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2020.12.09 电机

电机的发电原理

电机的旋转原理和发电原理

上一篇文章介绍了电机的旋转原理。本文将介绍电机的发电原理。

如上一篇文章所述,电机是将电能转换为动力的设备,可以通过利用磁场和电流相互作用所产生的力来实现旋转运动。其实,反之,电机也能够通过电磁感应将机械能(运动)转换为电能。换个角度说,电机具有发电作用。提到发电,您可能就会想到发电机(也称为“Dynamo”、“Alternator”、“Generator”、“交流发电机”等),但是其原理与电机相同,并且基本结构相似。简而言之,电机可以通过使电流流经引脚而获得旋转运动,相反,当电机的轴旋转时,在引脚之间会有电流流过。

什么是电机的发电作用?

如前所述,电机的发电依赖于电磁感应。以下是相关定律(法则)和发电作用的图示。

电磁感应原理1

左图显示电流按照弗莱明右手定则流动。通过导线在磁通中的运动,在导线中产生电动势并且有电流流动。

中间的图和右图表示按照法拉第定律和楞次定律,当磁铁(磁通)靠近或远离线圈时,电流沿不同的方向流动。

我们将在此基础上来解释发电原理。

电机的发电原理

假设面积为S(=l×h)的线圈在均匀磁场中以ω的角速度旋转。
此时,假设线圈表面的平行方向(中间图中的黄线)和相对于磁通密度方向的垂直线(黑色虚线)形成角度为θ(=ωt),则穿透线圈的磁通量Φ由下式表示:

 穿透线圈的磁通量Φ计算

另外,通过电磁感应在线圈中产生的感应电动势E如下:

 电磁感应在线圈中产生的感应电动势E计算

当线圈表面的平行方向垂直于磁通方向时,电动势变为零,而水平时电动势的绝对值最大。

电机旋转原理2

这样,电机就具备了发电作用。我在这里说明的是电机具有旋转动作和发电作用,并不意味着要将电机用于发电。如果要发电,通常使用专为发电进行了优化的发电机。

关键要点:

・电机的发电作用与旋转动作一样,遵循电流、磁场和力的定律(法则)。

・电机通过电磁感应将机械能(运动)转换为电能。

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