發電機的工作原理(了解發電機的工作原理)
發電機的發電過程是一個能量轉換過程 。例如水流能量帶動水輪機旋轉 ， 水輪機帶動發電機旋轉 ， 輸出感應電動勢 ， 即把水庫中水流的能量轉化為電能 。
發電機的基本工作過程就是通過電磁感應將驅動發電機轉子的各種機械能轉化為電能的過程 。
1.DC發電機的工作原理
DC發電機工作時 ， 外部機械力驅動導體線圈在磁場中旋轉 ， 不斷切割磁感應線 ， 產生感應電動勢 。圖1顯示了典型的DC發電機的工作原理 。
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圖2顯示DC發電機轉子繞組在開始旋轉的瞬間通過啟動網絡工作 。當外部機械力驅動繞組旋轉時 ， 線圈ab和cd分別切割磁感應線 。根據電磁感應原理 ， 電流在繞組內部產生 ， 電流的方向可以用右手定則判斷如下:感應電流通過線圈dc→cb→ba、換向器1、電刷A、電流表、電刷B、換向器2形成回路 。
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圖3顯示了DC發電機轉子繞組90轉后的工作過程 。當繞組轉動90度時 ， 繞組兩側處于磁場的物理中性面 ， 電刷不接觸換向片 ， 繞組內無電流流動 ， F=0 ， 轉矩消失 。
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圖4為DC發電機轉子繞組旋轉90°后的工作過程 。在外部機械力的作用下 ， 轉子繞組繼續旋轉 。此時繞組繼續切割磁感應線 ， 繞組內會產生感應電流 ， 通過繞組ab→bc→cd、換向器2、電刷A、電流表、電刷B、換向器1形成回路 。
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從圖5可以看出 ， 轉子繞組中的感應電動勢是交流電動勢 ， 而電刷AB端的電動勢是DC電動勢 ， 即轉子繞組輸出的電流總是通過帶電刷的換向器向一個方向流動 ， 這就是DC發電機的工作原理 。
值得注意的是 ， 在實際的DC發電機中 ， 轉子繞組不是單個線圈 ， 而是由多個線圈組成 。繞組中的這些線圈均勻分布在轉子鐵芯的槽中 ， 線圈的端點連接到換向器的相應滑塊上 。實際上 ， 換向器由許多弧形導電滑塊組成 ， 它們通過云母片相互絕緣 。換向器和線圈的滑塊數量越多 ， 發電機產生的DC紋波越小 。一般中小型DC發電機的輸出電壓為115伏、230伏和460伏 ， 大型DC發電機的輸出電壓約為800伏
2.交流同步發電機的工作原理
同步發電機的工作過程可以簡單地看作是DC發電機中取消換向器裝置后的工作過程 ， 即發電機轉子繞組轉動時沒有換向過程 ， 電流輸出方向在電網中發生變化 。
此外 ， 在交流同步發電機中 ， 不是轉子繞組切割磁感應線 ， 而是轉子產生旋轉磁場(勵磁裝置是電流的勵磁繞組) ， 使定子繞組切割磁感應線 ， 從而產生感應電動勢并通過端子引出 。圖6是交流發電機工作過程的示意圖 。
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根據定子繞組的輸出相數 ， 同步發電機可以設計成產生單相或多相交流電壓 。圖7是產生單相、兩相和三相交流電壓的基本設置 。
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圖8是單相交流發電機的工作原理示意圖 。磁鐵旋轉后 ， 在兩個定子繞組A和b中產生正弦波交流電動勢E ， 產生電動勢的電源稱為相位 。這種發電機使用單相兩線供電的交流電 ， 稱為單相交流電 。這種分配方式稱為單相雙線制 。
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在這種發電機中 ， 定子槽內有三個結構相同的定子繞組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 ， 這些繞組之間相隔120 at 空 。轉子磁場正弦分布在空之間 。當轉子由原動機驅動以恒定角速度順時針旋轉時 ， 三個定子繞組中會產生三個頻率相同、幅值相等、相位差為120°的正弦EMF ， 從而形成對稱的三相EMF 。
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