mielőtt meg tudjuk magyarázni a működési elve egy DC generátor, meg kell, hogy fedezze az alapokat a generátorok.
kétféle generátor létezik: DC generátorok és AC generátorok. Mind az egyenáramú, mind a váltóáramú generátorok a mechanikai energiát elektromos energiává alakítják. Az egyenáramú generátor közvetlen energiát termel, míg az AC generátor váltakozó áramot termel.
mindkét generátor elektromos energiát termel Faraday elektromágneses indukció törvényének elve alapján. Ez a törvény kimondja, hogy amikor egy vezető mágneses mezőben mozog, elvágja a mágneses erővonalakat, ami elektromágneses erőt (EMF) indukál a vezetőben. Ennek az indukált EMF-nek a nagysága a vezetővel való fluxus (mágneses vonalerő) kapcsolat változásának sebességétől függ. Ez az EMF áramot okoz, ha a vezető áramkör zárva van.
ezért a generátor legalapvetőbb két alapvető része a következő:
- a mágneses mező
- vezetők, amelyek a mágneses mező belsejében mozognak.
most, hogy megértjük az alapokat, megvitathatjuk az egyenáramú generátor működési elvét. Hasznos lehet az egyenáramú generátorok típusainak megismerése is.
egyetlen hurok DC generátor
a fenti ábrán egy téglalap alakú vezető hurok van elhelyezve a mágnes két ellentétes pólusa között.
vegyük figyelembe, hogy a vezető téglalap alakú hurka ABCD, amely a mágneses mező belsejében forog az ab tengelye körül. Amikor a hurok függőleges helyzetéből vízszintes helyzetbe forog, levágja a mező fluxus vonalait. Mivel e mozgás során a hurok két oldala, azaz AB és CD vágja le a fluxusvonalakat, a hurok mindkét oldalán (AB és BC) EMF indukálódik.
amint a hurok bezáródik, áram kering a hurokon. Az áram irányát Flemming jobb oldali szabálya határozhatja meg. Ez a szabály azt mondja, hogy ha nyúlik hüvelykujj, mutatóujj és középső ujját a jobb oldali merőleges egymásra, majd hüvelykujj jelzi a mozgás irányát a karmester, mutatóujj jelzi az irányt a mágneses mező, azaz, N-pólus S-pólus, és középső ujj jelzi az áramlás irányát az áram a karmester.
most, ha ezt a jobb oldali szabályt alkalmazzuk, a hurok ezen vízszintes helyzetében látni fogjuk, hogy az áram az A pontból B-be áramlik, a hurok másik oldalán pedig az áram a C pontból d-be áramlik.
most, ha hagyjuk, hogy a hurok tovább mozogjon, akkor ismét függőleges helyzetbe kerül, de most a hurok felső oldala CD lesz, az alsó oldal pedig AB (éppen az előző függőleges pozícióval szemben). Ebben a helyzetben a hurok oldalainak tangenciális mozgása párhuzamos a mező fluxus vonalaival. Ezért nem lesz kérdés a fluxus vágásáról, következésképpen nem lesz áram a hurokban.
ha a hurok tovább forog, akkor ismét vízszintes helyzetbe kerül. De most a hurok említett AB oldala az N pólus elé kerül, a CD pedig az S pólus elé, azaz éppen az előző vízszintes pozícióval szemben, amint az az ábrán látható.
itt a hurok oldalának tangenciális mozgása merőleges a fluxusvonalakra; ezért a fluxusvágás sebessége itt maximális, és Flemming jobb oldali szabálya szerint ebben a helyzetben az áram B-től A-ig, másik oldalán pedig D-től C-ig áramlik.
most, ha a hurok továbbra is forog a tengelye körül. Minden alkalommal, amikor az AB oldal az S pólus elé kerül, az áram A-ból B-be áramlik.ismét, amikor az N pólus elé kerül, az áram B-ből a-ba áramlik. hasonlóképpen, minden alkalommal, amikor az oldalsó CD az S pólus elé kerül, az áram C-ből d-be áramlik., amikor az oldalsó CD az N pólus elé kerül, az áram D-ből C-be áramlik.
ha ezt a jelenséget másképp figyeljük meg, arra a következtetésre juthatunk, hogy a hurok mindkét oldala az N pólus elé kerül, az áram ezen az oldalon ugyanabba az irányba áramlik, azaz lefelé a Referenciasíkig. Hasonlóképpen, a hurok mindkét oldala az S pólus elé kerül, az átáramló áram ugyanabba az irányba áramlik, azaz felfelé a referenciasíktól. Ebből eljutunk a DC generátor elvének témájához.
most a hurok nyitva van, és egy osztott gyűrűvel csatlakozik az alábbi ábrán látható módon. A vezető hengerből készült osztott gyűrűk két részre vagy egymástól szigetelt szegmensre vágódnak. A külső terhelő kapcsokat két szénkefével csatlakoztatjuk, amelyek ezeken az osztott Csúszógyűrűs szegmenseken nyugszanak.
egyenáramú generátor működési elve
láthatjuk, hogy a fordulat első felében az áram mindig az ABLMCD mentén áramlik, azaz az a szegmenssel érintkező 1. kefe.a következő félfordulatban az ábrán az indukált áram iránya megfordul a tekercsben. De ugyanakkor az A és b szegmensek helyzete is megfordul, ami azt eredményezi, hogy az 1. kefe érintkezik a B szegmenssel. ezért a terhelési ellenállásban lévő áram ismét L-ről m-re áramlik. Az áram hullámformája a terhelési áramkörön keresztül az ábrán látható. Ez az áram egyirányú.
a fenti tartalom az egyenáramú generátor alapvető működési elve, amelyet az egyhurok-generátor modell magyaráz. Az egyenáramú generátor keféinek helyzete olyan, hogy az A és b szegmensek egyik keféről a másikra történő átállítása akkor történik, amikor a forgó tekercs síkja derékszögben van az erővonalak síkjával. Ebben a helyzetben az indukált EMF a tekercsben nulla.