وقتی یک سر آهنربایی را پی در پی به پیچه ای نزدیک و از آن دور می نماییم شار مغناطیس عبوری از پیچه تغییر میکند و در پیچه جریانی القا می شود. القای ولتاژ در پیچه ها با به حرکت در آوردن پیچه عملی تر از به حرکت در آوردن آهنربا ها است و همین امراساس کار مولدها است. ساختمان های مولدها و موتورهای الکتریکی یکسان هستند اما ورودی و خروجی آنها متفاوت است، در موتورهای الکتریکی انرژی الکتریکی به انرژی جنبشی تبدیل می شود اما در ژنراتورها انرژی جنبشی به انرژی الکتریکی تبدیل می گردد.
در ژنراتورها پیچه توسط انرژی های خارجی همانند انرژی باد، انرژی حاصل از سوختن مواد شیمیایی درماشین های گرمایی، انرژی آب پشت سد ها و ... چرخانده می شود. در این چرخش میزان خطوط میدان مغناطیسی گذرنده از سطح پیچه (شار مغناطیسی) در اثر تغییر زاویه بین خط عمود بر صفحه پیچه و خطوط میدان () تغییر میکند به گونه ای که وقتی زاویه بین پیچه و خطوط میدان صفر است هیچ شاری از سطح پیچه عبورنکرده و هنگامی که پیچه عمود بر میدان هست بیشینه شار مغناطیسی از پیچه عبور می نماید.
طبق قانون القای فارادی اگر شار عبوری از مدار بسته ای تغییر کند در مدار بسته نیروی محرکه ای القا می‌گردد که بزرگی آن با آهنگ تغییر شار متناسب است. این نیروی محرکه جریانی را در پیچه ایجاد می کند که با عامل تغییر شار مخالفت می نماید.
این نوع ژنراتورها پنجاه سال بعد از اینکه القای الکترومغناطیس توسط مایکل فارادی کشف شد به دست نیکولا تسلا ساخته شد. او مولدهایی را ساخت که به مولد های امروزی شباهت دارد، تسلا نشان داد که الکتریسیته را می توان به مقدار کافی توسط مولدهایی که ساخته تولید کرد.
برای آشنایی شما با نحوه کار این مولدها و ساختمان داخلی آنها در گروه بیازما شبیه ساز ژنراتور را آماده کرده ایم.
نحوه کار با شبیه ساز
با این توضیح که این شبیه ساز صرفا انیمیشنی جهت آشنایی با ساختمان داخلی مولدهای جریان متناوب است به توضیح قسمت های مختلف شبیه ساز می پردازیم.
بعد از اجرا و تبدیل صفحه به تمام صفحه، از منوی کناری مشاهده می کنید که می توانید به کمک المان های موجود در آن Rpm یا تعداد دور در هر دقیقه را برای چرخش پیچه تنظیم نمایید و با توجه به نمودارولتاژ تولید شده برحسب زمان تاثیر تغییر RPM را بر میزان ولتاژ خروجی ملاحظه نمایید . همچنین می توانید اثرتغییر جهت چرخش پیچه که به علت فشردن دکمه مربوطه ایجاد می‌شود را برنمودار تغییرات اختلاف پتانسیل بر حسب زمان ببینید.
این شبیه ساز در دو حالت "با کموتاتور" و "بدون کموتاتور" طراحی شده؛ کموتاتور قطعه ای است که به صورت یک حلقه رسانای استوانه‌ای لغزان دارای شکاف است که معمولاً از مس ساخته می‌شود و هر بخش از حلقه به انتهای یک سرپیچه ژنراتور متصل است. اگر ژنراتوردارای چند سیم پیچ باشد، کموتاتور نیز چند بخش خواهد داشت که هر کدام از آنها متناظر با یک بخش از سیم پیچ است. در دو طرف حلقه لغزان کموتاتور، دو زغال قرار دارد که روی پایه‌های فنری سوار شده‌اند و با چرخش کموتاتور، با آن تماس فیزیکی دارند. در نتیجه این تماس، جریان سیم پیچ متناظر با هر بخش از کموتاتور برقرار می‌شود. ماهیت تولید الکتریسیته توسط مولدها تولید جریان متناوب است که با استفاده از کموتاتور می‌توان آن را به جریان مستقیم تبدیل کرد. شما می‌توانید با انتخاب مولد با کموتاتور و بدون کموتاتور و مقایسه نمودار ولتاژ برحسب زمان به نحوه کار کموتاتور پی ببرید.
به منظور آشنایی شما با نحوه تغییرات شار عبوری همچنین جهت جریان القایی و قانون لنز، کنترل هایی در شبیه ساز پیش بینی شده که با انتخاب آنها می‌توانید بردار میدان مغناطیسی حاصل از آهنربا همچنین جهت جریان القایی و جهت حرکت پیچه را فعال نمایید.
پس از مشاهده این شبیه ساز انتظار می‌رود بتوانید به سوال های زیر پاسخ دهید:
1-چگونگی تبدیل انرژی جنبشی به الکتریکی توسط مولدها را شرح دهید.
2-اثر کموتاتور درولتاژخروجی مولد چیست؟
3-تاثیرافزایش بسامد زاویه ای یا RPM بر ولتاژخروجی چیست؟
4- مولدهای تسلا جریان مستقیم تولید می کند یا متناوب؟
5-اگر جهت چرخش پیچه را تغییر دهیم چه اتفاقی می افتد؟
- آشنایی با قانون القای فارادی
- بررسی ساختمان و اساس کار مولدهای جریان متناوب
- مطالعه نحوه تغییر جریان متناوب به مستقیم در مولدها
