ تشغيل المولد

المولدات هي آلات تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية... يعتمد مبدأ تشغيل المولد على ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي، عندما يتم إحداث EMF في موصل يتحرك في مجال مغناطيسي ويعبر قواه المغناطيسية. لذلك ، يمكن اعتبار هذا الموصل مصدرًا للطاقة الكهربائية.

طريقة الحصول على المجالات الكهرومغناطيسية المستحثة ، التي يتحرك فيها السلك في مجال مغناطيسي ، يتحرك لأعلى أو لأسفل ، غير ملائمة للاستخدام العملي. لذلك ، في المولدات ، لا يتم استخدام خط مستقيم ، ولكن يتم استخدام حركة دورانية للسلك.

الأجزاء الرئيسية لأي مولد هي: نظام مغناطيسي ، أو في كثير من الأحيان مغناطيس كهربائي ، يخلق مجالًا مغناطيسيًا ، ونظامًا من الأسلاك يعبر هذا المجال المغناطيسي.

لنأخذ سلكًا على شكل حلقة منحنية ، والتي سنطلق عليها أيضًا إطارًا (الشكل 1) ، ونضعه في مجال مغناطيسي تم إنشاؤه بواسطة أقطاب المغناطيس. إذا تم إعطاء مثل هذا الإطار حركة دورانية حول المحور 00 ، فإن جوانبه التي تواجه القطبين سوف تعبر خطوط المجال المغناطيسي وسيتم إحداث EMF فيها.

أرز. 1. الحث الكهرومغناطيسي في موصل (إطار) على شكل جرس يدور في مجال مغناطيسي

من خلال توصيل مصباح كهربائي بالإطار باستخدام أسلاك ناعمة ، بهذه الطريقة سنغلق الدائرة وسيضيء الضوء. سيستمر المصباح الكهربائي في الاحتراق بينما يدور الإطار في مجال مغناطيسي. مثل هذا الجهاز هو أبسط مولد يحول الطاقة الميكانيكية المستهلكة على دوران الإطار إلى طاقة كهربائية.

مثل هذا المولد البسيط له عيب كبير. بعد فترة قصيرة من الزمن ، ستلتف الأسلاك الناعمة التي تربط المصباح بالإطار الدوار وتنكسر. لتجنب مثل هذه الانقطاعات في الدائرة ، يتم توصيل طرفي الإطار (الشكل 2) بحلقتين نحاسيتين 1 و 2 ، والتي تدور مع الإطار.

تسمى هذه الحلقات حلقات الانزلاق. يتم تحويل التيار الكهربائي من الحلقات الانزلاقية إلى الدائرة الخارجية (إلى المصباح) عبر لوحات مرنة 3 و 4 المجاورة للحلقات. تسمى هذه اللوحات بالفرشاة.

أرز. 2. اتجاه EMF المستحث (والتيار) في الأسلاك A و B للإطار الذي يدور في مجال مغناطيسي: 1 و 2 - حلقات الانزلاق ، 3 و 4 - فرش.

مع مثل هذا الاتصال للإطار الدوار بالدائرة الخارجية ، لن يحدث فصل الأسلاك الموصلة وسيعمل المولد بشكل طبيعي.

دعونا الآن نفكر في اتجاه EMF المستحث في خيوط الإطار ، أو ، وهو نفسه ، اتجاه التيار المستحث في الإطار مع إغلاق الدائرة الخارجية.

مع اتجاه دوران الإطار الذي يظهر في الشكل. 2 ، في الموصل الأيسر AA ، سيتم تحفيز EMF في اتجاه منا خارج مستوى الرسم ، وفي المتفجرات اليمنى - بسبب مستوى الرسم علينا.

نظرًا لأن نصفي سلك الإطار متصلان في سلسلة مع بعضهما البعض ، فإن EMF المستحث فيهما سيزداد ، وعلى الفرشاة 4 سيكون هناك قطب موجب للمولد وقطب سلبي للفرشاة 3.

دعونا نتتبع التغيير في EMF المستحث أثناء دوران الإطار بالكامل. إذا تم تدوير الإطار في اتجاه عقارب الساعة 90 درجة من الوضع الموضح في الشكل. 2 ، ثم سيتحرك نصفا الموصل في تلك اللحظة على طول خطوط المجال المغناطيسي وسيتوقف تحريض EMF فيها.

سيؤدي الدوران الإضافي للإطار بمقدار 90 درجة أخرى إلى حقيقة أن أسلاك الإطار ستعبر مرة أخرى خطوط قوة المجال المغناطيسي (الشكل 3) ، لكن السلك AA سيتحرك فيما يتعلق بخطوط القوة ليس من الأسفل إلى الأعلى ، ولكن من الأعلى إلى الأسفل ، بينما السلك BB على العكس من ذلك ، سوف يعبر خطوط القوة ، متحركًا من الأسفل إلى الأعلى.

أرز. 3. تغيير اتجاه المستحث e. إلخ. s (والتيار) عندما يتم تدوير الإطار 180 درجة فيما يتعلق بالموضع الموضح في الشكل. 2.

مع وضع جديد للإطار ، سيتغير اتجاه emf المستحث في الأسلاك AL و BB في الاتجاه المعاكس. يأتي هذا من حقيقة أن الاتجاه الذي يعبر فيه كل من هذه الأسلاك خطوط المجال المغناطيسي في هذه الحالة قد تغير. نتيجة لذلك ، ستتغير قطبية فرش المولد أيضًا: ستصبح الفرشاة 3 الآن موجبة ، وستصبح الفرشاة 4 سالبة.

قلب الإطار أكثر ، سيكون لدينا مرة أخرى حركة الأسلاك AA و BB على طول خطوط القوة المغناطيسية ، وفي المستقبل - تكرار جميع العمليات من البداية.

وبالتالي ، أثناء دوران كامل للإطار ، يغير EMF المستحث اتجاهه مرتين ، وتصل قيمته خلال نفس الوقت أيضًا إلى أعلى قيمه مرتين (عندما تمر أسلاك الإطار أسفل القطبين) ومرتين تساوي الصفر (في لحظات حركة الأسلاك على طول خطوط المجال المغناطيسي).

من الواضح تمامًا أن المجال الكهرومغناطيسي الذي يتغير في الاتجاه والحجم سيؤدي إلى حدوث تيار كهربائي يتغير في الاتجاه والحجم في دائرة خارجية مغلقة.

لذلك ، على سبيل المثال ، إذا تم توصيل مصباح كهربائي بأطراف هذا المولد الأبسط ، فعند النصف الأول من دوران الإطار ، سيذهب التيار الكهربائي عبر المصباح في اتجاه واحد ، وأثناء النصف الثاني من بدوره ، في الآخر.

أرز. 4. منحنى تغير التيار المستحث لثورة واحدة للإطار

المنحنى في الشكل. 1 يعطي فكرة عن طبيعة التغيير الحالي عندما يتم تدوير الإطار 360 درجة ، أي في دورة واحدة كاملة. 4. يتم إحداث تيار كهربائي ، يتغير باستمرار في الحجم والاتجاه التيار المتناوب.