直流发电机

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引言

我们都参加过许多婚礼或庆祝活动，不幸的是，有时我们会遇到电网突然停电的问题。这时，我们需要一些备用电源，以确保我们的工作或庆祝活动不会中断。因此，我们周围很受欢迎的一种备用电源就是发电机。

发电机 - 备用电源

发电机是一种利用机械能发电的装置。这意味着发电机是将机械能转换为电能的机器。这意味着电能不是由发电机产生的。

发电机分为两种类型：

• 交流发电机 (AC)

• 直流发电机 (DC)

在本教程中，我们将学习直流发电机的构造、工作原理、应用等。

直流发电机的工作原理

直流发电机的基本原理是法拉第电磁感应定律。根据这一原理，当与线圈相连的磁通量发生变化时，将在导电线圈中产生电动势。磁场的变化可能是由于：

• 磁场的波动

• 线圈面积的变化

• 磁场与线圈面积矢量之间角度的变化。

现在让我们检查一下直流发电机中哪些因素会导致线圈中产生电动势。

直流发电机的不同部件

根据法拉第电磁感应定律，我们可以得出结论，我们需要一个导电线圈、一个磁场和更多部件来将机械能转换为电能。

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图 1

让我们逐一详细讨论直流发电机的不同部件。

• 定子：它是直流发电机中的静止磁体，为线圈提供磁场。它由两个相反极性的磁体组成，它们彼此相对，如图 1 所示。

• 转子：它是一个带有槽的圆柱形叠片电枢线圈。叠片为铁制，叠片的目的在于减少涡流损耗。

• 电枢绕组：它是绝缘导线的绕组，由于它的存在而发生能量转换。

• 机座：它是发电机的外部结构，呈空心圆柱形。它支撑着磁极。它为磁场提供低磁阻路径。

• 磁极：如图所示，它支撑着励磁绕组，增加了绕组的横截面积，从而使磁通均匀分布。线圈与绕在磁极上的电枢绕组并联或串联连接。

• 磁极靴：它固定在机座上，用于扩散磁通并防止励磁线圈脱落。

• 换向器：它呈圆柱形，位于轴上。换向器的主要功能是将交流电转换为直流电，除此之外，它还借助电刷将静止的外部电路连接到旋转的电枢线圈。

• 电刷：它有助于在换向器与外部电路之间建立连接。

直流发电机的工作原理

为了更好地理解直流发电机的工作原理，我们将参考图 2。

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图 2

在此图中，我们有相反极性的磁体和一个单匝线圈 ABCD。让我们假设此线圈将以均匀的速度顺时针旋转。由于磁场是均匀的，线圈包围的面积是恒定的，但是当线圈旋转时，磁场和面积矢量之间的角度不断变化，或者投影面积不断变化。因此，它将改变所连接的磁通量，并导致电动势的感应。现在看图 2，在位置 1，面积矢量与磁场之间的角度为90^o，因此连接的磁通量为零。当它开始旋转时，角度将发生变化，并且连接的磁通量不断变化或增加。现在在位置 3，面积矢量与磁场成 0^o 或 180^o 角，这导致最大磁通量连接。再次在位置 5，磁通量连接为零。位置 5 之后，线圈开始在相反的极性下移动，这反转了所产生的电动势的极性。在此旋转中，最大电动势将在位置 7 产生，而在位置 1 再次为零。这个循环继续进行，并且将产生交流性质的电动势，这导致交流电。在这里，换向器的作用是将交流电转换为直流电。

直流发电机电动势的数学方程

产生的电动势方程由下式给出：

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

其中，

Z = 电枢导体数

P = 磁极数

A = 电枢内并联支路数

N = 电枢线圈的转速（单位：r.p.m）

$\phi$ = 每个磁极产生的磁通量

EMF Generated = 任何并联支路上的产生电动势

直流发电机的损耗类型

众所周知，宇宙中没有任何机器的效率是 100%，必然会有一些损耗。

同样，在直流发电机中，也有一些损耗需要考虑：

• 铜损耗：这种类型的损耗发生在电流流过绕组时。铜损耗分为三种类型：电枢损耗、绕组损耗和电刷电阻损耗。

• 铁损耗：当感应电流流过电枢时发生这种情况，它会导致磁滞损耗和涡流损耗。这也称为磁损耗或铁损耗。

• 摩擦损耗：当一个表面与另一个表面摩擦时发生这种情况。

直流发电机的应用

以下是直流发电机的一些应用

• 它用于备用电源和照明。

• 它还用于为焊接机提供直流电源。

• 它用于补偿任何类型的电压降。

常见问题

Q1. 根据输出电流，有多少种类型的发电机？

A1. 根据输出，发电机有两种类型：

• 交流发电机
• 直流发电机

Q2. 什么是直流发电机？

A2. 直流发电机是将机械能转换为电能的机器。

Q3. 直流发电机中磁极的作用是什么？

A3. 磁极用于支撑励磁绕组，增加绕组的横截面积，从而使磁通均匀分布。

Q4. 说明直流发电机的工作原理。

A4. 直流发电机的原理是法拉第电磁感应定律。它指出，当与导体相连的磁通量发生变化时，将在导体中感应出电动势。

Q5. 直流发电机中换向器的作用是什么？

A5. 换向器用于将直流发电机中感应的交流电转换为直流电。

Q6. 列举直流发电机中不同类型的损耗。

A6. 直流发电机中不同类型的损耗有：

• 铜损耗
• 铁损耗
• 摩擦损耗