多相同步發電機

除了使用內燃機、燃料電池或光伏發電產生少量的電力外，電力工業是基于某種能源迫使流體(蒸汽、燃燒氣體、水或空氣)通過渦輪葉片，從而使軸旋轉。那么，發電機的作用就是將水輪機軸的轉動能量轉化為電能。

一個簡單的發電機

發電機都是以1831年邁克爾·法拉第提出的電磁感應的基本概念為基礎的。法拉第發現，在磁場中移動導體會在導線上產生電磁力(emf)或電壓，如圖3.9a所示。簡單地說，發電機是一種元件的排列方式，其設計目的是使磁場和導體之間產生相對運動，從而使導體產生電動勢。電能從這些導體流出，形成所謂的電樞。大多數大型發電機的電樞繞組固定在電機的固定部分(稱為定子)，必要的相對運動是由旋轉磁場引起的。

為了幫助說明交流的產生，考慮之前講到過的簡單發電機。轉子在這種情況下只是一個2極磁鐵(1北極和1南極)，目前我們可以考慮只是一個普通的永久磁鐵。定子由鐵組成，形狀有點像一個C(在這種情況下向后)，一些銅線(電樞)包裹在鐵。定子中的鐵的作用是為磁通量線提供一個低磁阻路徑，使盡可能多的磁通通過銅電樞繞組。你可以回想一下第一章，鐵磁性材料(如鐵)的低磁阻導致通量傾向于停留在鐵中，這與帶電流的電子想停留在銅線中完全相似-電力期貨資料。就像低阻銅線允許更多的電流流動一樣，低磁阻鐵磁材料允許更多的磁通(然而，磁通不會“流動”)。

當轉子轉動時，磁通在一個方向上通過定子和電樞繞組，然后減小到零，然后在另一個方向上增加。理想情況下，通量φ將按照圖3所示的正弦曲線變化。11個。根據法拉第定律，每當一個繞組連接一個時變的磁通量φ時，就會產生一個電壓e(電動勢)

方程式:

e = N dφdt

單相同步發電機

假設我們想以60hz的頻率產生電壓，這樣它將與傳統(美國)電源的頻率相匹配。

要產生60赫茲使用這個2極發電機將因此需要轉子轉動在一個固定的速度，每分鐘3600。這種固定速度的機器被稱為同步發電機，因為它與公用電網同步。大多數傳統的電力是使用同步發電機產生的(然而，這不是風力渦輪機的情況)。

雖然我們可以想象磁場在一個發電機的轉子被創造使用永磁體，這將極大地限制可產生的電量。相反，磁場是通過將直流電刷和滑環送入固定在轉子上的導體來產生的。如圖3所示，磁場繞組可以嵌入沿轉子運行的槽中-電力期貨資料。凸極轉子制造成本較低，常用于旋轉較慢的水力發電機。高速渦輪機和發電機使用圓形轉子，這樣可以更好地處理離心力和由此產生的應力。注意四極發電機的轉子和定子都有四極。

增加更多的極點可以使發電機旋轉得更慢，同時仍能產生輸出功率所需的頻率。例如，當四極電機的轉子轉一圈時，它會在輸出線上產生兩個循環。這意味著它只需要以2極機一半的速度旋轉，即1800轉/分，就可以產生60赫茲的交流。美國只使用60赫茲的電力，歐洲和日本部分地區使用50赫茲。

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