مقدمه:

مولد dc یا ژنراتور جریان مستقیم (DC)، یک ماشین الکتریکی است که انرژی مکانیکی را به برق جریان مستقیم یا dc تبدیل می‌کند.

این تبدیل انرژی، مبتنی بر قاعده تولید القای دینامیک نیروی محرکه الکتریکی (emf) است.

در این مقاله، اصول عملکرد ژنراتور dc توضیح داده می شود.

شکل ۱، یک ژنراتور dc ساده شده را نشان می‌دهد.

این ژنراتور، از یک حلقه سیم تشکیل شده که در یک میدان مغناطیسی دوران می‌کند.

البته توجه داشته باشید که در عمل، ژنراتور dc از تعداد دور‌های زیاد به روی یک هسته آهنی تشکیل شده است.

برای سادگی، یک آهنربای دائم در میدان مغناطیسی نشان داده شده است.

دو انتهای حلقه سیم، به یک حلقه بریده شده متصل شده است.

این حلقه فلزی هادی، «کموتاتور» (Commutator) نامیده می‌شود.

کموتاتور، یک سوئیچ الکتریکی چرخان است که به صورت متناوب، جهت جریان را از روتور (بخش چرخان ماشین) به مدار خارجی تغییر می‌دهد.

با چرخیدن حلقه سیمی در میدان مغناطیسی، حلقه بریده شده کموتاتور نیز می‌چرخد.

هر نیمه حلقه بریده شده، با دو اتصال ثابت سایش دارد که که «جاروبک» (Brush) نامیده می‌شوند.

جاروبک‌ها، قطعه‌های کربنی هستند که برای اتصال الکتریکی بین بخش ثابت و بخش چرخان به ماشین پِرِس شده‌اند.

جاروبک‌ها، اتصال مدار خارجی به سیم چرخان را برقرار می‌کنند.

همان‌طور که در شکل ۱ نشان داده شده است، اگر با یک نیروی مکانیکی خارجی، حلقه سیمی را در میدان مغناطیسی بچرخانیم، خطوط شار را با زوایای مختلفی قطع می‌کند.

در وضعیت A. (هنگام چرخش)، حلقه موازی با میدان مغناطیسی است.

بنابراین، در این لحظه، حلقه خطوط شار را قطع نمی‌کند.

طی حرکت از وضعیت A. به وضعیت B، حلقه خطوط شار را قطع می‌کند و مقدار آن افزایشی است.

در وضعیت B، حلقه عمود بر میدان مغناطیسی است و تعداد خطوطی را که قطع می‌کند، حداکثر است.

حین تغییر وضعیت حلقه از نقطه B به نقطه C، تعداد خطوطی از شار که حلقه، آن‌ها را در بر می‌گیرد کاهش پیدا می‌کند و در نقطه C. به حداقل مقدار خود (صفر) می‌رسد.

حرکت از وضعیت C به D، با افزایش خطوط درون حلقه همراه است و در نقطه D. به حداکثر مقدار خود می‌رسد.

پس از آن، حلقه با کمینه مقدار خطوط شار از وضعیت A عبور می‌کند و همین فرایند ادامه پیدا خواهد کرد.

همان‌طور که می‌دانیم، وقتی یک سیم، خطوط میدان مغناطیسی را قطع کند، ولتاژی در آن القا خواهد شد.

مقدار ولتاژ القا شده، متناسب با تعداد دور یا حلقه‌های سیم و وضعیت نسبت به میدان مغناطیسی است.

زاویه‌ای که در آن، سیم نسبت به خطوط شار حرکت می‌کند، تعیین کننده مقدار ولتاژ القایی است، زیرا مقداری که سیم خطوط شار را قطع می‌کند، به زاویه حرکت بستگی دارد.

مولد dc