旋轉(zhuǎn)磁場交流發(fā)電機(jī)原理模型

在這個(gè)模型中磁場是不動(dòng)的，線圈在磁場中旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生感應(yīng)電勢。在實(shí)際發(fā)電機(jī)中產(chǎn)生感應(yīng)電勢的線圈是不運(yùn)動(dòng)的，運(yùn)動(dòng)的是磁場。產(chǎn)生磁場的是一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的磁鐵，也就是轉(zhuǎn)子，線圈在磁鐵外圍，與磁鐵轉(zhuǎn)軸同一平面。當(dāng)磁鐵旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，線圈切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。

由于空氣的磁導(dǎo)率太低，在旋轉(zhuǎn)磁鐵的外圍安上環(huán)型鐵芯，也就是定子，可大大加強(qiáng)磁鐵的磁感應(yīng)強(qiáng)度。在定子鐵芯的內(nèi)圓有一對(duì)槽，線圈嵌裝在槽內(nèi)。為了看清線圈電流與轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，把定子變成半透明的。當(dāng)磁鐵旋轉(zhuǎn)時(shí)，線圈切割磁力線感生交流電流。

真正發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是電磁鐵，轉(zhuǎn)子上繞有勵(lì)磁線圈，通過滑環(huán)向勵(lì)磁線圈供電來產(chǎn)生磁場。把定子與線圈安在轉(zhuǎn)子外圍，一個(gè)單相交流發(fā)電機(jī)原理模型就組成了。

轉(zhuǎn)子作勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，線圈就感生交流電流，畫面中綠色小球運(yùn)動(dòng)的方向表示感應(yīng)電流的方向、運(yùn)動(dòng)的速度表示感應(yīng)電流的大小。

三相交流發(fā)電機(jī)原理模型

實(shí)際應(yīng)用的都是三相交流發(fā)電機(jī)，其定子鐵芯的內(nèi)圓均勻分布著6個(gè)槽，嵌裝著三個(gè)相互間隔120度的同樣線圈，分別稱之為A相線圈、B相線圈、C相線圈。裝上轉(zhuǎn)子就組成了一臺(tái)三相交流發(fā)電機(jī)原理模型。

畫面中的三相交流發(fā)電機(jī)采用星形接法，三個(gè)線圈的公共點(diǎn)引出線是中性線，每個(gè)線圈的引出線是相線。

當(dāng)轉(zhuǎn)子勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)三個(gè)線圈順序切割磁力線，都會(huì)感生交流電動(dòng)勢，其幅度與頻率相同。由于三個(gè)線圈相互間隔120度，它們感應(yīng)電勢的相位也相差120度。在畫面上有每根相線的輸出電勢波形。

汽輪發(fā)電機(jī)的構(gòu)造

這里介紹汽輪發(fā)電機(jī)的構(gòu)造，是由蒸汽輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)推動(dòng)的發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)主要由轉(zhuǎn)子與定子組成，由于汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速很高，故汽輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是兩極的，額定轉(zhuǎn)速每分鐘3000轉(zhuǎn)，輸出50赫茲的三相交流電。

這是轉(zhuǎn)子鐵芯構(gòu)造示意圖，在鐵芯圓周上開有一些槽，嵌有勵(lì)磁繞組，在圓周兩側(cè)各有一段槽距大的面稱為大齒，就是磁極（圖1所示）。勵(lì)磁繞組兩端通過集電環(huán)（滑環(huán)）接到勵(lì)磁電源，在轉(zhuǎn)子圓周兩側(cè)就形成北極與南極，旋轉(zhuǎn)時(shí)就產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。

由于轉(zhuǎn)子圓周上沒有凸出的磁極（不像原理模型中的轉(zhuǎn)子），稱之為隱極式轉(zhuǎn)子。

圖2為嵌有勵(lì)磁繞組的轉(zhuǎn)子模型，為降低發(fā)電機(jī)的溫度，在轉(zhuǎn)子兩端還裝有風(fēng)扇。

定子鐵芯由導(dǎo)磁良好的硅鋼片疊成，在鐵芯內(nèi)圓均勻分布著許多槽（圖3所示）。

在槽內(nèi)嵌放定子的三相繞組。每相繞組由多個(gè)線圈組成，按一定規(guī)律對(duì)稱排列。（圖4所示）。使定子鐵芯透明可看清繞組的分布（圖4所示）。

轉(zhuǎn)子插在定子內(nèi)部，定子與轉(zhuǎn)子的相對(duì)位置如圖5所示。

定子固定在發(fā)電機(jī)的機(jī)座（外殼）內(nèi)，轉(zhuǎn)子由機(jī)座兩端的軸承支撐，可在定子內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)。集電環(huán)在機(jī)殼外側(cè)，和碳刷架一同裝在隔音罩內(nèi)。在發(fā)電機(jī)外殼下方有發(fā)電機(jī)出線盒，發(fā)出的三相交流電從這里引出（圖6所示）

圖7是發(fā)電機(jī)外觀圖

多磁極發(fā)電機(jī)原理模型

多磁極發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子有多對(duì)磁極，

圖1是有3對(duì)磁極的轉(zhuǎn)子模型。由于每個(gè)磁極都是從轉(zhuǎn)子上明顯凸起，稱之為凸極式轉(zhuǎn)子。每個(gè)磁極上都繞有勵(lì)磁線圈，形成南北相間的6個(gè)磁極，勵(lì)磁電源通過滑環(huán)向勵(lì)磁線圈供電。

該模型的轉(zhuǎn)子有3對(duì)磁極，旋轉(zhuǎn)一周磁場將循環(huán)3個(gè)周期，每旋轉(zhuǎn)120度磁場變化1個(gè)周期。定子內(nèi)園周有18個(gè)槽

在120度機(jī)械角度里有6個(gè)槽，均勻分布A相、B相、C相3個(gè)線圈；另外兩個(gè)120度里同樣各自分布3個(gè)線圈。3個(gè)A相線圈串聯(lián)起來即為整機(jī)的A相繞組，3個(gè)B相線圈串聯(lián)起來即為整機(jī)的B相繞組，3個(gè)C相線圈串聯(lián)起來即為整機(jī)的C相繞組，3個(gè)繞組按星形接法將三個(gè)繞組尾端連在一起引出即中性線，3個(gè)繞組的引出端為相線。

為看清線圈的分布與連接，圖4中定子為半透明。

轉(zhuǎn)子插在定子中，與定子有很小間隙，可自由旋轉(zhuǎn)。

當(dāng)轉(zhuǎn)子勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)A、B、C相線圈順序切割磁力線，都會(huì)感生交流電動(dòng)勢，其幅度與頻率相同。由于三個(gè)線圈均勻分布，它們感應(yīng)電勢的相位也相差120度電角度（每周期為360度電角度）。

當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周將感生出3個(gè)周期的三相交流電動(dòng)勢。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為每分鐘1000轉(zhuǎn)時(shí)，所感生交流電動(dòng)勢的頻率為50赫茲。

本模型僅是個(gè)原理模型，定子線圈的分布與連接僅表示基本規(guī)律，實(shí)際發(fā)電機(jī)上定子的槽數(shù)要多得多，繞組分布也復(fù)雜得多。

通過動(dòng)畫可看到每根相線的輸出電勢波形。

水輪發(fā)電機(jī)的構(gòu)造

水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速都比較低，特別是立式水輪機(jī)，所以水輪發(fā)電機(jī)采用多對(duì)磁極結(jié)構(gòu)，這里介紹一個(gè)有12對(duì)磁極的水輪機(jī)發(fā)電機(jī)模型。

圖1是該水輪機(jī)的轉(zhuǎn)子模型，有南北相間的24個(gè)磁極，每個(gè)磁極上都繞有勵(lì)磁線圈。

勵(lì)磁電源通過集電環(huán)（滑環(huán)）向勵(lì)磁線圈供電。集電環(huán)裝在轉(zhuǎn)子軸的端頭。

發(fā)電機(jī)定子鐵芯由導(dǎo)磁良好的硅鋼片疊成，在鐵芯內(nèi)圓均勻分布著許多槽，
 用來嵌放定子線圈。

定子線圈嵌放在定子槽內(nèi)，組成三相繞組，每相繞組由多個(gè)線圈組成，按一定規(guī)律對(duì)稱排列。

定子由機(jī)座固定，一同安裝在水泥基礎(chǔ)上。

轉(zhuǎn)子插在定子中間，與定子有很小間隙，轉(zhuǎn)子由下機(jī)架支撐，可以自由旋轉(zhuǎn)。

安裝好上機(jī)架，鋪好上平臺(tái)地板，在外罩內(nèi)裝好電刷裝置，一臺(tái)水輪機(jī)發(fā)電機(jī)模型就安裝好了。

該水輪機(jī)發(fā)電機(jī)模型轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周將感生出12個(gè)周期的三相交流電動(dòng)勢。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為每分鐘250轉(zhuǎn)時(shí)，所發(fā)交流電的頻率為50赫茲。

爪極發(fā)電機(jī)構(gòu)造

爪極發(fā)電機(jī)具有制造簡單、成本低廉的特點(diǎn)，主要用在小型發(fā)電場合，特別是在汽車發(fā)電機(jī)、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)中得到廣泛應(yīng)用。其實(shí)它也是一種多極發(fā)電機(jī)，只不過轉(zhuǎn)子勵(lì)磁的磁極使用的是爪狀磁極。下面介紹一種6對(duì)磁極的爪極發(fā)電機(jī)。

發(fā)電機(jī)定子鐵芯由導(dǎo)磁良好的硅鋼片疊成，在鐵芯內(nèi)圓均勻分布著36個(gè)槽，用來嵌放定子線圈。

在定子槽內(nèi)嵌放著定子線圈，有多種繞法組成三相繞組，以產(chǎn)生三相交流電。

轉(zhuǎn)子的磁極采用爪極結(jié)構(gòu)，這是裝在軸上的一個(gè)爪極，有六個(gè)極。

在爪極內(nèi)裝有產(chǎn)生磁場的磁軛與勵(lì)磁線圈，在轉(zhuǎn)子軸上有向勵(lì)磁線圈供電的滑環(huán)。

在轉(zhuǎn)軸上再裝上另一個(gè)爪極，使兩個(gè)爪極的磁極交錯(cuò)排列。

下圖面說明爪極的磁場，先觀看沒有兩邊爪極的情況，在軸上裝上滑環(huán)向勵(lì)磁線圈供電，當(dāng)勵(lì)磁線圈通電后磁軛產(chǎn)生的磁場如下圖。

裝上兩邊爪極后，磁力線將沿爪極走動(dòng)，為便于看清磁力線的走向，磁力線改為紅色，爪極改為半透明。

從軸向可更清楚的看到6對(duì)磁極的磁力線走向。

如果把勵(lì)磁線圈與磁軛換成永久磁鐵，同樣可以形成6對(duì)磁極。

為了發(fā)電機(jī)的散熱，在軸上還要裝上風(fēng)扇，這就是一個(gè)完整的轉(zhuǎn)子。

把轉(zhuǎn)子放入定子內(nèi)，裝上向轉(zhuǎn)子供電的電刷。

裝上前后端蓋，就是一臺(tái)爪極發(fā)電機(jī)外觀圖。

從另一個(gè)角度看該爪極發(fā)電機(jī)外觀

這是該爪極發(fā)電機(jī)的剖面圖

以上是爪極發(fā)電機(jī)的典型結(jié)構(gòu)。