發電機專題-旋轉磁場交流發電機原理

2021-02-15 電力知識課堂

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接上篇：發電機專題-單相永磁交流發電機

在交流發電機原理課件中模型的磁場是不動的，線圈在磁場中旋轉產生感應電勢。在實際發電機中產生感應電勢的線圈是不運動的，運動的是磁場。產生磁場的是一個可旋轉的磁鐵，兩端為南、北兩磁極，是發電機的轉子，線圈在磁鐵外圍，與磁鐵轉軸同一平面。當磁鐵旋轉時產生旋轉磁場，線圈切割磁力線產生感應電動勢。見圖1。

② 線圈  Copper Wire loop             ③ 永磁體轉子  Permanent magnet rotor 

④ 磁力線 Lines of flux                                      ⑤ 負載電阻   Load resistance

圖1--旋轉磁場交流發電機原理

由於空氣的磁導率太低，在旋轉磁鐵的外圍安上環型鐵芯，也就是定子，可大大加強磁鐵的磁感應強度。在定子鐵芯的內圓有一對槽，線圈嵌裝在槽內。為了看清線圈電流與轉子的運動關係，把定子變成半透明的。當磁鐵旋轉時，線圈切割磁力線感生交流電流，見圖2。

①  定子鐵心 Stator core                             ② 線圈 Copper Wire loop   

③  永磁體轉子 Permanent magnet rotor            ④ 磁力線 Lines of flux 

⑤  負載電阻 Load resistance 

圖2--旋轉磁場交流發電機工作

真正發電機的轉子是電磁鐵，轉子上繞有勵磁線圈，通過滑環向勵磁線圈供電來產生磁場。把定子與線圈安在轉子外圍，一個單相交流發電機原理模型就組成了，見圖3。

① 定子鐵心 Stator core                                   ② 定子繞組 Stator winding 

③ 轉子鐵心  Rotor core                            ④  勵磁繞組  Excitation winding  

⑤ 電刷   Brush                                                           ⑥  集電環  Slip rings

⑦ 負載電阻 Load resistance             ⑧  勵磁電源   Excitation power supply

⑨ 磁力線 Lines of flux

圖3--勵磁轉子交流發電機原理

轉子作勻速旋轉時，線圈就感生交流電流，畫面中綠色小球運動的方向表示感應電流的方向、運動的速度表示感應電流的大小。

在這個模型中感生電壓的頻率與轉子轉速完全相同，感生的電壓的變化與轉子旋轉完全對應，當轉速為每秒50轉（50r/s）或每分鐘3000轉（3000r/min）時，發出的交流電頻率為50赫茲（Hz）。由於定子繞組只有一個線框，只能發出單相交流電。有關三相交流發電機請到三相交流發電機原理模型課件。

這種旋轉磁場的發電機稱為旋轉磁極式同步發電機。在以下動畫中從旋轉電樞模型開始介紹，再介紹旋轉磁極式同步發電機原理模型。

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