発電機の動作原理
発電機は機械です 機械エネルギーを電気エネルギーに変換する… 発電機の動作原理は以下に基づいています。 電磁誘導現象、磁場中を移動し、その磁力と交差する導体に EMF が誘導されるとき。したがって、このような導体は電気エネルギー源と考えることができます。
誘導起電力を求める方法は、磁場中でワイヤーが上下に動くというもので、実用には非常に不便です。したがって、発電機ではワイヤーの直線運動ではなく、回転運動が使用されます。
発電機の主な部分は、磁場を生成する磁石、または電磁石のシステムと、この磁場を横切るワイヤのシステムです。
湾曲したループの形をしたワイヤー (これをフレームと呼びます) を用意し (図 1)、磁石の極によって生成される磁場の中に置きます。このようなフレームに 00 軸を中心とした回転運動が与えられると、極に面するフレームの側面が磁力線を横切り、そこに EMF が誘導されます。
米。 1. 磁場中で回転するベル型導体（フレーム）におけるEMF誘導
柔らかいワイヤーを使用して電球をフレームに接続すると、このようにして回路が閉じられ、ライトが点灯します。磁場の中でフレームが回転している間、電球は燃え続けます。このような装置は最も単純な発電機であり、フレームの回転に費やされる機械エネルギーを電気エネルギーに変換します。
このような単純なジェネレーターにはかなり重大な欠点があります。しばらくすると、電球を回転フレームに接続している柔らかいワイヤーがねじれ、破損します。このような回路の中断を避けるために、フレームの端 (図 2) は、フレームと一緒に回転する 2 つの銅製リング 1 および 2 に取り付けられています。
これらのリングはスリップ リングと呼ばれます。電流は、スリップ リングからリングに隣接する弾性プレート 3 および 4 を介して外部回路 (バルブ) にそらされます。これらのプレートはブラシと呼ばれます。
米。 2. 磁場内で回転するフレームのワイヤ A と B に誘導される EMF (および電流) の方向: 1 と 2 - スリップ リング、3 と 4 - ブラシ。
このように回転フレームを外部回路に接続すると、接続線の断線は起こらず、発電機は正常に動作する。
ここで、フレームのリード線に誘導される EMF の方向、または外部回路が閉じた状態でフレームに誘導される電流の方向を考えてみましょう。
図に示すフレームの回転方向では、 2、左側の導体AAでは、EMFは図面の平面から外れる方向に誘導され、右側の爆発物では、図面の平面が私たちに向かうため、EMFが誘導されます。
フレーム ワイヤの 2 つの半分は互いに直列に接続されているため、それらに誘導される EMF が増加し、ブラシ 4 には発電機の正極とブラシ 3 の負極が存在します。
フレームが完全に回転するときの誘導起電力の変化を追跡してみましょう。図の位置からフレームを時計回りに90°回転すると、 2の場合、その瞬間の導体の半分は磁力線に沿って動き、それらへのEMFの誘導は止まります。
さらにフレームを90°回転させると、フレームのワイヤーが再び磁場の力線を横切ることになりますが（図3）、ワイヤーAAは力線に対して移動します。下から上ではなく上から下に、ワイヤーBBは逆に力線を横切り、下から上に移動します。
米。 3. 誘導された e の方向を変える。等s.（および現在）フレームが図に示されている位置に対して 180 °回転したとき。 2.
フレームの新しい位置により、ワイヤ AL と BB に誘導される起電力の方向は反対方向に変化します。これは、この場合、これらのワイヤのそれぞれが磁力線と交差する方向自体が変化したという事実からわかります。その結果、ジェネレーター ブラシの極性も変わります。ブラシ 3 はプラスになり、ブラシ 4 はマイナスになります。
フレームをさらに回転させると、再び磁力線に沿ってワイヤAAとBBが動き、将来的には最初からすべてのプロセスが繰り返されます。
したがって、フレームが完全に 1 回転する間に、誘導 EMF はその方向を 2 回変更し、同時にその値も 2 回最高値に達し (フレームのワイヤーが極の下を通過するとき)、2 回はゼロに等しくなります。 （磁力線に沿ったワイヤーの動きの瞬間）。
方向と大きさが変化する EMF が、閉じた外部回路内で方向と大きさが変化する電流を誘導することは明らかです。
したがって、たとえば、電球がこの最も単純な発電機の端子に接続されている場合、フレームの回転の前半では電球を流れる電流が一方向に流れ、後半では一方向に電流が流れます。逆に、もう一方に。
米。 4. フレーム1回転に対する誘導電流の変化曲線
図の曲線。 1 は、フレームが 360 ° 回転したとき、つまり 1 回転したときの電流変化の性質を示しています。 4. 電流が誘導され、大きさと方向が連続的に変化します。 交流電流.