直流發電機

---

簡介

直流發電機透過電磁感應過程產生電流。電磁力產生電磁場。在電磁場中，電場和磁場交織在一起。電磁力決定電磁現象。電磁力是帶電粒子之間的相互作用。洛倫茲力也稱為電磁力。

電動勢是指電池組移動帶電粒子透過電路所需的功。電磁場是由帶電物體運動引起的自然場。它影響附近帶電物體的行為。電場是由靜止電荷和運動電荷（電流）引起的，它們也與磁場相關。

EMI

• 電磁感應 (EMI) 指的是當導體受到變化的磁場作用時，在導體的兩端之間產生的電壓。

• 法拉第在 1831 年發現，當線圈周圍的磁場發生變化時，線圈中會感應出電動勢。

• 法拉第表明，只要導體和磁場之間存在相對運動，導體中就會感應出電動勢。這種電動勢稱為電動勢，這種現象稱為電磁感應。

• 電感器在電動勢導體中感應電流。此電流稱為感應電流。

• 利用電磁感應原理髮電，用於家庭和工業用途。

直流發電機

• 機械能在發電機中轉換為電能。如果電子以均勻的速度並沿相同的方向運動，則電流稱為直流電。

• 直流發電機用於產生連續恆定的直流電。

• 與交流發電機一樣，裝有旋轉軸的繞組線圈在電磁體的端子之間旋轉。

• 直流發電機是交流發電機的稍微改進的版本。兩者的所有部件都相同。

原理和工作原理

• 當電動線圈在磁場中旋轉時，線圈的導體端之間會產生電壓，並有電流流動。這是發電機的基本原理。稱為電磁感應。

• 使用分段環換向器代替滑環來產生直流電 (DC)。兩個半圓形金屬片 S₁ 和 S₂ 由絕緣體隔開。

• 當換向器線圈與旋轉軸相連並旋轉時，它會隨之旋轉。

• 在第一個半週期中，部分 S₁ 接觸電刷 B₁。在第二個半週期中，部分 S₂ 接觸電刷 B₁。

• 由於繞組線圈每個電樞的運動方向發生變化，因此電刷被安排接觸特定的分段環區域。

• 一個電刷為正，另一個為負。因此，提供給外部電路的電流本質上是單向的，但其值會發生變化。

• 一個電刷始終與向上電樞保持恆定接觸，另一個與向下電樞保持恆定接觸。

• 因此，外部電路中的電流將沿單方向流動。這種型別的發電機稱為直流發電機。

公式

發電機中感應的電動勢 E_g=磁通量變化率

$$\mathrm{E_g=\frac{d \phi}{dt}}$$

$$\mathrm{d\phi=ϕ(總磁通)\times 總磁極數 (P)}$$

$$\mathrm{dt=\frac{60}{N}}$$

$$\mathrm{∴ E_g=ϕ_p \frac{ N}{60}}$$

$$\mathrm{N=電樞轉速 (r.p.m)}$$

電樞中共有 Z 根導體。直流發電機中串聯的導體總數為 $\mathrm{\frac{z}{A}}$

$$\mathrm{感應的總電動勢 E_g=ϕ_p \frac{ NZ}{60A}}$$

A=將 Z 根導體劃分的並聯路徑數

解題示例

1.計算一個 4 極疊繞組電樞的 E_g 值，該電樞有 60 個槽，每個槽有 10 根導體，當以 1500 r.p.m 的速度驅動時。（ϕ=0.04 Wb）

$$\mathrm{E_g=ϕP\frac{ NZ}{60A}}$$

$$\mathrm{磁極數 (P)=4}$$

$$\mathrm{導體數 (Z)=10×60=600}$$

$$\mathrm{N=1500\: r.p.m}$$

$$\mathrm{ϕ=0.04\: Wb}$$

$$\mathrm{A=P=4}$$

$$\mathrm{E_g=ϕP\frac{NZ}{60A}=[\frac{0.04×600×1500}{60}]\times (\frac{4}{4})}$$

$$\mathrm{E_g=600\: 伏特}$$

結論

電磁力決定電磁現象。電磁力是帶電粒子之間的相互作用。電磁感應 (EMI) 指的是當導體受到變化的磁場作用時，在導體的兩端之間產生的電壓。如果電子以均勻的速度並沿相同的方向運動，則電流稱為直流電。直流發電機用於產生連續恆定值的直流電。直流發電機是交流發電機的稍微改進的版本。兩者的所有部件都相同。

常見問題

1. 如何將交流電轉換為直流電？

使用整流器可以將交流電轉換為直流電。此過程稱為整流。大多數情況下，PN 結二極體用作整流器。當二極體允許電流透過時，電流沿一個方向流動。此特性對於整流過程非常有用。

2. 交流電和直流電的區別

交流發電機和直流發電機的區別

交流電	直流電
可以在兩個長距離地點之間維持電力。	電力在長途旅行中會損失。因此，它不能用於長距離電力供應
洗衣機和風扇使用交流電。它廣泛用於廚房和家用電器。	手機和手電筒的電池使用直流電。電動滑板車也使用直流電。主要用於電子裝置。
交流電的平均頻率為 50 Hz 至 60 Hz。	直流電沒有頻率。它的頻率為零。

3. 解釋稜皮龜

稜皮龜在出生幾年後會回到海灘產卵。在一項研究中，據說海龜使用一種稱為地磁定位的方法來定位其出生地海灘。這些海龜可以記住地球上不同地方磁場的強度。這種記憶使它們能夠回家。

4. 電磁場的特性

• 安培定律指出，磁場的變化會產生電場。電動機根據該定律工作。

• 電磁波具有零電荷或電流的體積空間（自由空間），即密度值為零。這些波由麥克斯韋方程描述。

5. 描述磁共振成像 (MRI)

這是一種無創醫學檢查，可幫助醫生診斷和治療胸部、頭部、骨盆和腹部異常。透過電流產生強磁場。該磁場產生射頻脈衝並將它們傳輸到計算機。計算機給出了內部器官的影像，醫生可以使用這些影像來治療內部器官。

6. 定義電流的熱效應

其兩個電極之間的電位差驅動電子穿過電阻器，產生電流。隨著電流的流動，電池必須繼續釋放其能量。部分能量轉換為有用的功。剩餘的能量因發熱而浪費。如果電路完全由電阻組成，則電源的能量會不斷地以熱量的形式浪費掉。這稱為電流的熱效應。