发电机动画课件

发电机系列
本栏展示用3d绘制的发电机系列教学课件，通俗易懂、直观形象。

这些课件为青少年科技爱好者而作，可作中学物理的参考读物，有些可作为电工参考读物。

发电机基础原理：课件通过一个发电机原理模型讲解了发电机的基本原理，动画显示了磁力线走向、旋转线圈中感应电流的方向与输出电压的波形。

固定磁场交流发电机原理模型
发电机是根据电磁感应原理来发电的，发电机首先要有磁场，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。

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。

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。

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。

（观看动画固定磁场交流发电机原理模型）
旋转磁场交流发电机原理模型
在这个模型中磁场是不动的，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，也就是转子，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。

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。

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。

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。

（观看动画旋转磁场交流发电机原理模型）
三相交流发电机原理模型
实际应用的都是三相交流发电机，其定子铁芯的内圆均匀分布着6个槽，嵌装着三个相互间隔120度的同样线圈，分别称之为A相线圈、B相线圈、C相线圈。

装上转子就组成了一台三相交流发电机原理模型。

画面中的三相交流发电机采用星形接法，三个线圈的公共点引出线是中性线，每个线圈的引出线是相线。

当转子匀速旋转时三个线圈顺序切割磁力线，都会感生交流电动势，其幅度与频率相同。

由于三个线圈相互间隔120度，它们感应电势的相位也相差120度。

在画面上有每根相线的输出电势波形。

（观看动画三相交流发电机原理模型）
汽轮发电机的构造
这里介绍汽轮发电机的构造，是由蒸汽轮机或燃气轮机推动的发电机。

发电机主要由转子与定子组成，由于汽轮机的转速很高，故汽轮发电机的转子是两极的，额定转速每分钟3000转，输出50赫兹的三相交流电。

这是转子铁芯构造示意图，在铁芯圆周上开有一些槽，嵌有励磁绕组，在圆周两侧各有一段槽距大的面称为大齿，就是磁极（图1所示）。

励磁绕组两端通过集电环（滑环）接到励磁电源，在转子圆周两侧就形成北极与南极，旋转时就产生旋转磁场。

由于转子圆周上没有凸出的磁极（不像原理模型中的转子），称之为隐极式转子。

图2为嵌有励磁绕组的转子模型，为降低发电机的温度，在转子两端还装有风扇。