В.3. Випрямлення змінного струму в постійний за допомогою колектора. Найпростіший генератор постійного струму.

В.2. Перетворення енергії в електричних машинах. Найпростіший генератор змінного струму.

Електричне перетворення енергії - одне з найдивовижніших явищ оточуючого нас світу - основане на використанні закону електромагнітної індукції згідно з якою при переміщенні зі швидкістю провідника довжиною магнітному полі з індукцією в провіднику наводиться ЕРС

(В.1)

Цей вираз встановлений М.Фарадеєм був перетворений Д,К.Максвелом і для витка, зчепленого з магнітним: потоком: Ф, приведений до такого вигляду в диференціальній формі:

(В.2)

Використовуючи вирази (В.1) та (В.2) розглянемо роботу найпростішого генератора змінного струму (рис. В.1), котрий складається, з циліндричного каркасу з витком. на ньому, поміщеного в магнітне поле, створене полосами магніту та . Кожна зі сторін витка ( та ) з'єднана зі своїм кільцем. До кілець пристають щітки А та В, за допомогою котрих виток електрично з'єднується з зовнішнім кодом, що має опір , у цього найпростішого електричного генератора є всі найважливіші елементи реальної електричної машини.

Домовимося називати лінію, яка проходить через центр ордината по середній між. полюсами магніту, лінією геометричної нейтралі, а частину .кола, що відноситься: до одного полюса, - полюсним поділом .

Приведемо циліндр з витком: в рух. Напрям ЕРС визначиться при ньому за правилом правої руки: розмістимо долоню так, щоб в неї входили лінії магнітної індукції; відведений великий палець направимо за рухом: провідника; тоді решта пальців руки покаже напрям ЕРС одного напряму, а коли під полюсом: І - іншого напряму.

Отож, в провіднику і в витку в цілому наводиться змінна за часом ЕРС, період .якої дорівнює Т. Число періодів, які виникають за 1 сек, називають частотою отже .

Якщо в машині є пар полюсів, а частота обертів витка дорівнює , та за один оберт в ньому буде періодів частота, що наводиться ЕРС:

(В.3)

Коли кільця замкнуті через щітки А і В на зовнішнє коло, по ньому тече струм, що має таку саму частоту .

Найпростіший генератор змінного струму, що перетворює механічну енергію в електричну (див. Рис В.1) складається з двох основних частин і нерухомої, що називається ротором. Та частина машини, котра створює магнітне поле, називається індуктором:, а інша частина, в якій наводиться ЕРС і здійснюється перетворення енергії, - .якорем.

Щоб примусити отриманий змінний струм протікати по .зовнішньому голу в одному напрямі, замінимо кільця генератора на рис. В.1 на ізольовані одне від одного напівкільця (рис. В.З). Такий випрямний пристрій називається колектором:, а напівкільця: - його пластгшами.

Щітки А і В розмістимо так, щоб вони переходили з одної пластину на іншу, тоді, коли виток знаходиться на лінії геометричної нейтралі, тобто, коли ЕРС у витку дорівнює нулю.

Тепер кожна зі щіток буде дотикатися тільки до тої пластини I провідника, який міститься під даним: полюсом: (щітка А - з провідником:, що знаходиться під полюсом М, а щілина В - під полюсом: 8). Отже, в зовнішньому колі, струм: буде текти завжди.» одному напрямку - від щітки А до В -1 мати вигляд, що показаний на рис. В.4. Здійснилося випрямлення наведеної у витку змінної ЕРС і струму в ЕРС і струм одного напрямку у зовнішньому колі.

Перетворивши змінний струм в постійний за допомогою колектора ми отримаємо генератор постійного струму, в якорі якого так само як і в генераторі змінного струму, тече змінній струм.

Колектор є складним пристроєм, а ковзний контакт щітка – колектор, як буде вказано далі, в багатьох випадках ускладнює роботу машини. Тому виникає запитання: чи неможна створити електричний генератор, в якорі якого зразу наводилась би постійна ЕРС? Але якщо ми хочемо отримати постійну ЕРС, тобто мати постійну ліву частину у виразі (В.2), то, отже, повинна бути постійною і його права частина. Однак Знаменником у правій частині виразу (В.2) є час, котрий незворотній і має один вимір. Значить, для того, щоб права частина була постійною, необхідно безперервно, безмежно збільшувати магнітний потік , що, звичайно, неможливо. Таким чином, електрична машина може бути створена на основі закону електромагнітної індукції лиш у тому випадку, якщо у її якорі наводиться змінна ЕРС.