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斯坦福永磁交流发电机原理和构造

文章出处:康明斯发电机 来源:www.fdjhs.cn 人气: 发表时间:2021-11-23

 斯坦福永磁交流发电机原理和构造:

 

根据电磁感应原理,当导线在稳定磁场中做切割磁力线的运动时,运动导体内电子受到洛伦兹力的的作用会在导线两端产生电势,电势方向遵循右手定则,这样产生的电势称为动生电动势。发电机就是根据这个原理来发电的,下面通过一个原理模型来演示发电机的工作原理。

现在用一对磁铁来产生发电机的磁场,磁力线从北极到南极。注:为简单清晰,在此图中没有显示闭合的磁路,仅显示用来产生电势部分的磁场。在磁场内放入矩形线圈,线圈两端通向两个滑环,滑环通过电刷连接到输出线上,输出线端连有负载电阻。见图1。


当线圈旋转时,根据电磁感应原理,线圈两端将会产生感应电动势,当磁场是均匀的,矩形线圈作匀速旋转时,感应电势按正弦规律变化,在负载电阻上有正弦交流电通过,所以是一台单相交流发电机原理模型。

下面有一个动画演示这个工作过程,动画中绿色小球运动的方向表示感应电流的方向、运动的速度表示感应电流的大小。

 

发电机永磁励磁机.jpg

在交流发电机原理课件中模型的磁场是不动的,线圈在磁场中旋转产生感应电势。在实际发电机中产生感应电势的线圈是不运动的,运动的是磁场。产生磁场的是一个可旋转的磁铁,两端为南、北两磁极,是发电机的转子,线圈在磁铁外围,与磁铁转轴同一平面。当磁铁旋转时产生旋转磁场,线圈切割磁力线产生感应电动势。见图1。


② 线圈  Copper Wire loop             ③ 永磁体转子  Permanent magnet rotor 
④ 磁力线 Lines of flux                   ⑤ 负载电阻   Load resistance

由于空气的磁导率太低,在旋转磁铁的外围安上环型铁芯,也就是定子,可大大加强磁铁的磁感应强度。在定子铁芯的内圆有一对槽,线圈嵌装在槽内。为了看清线圈电流与转子的运动关系,把定子变成半透明的。当磁铁旋转时,线圈切割磁力线感生交流电流,见图2。


①  定子铁心 Stator core                             ② 线圈 Copper Wire loop   
③  永磁体转子 Permanent magnet rotor    ④ 磁力线 Lines of flux 
⑤  负载电阻 Load resistance 

真正发电机的转子是电磁铁,转子上绕有励磁线圈,通过滑环向励磁线圈供电来产生磁场。把定子与线圈安在转子外围,一个单相交流发电机原理模型就组成了,见图3。


① 定子铁心 Stator core                     ② 定子绕组 Stator winding 
③ 转子铁心  Rotor core                     ④  励磁绕组  Excitation winding  
⑤ 电刷   Brush                                  ⑥  集电环  Slip rings
⑦ 负载电阻 Load resistance             ⑧  励磁电源   Excitation power supply
⑨ 磁力线 Lines of flux

转子作匀速旋转时,线圈就感生交流电流,画面中绿色小球运动的方向表示感应电流的方向、运动的速度表示感应电流的大小。

在这个模型中感生电压的频率与转子转速完全相同,感生的电压的变化与转子旋转完全对应,当转速为每秒50转(50r/s)或每分钟3000转(3000r/min)时,发出的交流电频率为50赫兹(Hz)。由于定子绕组只有一个线框,只能发出单相交流电。有关三相交流发电机请到三相交流发电机原理模型课件。

这种旋转磁场的发电机称为旋转磁极式同步发电机。在以下动画中从旋转电枢模型开始先容,再先容旋转磁极式同步发电机原理模型。

请观看旋转磁极式同步发电机工作原理3D动画。 动画格式 .mp4,分辨率1280x720。

 


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