直流发电机

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简介

直流发电机通过电磁感应过程产生电流。电磁力产生电磁场。在电磁场中，电场和磁场交织在一起。电磁力决定电磁现象。电磁力是带电粒子之间的相互作用。洛伦兹力也称为电磁力。

电动势是指电池组移动带电粒子通过电路所需的功。电磁场是由带电物体运动引起的自然场。它影响附近带电物体的行为。电场是由静止电荷和运动电荷（电流）引起的，它们也与磁场相关。

EMI

• 电磁感应 (EMI) 指的是当导体受到变化的磁场作用时，在导体的两端之间产生的电压。

• 法拉第在 1831 年发现，当线圈周围的磁场发生变化时，线圈中会感应出电动势。

• 法拉第表明，只要导体和磁场之间存在相对运动，导体中就会感应出电动势。这种电动势称为电动势，这种现象称为电磁感应。

• 电感器在电动势导体中感应电流。此电流称为感应电流。

• 利用电磁感应原理发电，用于家庭和工业用途。

直流发电机

• 机械能在发电机中转换为电能。如果电子以均匀的速度并沿相同的方向运动，则电流称为直流电。

• 直流发电机用于产生连续恒定的直流电。

• 与交流发电机一样，装有旋转轴的绕组线圈在电磁体的端子之间旋转。

• 直流发电机是交流发电机的稍微改进的版本。两者的所有部件都相同。

原理和工作原理

• 当电动线圈在磁场中旋转时，线圈的导体端之间会产生电压，并有电流流动。这是发电机的基本原理。称为电磁感应。

• 使用分段环换向器代替滑环来产生直流电 (DC)。两个半圆形金属片 S₁ 和 S₂ 由绝缘体隔开。

• 当换向器线圈与旋转轴相连并旋转时，它会随之旋转。

• 在第一个半周期中，部分 S₁ 接触电刷 B₁。在第二个半周期中，部分 S₂ 接触电刷 B₁。

• 由于绕组线圈每个电枢的运动方向发生变化，因此电刷被安排接触特定的分段环区域。

• 一个电刷为正，另一个为负。因此，提供给外部电路的电流本质上是单向的，但其值会发生变化。

• 一个电刷始终与向上电枢保持恒定接触，另一个与向下电枢保持恒定接触。

• 因此，外部电路中的电流将沿单方向流动。这种类型的发电机称为直流发电机。

公式

发电机中感应的电动势 E_g=磁通量变化率

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

$$\mathrm{d\phi=ϕ(总磁通)\times 总磁极数 (P)}$$

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

$$\mathrm{∴ E_g=ϕ_p \frac{ N}{60}}$$

$$\mathrm{N=电枢转速 (r.p.m)}$$

电枢中共有 Z 根导体。直流发电机中串联的导体总数为 $\mathrm{\frac{z}{A}}$

$$\mathrm{感应的总电动势 E_g=ϕ_p \frac{ NZ}{60A}}$$

A=将 Z 根导体划分的并联路径数

解题示例

1.计算一个 4 极叠绕组电枢的 E_g 值，该电枢有 60 个槽，每个槽有 10 根导体，当以 1500 r.p.m 的速度驱动时。（ϕ=0.04 Wb）

$$\mathrm{E_g=ϕP\frac{ NZ}{60A}}$$

$$\mathrm{磁极数 (P)=4}$$

$$\mathrm{导体数 (Z)=10×60=600}$$

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

$$\mathrm{ϕ=0.04\: Wb}$$

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

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

$$\mathrm{E_g=600\: 伏特}$$

结论

电磁力决定电磁现象。电磁力是带电粒子之间的相互作用。电磁感应 (EMI) 指的是当导体受到变化的磁场作用时，在导体的两端之间产生的电压。如果电子以均匀的速度并沿相同的方向运动，则电流称为直流电。直流发电机用于产生连续恒定值的直流电。直流发电机是交流发电机的稍微改进的版本。两者的所有部件都相同。

常见问题

1. 如何将交流电转换为直流电？

使用整流器可以将交流电转换为直流电。此过程称为整流。大多数情况下，PN 结二极管用作整流器。当二极管允许电流通过时，电流沿一个方向流动。此特性对于整流过程非常有用。

2. 交流电和直流电的区别

交流发电机和直流发电机的区别

交流电	直流电
可以在两个长距离地点之间维持电力。	电力在长途旅行中会损失。因此，它不能用于长距离电力供应
洗衣机和风扇使用交流电。它广泛用于厨房和家用电器。	手机和手电筒的电池使用直流电。电动滑板车也使用直流电。主要用于电子设备。
交流电的平均频率为 50 Hz 至 60 Hz。	直流电没有频率。它的频率为零。

3. 解释棱皮龟

棱皮龟在出生几年后会回到海滩产卵。在一项研究中，据说海龟使用一种称为地磁定位的方法来定位其出生地海滩。这些海龟可以记住地球上不同地方磁场的强度。这种记忆使它们能够回家。

4. 电磁场的特性

• 安培定律指出，磁场的变化会产生电场。电动机根据该定律工作。

• 电磁波具有零电荷或电流的体积空间（自由空间），即密度值为零。这些波由麦克斯韦方程描述。

5. 描述磁共振成像 (MRI)

这是一种无创医学检查，可帮助医生诊断和治疗胸部、头部、骨盆和腹部异常。通过电流产生强磁场。该磁场产生射频脉冲并将它们传输到计算机。计算机给出了内部器官的图像，医生可以使用这些图像来治疗内部器官。

6. 定义电流的热效应

其两个电极之间的电位差驱动电子穿过电阻器，产生电流。随着电流的流动，电池必须继续释放其能量。部分能量转换为有用的功。剩余的能量因发热而浪费。如果电路完全由电阻组成，则电源的能量会不断地以热量的形式浪费掉。这称为电流的热效应。