Question

简述发电机的工作原理

Answer 1

发电机的发电过程是一种能量转换过程，例如，水流动的能量带动水轮机转动，由水轮机带动发电机转动，并输出感应电动势，即将水库中水流的能量转换为电能。

发电机基本的工作过程即为将各种带动发电机转子转动的机械能，通过电磁感应转换为电能的过程。

1.直流发电机的工作原理

直流发电机工作时，外部机械力的作用带动导体线圈在磁场中转动，并不断切割磁感线，产生感应电动势。

图1所示为典型直流发电机的工作原理示意图

图2所示为直流发电机转子绕组开始旋转瞬间的工作过程。当外部机械力带动绕组转动时，线圈ab和cd分别做切割磁感线动作，根据电磁感应原理，绕组内部产生电流，电流的方向由右手定则可判断为：感应电流经线圈dccbba、换向器1、电刷A、电流表、电刷B、换向器2形成回路。图3所示为直流发电机转子绕组转过90°后的工作过程。当绕组转过90°时，两个绕组边处于磁场物理中性面，且电刷不与换向片接触，绕组中没有电流流过，F=0，转矩消失。图4所示为直流发电机转子绕组再经90°旋转后的工作过程。受外部机械力作用，转子绕组继续旋转，这时绕组继续做切割磁感线动作，绕组中又可产生感应电流，该感应电流经绕组abbccd、换向器2、电刷A、电流表、电刷B、换向器1形成回路。从图5中可以看到，转子绕组内的感应电动势是一种交变电动势，而在电刷AB端的电动势却是直流电动势，即通过换向器配合电刷，使转子绕组输出的电流始终是一个方向，即为直流发电机的工作原理。值得注意的是，在实际直流发电机中，转子绕组并不是单线圈，而是由许多线圈组成的，绕组中的这些线圈均匀地分布在转子铁芯的槽内，线圈的端点接到换向器的相应滑片上。换向器实际上由许多弧形导电滑片组成，彼此用云母片相互绝缘。线圈和换向器的滑片数目越多，发电机产生的直流电脉动就越小。一般中小型直流发电机输出的电压有115V、230V、460V，大型直流发电机输出电压为800V左右。