電機的發電原理

2022-01-07 硬體攻城獅

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上一篇文章介紹了電機的旋轉原理。本文將介紹電機的發電原理。

如上一篇文章所述，電機是將電能轉換為動力的設備，可以通過利用磁場和電流相互作用所產生的力來實現旋轉運動。其實，反之，電機也能夠通過電磁感應將機械能（運動）轉換為電能。換個角度說，電機具有發電作用。提到發電，您可能就會想到發電機（也稱為「Dynamo」、「Alternator」、「Generator」、「交流發電機」等），但是其原理與電機相同，並且基本結構相似。簡而言之，電機可以通過使電流流經引腳而獲得旋轉運動，相反，當電機的軸旋轉時，在引腳之間會有電流流過。

什麼是電機的發電作用？

如前所述，電機的發電依賴於電磁感應。以下是相關定律（法則）和發電作用的圖示。

左圖顯示電流按照弗萊明右手定則流動。通過導線在磁通中的運動，在導線中產生電動勢並且有電流流動。

中間的圖和右圖表示按照法拉第定律和楞次定律，當磁鐵（磁通）靠近或遠離線圈時，電流沿不同的方向流動。

我們將在此基礎上來解釋發電原理。

電機的發電原理

假設面積為S（＝l×h）的線圈在均勻磁場中以ω的角速度旋轉。
此時，假設線圈表面的平行方向（中間圖中的黃線）和相對於磁通密度方向的垂直線（黑色虛線）形成角度為θ（=ωt），則穿透線圈的磁通量Φ由下式表示：

　

另外，通過電磁感應在線圈中產生的感應電動勢E如下：

　

當線圈表面的平行方向垂直於磁通方向時，電動勢變為零，而水平時電動勢的絕對值最大。

這樣，電機就具備了發電作用。我在這裡說明的是電機具有旋轉動作和發電作用，並不意味著要將電機用於發電。如果要發電，通常使用專為發電進行了優化的發電機。

~END~

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