原标题：什么是发电机？发电机的工作原理？

　　IL 可能是世界上最受欢迎的燃料，但不会持续太久。 现代家庭主要由 电力 用不了多久，我们大多数人就会开车了。 电动车 也。电力非常方便。你可以用各种不同的方式生产它，从煤和石油到风和波浪。你可以进入 一个地方，如果你愿意，可以在世界的另一端使用它。 而且，一旦你制作了它，你可以把它存储在 电池 和使用 几天、几周、几个月甚至几年后。是什么造就了电动 可能的功率 - 而且确实实用 - 是一种极好的电磁 称为 发电机：一种电动机 反向工作，将普通能量转化为电能。 让我们仔细看看发电机，看看它们是如何工作的!

　　电从何而来?

　　理解电的最好方法是从给予它开始 其专有名称：电气 能源.如果你想运行任何东西 电气，从 多士炉 或 牙刷 到一个 MP3播放器 或 一个 电视, 您需要为它提供稳定的电能供应。 你打算从哪里得到它?有一个基本的物理定律 称为 能量守恒 这解释了如何获得 能量——以及你怎么做不到。根据这个定律，有一个固定的 宇宙中的能量和一些好消息和一些坏消息 关于我们可以用它做什么。坏消息是我们无法创造 比我们已经拥有的更多的能量;好消息是我们不能 摧毁任何能量。我们所能做的就是转换 它从一种形式变成另一种形式。

　　如果你想找一些电来为你的电视供电，你可以 不会凭空制造能量：能量守恒 告诉我们这是不可能的。你要做的是使用能源 从其他形式转换为您需要的电能。 通常，这发生在 发电厂 离你家有一段距离。插入电视，电能通过 电缆。电缆比您想象的要长得多：它实际上 从您的电视一直运行 - 地下或空中 - 到电视 正在为您准备电能的发电厂 富含能量的燃料，如煤、石油、天然气或 原子燃料.在这些 环保时代，你的一些电力也将来自 风力涡轮机，水力发电厂(利用筑坝河流中的能量发电)或地热能(地球内部) 热)。无论你的能量来自哪里，它几乎肯定会 在发电机的帮助下变成了电能。只 太阳能电池 和 燃料电池 在不使用发电机的情况下发电。

　　我们如何发电?

　　如果您已经阅读了我们关于 电动机，您将 已经知道发电机是如何工作的：发电机是 只是一个反向工作的电动机。如果您还没有 阅读该文章，您可能想在阅读之前快速浏览一下 上 - 但无论哪种方式，这里都是一个快速摘要。

　　电动机本质上只是一个紧密的线圈 铜 缠绕在 铁 核心可在强大、永久的内核内自由高速旋转 磁铁.当您将电力馈入铜线圈时，它变成了 临时的电动磁铁——换句话说，一个 电磁铁——并在它周围产生磁场。这 临时磁场推动磁场 永磁体产生并迫使线圈旋转。通过一点点 巧妙的设计，可以使线圈在 相同的方向，旋转一圈又一圈，为任何东西提供动力 电动牙刷到电动火车。

　　那么发电机有什么不同呢?假设你有一个电动的 带充电式牙刷 电池 里面。与其让电池为推动电刷的电机供电，不如让电池为推动电刷的电机供电，如果您做了 相反?如果你反复来回转动刷子怎么办? 你要做的是手动转动电动机的 轴 周围。这将使电机内部的铜线圈转动 在其永磁体内反复旋转。如果您移动 磁场内的电线，你使电流流动 通过电线——实际上，你产生了电力。所以保持 转动牙刷足够长的时间，理论上，你会产生 足够的电力为其电池充电。实际上，这就是 发电机工作。(实际上，它比这更棘手 不过，您实际上无法以这种方式为牙刷充电。 欢迎您尝试!

　　发电机如何工作?

　　取一根电线，将其连接到 电流表 (衡量的东西 电流)，并将其放置在磁铁的两极之间。现在将电线急剧地穿过看不见的 磁场 磁铁产生，电流将短暂流过导线(在仪表上注册)。这是发电机背后的基础科学，由英国科学家迈克尔·法拉第于1831年证明。 (阅读一个 简短的传记 或 长篇传记). 如果沿相反方向移动导线，则会产生以相反方向流动的电流。 (如果你有兴趣，你可以使用一种叫做 右手法则 或生成器规则，这是用于计算电机如何工作的左侧规则的镜像。

　　需要注意的重要一点是，您会产生电流 仅当您移动电线时 通过磁场(或者当你将磁铁移过电线时，这相当于同一件事)。仅仅在磁铁附近放置一根电线是不够的：要发电，电线必须穿过磁铁，反之亦然。假设您想产生大量电力。整天上下抬起电线不会很有趣——所以你需要设计一些方法，通过将电线中的一个或另一个安装在轮子上来将电线移过磁铁。然后，当您转动轮子时，电线和磁铁将相对于彼此移动并产生电流。

　　艺术品：像这样的简单发电机会产生交流电(周期性反转的电流)。发电机的每一侧(绿色或橙色)都在向上或向下移动。当它向上移动时，它会产生一个向一个方向流动的电流;当它向下移动时，电流会向另一个方向流动。如果你是一个连接到电线的仪表，你不知道电线在向哪个方向移动：你看到的只是电流的方向周期性地反转：你看到一个交流电。

　　现在这是有趣的部分。假设您将一根导线弯曲成一个环，将其放置在磁铁的两极之间，并排列它以使它不断旋转 - 如图所示。您可能会看到，当您转动环时，电线的每一侧(橙色侧或绿色一侧)有时会向上移动，有时会向下移动。当它向上移动时，电流将单向流动;当它向下移动时，电流将向另一个方向流动。因此，像这样的基本发电机将产生一种电流，每次电线环翻转时都会反转方向(换句话说，交流电或交流电)。然而，大多数简单的发电机实际上都会产生直流电，那么它们是如何管理的呢?

　　直流发电机

　　正如简单的直流电动机使用直流 (DC) 电来产生连续的旋转运动一样，因此 简单的直流发电机在旋转时产生稳定的直流电供应。像直流电机一样， 直流发电机使用 换向器.这听起来很技术性，但它只是一个带有裂缝的金属环，它周期性地反转发电机线圈的电触点，同时反转电流。正如我们在上面看到的， 一个简单的导线环路每半圈自动反转它产生的电流，仅仅是因为它在旋转，换向器的工作是抵消线圈旋转的影响，确保产生直流电。

　　插图：比较最简单的直流发电机和最简单的交流交流发电机。在这种设计中，线圈(灰色)在永磁体的两极之间旋转。每次旋转半圈时，它产生的电流就会反转。在直流发电机(顶部)中，换向器在线圈每移动半圈时反转电流，从而抵消电流的反转。在交流发电机(底部)中，没有换向器，因此输出只是随着线圈的旋转而上升、下降和反转。您可以在右侧图表中看到每种类型发电机的输出电流。

　　交流交流发电机

　　相片：交流发电机是产生交流电(交流电)而不是直流电的发电机。在这里，我们可以看到机械师从 舷外发动机 船发动机。 照片由Yesenia Rosas提供 美国海军.

　　如果要产生交流电 (AC) 而不是直流电怎么办?然后你需要一个 交流发电机, 它只是一个交流发电机。最简单的交流发电机就像没有换向器的直流发电机。当线圈或磁铁相互旋转时，电流自然上升、下降和反转，从而产生交流输出。就像有一样 交流感应电机，它使用电磁铁而不是永磁体产生旋转磁场，因此有交流发电机以类似的方式通过感应工作。

　　交流发电机主要用于从车辆发动机发电。汽车使用交流发电机，由其驱动 汽油机，这充值他们的 电池 当它们行驶时(交流电流通过以下方式转换为直流电 二极管 或整流电路)。

　　现实世界中的发电机

　　照片：风力涡轮机上的发电机位于转子叶片后面。 (这是最右边的圆柱体)。照片由Joe Smith提供 NREL(国家可再生能源实验室).

　　发电听起来很简单——事实确实如此。困难的是你需要付出大量的体力劳动 产生即使是少量的电力。如果你有一个 自行车 与发电机 由车轮驱动的灯：您必须更加努力地踩踏板才能使灯发光——这就是 只是为了产生为电力供电所需的少量电力 几个火炬灯泡。发电机只是非常小的电力 发电机。在另一个极端，在真正的发电厂中，巨大的 发电机由蒸汽驱动 涡轮机. 这些有点像旋转 螺旋桨 或使用蒸汽驱动的风车。蒸汽 是煮沸制成的 水 利用燃烧煤炭释放的能量， 油或其他燃料。(注意能量守恒是如何应用的 这里也是。为发电机供电的能量来自 涡轮。为涡轮机提供动力的能量来自燃料。和 燃料 - 如果是煤或石油 - 最初来自由 太阳的能量。重点很简单：能量总是来自 某处。

　　发电机能产生多少功率?

　　发电机的额定值为瓦特(功率测量值，表示多少能量 每秒制作一次)。正如您所料，发电机越大，产生的功率就越大。 以下是从小到大的粗略指南：

　　类型功率(瓦)

　　自行车发电机3

　　手摇 USB 发生器20

　　微型风力发电机500

　　小型柴油发电机组5000 (5千瓦)

　　风力涡轮机(平均)2，000，000 (2MW)

　　便携式发电机

　　照片：由 柴油 发动机。摄影：Brian Read Castillo 由 美国海军.

　　大多数时候，我们认为电力是理所当然的。我们开启 灯、电视或 洗衣机 没有停下来想 我们使用的电能必须来自某个地方。但是，如果 你在户外工作，在偏僻的地方，没有 可用于供电的电力供应 电锯 或您的 电钻?

　　一种可能性是将无绳工具与 可充电电池。另一种选择是去 气动 工具 如 手提钻.这些完全是机械的，由 压缩空气代替电力。第三种选择是使用 便携式发电机。它只是一个小 汽油发动机 (汽油发动机)，类似于您在摩托车上获得的紧凑型发动机，带有 附有发电机。随着发动机的咕噜咕噜声， 燃烧汽油，它来回推动活塞，转动 发电机并产生稳定的电流作为其输出。跟 的帮助 变压器，您可以使用这样的生成器来 在您需要的任何地方产生您需要的几乎任何电压。如 只要有足够的汽油，就可以自己发电 无限期供应。但请记住能量守恒：用完 的汽油，你也没电了!

　　艺术品：发电机技术在19世纪迅速发展。 英国化学家和物理学家迈克尔·法拉第(Michael Faraday)于1831年建造了第一台原始发电机。在几十年内，许多发明家开始制造实用的发电机。这个(“发电机”)是由爱德华·韦斯顿(Edward Weston)在1870年代设计的，旨在“以比以前更高的效率将机械能转化为电能”。 它有一个静态的磁铁外圈(蓝色)和一个旋转的电枢(线圈)(红色)。换向器 (绿色)将产生的电流转换为直流电。从 美国专利 180，082 重新颁发 8，141 由Edward Weston提供，由美国专利商标局提供。