ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА

Электрические машины, преобразующие механическую энергию в электрическую, называются электрическими генераторами или динамомашинами. Электрические генераторы постоянного тока применяются во многих сферах производственной и хозяйственной деятельности человека для обеспечения электрической энергией различных устройств.

Действие электрического генератора основано на явлении электромагнитной индукции. Устройство простейшего генератора постоянного тока показана почти ничем не отличается от конструкции простейшего генератора переменного тока. Основным рабочим элементом такого устройства является рамка, которая вращается в магнитном поле, в результате чего в ней индуктируется переменная ЭДС.

Отличие состоит лишь в том, что концы рамки присоединены не к двум сплошным кольцам, а к двум половинам (полукольцам) одного кольца, изолированным одна от другой слоем непроводника. Кроме того, контактные пластины (щетки) скользят теперь не по двум кольцам, а по одному. Такое устройство называется коллектором, а каждое полукольцо — пластиной его.

Щетки на таком коллекторе должны быть расположены таким образом, чтобы они при вращении рамки одновременно переходили с одного полукольца на другое как раз в те моменты, когда ЭДС, индуктированная в каждой стороне рамки, равна нулю, т. е. когда рамка проходит свое горизонтальное положение.

С помощью коллектора переменная ЭДС, индуктируемая в рамке, выпрямляется, и во внешней цепи создается постоянный по направлению ток. Таким образом, такое устройство и представляет собой генератор постоянного тока.

При этом в результате работы описанного выше простейшего устройства электрогенератора возникает постоянный по направлению, по изменяющийся по своему значению (пульсирующий) ток.

Так, чтобы лучше представить и понять причину данного обстоятельства, можно разбить условно на пять последовательных положений траекторию движения рамки при ее вращении ее по часовой стрелке в поле магнита. При вращении рамки в ней возникнет ЭДС и в цепи появится ток.

В момент, когда одна из сторон рамки приближается к южному полюсу магнита, ток в ней направлен в определенном направлении. Своего наибольшего значения индуктированная в рамке ЭДС достигнет тогда, когда стороны ее расположатся под полюсами. При дальнейшем вращении рамки ЭДС в ней будет убывать и через четверть оборота станет равной нулю. В это же время щетки переходят с одного полукольца на другое.

Таким образом, за время совершения рамкой первой половины оборота каждое полукольцо коллектора соприкасалось только с одной щеткой и ток в это время протекал по внешней цепи в одном направлении от одной щетки к другой. При дальнейшем вращении рамки ЭДС в ней снова начнет возрастать, однако направление ее изменится на обратное. К концу последней четверти оборота рамка возвратится в первоначальное положение, после чего процесс изменения тока в цепи начнет повторяться. Таким образом, возникнет ток, постоянный по направлению, но меняющийся по величине, то есть пульсирующий ток.