正弦交流电的产生_交流发电机原理

图1  交流发电机原理示意图

   在图a中，将一个可以绕固定转动轴转动的单匝线圈abcd放置在匀强磁场中，为了避免在线圈转动过程中，两根引出的导线扭绞在一起，把线圈两根引线分别接到与线圈一起转动的两个铜环上，铜环通过电刷与外电路连接。当线圈abcd在外力作用下，在匀强磁场中以角速度匀速转动时，线圈的ab边和cd边作切割磁感线运动，线圈中产生感应电动势。如果外电路是闭合的，闭合回路中将产生感应电流。ad和bc边的运动不切割磁感线，则不产生感应电流。

    图b所示的是转动线圈的截面图。线圈abcd以角速度逆时针匀速转动。设在起始时刻，线圈平面与中性面的夹角为，t时刻线圈平面与中性面的夹角为。从图中可以看出，cd边运动速度与磁感线方向的夹角也是，设cd边的长度为L，磁场的磁感应强度为B，则由于cd边作切割磁感线的运动所产生的感应电动势为

    同样的道理，ab边产生的感应电动势为

    所以整个线圈产生的感应电动势为

    可见，发电机产生的电动势按正弦规律变化，可以向外电路输送正弦交流电。

    应当指出，实际的发电机构造比较复杂，线圈匝数很多，而且嵌在硅钢片制成的铁心上，叫做电枢；磁极是由电磁铁构成的。一般多采用旋转磁极式，即电枢不动，磁极转动。