發電機的發電過程是種能量轉換過程,發電機的工作原理是由各種帶動發電機轉子轉動的機械能,通過電磁感應轉換為電能,柴油機運轉帶動設備的大輪運轉,然后由皮帶動發電機轉動,并輸出感應電動勢,即將柴油機的動力能量轉換為電能;也由水輪機、汽輪機、風車或其他動力機械驅動,將水流,氣流,燃料燃燒或原子核裂變產生的能量轉化為機械能傳給發電機,再由發電機轉換為電能。
直流發電機工作時,外部機械力的作用帶動導體線圈在磁場中轉動,并不斷切割磁感線,產生感應電動勢。圖1所示為典型直流發電機的工作原理示意圖
圖2所示為直流發電機轉子繞組開始旋轉瞬間的工作過程。當外部機械力帶動繞組轉動時,線圈ab和cd分別做切割磁感線動作,根據電磁感應原理,繞組內部產生電流,電流的方向由右手定則可判斷為:感應電流經線圈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所示為直流發電機轉子繞組轉過90°后的工作過程。當繞組轉過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=0,轉矩消失。
圖4所示為直流發電機轉子繞組再經90°旋轉后的工作過程。受外部機械力作用,轉子繞組繼續旋轉,這時繞組繼續做切割磁感線動作,繞組中又可產生感應電流,該感應電流經繞組ab→bc→cd、換向器2、電刷A、電流表、電刷B、換向器1形成回路。
另外,在交流同步發電機中,并不是由轉子繞組做切割磁感線運動,而是由轉子產生旋轉的磁場(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,從而產生感應電動勢,并通過接線子引出。圖6所示為交流發電機的工作過程示意圖。
交流同步發電機根據定子繞組輸出相數,可以設計成產生單相或多相交流電壓的發電機。圖7為產生單相、兩相和三相交流電壓的基本設置。
圖8所示為單相交流發電機工作原理示意圖。磁鐵旋轉后,在兩個定子繞組A、B中產生正弦波交流電動勢e。將產生電動勢的電源稱為相,這種發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。
在該類發電機中,定子槽內放置著3個結構相同的定子繞組AX、BY、CZ,其中A、B、C稱為繞組的始,X、Y、Z稱為繞組的末,這些繞組在空間互隔120°。轉子磁場在空間按正弦規律分布,當轉子由原動機帶動以角速度ω等速順時針方向旋轉時,在3個定子繞組中就產生頻率相同、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。
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