Nguyên lí phát điện của máy phát điện

Cảm ứng điện từ

 Một dây dẫn có thể chuyển động tự do được đặt giữa các cực (nam châm) N và S của một nam châm được thể hiện trong sơ đồ. Sau đó, mắc một điện kế vào dây dẫn để thành một mạch kín. Khi dịch chuyển dây dẫn này giữa các cực từ như thể hiện trong sơ đồ, kim chỉ của điện kế sẽ xoay đi.

Như vậy, khi dây dẫn được dịch chuyển giữa các cực từ, dây dẫn này sẽ đi qua và cắt từ thông sẽ sinh ra một dòng điện. Vì vậy nếu dịch chuyển dây dẫn song song với từ thông, sẽ không sinh ra dòng điện.

Hiện tượng sinh ra dòng điện này được gọi là cảm ứng điện từ, và dòng điện chạy qua dây dẫn được gọi là dòng cảm ứng.

Dòng cảm ứng này được tạo ra bởi lực điện động được tạo thành trong dây dẫn do kết quả của cảm ứng điện từ. Do đó lực điện động này được gọi là lực điện động cảm ứng. 

Chiều của lực điện động

 Sơ đồ này cho thấy mối quan hệ giữa chiều của từ trường, chiều của lực điện động cảm ứng, và chiều di chuyển của dây dẫn. Mối quan hệ này nói chung được hiểu là quy tắc bàn tay phải của Fleming.

Theo quy tắc này, khi ngón tay cái, ngón trỏ và ngón giữa của bàn tay phải mở ra để tạo thành các góc vuông:

Ngón taytrỏ: Chiều của từ thông (B)  

 

Ngón taygiữa: Chiều của dòng điện (I)

 

Ngón tay cái: Chiều chuyển động (F). 

Độ lớn của lực điện động

Đại lượng của lực điện động cảm ứng tỷ lệ thuận với số đường điện thông mà dây dẫn cắt trong một đơn vị thời gian.

Lực điện động cảm ứng này của một dây dẫn dịch chuyển với một tốc độ không đổi theo chiều giữa các đường điện thông có cùng mật độ như nhau ở bất kỳ điểm nào.

Tuy nhiên, nếu chiều chuyển động của dây dẫn không giống nhau, lực điện động sẽ thay đổi kể cả khi tốc độ không thay đổi và từ thông có cùng mật độ.

Trong sơ đồ này, dây dẫn quay ngược chiều kim đồng hồ quanh điểm 0, giữa các cực từ.

Khi dây dẫn ở vị trí 0 và 6, chiều của từ thông và chiều chuyển động của dây dẫn song song với nhau. Do đó, nó sẽ không tạo ra lực điện động. Ngược lại khi dây dẫn ở các vị trí 3 và 9, chiều chuyển động của dây dẫn sẽ cắt từ thông theo chiều vuông góc. Điều này tạo nên đại lượng lực từ thông lớn nhất.

Đồ thị hình sin bên trái thể hiện mối quan hệ giữa chiều chuyển động của dây dẫn và đại lượng của lực điện động.

Nguyên lý về máy phát điện

 Khi một dây dẫn đơn quay trong một từ trường như trình bày trong sơ đồ này, một lực điện từ cảm ứng sẽ được tạo ra qua cảm ứng điện từ.

Khi dây dẫn này bị uốn cong và quay như thể hiện trong sơ đồ, hai đại lượng của lực điện động cảm biến sẽ được tạo ra.

Khi dây dẫn được tạo thành một cuộn dây như thể hiện trong sơ đồ thì sẽ tạo ra một lượng lực điện động cảm biến lớn hơn. Theo cách này, việc quay dây dẫn trong từ trường sẽ tạo ra một lực điện động cảm ứng.

Số vòng dây trong dây dẫn càng nhiều thì đại lượng lực điện động cảm ứng sinh ra càng lớn.

Máy phát điện xoay chiều

 Đại lượng và chiều của lực điện động cảm biến được tạo ra bằng cách quay một cuộn dây sẽ thay đổi theo vị trí của cuộn dây này.

Trong sơ đồ (1) ở bên trái, dòng điện chạy từ chổi than A đến bóng đèn. Trong sơ đồ (2), nguồn điện của dòng ngừng lại. Trong sơ đồ (3) dòng điện chạy từ chổi than B đến bóng đèn.

Do đó dòng điện được tạo ra bởi thiết bị này là dòng điện xoay chiều. Do đó thiết bị này được gọi là máy phát điện xoay chiều.

Hiệu ứng tự cảm

 Khi đóng hoặc mở công tắc trong sơ đồ , từ thông trong cuộn dây sẽ thay đổi. Để tạo ra các điều kiện giống nhau mà không làm cho dòng điện chạy qua cuộn dây này, cũng như vậy khi dịch chuyển một nam châm ra vào một cuộn dây như thể hiện trong sơ đồ .

Chuyển động của một nam châm ra và vào một cuộn dây sẽ tạo ra lực điện động trong cuộn dây đó. Lực điện động này được tạo ra bất kể là có dòng điện chạy trong cuộn dây hay không.

Do đó, các thay đổi của từ thông sinh ra dòng điện hoặc ngắt dòng điện qua cuộn dây này làm cho cuộn dây đó sinh ra lực điện động.

Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng tự cảm. 

Hiệu ứng cảm ứng lẫn nhau/tương hỗ

 Hai cuộn dây được bố trí trong sơ đồ. Khi dòng điện chạy qua một cuộn dây (cuộn dây sơ cấp) bị thay đổi, một lực điện động sẽ được tạo ra trong cuộn dây kia (cuộn dây thứ cấp) theo chiều ngăn không cho từ thông ở cuộn dây sơ cấp thay đổi. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng cảm ứng lẫn nhau.

Một bộ biến áp sử dụng hiệu ứng này. Một bộ biến áp có chứa cuộn dây đánh lửa của ô tô được sử dụng để đưa một điện áp cao vào các bugi.

Vì từ thông không thay đổi nếu một dòng điện không thay đổi chạy qua cuộn dây sơ cấp, sẽ không có lực điện động nào được tạo ra trong cuộn dây thứ cấp này.

Khi dòng điện sơ cấp bị ngắt bằng cách xoay công tắc từ vị trí ON (mở) đến OFF (ngắt), từ thông được tạo ra bởi dòng điện sơ cấp đến thời điểm xuất hiện đột ngột. Do đó một lực điện động sẽ được tạo ra trong cuộn dây thứ cấp này theo chiều sẽ ngăn từ thông không bị khử đi.

Do đó một bộ biến áp sẽ cho phép dòng điện chạy vào cuộn sơ cấp, và khi dòng điện này bị ngắt, điện áp cao được tạo ra bởi hiệu ứng tự cảm của cuộn dây sơ cấp sẽ tiếp tục tăng lên giữa các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp thông qua hiệu ứng cảm biến lẫn nhau.

Lượng lực điện động cảm biến được tạo ra bởi thiết bị này sẽ thay đổi theo các điều kiện sau đây:

Thay đổi tốc độ của từ thông:

Với một mức thay đổi đã biết về từ thông, một thay đổi xuất hiện trong một thời gian ngắn sẽ tạo ra một lực điện động lớn hơn.

Lượng điện thông:

Lượng điện thông thay đổi càng lớn, lực điện động càng lớn.

Số vòng dây của cuộn dây thứ cấp:Với cùng mức thay đổi về từ thông, số vòng dây càng lớn thì lực điện động càng lớn.

Do đó để sinh ra một điện áp thứ cấp cao, dòng điện chạy vào cuộn sơ cấp phải càng lớn càng tốt, và sau đó dòng điện này cần được cắt đột ngột.