發電機的原理-線圈中產生感應電動勢

2020-12-03 直觀學汽車

日常生活中,我們能見到許多發電機,例如:小型家用發電機、風力發電機、車用發電機等,但發電機究竟是如何發電的呢?

風力發電機
小型發電機
車用發電機的結構

線圈內的磁通變化時,線圈內產生電動勢的現象叫做電磁感應。固定線圈,移動磁鐵可以產生電動勢;相反,固定磁鐵,移動線圈也可產生電動勢。

例如:一定的磁場內(磁極間:N極和S極之間)插入線圈的瞬間或改變線圈的方向的瞬間,線圈內的磁通會變化,就會產生感應電動勢。這裡我們將看看在一定的磁場內線圈產生的感應電動勢。

如上圖所示,把線圈放入磁極間的瞬間,導體內會流過電流。現在,我們上下拉起磁鐵的話,因為線圈內的磁通急劇增加,會流過電流抵消這個磁通。這個電流按照楞次定律規定的方向流過,插入速度越快,流過電流越大。同樣,磁場越強,電流越大,線圈越多,電流也就越大。

我們試著在磁極間放入方形線圈並轉動。隨著轉動角度的變化,通過線圈內磁通量也在變化,在線圈內就會產生感應電動勢,並流過電流。這種情況,隨著線圈的轉動角度的變化,通過線圈的磁通量也會變化,產生電流時而變大、時而變小。

在轉動180°的位置時電流方向會發生改變。因為線圈的轉動角度變化而產生電流,所以轉動角度每發生180°變化時,電流的方向發生變化,這就所謂的「交流發電」。這種現象就是發動機的原理。實際上電動機旋轉時,電動機的繞組內也會產生符合發電機原理的感應電動勢。這個是我們了解新能源電動汽車能量回收重要現象之一。

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