Генератор работает на основе закона электромагнитной индукции Фарадея— электродвижущая сила (ЭДС) индуцируется в прямоугольном контуре (проволочной рамке), вращающимся в однородном вращающемся магнитном поле.
Допустим, что однородное магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом вращается вокруг своей оси в проводящем контуре (проволочной рамке) с равномерной угловой скоростью . Две равные порознь вертикальные стороны контура (см. рисунок) являются активными, так как их пересекают магнитные линии магнитного поля. Две равные порознь горизонтальные стороны контура — не активные, так как магнитные линии магнитного поля их не пересекают, магнитные линии скользят вдоль горизонтальных сторон, электродвижущая сила в них не образуется.
В каждой из активных сторон контура индуктируется электродвижущая сила, величина которой определяется по формуле:
и ,
Где и — мгновенные значения электродвижущих сил, индуктированных в активных сторонах контура, в вольтах;
— магнитная индукция магнитного поля в вольт-секундах на квадратный метр (Тл, Тесла);
|
|
— длина каждой из активных сторон контура в метрах;
— линейная скорость, с которой магнитные линии магнитного поля движутся по окружности радиусом в метрах в секунду;
— время в секундах;
и — углы, под которыми магнитные линии пересекают активные стороны контура.
Так как электродвижущие силы, индуктированные в активных сторонах контура, действуют согласно друг с другом, то результирующая электродвижущая сила, индуктируемая в контуре,
будет равна , то есть индуктированная электродвижущая сила в контуре изменяется по синусоидальному закону.
Если в контуре вращается однородное магнитное поле с равномерной угловой скоростью, то в нём индуктируется синусоидальная электродвижущая сила.
Можно преобразовать формулу , выразив её через максимальный магнитный поток , пронизывающий контур.
Относительная линейная скорость активных сторон равна произведению радиуса вращения на угловую скорость , то есть .
Тогда получим ,
где
— амплитуда синусоидальной электродвижущей силы;
— фаза синусоидальной электродвижущей силы;
— угловая скорость синусоидальной электродвижущей силы, в данном случае равная угловой скорости вращения магнита в контуре.
С учётом того, что контур состоит из многих витков провода, электродвижущая сила пропорциональна количеству витков и формула будет выглядеть так: .
Если ввести в формулу максимальный магнитный поток, тогда .