Bevor wir können erklären die arbeits prinzip von einem DC generator, wir müssen die grundlagen der generatoren.
Es gibt zwei Arten von Generatoren – Gleichstromgeneratoren und Wechselstromgeneratoren. Sowohl DC- als auch AC-Generatoren wandeln mechanische Energie in elektrische Energie um. Ein Gleichstromgenerator erzeugt Gleichstrom, während ein Wechselstromgenerator Wechselstrom erzeugt.
Beide Generatoren erzeugen elektrische Energie basierend auf dem Prinzip des Faradayschen Gesetzes der elektromagnetischen Induktion. Dieses Gesetz besagt, dass ein Leiter, wenn er sich in einem Magnetfeld bewegt, magnetische Kraftlinien schneidet, was eine elektromagnetische Kraft (EMK) im Leiter induziert. Die Größe dieser induzierten EMK hängt von der Änderungsrate des Flusses (magnetische Linienkraft) ab, der mit dem Leiter verbunden ist. Diese EMK bewirkt, dass ein Strom fließt, wenn der Leiterkreis geschlossen ist.
Daher sind die grundlegendsten zwei wesentlichen Teile eines Generators:
- Das Magnetfeld
- Leiter, die sich innerhalb dieses Magnetfeldes bewegen.
Nachdem wir die Grundlagen verstanden haben, können wir das Arbeitsprinzip eines Gleichstromgenerators diskutieren. Sie können es auch nützlich finden, über die Arten von DC-Generatoren zu lernen.
Einzelschleifen-Gleichstromgenerator
In der obigen Abbildung ist eine einzelne Leiterschleife mit rechteckiger Form zwischen zwei gegenüberliegenden Magnetpolen angeordnet.
Betrachten wir, die rechteckige Schleife des Leiters ist ABCD, die sich innerhalb des Magnetfeldes um seine Achse ab dreht. Wenn sich die Schleife von ihrer vertikalen Position in ihre horizontale Position dreht, schneidet sie die Flusslinien des Feldes. Da während dieser Bewegung zwei Seiten, d. H. AB und BC der Schleife, die Flusslinien schneiden, wird in diesen beiden Seiten (AB und BC) der Schleife eine EMK induziert.
Wenn die Schleife geschlossen wird, zirkuliert ein Strom durch die Schleife. Die Richtung des Stroms kann durch Flemmings rechte Handregel bestimmt werden. Diese Regel besagt, dass, wenn Sie Daumen, Zeigefinger und Mittelfinger Ihrer rechten Hand senkrecht zueinander strecken, Daumen die Bewegungsrichtung des Leiters angibt, Zeigefinger die Richtung des Magnetfelds angibt, d. H. N – Pol zu S – Pol, und Mittelfinger zeigt die Richtung des Stromflusses durch den Leiter an.
Wenn wir nun diese rechte Regel anwenden, sehen wir an dieser horizontalen Position der Schleife, dass Strom von Punkt A nach B und auf der anderen Seite der Schleife von Punkt C nach D fließt.
Wenn wir nun zulassen, dass sich die Schleife weiter bewegt, wird sie wieder in ihre vertikale Position gebracht, aber jetzt ist die obere Seite der Schleife CD und die untere Seite AB (genau gegenüber der vorherigen vertikalen Position). An dieser Position ist die tangentiale Bewegung der Seiten der Schleife parallel zu den Flusslinien des Feldes. Daher wird es keine Frage des Flussmittelschneidens geben, und folglich wird es keinen Strom in der Schleife geben.
Wenn sich die Schleife weiter dreht, kommt sie wieder in eine horizontale Position. Aber jetzt kommt die AB-Seite der Schleife vor den N-Pol und CD vor den S-Pol, dh genau gegenüber der vorherigen horizontalen Position, wie in der nebenstehenden Abbildung gezeigt.
Hier ist die tangentiale Bewegung der Seite der Schleife senkrecht zu den Flusslinien; Daher ist die Flussschneidrate hier maximal, und gemäß Flemmings rechter Regel fließt an dieser Position Strom von B nach A und auf einer anderen Seite von D nach C.
Nun, wenn sich die Schleife weiter um ihre Achse dreht. Jedes mal, wenn die seite AB kommt vor S pol, der strom fließt von A nach B. Wieder, wenn es kommt vor N pol, der strom fließt von B nach A. Ähnlich, jedes mal, wenn die seite CD kommt vor S pol der strom fließt von C nach D., Wenn die seite CD kommt vor N pol der strom fließt von D nach C.
Wenn wir beobachten dieses phänomen anders, wir können schließen,, dass jede seite der schleife kommt vor N pol, der strom fließt durch diese seite in der gleichen Richtung , d.h. nach unten zur Bezugsebene. In ähnlicher Weise kommt jede Seite der Schleife vor den Pol, der Strom durch sie fließt in die gleiche Richtung, d. H. Von der Referenzebene nach oben. Daraus werden wir zum Thema des Prinzips des Gleichstromgenerators kommen.
Jetzt wird die Schleife geöffnet und mit einem Spaltring verbunden, wie in der folgenden Abbildung gezeigt. Spaltringe aus einem leitenden Zylinder werden in zwei voneinander isolierte Hälften oder Segmente geschnitten. Wir verbinden die externen Lastanschlüsse mit zwei Kohlebürsten, die auf diesen geteilten Schleifringsegmenten ruhen.
Arbeits Prinzip von DC Generator
Wir können sehen, dass in der ersten Hälfte der Umdrehung der Strom immer entlang ABLMCD fließt, d. H. Bürste no 1 in Kontakt mit Segment a. In der nächsten halben Umdrehung ist in der Abbildung die Richtung des induzierten Stroms in der Spule umgekehrt. Gleichzeitig wird aber auch die Lage der Segmente a und b vertauscht, was zur Folge hat, dass die Bürste nr.1 mit dem Segment b in Berührung kommt. Somit fließt der Strom im Lastwiderstand wieder von L nach M. Die Wellenform des Stroms durch den Lastkreis ist wie in der Abbildung gezeigt. Dieser Strom ist unidirektional.
Der obige Inhalt ist das grundlegende Arbeitsprinzip des Gleichstromgenerators, erklärt durch das Einzelschleifengeneratormodell. Die Positionen der Bürsten des Gleichstromgenerators sind so, dass der Wechsel der Segmente a und b von einer Bürste zur anderen erfolgt, wenn die Ebene der rotierenden Spule im rechten Winkel zur Ebene der Kraftlinien steht. Es ist in dieser Position zu werden, die induzierte EMK in der Spule ist Null.