发电机是根据什么原理制成?

发电机是根据什么原理制成?
发电机是根据什么原理制成?

发电机是根据什么原理制成?
发电机：法拉第（英）发电机原型；皮克希（法）最初发电 机
电动机：S?ren Hjorth
在公元1831年,法拉第将一个封闭电路中的导线通过电磁场,导线转动有电流流过电线,法拉第因此了解到电和磁场之间有某种紧密的关连,他建造了第一座发电机原型,其中包括了在磁场中迥转的铜盘,此发电机产生了电力.在此之前,所有的电皆由静电机器和电池所产生,而这二者均无法产生巨大力量.但是,法拉第的发电机终于改变了一切.
发电机包括一个能在二个或二个以上的磁场间迅速旋转的电磁铁,当二个磁场相互交错,就产生了电,由电线从发电机中导出.电子工程师依发电机线绕的方式和磁铁的安排,而获得交流电（AC）或直流电（DC）,大部分发电机都是产生交流电,它比直流电更易由传输线作长距离的传送.
学过物理课的人都会记得,英国科学家法拉第于1831 年发现了电磁感应原理.这一在人类社会发展过程中起到重要作用的原理是说：“当磁场的磁力线发生变化时,在其周围的导线中就会感应产生电流.”
法拉第曾煞费苦心,通过研究和反复实验,终于发现了这一影响巨大的科学原理,而且他确信,利用此原理肯定能制造出可以实际发电的发电机.
就在法拉第发现电磁感应原理的第二年,受法拉第发现的启示,法国人皮克希应用电磁感应原理制成了最初的发电机.
皮克希的发电机是在靠近可以旋转的U 形磁铁（通过手轮和齿轮使其旋转）的地方,用两根铁芯绕上导线线圈,使其分别对准磁铁的N 极和S极,并将线圈导线引出.这样,摇动手轮使磁铁旋转时,由于磁力线发生了变化,结果在线圈导线中就产生了电流.
由这种发电机的装置可以知道,每当磁铁旋转半圈时,线圈所对应的磁铁的磁极就改变一次,从而使电流的方向也跟着改变一次.为了改变这种情况,使电流方向保持不变,皮克希想出了一个巧妙的办法：在磁铁的旋转轴上加装两片相互隔开成圆筒状的金属片,由线圈引出的两条线头,经弹簧片分别与两个金属片相接触.另外,再用两根导线与两个金属片接触,以引出电流.这个装置,就叫做整流子,在后来的发电机上仍得到应用.
皮克希发明的这种发电机在世界上是首创,当然也有其不足之处.需要对它进行改进的地方,一是转动磁铁不如转动线圈更为方便灵活；二是通过整流子可以得到定向的电流,但是电流强弱还是不断变化的.为改变这种情况,人们采用增加一些磁铁和线圈数量,并稍微错开地将变化的电流一起引出的办法,使输出电流的强度变化控制在一定的范围内.
从皮克希发明发电机后的30 多年间,虽然有所改进,并出现了一些新发明,但成果不大,始终未能研制出能输出像电池那样大的电流,而且可供实用的发电机.
1867 年,德国发明家韦纳·冯·西门子对发电机提出了重大改进.他认为,在发电机上不用磁铁（即永久磁铁）,而用电磁铁,这样可使磁力增强,产生强大的电流.
西门子用电磁铁代替永久磁铁发电的原理是,电磁铁的铁芯在不通电流时,也还残存有微弱的磁性.当转动线圈时,利用这一微弱的剩磁发出电流,再反回给电磁铁,促使其磁力增强,于是电磁铁也能产生出强磁性.
接着,西门子着手研究电磁铁式发电机.很快就制成了这种新型的发电机,它能产生皮克发电机所远不能相比的强大电流.同时,这种发电机比连接一大堆电池来通电要方便得多,因而它作为实用发电机被广泛应用起来.
西门子的新型发电机问世后不久,意大利物理学家帕其努悌于1865 年发明了环状发电机电枢.这种电枢是以在铁环上绕线圈代替在铁芯棒上绕制的线圈,从而提高了发电机的效率.
实际上,帕斯努悌早在1860 年就提出了发电机电枢的设想,但未能引起的人们的注意.1865 年,他又在一本杂志上发表了这一独创性的见解,仍未得到社会的公认.
到了1869 年,比利时学者古拉姆在法国巴黎研究电学时,看到了帕其努悌发表的文章,认为这一发明有其优越性.于是,他就根据帕其努悌的设计方案,兼采纳了西门子的电磁铁式发电机原理进行研制,于1870 年制成了性能优良的发电机.
在帕其努悌的发明中,对发电机的整流子部分进行了重要改进,使发电机发出的电流强度变化极小.而采用帕其努悌设计方案制成的古拉姆式发电机,其发出的电流强度变化也很小.这是古拉姆发电机的优良性能的表现之一.
古拉姆发电机的性能好,所以销路很广,他不仅发了财,而且被人们誉为“发电机之父”.
有些人看到古拉姆发明发电机获得成功,也想对发电机进行改进从而制造出更先进的发电机.在这些人中,就有德国的西门子公司研究发电机的工程师阿特涅.他发明了古拉姆发电机不同的线圈绕线方式,制成了性能良好的发电机.
古拉姆发电机的电枢是将铁丝绕成环状,在环与环之间夹上纸进行绝缘,然后将环捆在一起作为铁芯,在其上面绕上导线线圈,再由线圈的不同部位引出一些导线,接向带整流子.而阿特涅发电机的电枢,是用许多薄圆铁板以纸绝缘后重叠起来,制成铁芯,然后在上面绕上导线线圈.人们把这种方法叫做“鼓卷”,意思是像鼓一样的形状.经过这种改进后,发电机无论是外观或是性能,都比原来有了很大起色.
西门子公司由于阿特涅的这项发明而益发驰名.于是,德国以西门子公司为核心,大力研制各种发电机,从而使电力工业得到了迅速的发展.
随着发电机的逐渐大型化,转动发电机的动力也发生了变化.其中以水力作动力更使人们感兴趣.这是因为用水力转动大型发电机较方便,而且不消耗燃料,成本低.因此,西门子公司又投入水力发电的研究工作.
利用水力发电与水力发电不同,前者必须将发电机安装在水流湍急的地方,也就是水流落差大的地方.这样,就必须在山中河川的上游发电,然后再输送到远方的城市.
为了远距离输送电,就要架设很长的输电线.但是,在输电线中通过很强的电流时,电线就要发热,这样,好不容易发出的电能在送向远方的途中,却因为电线发热而损耗掉了.
为了减少电能在长距离输送中的发热损耗,可以采用的办法有两个：一是增加电压的截面积,即将电线加粗,减小电阻；二是提高电压而减小电流.
前一个措施因需要大量的金属导线,而且架设很粗的导线有很多困难,因而很难得到采用.比较起来,还是后一个措施有实用价值.然而,对于当时使用的直流电来说,使其电压提高或降低都是难以实现的.于是,人们只得开始考虑利用电压很容易改变的交流电.
看来,将直流发电机改为交流电发电机比较容易,主要是取掉整流子就行了.所以,西门子公司的阿特涅便于1873 年发明了交流发电机.此后,对交流发电机的研究工作便盛行起来,从而使这种发电机得到了迅速的发展