Prinsip operasi penjana

Penjana adalah mesin menukar tenaga mekanikal kepada tenaga elektrik… Prinsip operasi penjana adalah berdasarkan fenomena aruhan elektromagnet, apabila EMF teraruh dalam konduktor yang bergerak dalam medan magnet dan melintasi daya magnetnya. Oleh itu, konduktor sedemikian boleh dianggap oleh kami sebagai sumber tenaga elektrik.

Kaedah untuk mendapatkan EMF teraruh, di mana wayar bergerak dalam medan magnet, bergerak ke atas atau ke bawah, sangat menyusahkan untuk kegunaan praktikalnya. Oleh itu, dalam penjana, bukan rectilinear, tetapi pergerakan putaran wayar digunakan.

Bahagian utama mana-mana penjana ialah: sistem magnet, atau lebih kerap elektromagnet, mencipta medan magnet, dan sistem wayar yang melintasi medan magnet ini.

Mari kita ambil wayar dalam bentuk gelung melengkung, yang selanjutnya kita akan panggil bingkai (Rajah 1), dan letakkan dalam medan magnet yang dicipta oleh kutub magnet. Jika bingkai sedemikian diberi gerakan putaran mengenai paksi 00, maka sisinya yang menghadap kutub akan melintasi garisan medan magnet dan EMF akan teraruh di dalamnya.

nasi. 1. Aruhan EMF dalam konduktor (bingkai) berbentuk loceng berputar dalam medan magnet

Dengan menyambungkan mentol lampu ke bingkai menggunakan wayar lembut, dengan cara ini kita akan menutup litar dan lampu akan menyala. Mentol lampu akan terus menyala semasa bingkai berputar dalam medan magnet. Peranti sedemikian adalah penjana paling mudah, yang menukar tenaga mekanikal yang dibelanjakan untuk putaran bingkai menjadi tenaga elektrik.

Penjana mudah sedemikian mempunyai kelemahan yang agak ketara. Selepas tempoh yang singkat, wayar lembut yang menyambungkan mentol ke bingkai berputar akan berpusing dan pecah. Untuk mengelakkan gangguan sedemikian dalam litar, hujung bingkai (Rajah 2) disambungkan pada dua gelang tembaga 1 dan 2, yang berputar bersama-sama dengan bingkai.

Cincin ini dipanggil cincin slip. Arus elektrik dialihkan daripada gelang gelincir ke litar luar (ke mentol) melalui plat elastik 3 dan 4 bersebelahan dengan gelang. Plat ini dipanggil berus.

nasi. 2. Arah EMF teraruh (dan arus) dalam wayar A dan B bingkai berputar dalam medan magnet: 1 dan 2 — gelang gelincir, 3 dan 4 — berus.

Dengan sambungan seperti bingkai berputar ke litar luaran, pemotongan wayar penyambung tidak akan berlaku dan penjana akan beroperasi secara normal.

Sekarang mari kita pertimbangkan arah EMF teraruh dalam petunjuk bingkai, atau, yang sama, arah arus teraruh dalam bingkai dengan litar luaran ditutup.

Dengan arah putaran bingkai, yang ditunjukkan dalam rajah. 2, dalam konduktor kiri AA, EMF akan teraruh ke arah dari kami keluar dari satah lukisan, dan dalam bahan letupan kanan - disebabkan oleh satah lukisan pada kami.

Oleh kerana kedua-dua bahagian wayar bingkai disambungkan secara bersiri antara satu sama lain, EMF teraruh di dalamnya akan meningkat, dan pada berus 4 akan ada kutub positif penjana dan kutub negatif berus 3.

Mari kita kesan perubahan dalam EMF teraruh apabila bingkai berputar sepenuhnya. Jika bingkai mengikut arah jam diputar 90° daripada kedudukan yang ditunjukkan dalam Rajah. 2, maka bahagian konduktornya pada masa itu akan bergerak di sepanjang garis medan magnet dan aruhan EMF di dalamnya akan berhenti.

Putaran selanjutnya bingkai sebanyak 90 ° lagi akan membawa kepada fakta bahawa wayar bingkai akan sekali lagi melintasi garisan daya medan magnet (Rajah 3), tetapi wayar AA akan bergerak berkenaan dengan garis daya. bukan dari bawah ke atas, tetapi dari atas ke bawah, manakala wayar BB sebaliknya, ia akan melintasi garisan daya, bergerak dari bawah ke atas.

nasi. 3. Menukar arah teraruh e. dan lain-lain. s. (dan arus) apabila bingkai diputar 180 ° berkenaan dengan kedudukan yang ditunjukkan dalam rajah. 2.

Dengan kedudukan bingkai baharu, arah emf teraruh dalam wayar AL dan BB akan berubah dalam arah yang bertentangan. Ini berikutan daripada fakta bahawa arah di mana setiap wayar ini melintasi garisan medan magnet dalam kes ini telah berubah. Akibatnya, kekutuban berus penjana juga akan berubah: berus 3 kini akan menjadi positif, dan berus 4 negatif.

Menghidupkan bingkai lebih jauh, kami akan sekali lagi mempunyai pergerakan wayar AA dan BB di sepanjang garis daya magnet, dan pada masa akan datang - pengulangan semua proses dari awal.

Oleh itu, semasa satu putaran lengkap bingkai, EMF teraruh menukar arahnya dua kali, dan nilainya pada masa yang sama juga mencapai nilai tertingginya dua kali (apabila wayar bingkai melepasi di bawah tiang) dan dua kali sama dengan sifar (dalam momen pergerakan wayar di sepanjang garis medan magnet).

Agak jelas bahawa EMF yang berubah arah dan magnitud akan mendorong arus elektrik yang berubah arah dan magnitud dalam litar luar tertutup.

Jadi, sebagai contoh, jika mentol lampu disambungkan ke terminal penjana paling mudah ini, maka semasa separuh pertama putaran bingkai, arus elektrik melalui mentol akan pergi ke satu arah, dan semasa separuh kedua berpaling, dalam yang lain.

nasi. 4. Lengkung perubahan arus teraruh untuk satu pusingan bingkai

Lengkung dalam rajah. 1 memberikan gambaran tentang sifat perubahan semasa apabila bingkai diputar 360 °, iaitu, dalam satu revolusi lengkap. 4. Arus elektrik teraruh, berubah secara berterusan dalam magnitud dan arah arus ulang alik.