Le principe de fonctionnement du générateur
Les générateurs sont des machines transformer l'énergie mécanique en énergie électrique… Le principe de fonctionnement du générateur est basé sur le phénomène d'induction électromagnétique, lorsqu'une FEM est induite dans un conducteur se déplaçant dans un champ magnétique et traversant ses forces magnétiques. Par conséquent, un tel conducteur peut être considéré par nous comme une source d'énergie électrique.
La méthode d'obtention d'EMF induite, dans laquelle le fil se déplace dans un champ magnétique, se déplaçant vers le haut ou vers le bas, est très gênante pour son utilisation pratique. Par conséquent, dans les générateurs, le mouvement non rectiligne, mais le mouvement de rotation du fil est utilisé.
Les pièces principales de tout générateur sont : un système d'aimants, ou plus souvent d'électroaimants, créant un champ magnétique, et un système de fils traversant ce champ magnétique.
Prenons un fil en forme de boucle courbe, que nous appellerons plus loin un cadre (Fig. 1), et plaçons-le dans un champ magnétique créé par les pôles d'un aimant. Si un tel cadre reçoit un mouvement de rotation autour de l'axe 00, ses côtés faisant face aux pôles croiseront les lignes de champ magnétique et une FEM y sera induite.
Riz. 1. Induction EMF dans un conducteur en forme de cloche (cadre) tournant dans un champ magnétique
En connectant une ampoule au cadre à l'aide de fils souples, nous fermerons ainsi le circuit et la lumière s'allumera. L'ampoule continuera à brûler pendant que le cadre tourne dans un champ magnétique. Un tel dispositif est le générateur le plus simple, qui convertit l'énergie mécanique dépensée pour la rotation du châssis en énergie électrique.
Un générateur aussi simple présente un inconvénient assez important. Après une courte période de temps, les fils souples reliant l'ampoule au cadre rotatif se tordent et se cassent. Pour éviter de telles interruptions dans le circuit, les extrémités du cadre (Fig. 2) sont fixées à deux anneaux de cuivre 1 et 2, qui tournent avec le cadre.
Ces bagues sont appelées bagues collectrices. Le courant électrique est dévié des bagues collectrices vers le circuit extérieur (vers l'ampoule) via les plaques élastiques 3 et 4 adjacentes aux bagues. Ces plaques sont appelées brosses.
Riz. 2. La direction de la FEM induite (et du courant) dans les fils A et B du châssis tournant dans un champ magnétique : 1 et 2 - bagues collectrices, 3 et 4 - balais.
Avec une telle connexion du cadre tournant au circuit externe, la déconnexion des fils de connexion ne se produira pas et le générateur fonctionnera normalement.
Considérons maintenant la direction de la FEM induite dans les fils de trame, ou, ce qui revient au même, la direction du courant induit dans la trame avec le circuit externe fermé.
Avec le sens de rotation du cadre, qui est illustré à la fig. 2, dans le conducteur gauche AA, l'EMF sera induit dans une direction de nous hors du plan du dessin, et dans l'explosif droit - en raison du plan du dessin sur nous.
Étant donné que les deux moitiés du fil de cadre sont connectées en série l'une avec l'autre, la force électromotrice induite en elles augmentera et sur la brosse 4, il y aura un pôle positif du générateur et un pôle négatif de la brosse 3.
Traçons le changement de la FEM induite lorsque le cadre tourne complètement. Si le cadre dans le sens des aiguilles d'une montre est tourné de 90° par rapport à la position illustrée à la Fig. 2, alors les moitiés de son conducteur à ce moment-là se déplaceront le long des lignes de champ magnétique et l'induction d'EMF en elles s'arrêtera.
Une rotation supplémentaire du cadre de 90 ° supplémentaires entraînera le fait que les fils du cadre croiseront à nouveau les lignes de force du champ magnétique (Fig. 3), mais le fil AA se déplacera par rapport aux lignes de force pas de bas en haut, mais de haut en bas, tandis que le fil BB au contraire, il traversera les lignes de force, se déplaçant de bas en haut.
Riz. 3. Changer la direction de l'induit e. etc. s.(et courant) lorsque le cadre est tourné de 180° par rapport à la position indiquée sur la fig. 2.
Avec une nouvelle position du cadre, la direction de la force électromotrice induite dans les fils AL et BB changera dans la direction opposée. Cela découle du fait que la direction même dans laquelle chacun de ces fils croise les lignes de champ magnétique dans ce cas a changé. En conséquence, la polarité des balais du générateur changera également : le balai 3 deviendra alors positif et le balai 4 négatif.
En tournant le cadre plus loin, nous aurons à nouveau le mouvement des fils AA et BB le long des lignes de force magnétique, et à l'avenir - la répétition de tous les processus depuis le début.
Ainsi, lors d'une rotation complète du cadre, la FEM induite change deux fois de direction, et sa valeur pendant le même temps atteint également ses valeurs les plus élevées deux fois (lorsque les fils du cadre passent sous les pôles) et deux fois égale à zéro (dans les moments de mouvement des fils le long des lignes de champ magnétique).
Il est tout à fait clair qu'une FEM qui change de direction et d'amplitude induira un courant électrique qui change de direction et d'amplitude dans un circuit externe fermé.
Ainsi, par exemple, si une ampoule est connectée aux bornes de ce générateur le plus simple, alors pendant la première moitié de la rotation du cadre, le courant électrique à travers l'ampoule ira dans un sens, et pendant la seconde moitié du tourner, dans l'autre.
Riz. 4. Courbe de variation du courant induit pour un tour du bâti
La courbe de la fig. 1 donne une idée de la nature du changement de courant lorsque le cadre est tourné à 360 °, c'est-à-dire en un tour complet. 4. Un courant électrique est induit, changeant continuellement d'amplitude et de direction courant alternatif.