发电机-成功大学.PDF

成功大學電機系通識教育 應用電學 授課老師 張天豪 發電機 1 發電機的起源 最早的發電機 1832年法國人皮克斯 製出了世界上最早的手搖 式發電機 。 發電機原理 在靠近磁鐵凹槽處 ，裝上兩個繞在軟鐵芯上的 線圈 ，分別對準磁鐵的兩極 。搖轉線圈時 ，線 圈導線中就感應出交流電 。每當線圈轉半周 ， 線圈對應的磁極就改變一次 ，電流方向也跟著 改變 。 發電機  發電機 (generator) ：一種將機械能轉換為電能的設備。基本 上可分為直流發電機(DC generator)與交流發電機(AC generator)兩種，交流發電機又可分為單相 (single phase) 及 三相(three phase)兩種。  中小型發電機 :大樓有緊急柴油引擎三相交流發電機 、夜市照 明用的汽油引擎單相交流發電機、汽機車內部的單 相或三相 交流發電機 ，此種發電機均以引擎帶動 ，由引擎內部的汽缸 使燃油發生進氣 、壓縮 、爆炸、排氣等過程產生轉矩推動發 電機。  大型發電機: 一般電力公司發電廠則有水力發電機 (以水流推 動水輪機轉動 ) 、火力發電機(以燃燒油、煤或瓦斯方式產生 高溫高壓 蒸氣 ，推動蒸氣渦輪機轉動) 、核能發電機(以原子 分裂產生高溫高壓使蒸氣渦輪機轉動)等 。發電廠的發電機通 常為大容量 (高達數仟 MW的三相交流) 同步發電機 。 感應電磁場的原理 發電機）(  根據佛萊明右手定則 (Fleming’s right hand rule)知 ，當 右手食指指向磁場方向 、姆指的方向為導體移動方向，則中 指指向電流的流動方向 (感應電壓的正端 ) 直流發電機  直流發電機的基本原理 直流發電機之作用原理 ，如圖 3-所示6 ，係在線圈兩端分別 焊接在半圓形銅片上 ，此銅片俗稱整流子 ，再由電刷 將電流 由整流子引出 。當線圈在磁場中轉動時 ，雖產生交流電 ，但 整流子能使電流以一 定的方向由 C 端電刷流出 ，D 端電刷 流入而成直流電 直流發電機電壓效應的改善  直流發電機的電壓改善 為了讓原直流發電機的發電脈動電壓更加平滑 ， 可添加更多線圈及整流片 ，使輸出電壓的脈動 減少 ，趨近於理想的直流電壓 直流電機的結構圖 直流電機的實際結構圖 發電機的改進  1867年德國的韋納 西門子· 發現用電磁鐵代替永久磁 鐵 ，同樣可以發電 。電磁鐵的鐵芯 ，在不通電流時 ， 也還殘留有微弱的磁性 ，當轉動時 ，利用微磁發出 電流 ，再反饋給電磁鐵也就能産生出強磁性  1872年 ，在西門子公司研究發動機的工程師阿特涅 簡化了製造方法 ，降低了生産成本 ，改進了發動機 的外觀和功能 。於是 ，西門子公司也因此而更有名 氣 ，整個 德國 ，以西門子公司 爲核心 ，電力工業得 到了迅速發展 。 直流發電機的限制  直流發動機雖然發展到了的水平 ，它能發出電壓接 近60萬伏特 (volt) 、功率近5百萬瓦 (watt)的電 ，輸 送距離達 180公里 。但這樣的發展很快就達到了技術 上的極限 ，電壓過高會出現線圈的絕緣性無法保證 等問題 。而且將高壓直接送給用戶很危險 ，許多家 用電器都無法承受幾千伏特甚至幾萬伏特高壓 ，於 是人們想到 交流電可以解決這些難題 交流發電機的發展  1873年阿特涅發明了 交流發電機 。到1891年 ， 在德國的 法蘭克福實驗成功了利用交流電作 遠距離輸電 。當時發出的交流電壓達 2000伏 特 ，送到 175公里之外再將電壓變至100伏特 ， 損失電能 25％ 。由於遠距輸電問題的解決 ， 交流發電機得到廣泛應用 交流電的產生  交流電壓的產