જનરેટરના સંચાલનનો સિદ્ધાંત

જનરેટર મશીન છે યાંત્રિક ઊર્જાને વિદ્યુત ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરવું… જનરેટરના સંચાલનના સિદ્ધાંત પર આધારિત છે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઇન્ડક્શનની ઘટના, જ્યારે EMF ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં ફરતા વાહકમાં પ્રેરિત થાય છે અને તેના ચુંબકીય દળોને પાર કરે છે. તેથી, આવા વાહકને આપણા દ્વારા વિદ્યુત ઊર્જાના સ્ત્રોત તરીકે ગણી શકાય.

પ્રેરિત EMF મેળવવાની પદ્ધતિ, જેમાં વાયર ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં ફરે છે, ઉપર અથવા નીચે જાય છે, તેના વ્યવહારિક ઉપયોગ માટે ખૂબ જ અસુવિધાજનક છે. તેથી, જનરેટરમાં, રેક્ટિલિનિયર નહીં, પરંતુ વાયરની રોટેશનલ હિલચાલનો ઉપયોગ થાય છે.

કોઈપણ જનરેટરના મુખ્ય ભાગો છે: ચુંબકની સિસ્ટમ, અથવા વધુ વખત ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટ, ચુંબકીય ક્ષેત્ર બનાવે છે, અને આ ચુંબકીય ક્ષેત્રને પાર કરતા વાયરની સિસ્ટમ.

ચાલો વક્ર લૂપના રૂપમાં એક વાયર લઈએ, જેને આપણે આગળ ફ્રેમ (ફિગ. 1) કહીશું, અને તેને ચુંબકના ધ્રુવો દ્વારા બનાવેલ ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં મૂકીશું. જો આવી ફ્રેમને 00 અક્ષની આસપાસ રોટેશનલ ગતિ આપવામાં આવે છે, તો તેની ધ્રુવો સામેની બાજુઓ ચુંબકીય ક્ષેત્રની રેખાઓને પાર કરશે અને તેમાં EMF પ્રેરિત થશે.

ચોખા. 1. ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં ફરતા ઘંટડી આકારના વાહક (ફ્રેમ) માં EMF ઇન્ડક્શન

સોફ્ટ વાયરનો ઉપયોગ કરીને લાઇટ બલ્બને ફ્રેમ સાથે જોડીને, આ રીતે આપણે સર્કિટ બંધ કરીશું અને લાઇટ પ્રકાશિત થશે. જ્યારે ફ્રેમ ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં ફરતી હોય ત્યારે લાઇટ બલ્બ બળવાનું ચાલુ રાખશે. આવા ઉપકરણ એ સૌથી સરળ જનરેટર છે, જે ફ્રેમના પરિભ્રમણ પર ખર્ચવામાં આવતી યાંત્રિક ઊર્જાને વિદ્યુત ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરે છે.

આવા સરળ જનરેટરમાં તેના બદલે નોંધપાત્ર ખામી છે. થોડા સમય પછી, બલ્બને ફરતી ફ્રેમ સાથે જોડતા નરમ વાયરો વળી જશે અને તૂટી જશે. સર્કિટમાં આવા વિક્ષેપોને ટાળવા માટે, ફ્રેમના છેડા (ફિગ. 2) બે કોપર રિંગ્સ 1 અને 2 સાથે જોડાયેલા છે, જે ફ્રેમ સાથે એકસાથે ફરે છે.

આ રિંગ્સને સ્લિપ રિંગ્સ કહેવામાં આવે છે. વિદ્યુત પ્રવાહ સ્લિપ રિંગ્સમાંથી રિંગ્સની બાજુમાં સ્થિત સ્થિતિસ્થાપક પ્લેટ 3 અને 4 દ્વારા બાહ્ય સર્કિટ (બલ્બ તરફ) તરફ વાળવામાં આવે છે. આ પ્લેટોને બ્રશ કહેવામાં આવે છે.

ચોખા. 2. ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં ફરતા ફ્રેમના A અને B વાયરોમાં પ્રેરિત EMF (અને વર્તમાન) ની દિશા: 1 અને 2 — સ્લિપ રિંગ્સ, 3 અને 4 — બ્રશ.

બાહ્ય સર્કિટ સાથે ફરતી ફ્રેમના આવા જોડાણ સાથે, કનેક્ટિંગ વાયરનું ડિસ્કનેક્શન થશે નહીં અને જનરેટર સામાન્ય રીતે કાર્ય કરશે.

ચાલો હવે ફ્રેમ લીડ્સમાં પ્રેરિત EMF ની દિશા, અથવા, જે સમાન છે, બાહ્ય સર્કિટ બંધ સાથે ફ્રેમમાં પ્રેરિત વર્તમાનની દિશાને ધ્યાનમાં લઈએ.

ફ્રેમના પરિભ્રમણની દિશા સાથે, જે ફિગમાં બતાવવામાં આવે છે. 2, ડાબા વાહક AA માં, EMF ડ્રોઇંગના પ્લેનમાંથી અમારી પાસેથી એક દિશામાં પ્રેરિત થશે, અને જમણી વિસ્ફોટકમાં - અમારા પરના ડ્રોઇંગના પ્લેનને કારણે.

ફ્રેમ વાયરના બે ભાગો એકબીજા સાથે શ્રેણીમાં જોડાયેલા હોવાથી, તેમાં પ્રેરિત EMF વધશે, અને બ્રશ 4 પર જનરેટરનો હકારાત્મક ધ્રુવ અને બ્રશ 3 નો નકારાત્મક ધ્રુવ હશે.

ચાલો પ્રેરિત EMF માં ફેરફારને ટ્રેસ કરીએ કારણ કે ફ્રેમ સંપૂર્ણપણે ફરે છે. જો ઘડિયાળની દિશામાં ફ્રેમને ફિગમાં બતાવેલ સ્થાનથી 90° ફેરવવામાં આવે. 2, પછી તે ક્ષણે તેના વાહકના અડધા ભાગ ચુંબકીય ક્ષેત્રની રેખાઓ સાથે આગળ વધશે અને તેમાં EMF નું ઇન્ડક્શન બંધ થઈ જશે.

ફ્રેમનું વધુ 90 ° દ્વારા પરિભ્રમણ એ હકીકત તરફ દોરી જશે કે ફ્રેમના વાયર ફરીથી ચુંબકીય ક્ષેત્ર (ફિગ. 3) ના બળની રેખાઓ પાર કરશે, પરંતુ વાયર AA બળની રેખાઓના સંદર્ભમાં આગળ વધશે. નીચેથી ઉપર નહીં, પરંતુ ઉપરથી નીચે, જ્યારે વાયર બીબી તેનાથી વિપરીત, તે બળની રેખાઓને પાર કરશે, નીચેથી ઉપર તરફ આગળ વધશે.

ચોખા. 3. પ્રેરિત e ની દિશા બદલવી. વગેરે s. (અને વર્તમાન) જ્યારે ફ્રેમને અંજીરમાં બતાવેલ સ્થિતિના સંદર્ભમાં 180 ° ફેરવવામાં આવે છે. 2.

ફ્રેમની નવી સ્થિતિ સાથે, વાયર AL અને BB માં પ્રેરિત emf ની દિશા વિરુદ્ધ દિશામાં બદલાશે. આ એ હકીકત પરથી અનુસરે છે કે આ કિસ્સામાં દરેક વાયર જે દિશામાં ચુંબકીય ક્ષેત્રની રેખાઓને પાર કરે છે તે દિશા બદલાઈ ગઈ છે. પરિણામે, જનરેટર બ્રશની ધ્રુવીયતા પણ બદલાશે: બ્રશ 3 હવે હકારાત્મક બનશે, અને બ્રશ 4 નકારાત્મક.

ફ્રેમને આગળ ફેરવીને, આપણી પાસે ફરીથી ચુંબકીય બળની રેખાઓ સાથે વાયર AA અને BB ની હિલચાલ હશે, અને ભવિષ્યમાં - શરૂઆતથી બધી પ્રક્રિયાઓનું પુનરાવર્તન.

આમ, ફ્રેમના એક સંપૂર્ણ પરિભ્રમણ દરમિયાન, પ્રેરિત EMF તેની દિશા બે વાર બદલે છે, અને તે જ સમય દરમિયાન તેનું મૂલ્ય પણ તેના ઉચ્ચતમ મૂલ્યો સુધી બે વાર પહોંચે છે (જ્યારે ફ્રેમના વાયર ધ્રુવોની નીચેથી પસાર થાય છે) અને બે વાર શૂન્યની બરાબર હોય છે. (ચુંબકીય ક્ષેત્ર રેખાઓ સાથે વાયરની હિલચાલની ક્ષણોમાં).

તે એકદમ સ્પષ્ટ છે કે EMF કે જે દિશા અને તીવ્રતામાં ફેરફાર કરે છે તે ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહને પ્રેરિત કરશે જે બંધ બાહ્ય સર્કિટમાં દિશા અને તીવ્રતામાં બદલાય છે.

તેથી, ઉદાહરણ તરીકે, જો લાઇટ બલ્બ આ સૌથી સરળ જનરેટરના ટર્મિનલ્સ સાથે જોડાયેલ હોય, તો પછી ફ્રેમના પરિભ્રમણના પહેલા ભાગમાં, બલ્બ દ્વારા ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ એક દિશામાં જશે, અને બીજા ભાગમાં વળો, બીજામાં.

ચોખા. 4. ફ્રેમની એક ક્રાંતિ માટે પ્રેરિત પ્રવાહના પરિવર્તનનો વળાંક

અંજીર માં વળાંક. જ્યારે ફ્રેમને 360 ° એટલે કે એક સંપૂર્ણ ક્રાંતિમાં ફેરવવામાં આવે ત્યારે 1 વર્તમાન પરિવર્તનની પ્રકૃતિનો ખ્યાલ આપે છે. 4. વિદ્યુત પ્રવાહ પ્રેરિત થાય છે, તીવ્રતા અને દિશામાં સતત બદલાતો રહે છે વૈકલ્પિક પ્રવાહ.