Электрический генератор постоянного токаПревращение механической энергии в электрическую.

Явление элект­ромагнитной индукции используется в электрических генераторах посто­янного тока. При движении проводника длиной l в магнитном поле перпендикулярно вектору индук­ции S в нем под действием ЭДС ин­дукции создается индукционный электрический ток I. На проводник с током действует сила Ампера FА=IBl. Применив правило левой руки, можно убедиться, что направление силы Ампера противоположно направлению скорости движения проводника v, что соответствует правилу Ленца. Следователь­но, для равномерного движения про­водника к нему должна быть при­ложена сила F, равная по модулю силе Ампера F, но направленная в противоположную сторону: F = -A. 

Мы видим, что работа внешних сил, вызывающих движение провод­ника в магнитном поле, равна рабо­те ЭДС индукции в электрической цепи. Магнитное поле является при­чиной разделения электрических за­рядов в движущемся проводнике, но не является источником энергии электрического тока. Вектор магнит­ной силы, действующей на движу­щиеся электрические заряды, перпендикулярен вектору скорости за­ряда, поэтому работа магнитных сил всегда равна нулю.

При равномерном движении про­водника АВ в магнитном поле в нем возникает индукционный электри­ческий ток. За время ?t, необхо­димое для перемещения зарядов на расстояние l от конца А к концу В, проводник перемещается на расстоя­ние ?x=v?t. В результате сво­бодные электрические заряды за время ?t перемещаются из точки А в точку В со скоростью u = v/cos?.

Вектор силы Лоренца FM перпен­дикулярен вектору скорости и движе­ния электрических зарядов, но вектор равнодействующей F1 = FM + F направлен под углом ? = 900- ? к вектору скорости v. Работа равно­действующей служит источником ЭДС индукции. Фактически же рабо­ту совершает только внешняя си­ла F.

На эту картину можно посмот­реть иначе. Разложим вектор FM си­лы Лоренца на две составляющие — F1, и F2, направленные вдоль про­водника АВ и перпендикулярно к нему. Так как проводник движется равномерно, то составляющая F2 равна по модулю внешней силе F и направлена противоположно: А2 = -F.

Суммарная работа этих двух сил рав­на нулю. Следовательно, полная ра­бота всех сил, действующих на элект­рические заряды в проводнике, равна работе составляющей F1 силы Ло­ренца. Работа этой силы отлична от нуля, хотя работа силы Лорен­ца FM равна нулю.

Машина постоянного тока как электрический генератор.

На явлении возникновения ЭДС индукции в рам­ке при вращении ее в однород­ном магнитном поле основан принцип действия машины постоянного тока как генератора. Как и двигатель, генератор состоит из двух основных частей — индуктора и якоря, обмот­ка которого через коллектор и щетки соединяется с внешней цепью.

При пропускании постоянного то­ка через обмотки индуктора меж­ду его полюсными наконечниками создается магнитное поле. В магнит­ном поле индуктора вращается якорь. Якорь имеет сердечник цилин­дрической формы, набранный из изо­лированных листов стали. Концы об­моток якоря присоединены к плас­тинам коллектора.

При вращении якоря в магнитном поле индуктора в его обмотке возни­кает ЭДС индукции. Через скользя­щие контакты коллектора с внешней электрической цепью соединяются выводы от той обмотки, плоскость которой в данный момент времени расположена параллельно вектору индукции магнитного поля.

В генераторе постоянного тока питание обмоток индуктора может производиться током, который выра­батывает сам генератор. Генератор постоянного тока с самовозбужде­нием часто называют динамо-ма­шиной.

Обмотку индуктора, как и в дви­гателе, можно присоединять либо параллельно, либо последовательно с якорем. В динамо-машине, как правило, применяется параллельное соединение индуктора с внешней цепью. В этом случае ЭДС мало зависит от сопротивления внешней нагрузки, а ее значение можно лег­ко регулировать, изменяя реостатом силу тока в обмотке индуктора и тем самым индукцию магнитного поля.


Загрузка...
Яндекс.Метрика Google+