В настоящее время имеется много типов индукционных генераторов. Но все
они состоят из одних и тех же основных частей. Это, во-первых,
электромагнит или постоянный магнит, создающий магнитное поле, и, во-
вторых, обмотка, в которой индуцируется переменная ЭДС (в рассмотренной
модели это вращающаяся рамка). Так как ЭДС, наводимые в последовательно
соединенных витках, складываются, то амплитуда ЭДС индукции в рамке
пропорциональна числу витков в ней. Она пропорциональна также амплитуде
переменного магнитного потока Ф=BS через каждый виток. Для получения
большого магнитного потока в генераторах применяют специальную магнитную
систему, состоящую из двух сердечников, сделанных из электротехнической
стали. Обмотки, создающие магнитное поле, размещены в пазах одного из
сердечников, а обмотки, в которых индуцируется ЭДС, - в пазах другого. Один
из сердечников (обычно внутренний) вместе со своей обмоткой вращается
вокруг горизонтальной или вертикальной оси. Поэтому он называется ротором.
Неподвижный сердечник с его обмоткой называют статором. Зазор между
сердечниками статора и ротора делают как можно меньшим. Этим обеспечивается
наибольшее значение потока магнитной индукции. В больших промышленных
генераторах вращается электромагнит, который является ротором, в то время
как обмотки, в которых наводится ЭДС, уложены в пазах статора и остаются
неподвижными. Дело в том, что подводить ток к ротору или отводить его из
обмотки ротора во внешнюю цепь приходиться при помощи скользящих контактов.
Для этого ротор снабжается контактными кольцами, присоединенными к концам
его обмотки. Неподвижные пластины - щетки - прижаты к кольцам и
осуществляют связь обмотки ротора с внешней цепью. Сила тока в обмотках
электромагнита, создающего магнитное поле, значительно меньше силы тока,
отдаваемого генератором во внешнюю цепь. Поэтому генерируемый ток удобнее
снимать с неподвижных обмоток, а через скользящие контакты подводить
сравнительно слабый ток к вращающемуся электромагниту. Этот ток
вырабатывается отдельным генератором постоянного тока (возбудителем),
расположенным на том же валу. В маломощных генераторах магнитное поле
создается вращающимся постоянным магнитом. В таком случае кольца и щетки
вообще не нужны. Появление ЭДС в неподвижных обмотках статора объясняется
возникновением в них вихревого электрического поля, порожденного изменением
магнитного потока при вращении ротора.
Теперь из школьного курса:
http://www.fizika.ru/theory/tema-11/11f.htm
§ 11-е. Электрогенератор
Вновь вернемся к опыту с гибким проводом, который мы рассмотрели в § 11-г. При включении тока провод начинал двигаться. В этом случае электрическая энергия тока превращалась в кинетическую энергию провода. Попробуем пронаблюдать обратное превращение энергии. Воспользуемся уже знакомой нам рамкой.
Подключим к рамке осциллограф – прибор для визуального исследования электрических токов. Взявшись за рамку рукой, быстро повернем ее внутри магнита. В это время осциллограф покажет волнообразную линию – синусоиду. Это значит, что в рамке возник электрический ток, то возрастающий, то убывающий с течением времени (график справа).
Явление возникновения электрического тока в проводнике, пересекающем линии магнитного поля, называется явлением электромагнитной индукции. Ток, возникающий при этом, называется индукционным током, а устройства, служащие для его получения, – индукционными электрогенераторами.
В генераторе происходит превращение механической энергии движущегося проводника в энергию электрического тока. Уже более 100 лет этот способ является основным способом получения электроэнергии в больших масштабах для промышленных нужд. Для возникновения явления электромагнитной индукции совершенно необязательно, чтобы проводник двигался в магнитном поле. Важно
Пока ее двойная сторона углубляется в межполюсное пространство магнита (а одинарная – выдвигается из него), гальванометр отмечает ток одного направления. Когда же рамка совершит пол-оборота, и углубляться внутрь магнита будет уже ее одинарная сторона (а двойная – выдвигаться из него), гальванометр отметит появление тока противоположного направления.
Рассматривая вращение рамки между полюсами магнита, мы выяснили, что каждые пол-оборота рамки гальванометр отмечает смену направления тока. Другими словами, индукционный ток, вырабатываемый нашим генератором, является переменным током.
На графике показано, как с течением времени (t) меняется сила (I) такого тока. В точке А началось наблюдение. Сначала график шел вверх (точки A, B, C), то есть сила тока увеличивалась. Затем, достигнув максимума (точка C), сила тока начала уменьшаться (точки C, D, E), и в точке E ток на мгновение стал равен нулю. В этот момент "+" и "–" на концах рамки поменялись местами.
Если при движении по графику через т. C, D, E мы наблюдали уменьшение силы тока, то, при движении через т. E, F, G сила тока возрастает и вновь достигает максимума в т. G. Продвигаясь через т. G, H, K, мы наблюдаем постепенное уменьшение силы тока до нуля (точка K). В этот момент "+" и "–" на концах рамки вновь меняются местами. Через некоторое время сила тока вновь станет расти, достигнет максимума, начнет уменьшаться и снова обратится в ноль: ток опять сменит направление.
Основные части индукционного генератора следующие. Статор – неподвижная часть генератора. В опыте с вращающейся рамкой статором являлись магнит и контакты, между которыми зажата рамка. Ротор – вращающаяся часть генератора. Чаще всего ротор содержит не одну проволочную рамку, а целое множество проволочных обмоток. На рисунке показан ротор, содержащий цилиндрический сердечник, две проволочных обмотки и коллектор с четырьмя контактами на валу.
Существуют также генераторы, на роторе которых находятся магниты, а обмотки, где индуцируется ток, размещены на внутренней поверхности статора. Именно так устроены мощные генераторы тока, установленные на крупных электростанциях.