Электрический ток
вырабатывается в генераторах - устройствах,
преобразующих энергию того или
иного вида в электрическую энергию.
К генераторам относятся гальванические
элементы, электростатические машины,
термобатареи, солнечные батареи
и т. п. Область применения каждого
из перечисленных видов генераторов
электроэнергии определяется их характеристиками.
Так, электростатические машины создают
высокую разность потенциалов, но неспособны
создать в цепи сколько-нибудь значительную
силу тока. Гальванические элементы могут
дать большой ток, но продолжительность
их действия невелика. Преобладающую
роль в наше время играютэлектромеханические
индукционные генераторы переменного
тока. В этих генераторах механическая
энергия превращается в электрическую.
Их действие основано наявлении электромагнитной
индукции. Такие генераторы имеют
сравнительно простое устройство и
позволяют получать большие токи
при достаточно высоком напряжении.
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
амплитудепеременного магнитного потока
Ф=BS через каждый виток. Для получения
большого магнитного потока в генераторах
применяют специальную магнитную
систему, состоящую из двухсердечников,
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
называетсяротором. 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 снабжаетсяконтактными
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.
Современный генератор
электрического тока - это внушительное
сооружение из медных проводов, изоляционных
материалов и стальных конструкций.
При размерах в несколько метров
важнейшие детали генераторов изготовляются
с точностью до миллиметра. Нигде
в природе нет такого сочетания
движущихся частей, которые могли
бы порождать электрическую энергию
столь же непрерывно и экономично.