Загальна інформація
Застосування
Велосипедне динамо як приклад генератора змінного струму
Генератор змінного струму, або альтернатор, - це особлива конструктивна форма генератора для вироблення однофазного змінного струму. Оскільки цей тип генератора не має комутації, він, на відміну від генератора постійного струму, виробляє змінний струм, частота якого прямо пропорційна частоті обертання ротора. Найпоширенішим генератором змінного струму є велосипедна динамо-машина, яка працює за принципом генератора, розробленого Іпполітом Піксієм.
Інша інформація (1/3)
Попередні знання
Потрібні базові знання про прості електричні кола та про магнетизм (сили між магнітами, магнітні полюси, магнітні поля тощо).
Принцип
Унаслідок обертання магніту повз кінці котушок у котушках індукується змінна напруга. Вона тим більша, чим більша зміна тієї частини магнітного поля постійного магніту, яку охоплюють котушки, тобто чим швидше обертається магніт.
Інша інформація (2/3)
Навчальна мета
Учні мають зрозуміти принцип роботи генератора змінного струму.
Завдання
Продемонструйте на моделі двигуна будову та принцип дії генератора змінного струму.
Інша інформація (3/3)
Останню частину досліду з відповідними спостереженнями та їх опрацюванням рекомендовано як доповнення. Для розуміння будови й роботи генератора змінного струму вона не є обов'язковою, проте має виховне значення для належного самостійного поводження учнів із вимірювальними приладами під час виконання дослідів зі змінним струмом.
Генератори змінного струму з постійними магнітами застосовують у техніці лише тоді, коли потрібні відносно невеликі електричні потужності, як, наприклад, у велосипедному освітленні. У генераторах змінного струму великої потужності магнітні поля створюють електромагніти, до яких через ковзні контакти й контактні кільця подають струм збудження.
Для виявлення струму, створеного обертанням рукою, замість лампи розжарювання можна застосувати світлодіод, який періодично спалахує вже за відносно низьких частот обертання ротора.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Обладнання
Складання та виконання
Складання
Вставте магнітний ротор у модель двигуна і зберіть дослід відповідно до рисунка (спочатку без привідного паса).
Установіть діапазон вимірювання .
Виконання
Обертайте ротор рукою за допомогою законтрених накатаних гайок з різною швидкістю і спостерігайте за амперметром та лампою розжарювання (1).
Установіть діапазон вимірювання ~ і приведіть ротор у горизонтальне положення. Накиньте привідний пас.
Подайте на двигун постійну напругу і увімкніть блок живлення. Спостерігайте за лампою розжарювання та вимірювальним приладом (2).
Кілька разів змініть частоту обертання двигуна, а отже й генератора, підвищуючи та знижуючи напругу. Спостерігайте за лампою розжарювання та вимірювальним приладом (3).
За потреби встановіть діапазон вимірювання для постійного струму, наприклад , і поспостерігайте за лампою розжарювання та вимірювальним приладом (4) під час короткочасного «тривалого режиму».
Спостереження та опрацювання результатів
Спостереження
Коли магніт обертають рукою, тобто відносно повільно, стрілка вимірювального приладу відхиляється поперемінно вліво і вправо; лампа розжарювання не світиться.
Коли магніт – приведений у рух двигуном – обертається швидко, лампа розжарювання світиться, а вимірювальний прилад показує змінний струм близько 40 мА.
Чим більша частота обертання, тим більші сила струму та яскравість лампи розжарювання.
Лампа розжарювання світиться, але вимірювальний прилад не показує струму.
Опрацювання результатів
Унаслідок обертання магніту повз кінці котушок у котушках індукується змінна напруга. Вона тим більша, чим більша зміна тієї частини магнітного поля постійного магніту, яку охоплюють котушки, тобто чим швидше обертається магніт.
Електрична машина, у якій за рахунок витрати механічної енергії виробляється електрична енергія, називається генератором. Він складається зі статора (у досліді він несе індукційні котушки), ротора (у досліді він несе постійний магніт) і пристрою для знімання виробленого електричного струму.
У машині з внутрішніми полюсами (яку застосовано в досліді) пристроєм знімання є виводи індукційних котушок на статорі. У машині із зовнішніми полюсами це контактні кільця, які несе ротор. Останній крок досліду показує, що прилад для вимірювання постійної напруги не можна застосовувати для вимірювання змінних напруг, бо стрілка приладу не встигає за швидкими змінами напрямку струму, і вимірювальний механізм може бути пошкоджений або навіть зруйнований.