發(fā)電機(jī)的發(fā)電過程是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換過程。比如水流的能量帶動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)，渦輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，輸出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，即水庫(kù)中水流的能量轉(zhuǎn)化為電能。

發(fā)電機(jī)的基本工作過程是通過電磁感應(yīng)將驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的各種機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的過程。

1.DC發(fā)電機(jī)的工作原理

DC發(fā)電機(jī)工作時(shí)，外部機(jī)械力驅(qū)動(dòng)導(dǎo)體線圈在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)，不斷切割磁感應(yīng)線，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。圖1顯示了典型的DC發(fā)生器的工作原理。

圖2示出了當(dāng)DC發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組開始旋轉(zhuǎn)時(shí)的工作過程。當(dāng)外部機(jī)械力驅(qū)動(dòng)繞組旋轉(zhuǎn)時(shí)，線圈ab和cd分別切割磁感應(yīng)線。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，繞組內(nèi)部產(chǎn)生電流，可以用右手定則判斷電流的方向：感應(yīng)電流通過線圈dccbba、換向器1、電刷A、電流表、電刷B、換向器2形成回路。

圖3所示為DC發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)過90后的工作過程。當(dāng)繞組轉(zhuǎn)90時(shí)，繞組兩邊緣處于磁場(chǎng)的物理中性面，電刷不與換向器接觸，因此繞組中沒有電流流過，F(xiàn)=0，轉(zhuǎn)矩消失。

圖4顯示了DC發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組旋轉(zhuǎn)90后的工作過程。在機(jī)械外力的作用下，轉(zhuǎn)子繞組繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。此時(shí)繞組繼續(xù)切割磁感應(yīng)線，繞組中可產(chǎn)生感應(yīng)電流。感應(yīng)電流通過繞組abbccd、換向器2、電刷A、電流表、電刷B、換向器1形成回路。

從圖5可以看出，轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是交流電動(dòng)勢(shì)，但電刷AB端的電動(dòng)勢(shì)是DC電動(dòng)勢(shì)，即轉(zhuǎn)子繞組輸出的電流通過換向器和電刷始終是一個(gè)方向，這就是DC發(fā)電機(jī)的工作原理。

值得注意的是，在實(shí)際的DC發(fā)電機(jī)中，轉(zhuǎn)子繞組不是單個(gè)線圈，而是由許多線圈組成。繞組中的這些線圈均勻分布在轉(zhuǎn)子鐵芯的槽中，線圈的端部連接到換向器的相應(yīng)滑塊上。換向器實(shí)際上是由許多弧形的導(dǎo)電滑板組成，導(dǎo)電滑板之間用云母片絕緣。線圈和換向器的滑動(dòng)次數(shù)越多，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的DC脈沖越小。一般中小型DC發(fā)電機(jī)的輸出電壓為115V、230V、460V，大型DC發(fā)電機(jī)的輸出電壓為800V左右.

2.交流同步發(fā)電機(jī)的工作原理

交流同步發(fā)電機(jī)的工作過程可以簡(jiǎn)單地看作是DC發(fā)電機(jī)中的換向器裝置取消后的工作過程，即發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組旋轉(zhuǎn)過程中沒有換向過程，電流輸出方向發(fā)生變化。

另外，在交流同步發(fā)電機(jī)中，轉(zhuǎn)子繞組并不切割磁感應(yīng)線，而是產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)(勵(lì)磁裝置向勵(lì)磁繞組施加電流)，使定子繞組切割磁感應(yīng)線，從而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，通過端子引出。圖6是交流發(fā)電機(jī)工作過程的示意圖。

交流同步發(fā)電機(jī)可根據(jù)定子繞組的輸出相數(shù)設(shè)計(jì)成產(chǎn)生單相或多相交流電壓。圖7顯示了產(chǎn)生單相、兩相和三相交流電壓的基本設(shè)置。

圖8是單相交流發(fā)電機(jī)的工作原理的示意圖。磁鐵旋轉(zhuǎn)后，在兩個(gè)定子繞組A和B中產(chǎn)生正弦波交流電動(dòng)勢(shì)E.產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的電源叫相，這種發(fā)電機(jī)用的是單相兩線供電的交流電，叫單相交流電。這種配電方式稱為單相雙線制。

這種發(fā)電機(jī)是在定子槽內(nèi)放置三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的定子繞組AX、BY、CZ，其中A、B、C稱為繞組的始端，X、Y、Z稱為繞組的末端，這些繞組在空間上相隔120。轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)在空間上按正弦規(guī)律分布。當(dāng)轉(zhuǎn)子被驅(qū)動(dòng)時(shí)