Как работает генератор? Как устроен электромотор?

Электромагнетизм

Электромагнетизм — это одно из четырех фундаментальных взаимодействий. В число таких взаимодействия входит также гравитация, и два других вида взаимодействий: «слабое» и «сильное», которые действуют на очень маленьких расстояниях, сопоставимых с размерами атома.

Электромагнитное взаимодействие по своей силе намного сильнее гравитационного (в десять тысяч триллионов триллионов раз!) возможно только между частицами с электрическим зарядом (или частицами, которые могут иметь заряд — с проводниками). Единственная причина, по которой электромагнитное взаимодействие не оказывает такое же виляния, как и гравитация заключается в том, что материя в своем большинстве электрически нейтральная.

Но нам важно в рамках этой статьи, что один из принципов электромагнетизма (закон электромагнитной индукции Фарадея) гласит: для любого замкнутого контура электродвижущая сила (то есть напряжение) равна скорости изменения магнитного потока, проходящего через этот контур.

Электрический генератор — это устройство, которое преобразует неэлектрическую энергию (механическую, химическую, тепловую) в электрическую. Мотор — наоборот, превращает электрическую энергию в механическую.

Обычно, когда говорят о генераторе, имеют в виду преобразование механической энергии в электричество, а устройство, преобразующее химическую энергию называют батареей.

Еще в 1833 году русский ученый Эмилий Ленц обнаружил, что механические электрогенераторы могут работать как электромоторы и наоборот.

Важнейшую роль в генераторе играет связь между электричеством и магнетизмом, называющаяся простенько и со вкусом: «электромагнетизм» или «электромагнитное взаимодействие».

Принцип работы генератора

Принцип работы генератора был открыт Майклом Фарадеем в 1832 году. Этот принцип, который позднее получил имя Фарадея, заключается в том, что если проводник движется перпендикулярно магнитному полю, то между его концами возникает разность потенциалов.

Фарадей же построил первый электрогенератор на основе этого принципа. Генератор был назван «Диск Фарадея» и представлял из себя металлический диск, который вращался между полюсами подковообразного магнита. К сожалению, такой тип генератора был не самым эффективным, так как были большие паразитные утечки тока через те части диска, которые не находились в магнитном поле.

Первый эффективный генератор, который смог вырабатывать достаточную для промышленности мощность построил Ипполит Пикси и назвал ее динамо-машиной. В отличии от Диска Фарадея, ток с динамо-машины снимался с помощью механического коммутатора.

Как работает генератор

Современный генератор состоит из нескольких частей:

  1. Статор — неподвижная часть генератора, которая с помощью магнитов создает постоянное магнитное поле. В небольших генераторах достаточно постоянных магнитов для создания поля. В промышленных генераторах используется несколько электромагнитов для создания магнитного поля. Чем сильнее магнитное поле, тем большее напряжение (при прочих равных условиях) будет вырабатывать генератор.
  2. Ротор — вращающаяся часть генератора, соединенная непосредственно с приводным валом. На роторе находятся некоторое количество обмоток, на которых при прохождении через магнитное поле возникает электродвижущая сила (т.е. напряжение).
  3. Щетки токосъемника — контакт, который позволяет снять напряжение с движущейся площадки механического коммутатора. Часто щетки изготавливают из графита, благодаря его низкому сопротивлению и низкому трению.
  4. Механический коммутатор — часть обмотки, которая соединяется с щетками токосъемника таким образом, чтобы передавать постоянный ток. В генераторах переменного тока не используется.

Теперь, когда мы узнали из чего состоит генератор — очень просто понять, как он работает. При вращении в магнитном поле статора на обмотке ротора возникает напряжение, которое снимается с помощью щеток с подвижной контактной площадки.

Как работает электромотор?

Как уже упоминалось выше, генератор и электромотор взаимозаменяемы, и по своей сути, электромотор устроен также, как и генератор. У мотора также есть ротор с электрической обмоткой и статор, содержащий постоянные или электромагниты. Если по обмотке, находящейся в магнитном поле пустить ток, то на нее будет действовать сила Ампера, названная в честь физика А. Ампера. Эта сила и заставляет ротор вращаться.