电机的发电原理

上一篇文章介绍了电机的旋转原理。本文将介绍电机的发电原理。

如上一篇文章所述，电机是将电能转换为动力的设备，可以通过利用磁场和电流相互作用所产生的力来实现旋转运动。其实，反之，电机也能够通过电磁感应将机械能（运动）转换为电能。换个角度说，电机具有发电作用。提到发电，您可能就会想到发电机（也称为“Dynamo”、“Alternator”、“Generator”、“交流发电机”等），但是其原理与电机相同，并且基本结构相似。简而言之，电机可以通过使电流流经引脚而获得旋转运动，相反，当电机的轴旋转时，在引脚之间会有电流流过。

什么是电机的发电作用？

如前所述，电机的发电依赖于电磁感应。以下是相关定律（法则）和发电作用的图示。

左图显示电流按照弗莱明右手定则流动。通过导线在磁通中的运动，在导线中产生电动势并且有电流流动。

中间的图和右图表示按照法拉第定律和楞次定律，当磁铁（磁通）靠近或远离线圈时，电流沿不同的方向流动。

我们将在此基础上来解释发电原理。

电机的发电原理

假设面积为S（＝l×h）的线圈在均匀磁场中以ω的角速度旋转。
此时，假设线圈表面的平行方向（中间图中的黄线）和相对于磁通密度方向的垂直线（黑色虚线）形成角度为θ（=ωt），则穿透线圈的磁通量Φ由下式表示：

另外，通过电磁感应在线圈中产生的感应电动势E如下：

当线圈表面的平行方向垂直于磁通方向时，电动势变为零，而水平时电动势的绝对值最大。

这样，电机就具备了发电作用。我在这里说明的是电机具有旋转动作和发电作用，并不意味着要将电机用于发电。如果要发电，通常使用专为发电进行了优化的发电机。
 

审核编辑：汤梓红