PRINCIPIILE PRODUCERII CURENTULUI ELECTRIC

PRINCIPIILE PRODUCERII CURENTULUI ELECTRIC

A. Producerea curentului alternativ

Pentru a demonstra cum se produce curentul electric ne folosim de un generator simplificat, la care rotorul este redus la o singura spira dreptunghiulara ale carei extremitati sunt legate fiecare la cate un inel metalic (inel colector) pe care gliseaza cate o perie (perie colectoare), legate prin conductoare cu un aparat sensibil de curent (fig.25).

Figura 25

Daca spira va fi rotita in campul magnetic generat de un magnet permanent sau un electromagnet, asa cum se vede in figura de mai jos, se va constata ca aparatul indicator de curent va indica diferite valori, intr-un sens sau altul functie de pozitia planului spirei fata de liniile de camp magnetic.

Astfel: in figura 4, planul spirei este perpendicular pe liniile de camp si ca atare prin spira nu va circula curent electric, aparatul de masura va indica pozitia zero.

In figura 5. spira este rotita in directia acelor de ceasornic, cu 90 de grade, astfel ca planul acesteia este paralel cu liniile de camp magnetic. In acest caz curentul prin spira va fi maxim si deviatia aparatului de masura va fi deasemeni maxima.

Trebuie mentionat; ca din pozitia spirei aratata in figura 4, pana in noua pozitie din figura 5, aceasta s-a rotit succesiv, astfel ca intre planul spirei si directia liniilor de camp unghiul variaza intre 90 si zero grade, iar tensiunea la bornele aparatului de masura a crescut succesiv intre zero si maxim, descriind prima jumatate crescatoare a semiperioadei pozitive.

Relatia care arata valoarea tensiunii electromotoare functie de unghiul planului spirei fata de liniile de camp magnetic, este: E = B sin α in care E = tensiunea electromotoare (t.e.m)

B = inductia magnetica; α = unghiul dintre planul spirei si directia liniilor de camp magnetic.

In pozitia aratata in figura 5, curentul in ramura spirei din fata polului nord are sensul de la privitor spre coala de hartie, iar in ramura din fata polului sud sensul curentului este invers.

In timp ce spira se roteste din pozitia aratata in fig.5 catre pozitia din fig.6, unghiul intre planul acesteia si liniile de camp creste succesiv intre zero si 90 grade, sensul curentului ramanand acelasi, pe cand tensiunea va descreste continuu, descriind jumatatea descrescatoare a semiperioadei pozitive.

Privind figura 6. vom constata ca situatia este ca in figura 1, adica curentul si tensiunea sunt egale cu zero, planul spirei a executat o rotire de 180 grade, astfel ca ramura care in fig.4. se gasea in pozitia de sus, acum se afla in pozitia de jos.

In figura 7. spira s-a rotit cu 90 grade fata de pozitia din fig.6, astfel ca realizeaza situatia din fig.5, cu deosebirea ca in fata polului sud acum se gaseste cealalta ramura a spirei si ca atare prin aceasta curentul va circula de la privitor catre coala de hartie, iar in ramura din fata polului nord sensul va fi invers. Odata cu rotirea spirei din pozitia aratata in fig.6 catre pozitia din fig.7 tensiunea va creste continuu descriind jumatatea crescatoare a semiperioadei negative, (deoarece s-a schimbat sensul curentului prin spira), atingand valoarea maxima in pozitia din fig.7.

Rotind in continuare spira cu 90 grade, tensiunea va scadea succesiv si va descrie ramura descrescatoare a semiperioadei negative, atingand valoarea zero in pozitia aratata in fig.8.

Daca se roteste in continuare spira, ciclul se va relua intocmai ca mai sus. Se poate observa ca pe aparatul de masura inregistrator , in decursul unei rotatii de 360 de grade, s-a inregistrat o perioada completa din curba de variatie sinusoidala a tensiunii, de fapt este vorba de tensiunea alternativa produsa de acest generator, denumit alternator.

Regula mainii drepte a lui Fleming. Aceasta regula arata directia curentului indus intr-un conductor ce se deplaseaza intr-un camp magnetic. Pentru aplicarea regulii se dispun degetul mare, aratatorul si degetul mijlociu astfel incat sa formeze un sistem de axe de coordonate, asa cum se vede in fig.24. daca degetul mare este orientat in directia miscarii conductorului si aratatorul in directia campului magnetic, atunci degetul mijlociu va indica sensul curentului indus.

Figura 24

B. Producerea curentului continuu

Curentul continuu este generat prin rotirea unei spire conductoare intr-un camp magnetic. In figura 26. se arata functionarea unui generator de curent simplu, numit dinam.

Figura 26

Cand spira se roteste intre polii magnetului, in ea se induce un curent, determinat prin regula mainii drepte, al carui sens se va schimba de doua ori in timpul unei rotatii complete. Pentru ca la bornele de iesire ale generatorului sa se obtina aceeasi polaritate a tensiunii, se foloseste asa numitul colector, format (in cazul de fata) din doua lamele colectoare izolate intre ele, care fac contact pe rand cu periile colectoare (in practica, colectoarele generatoarelor de curent continuu prezinta un numar mare de lamele colectoare).

In timpul rotatiei spirei, fiecare perie isi schimba contactul de pe o lamela pe alta, de fiecare data cand spira este perpendiculara pe axa polilor magnetului, pozitie ce corespunde unei tensiuni de valoare zero (vezi fig.27). Intrucat ca urmare a reactiei indusului, apare o deformare a campului dintre polii statorului, pentru inlaturarea acestui efect se realizeaza in practica poli magnetici suplimentari, numiti poli de comutatie (vezi fig.28 si fig. 29). Tensiunea colectata de perii are forma unor serii de pulsuri care variaza de la zero la valoarea maxima, asa cum se vede in fig. 26. Pentru a obtine o netezire a acestei tensiuni pulsatorii, se folosesc mai multe spire (plasate pe rotor) decalate unghiular intre ele, colectorul fiind format in acest caz din mai multe lamele (cate doua pentru fiecare bobina).

Figura 27

Figura 28

Figura 29

Cum sunt alimentate bobinele de excitatie ale generatorului de curent continuu. Exista mai multe moduri de a alimenta in curent continuu bobinele de excitatie ale unui dinam. Daca le alimentam de la o sursa externa, avem o excitatie separata; cand ele sunt conectate in paralel pe iesire, avem o excitatie de tip derivatie; cand ele se conecteaza in serie cu bornele de iesire, excitatia este de tip serie; iar atunci cand se realizeaza combinatia ultimelor doua sisteme de excitatie, avem excitatie mixta (compound). Diferitele moduri de conectare sunt prezentate in fig.30.

Pentru pornirea unui dinam cu excitatie derivatie, este suficient campul magnetic remanent al pieselor polare. In cazul excitatiei serie, la cresterea curentului in sarcina creste si campul dat de bobinele de excitatie. Acest efect se foloseste la generatorul cu excitatie mixta, pentru a face tensiunea de iesire stabila la fluctuatii ale curentului de sarcina.

Figura 30