根据电磁感应机理,当导线在稳定磁场中做切割磁力线的运动时,运动导体内电子受到洛伦兹力的的功用会在导线两端出现电势,电势方向遵循右手定则,这样发生的电势称为动生电动势。龙岗发电机出租发电机就是根据这个机理来发电的,下面通过一个原理模型来演示发电机的工作原理。
现在用一对磁铁来发生发电机的磁场,磁力线从北极到南极。注:为大概清晰,在此图中没有显示闭合的磁路,仅显示用来产生电势部分的磁场。在磁场内放入矩形线圈,线圈两端通向两个滑环,滑环通过碳刷连接到输出线上,输出线。
当线圈旋转时,根据电磁感应原理,线圈两端将会产生感应电动势,当磁场是均匀的,矩形线圈作匀速旋转时,感应电势按正弦规律变化,在负荷电阻上有正弦交流电通过,于是是一台单相交流发电机机理模型。
下面有一个动画演示这个工作流程,动画中绿色小球运动的方向表示感应电流的方向、运动的转速表示感应电流的大小。
在交流发电机机理课件中模型的磁场是不动的,线圈在磁场中旋转产生感应电势。在实际发电机中发生感应电势的线圈是不运动的,运动的是磁场。发生磁场的是一个可旋转的磁铁,两端为南、北两磁极,是发电机的转子,线圈在磁铁外围,与磁铁转轴同一平面。当磁铁旋转时出现旋转磁场,线圈切割磁力线。
因为空气的磁导率过低,在旋转磁铁的外围安上环型铁芯,也就是定子,可大大加强磁铁的磁感应强度。在定子铁芯的内圆有一对槽,线圈嵌装在槽内。为了看清线圈电流与转子的运动关系,把定子变成半透明的。当磁铁旋转时,线圈切割磁力线。
真正发电机的转子是电磁铁,转子上绕有励磁线圈,通过滑环向励磁线圈供电来产生磁场。把定子与线圈安在转子外围,一个单相交流发电机原理模型就组成了,见图3。
转子作匀速旋转时,线圈就感生交流电流,运动的方向表示感应电流的方向、运动的转速表示感应电流的大小。
在这个模型中感生电压的频率与转子转速完全相同,感生的电压的变化与转子旋转完全对应,当转速为每分钟1500转时,发出的交流电频率为50周波(Hz)。因为定子绕组只有一个线框,只能发出单相交流电。有关三相交流发电机请到三相交流发电机机理模型课件。
这种旋转磁场的发电机称为旋转磁极式同步发电机。在以下动画中从旋转电枢模型开始引荐,再推荐旋转磁极式同步发电机机理模型。
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