直流發電機

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引言

我們都參加過許多婚禮或慶祝活動，不幸的是，有時我們會遇到電網突然停電的問題。這時，我們需要一些備用電源，以確保我們的工作或慶祝活動不會中斷。因此，我們周圍很受歡迎的一種備用電源就是發電機。

發電機 - 備用電源

發電機是一種利用機械能發電的裝置。這意味著發電機是將機械能轉換為電能的機器。這意味著電能不是由發電機產生的。

發電機分為兩種型別：

• 交流發電機 (AC)

• 直流發電機 (DC)

在本教程中，我們將學習直流發電機的構造、工作原理、應用等。

直流發電機的工作原理

直流發電機的基本原理是法拉第電磁感應定律。根據這一原理，當與線圈相連的磁通量發生變化時，將在導電線圈中產生電動勢。磁場的變化可能是由於：

• 磁場的波動

• 線圈面積的變化

• 磁場與線圈面積向量之間角度的變化。

現在讓我們檢查一下直流發電機中哪些因素會導致線圈中產生電動勢。

直流發電機的不同部件

根據法拉第電磁感應定律，我們可以得出結論，我們需要一個導電線圈、一個磁場和更多部件來將機械能轉換為電能。

圖片即將推出

圖 1

讓我們逐一詳細討論直流發電機的不同部件。

• 定子：它是直流發電機中的靜止磁體，為線圈提供磁場。它由兩個相反極性的磁體組成，它們彼此相對，如圖 1 所示。

• 轉子：它是一個帶有槽的圓柱形疊片電樞線圈。疊片為鐵製，疊片的目的在於減少渦流損耗。

• 電樞繞組：它是絕緣導線的繞組，由於它的存在而發生能量轉換。

• 機座：它是發電機的外部結構，呈空心圓柱形。它支撐著磁極。它為磁場提供低磁阻路徑。

• 磁極：如圖所示，它支撐著勵磁繞組，增加了繞組的橫截面積，從而使磁通均勻分佈。線圈與繞在磁極上的電樞繞組並聯或串聯連線。

• 磁極靴：它固定在機座上，用於擴散磁通並防止勵磁線圈脫落。

• 換向器：它呈圓柱形，位於軸上。換向器的主要功能是將交流電轉換為直流電，除此之外，它還藉助電刷將靜止的外部電路連線到旋轉的電樞線圈。

• 電刷：它有助於在換向器與外部電路之間建立連線。

直流發電機的工作原理

為了更好地理解直流發電機的工作原理，我們將參考圖 2。

圖片即將推出

圖 2

在此圖中，我們有相反極性的磁體和一個單匝線圈 ABCD。讓我們假設此線圈將以均勻的速度順時針旋轉。由於磁場是均勻的，線圈包圍的面積是恆定的，但是當線圈旋轉時，磁場和麵積向量之間的角度不斷變化，或者投影面積不斷變化。因此，它將改變所連線的磁通量，並導致電動勢的感應。現在看圖 2，在位置 1，面積向量與磁場之間的角度為90^o，因此連線的磁通量為零。當它開始旋轉時，角度將發生變化，並且連線的磁通量不斷變化或增加。現在在位置 3，面積向量與磁場成 0^o 或 180^o 角，這導致最大磁通量連線。再次在位置 5，磁通量連線為零。位置 5 之後，線圈開始在相反的極性下移動，這反轉了所產生的電動勢的極性。在此旋轉中，最大電動勢將在位置 7 產生，而在位置 1 再次為零。這個迴圈繼續進行，並且將產生交流性質的電動勢，這導致交流電。在這裡，換向器的作用是將交流電轉換為直流電。

直流發電機電動勢的數學方程

產生的電動勢方程由下式給出：

$$\mathrm{EMF \:Generated\:=\:\frac{P \phi Z N}{60.A}}$$

其中，

Z = 電樞導體數

P = 磁極數

A = 電樞內並聯支路數

N = 電樞線圈的轉速（單位：r.p.m）

$\phi$ = 每個磁極產生的磁通量

EMF Generated = 任何並聯支路上的產生電動勢

直流發電機的損耗型別

眾所周知，宇宙中沒有任何機器的效率是 100%，必然會有一些損耗。

同樣，在直流發電機中，也有一些損耗需要考慮：

• 銅損耗：這種型別的損耗發生在電流流過繞組時。銅損耗分為三種類型：電樞損耗、繞組損耗和電刷電阻損耗。

• 鐵損耗：當感應電流流過電樞時發生這種情況，它會導致磁滯損耗和渦流損耗。這也稱為磁損耗或鐵損耗。

• 摩擦損耗：當一個表面與另一個表面摩擦時發生這種情況。

直流發電機的應用

以下是直流發電機的一些應用

• 它用於備用電源和照明。

• 它還用於為焊接機提供直流電源。

• 它用於補償任何型別的電壓降。

常見問題

Q1. 根據輸出電流，有多少種類型的發電機？

A1. 根據輸出，發電機有兩種型別：

• 交流發電機
• 直流發電機

Q2. 什麼是直流發電機？

A2. 直流發電機是將機械能轉換為電能的機器。

Q3. 直流發電機中磁極的作用是什麼？

A3. 磁極用於支撐勵磁繞組，增加繞組的橫截面積，從而使磁通均勻分佈。

Q4. 說明直流發電機的工作原理。

A4. 直流發電機的原理是法拉第電磁感應定律。它指出，當與導體相連的磁通量發生變化時，將在導體中感應出電動勢。

Q5. 直流發電機中換向器的作用是什麼？

A5. 換向器用於將直流發電機中感應的交流電轉換為直流電。

Q6. 列舉直流發電機中不同型別的損耗。

A6. 直流發電機中不同型別的損耗有：

• 銅損耗
• 鐵損耗
• 摩擦損耗