發(fā)電機的工作原理是什么

時間：2020-01-15

發(fā)電機的發(fā)電過程是一種能量轉(zhuǎn)換過程，例如，水流動的能量帶動水輪機轉(zhuǎn)動，由水輪機帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)動，并輸出感應(yīng)電動勢，即將水庫中水流的能量轉(zhuǎn)換為電能。

發(fā)電機基本的工作過程即為將各種帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的機械能，通過電磁感應(yīng)轉(zhuǎn)換為電能的過程。

1.直流發(fā)電機的工作原理

直流發(fā)電機工作時，外部機械力的作用帶動導(dǎo)體線圈在磁場中轉(zhuǎn)動，并不斷切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。圖1所示為典型直流發(fā)電機的工作原理示意圖

圖2所示為直流發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組開始旋轉(zhuǎn)瞬間的工作過程。當(dāng)外部機械力帶動繞組轉(zhuǎn)動時，線圈ab和cd分別做切割磁感線動作，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，繞組內(nèi)部產(chǎn)生電流，電流的方向由右手定則可判斷為：感應(yīng)電流經(jīng)線圈dc→cb→ba、換向器1、電刷A、電流表、電刷B、換向器2形成回路。

圖3所示為直流發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)過90°后的工作過程。當(dāng)繞組轉(zhuǎn)過90°時，兩個繞組邊處于磁場物理中性面，且電刷不與換向片接觸，繞組中沒有電流流過，F(xiàn)=0，轉(zhuǎn)矩消失。

圖4所示為直流發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組再經(jīng)90°旋轉(zhuǎn)后的工作過程。受外部機械力作用，轉(zhuǎn)子繞組繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，這時繞組繼續(xù)做切割磁感線動作，繞組中又可產(chǎn)生感應(yīng)電流，該感應(yīng)電流經(jīng)繞組ab→bc→cd、換向器2、電刷A、電流表、電刷B、換向器1形成回路。

從圖5中可以看到，轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)的感應(yīng)電動勢是一種交變電動勢，而在電刷AB端的電動勢卻是直流電動勢，即通過換向器配合電刷，使轉(zhuǎn)子繞組輸出的電流始終是一個方向，即為直流發(fā)電機的工作原理。

值得注意的是，在實際直流發(fā)電機中，轉(zhuǎn)子繞組并不是單線圈，而是由許多線圈組成的，繞組中的這些線圈均勻地分布在轉(zhuǎn)子鐵芯的槽內(nèi)，線圈的端點接到換向器的相應(yīng)滑片上。換向器實際上由許多弧形導(dǎo)電滑片組成，彼此用云母片相互絕緣。線圈和換向器的滑片數(shù)目越多，發(fā)電機產(chǎn)生的直流電脈動就越小。一般中小型直流發(fā)電機輸出的電壓有115V、230V、460V，大型直流發(fā)電機輸出電壓為800V左右。

2.交流同步發(fā)電機的工作原理

交流同步發(fā)電機的工作過程可以簡單看作為取消直流發(fā)電機中的換向器裝置后的工作過程，即在發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組旋轉(zhuǎn)過程中無換向過程，電流輸出方向發(fā)生變化的過程。

另外，在交流同步發(fā)電機中，并不是由轉(zhuǎn)子繞組做切割磁感線運動，而是由轉(zhuǎn)子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場（勵磁裝置為勵磁繞組通入電流），使定子繞組做切割磁感線的運動，從而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，并通過接線端子引出。圖6所示為交流發(fā)電機的工作過程示意圖。

交流同步發(fā)電機根據(jù)定子繞組輸出相數(shù)，可以設(shè)計成產(chǎn)生單相或多相交流電壓的發(fā)電機。圖7為產(chǎn)生單相、兩相和三相交流電壓的基本設(shè)置。

圖8所示為單相交流發(fā)電機工作原理示意圖。磁鐵旋轉(zhuǎn)后，在兩個定子繞組A、B中產(chǎn)生正弦波交流電動勢e。將產(chǎn)生電動勢的電源稱為相，這種發(fā)電機使用由單相和兩根電線供給的交流，稱為單相交流，這種配電方式稱為單相二線制。

在該類發(fā)電機中，定子槽內(nèi)放置著3個結(jié)構(gòu)相同的定子繞組AX、BY、CZ，其中A、B、C稱為繞組的始端，X、Y、Z稱為繞組的末端，這些繞組在空間互隔120°。轉(zhuǎn)子磁場在空間按正弦規(guī)律分布，當(dāng)轉(zhuǎn)子由原動機帶動以角速度ω等速順時針方向旋轉(zhuǎn)時，在3個定子繞組中就產(chǎn)生頻率相同、幅值相等、相位上互差120°的3個正弦電動勢，這樣就形成了對稱三相電動勢。

來源：網(wǎng)絡(luò)

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