交流发电机是根据 电磁感应 原理制成的,它是 动生电动势 的典型例子。
电磁感应原理是 导体 在 磁场 中作切割磁感线 运动,导体中就会产生 感应电动势,如果外电路是闭合的,则在导体和外电路组成的闭合回路中就出现 感应电流。
永磁体 磁感应强度 B,导体线圈 在 磁场 中 垂直磁感线方向 的 运动 速度 v,在导体线圈微元 dl 上的 动生电动势 dε:
dε=(v×B)dl,
在导体线圈上的 总 动生电动势 ε:
ε=∫(v×B)dl,
得出规律:
1. 用 强磁场磁铁、
2. 增加 磁极对数、
3. 设计时 线圈垂直切割磁感线、
4. 加长 线圈总长度等,
能够提高感应电动势 ε、增强发电机输出电压 U。
动生电动势 ε 可以看做是由 洛伦兹力 F 引起的:因为根据 电势差定义 U(P->Q)=∫Edl,而感应电动势 ε 是一种电势差 U,因此对比 ε 和 U 公式,可知 v×B 是一种电场 E。这个电场 E 作用于电子 e 使其流动产生电流,我们可以再根据 场强定义 E=F/e,得到 洛伦兹力 F=-Ee=-e(v×B),加负号因为电子带负电荷,力的方向与场强方向相反。
这个积分公式可以称为:“电磁感应的动生电动势公式”,可以定量地求出具体 感应电动势 ε 的值。“电磁感应的动生电动势公式” 并不是 麦克斯韦电磁理论的组成部分,但是它是 产生电 的公式,因此是 更为重要的 公式。
加长 线圈总长度,一般采用多匝线圈方式。例如 n 匝线圈,他的 动生电动势 ε' 是一匝线圈的 n 倍:
ε'=nε,
然而 线圈匝数 增多,空间占据也大,因此不得不选择 直径“细”的漆包线。但是 另一方面,发电机内阻 越小越好,即 漆包线 电阻 也 要 越小越好,又必须选用 直径“粗”的漆包线。
漆包线电阻 R 有一个参考公式:
R=ρL/S,
其中,ρ 为电阻率,单位 Ω mm²/m,铜丝电阻率为 0.0175。
L为长度,单位 m。
S为截面积,单位 mm²。
也就是说铜丝电阻R与长度L成正比,与截面积分之一1/S成正比(与直径平方分之一1/d²成正比)。
有了发电机的 输出电压 U 和 参考内阻 R,就可以计算加负载情况下的 输出功率 了。
什么问题那?