交流 (AC) 发电机

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发电机是一种透过改变穿过线圈的磁力线数目Φ,来产生电动势 (e.m.f.) 的设备。图1是其中一类发电机,转动手柄使处于磁铁之间的线圈旋转,这就会产生交流电压。

图1: 发电机

发电机的工作原理基于法拉第电磁感应定律:

线圈所感应的电动势Eemf,与线圈的圈数N、通过线圈所包围平面 (A) 的磁力线变化率dΦ / dt成正比。

感应现象的效果总是与产生这现象的成因相抗衡。

在发电机中,线圈处于一个匀强磁场中,磁场强度B为常数,由于Φ = B x Aeff,所以Φ与线圈包含磁力线的有效面积Aeff成正比。当线圈旋转至不同角度时,线圈的有效面积Aeff也随之产生变化。图2显示了这个变化的过程。

图2: 处于不同角度下的线圈的有效面积

在图3的Φ波形中,Φ在零点位置的变化最为急速,因此其变化率dΦ / dt在零点位置有最大值。另一方面,Φ的波形在峰值位置的变化最为缓慢,因此其变化率dΦ / dt在峰值位置有最小值。因此感应电动势Eemf在Φ波形的零点位置为最大值,而在Φ波形的峰值位置为最小值。由发电机所输出的感应电动势Eemf是一个交流电压,其波形如图4所示。

图3: 处于不同角度下的磁力线变化率

图4: 旋转中线圈的平面位置与磁场方向和感应电动势的关系

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