4.1. Nguyên lý làm việc của máy điện một chiều.
4.1.1. Chế độ máy phát điện
Xét một máy phát điện một chiều (MFMC) đơn giản.
- Một khung dây abcd, hai đầu được nối với hai nửa vòng đồng (còn gọi là phiến góp)
- Khung dây được đặt trong từ trường của một NCVC và quay được quanh một trục.
Hình 4.1. Nguyên lý làm việc của máy phát điện một chiều.
Dùng động cơ sơ cấp quay khung dây quanh trục của nó với tốc độ không đổi, các thanh dẫn ab, cd sẽ cắt các đường sức từ trường. Theo định luật cảm ứng điện từ, trong các thanh dẫn xuất hiện sức điện động cảm ứng.
e = B v l Trong đó: B - cảm ứng từ nơi thanh dẫn quét qua. v - vận tốc quét của thanh dẫn
l - chiều dài của thanh dẫn.
Chiều của Sđđ cảm ứng được xác định theo quy tắc bàn tay phải.
Do khung dây quay nên các thanh dẫn ab, cd lần lượt thay đổi vị trí dưới các vùng cực N – S, do đó Sđ đ cảm ứng trong các thanh dẫn là s.đ.đ xoay chiều. Nếu cảm ứng từ trong khe hở không khí (nơi thanh dẫn quét qua) phân bố hình sin thì s.đ.đ. trong khung dây cũng là hình sin.
Vì chổi điện (chổi than) A và B luôn tỳ nên phiến góp cố định, nên dòng điện ở mạch ngoài chỉ chạy theo một chiều từ A đến B. Như vậy s.đ.đ và dòng điện xoay
chiều cảm ứng trong khung dây đã được chỉnh lưu thành s.đ.đ và dòng đện một chiều ở mạch ngoài nhờ hệ thống cổ góp và chổi than.
Trên thực tế dây quấn phần ứng gồm nhiều thanh dẫn nối tiếp nhau và bố trí lệch nhau trong không gian một góc . Vì vậy máy không chỉ có hai phiến góp mà có nhiều phiến góp hợp thành một cổ góp. Điện áp giữa hai chổi điện là tổng các s.đ.đ trên các thanh dẫn nối tiếp trong một mạch nhánh, nên có trị số lớn và giảm bớt sự đập mạch.
4.1.2. Chế độ động cơ điện
Nếu ta đặt vào hai chổi điện A, B nguồn điện một chiều, dòng điện một chiều chạy trong các thanh dẫn nằm trong từ trưòng của NCVC chịu tác dụng một lực điện từ F có độ lớn.
F = Btbi l
Trong đó: Btb - cảm ứng từ trung bình trong khe hở l - chiều dài của thanh dẫn.
i - dòng điện chạy trong thanh dẫn.
Chiều của lực điện từ được xác định theo quy tắc bàn tay phải.
Lực điện từ tác dụng lên các thanh dẫn ở mỗi vùng cực cố chiều không đổi,
mômen do lực điện từ sinh ra có chiều không đổi làm cho khung dây quay theo một chiều nhất định.