根據(jù)電磁感應(yīng)機(jī)理，當(dāng)導(dǎo)線在穩(wěn)定磁場(chǎng)中做切割磁力線的運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體內(nèi)電子受到洛倫茲力的的功能會(huì)在導(dǎo)線兩端發(fā)生電勢(shì)，電勢(shì)方向遵循右手定則，這樣產(chǎn)生的電勢(shì)稱為動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)。發(fā)電機(jī)就是根據(jù)這個(gè)原理來(lái)發(fā)電的，下面通過(guò)一個(gè)原理模型來(lái)演示發(fā)電機(jī)的工作機(jī)理。
現(xiàn)在用一對(duì)磁鐵來(lái)發(fā)生發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)，磁力線從北極到南極。注：為簡(jiǎn)易清晰，在此圖中沒有顯示閉合的磁路，僅顯示用來(lái)產(chǎn)生電勢(shì)部分的磁場(chǎng)。在磁場(chǎng)內(nèi)放入矩形線圈，線圈兩端通向兩個(gè)滑環(huán)，滑環(huán)通過(guò)電刷連接到輸出線上，輸出線。
當(dāng)線圈旋轉(zhuǎn)時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)機(jī)理，線圈兩端將會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)磁場(chǎng)是均勻的，矩形線圈作勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，感應(yīng)電勢(shì)按正弦規(guī)律變化，在負(fù)載電阻上有正弦交流電通過(guò)，所以是一臺(tái)單相交流發(fā)電機(jī)原理模型。
下面有一個(gè)動(dòng)畫演示這個(gè)工作流程，動(dòng)畫中綠色小球運(yùn)動(dòng)的方向表示感應(yīng)電流的方向、運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速表示感應(yīng)電流的大小。
在交流發(fā)電機(jī)機(jī)理課件中模型的磁場(chǎng)是不動(dòng)的，線圈在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。在實(shí)際發(fā)電機(jī)中發(fā)生感應(yīng)電勢(shì)的線圈是不運(yùn)動(dòng)的，運(yùn)動(dòng)的是磁場(chǎng)。發(fā)生磁場(chǎng)的是一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的磁鐵，兩端為南、北兩磁極，是發(fā)電機(jī)的轉(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)發(fā)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，線圈切割磁力線。
由于空氣的磁導(dǎo)率偏低，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。
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(guò)滑環(huán)向勵(lì)磁線圈供電來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)。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)機(jī)理模型就構(gòu)成了，見圖3。
轉(zhuǎn)子作勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，線圈就感生交流電流，運(yùn)動(dòng)的方向表示感應(yīng)電流的方向、運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速表示感應(yīng)電流的大小。
在這個(gè)模型中感生電壓的頻率與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速完全相同，感生的電壓的變化與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)完全對(duì)應(yīng)，當(dāng)轉(zhuǎn)速為每分鐘1500轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)出的交流電頻率為50赫茲（hz）。因?yàn)槎ㄗ永@組只有一個(gè)線框，只能發(fā)出單相交流電。有關(guān)三相交流發(fā)電機(jī)請(qǐng)到三相交流發(fā)電機(jī)原理模型課件。
這種旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的發(fā)電機(jī)稱為旋轉(zhuǎn)磁極式同步發(fā)電機(jī)。在以下動(dòng)畫中從旋轉(zhuǎn)電樞模型開始引薦，再推薦旋轉(zhuǎn)磁極式同步發(fā)電機(jī)機(jī)理模型。
以上所有的參數(shù)均是基于康明斯發(fā)電機(jī)組帶柴油泵、水泵、機(jī)油泵、空濾器和消聲器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)獲得。


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