電機(jī)的發(fā)電原理

上一篇文章介紹了電機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理。本文將介紹電機(jī)的發(fā)電原理。

如上一篇文章所述，電機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換為動(dòng)力的設(shè)備，可以通過(guò)利用磁場(chǎng)和電流相互作用所產(chǎn)生的力來(lái)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。其實(shí)，反之，電機(jī)也能夠通過(guò)電磁感應(yīng)將機(jī)械能（運(yùn)動(dòng)）轉(zhuǎn)換為電能。換個(gè)角度說(shuō)，電機(jī)具有發(fā)電作用。提到發(fā)電，您可能就會(huì)想到發(fā)電機(jī)（也稱(chēng)為“Dynamo”、“Alternator”、“Generator”、“交流發(fā)電機(jī)”等），但是其原理與電機(jī)相同，并且基本結(jié)構(gòu)相似。簡(jiǎn)而言之，電機(jī)可以通過(guò)使電流流經(jīng)引腳而獲得旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，相反，當(dāng)電機(jī)的軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，在引腳之間會(huì)有電流流過(guò)。

什么是電機(jī)的發(fā)電作用？

如前所述，電機(jī)的發(fā)電依賴(lài)于電磁感應(yīng)。以下是相關(guān)定律（法則）和發(fā)電作用的圖示。

左圖顯示電流按照弗萊明右手定則流動(dòng)。通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)在磁通中的運(yùn)動(dòng)，在導(dǎo)線(xiàn)中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)并且有電流流動(dòng)。

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

我們將在此基礎(chǔ)上來(lái)解釋發(fā)電原理。

電機(jī)的發(fā)電原理

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

另外，通過(guò)電磁感應(yīng)在線(xiàn)圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E如下：

當(dāng)線(xiàn)圈表面的平行方向垂直于磁通方向時(shí)，電動(dòng)勢(shì)變?yōu)榱?，而水平時(shí)電動(dòng)勢(shì)的絕對(duì)值最大。

這樣，電機(jī)就具備了發(fā)電作用。我在這里說(shuō)明的是電機(jī)具有旋轉(zhuǎn)動(dòng)作和發(fā)電作用，并不意味著要將電機(jī)用于發(fā)電。如果要發(fā)電，通常使用專(zhuān)為發(fā)電進(jìn)行了優(yōu)化的發(fā)電機(jī)。

審核編輯：湯梓紅