在發電機發電時,如果沒有用電的設備,那么它發的電到哪去了?

魅力科學君 2020-05-19 檢舉

在日常生活中,幾乎每時每刻我們都在消耗一種能源——電,眾所周知,我們所使用的電通常都是由發電機產生的,那么一個有趣的問題就來了:在發電機發電時,如果沒有用電的設備,那么它發的電到哪去了?今天我們就來講一下。

在發電機發電時,如果沒有用電的設備,那么它發的電到哪去了?

我們都知道,發電機的基本原理是電磁感應,一般來講,在發電機工作時,它的金屬線圈就會不停地切割磁力線(也可以是旋轉的磁場掠過金屬線圈),在電磁感應的作用下,金屬線圈內部的自由電子就有了定向移動的趨勢,從而在線圈的兩端產生了電動勢。

但產生了電動勢并不代表發電機就發出了電,只有將發電機接入一個用電回路,才能算這個發電機發出了電。在沒有設備用電的情況下,工作狀態中的發電機所處的電路實質上是相當于斷開的狀態,很明顯,在這種情況下發電機并沒有輸出電流,當然也就談不上“它發的電到哪去了”這種問題了。

這樣的情形被稱為發電機空載,那么在發電機空載的時候,它的能量都消耗到哪去了呢?

在各種交流發電機里,同步發電機可以說是最為常用的一種,因此這里我們拿這種發電機來舉例說明這個問題。

大家可能會認為發電機空載時的能量全部都是由發電機自身的機械損耗(比如說軸承摩擦損耗、通風損耗等等)所消耗的,但事實上,除了上述的機械損耗之外,同步發電機還會有另外的能量消耗。

在發電機發電時,如果沒有用電的設備,那么它發的電到哪去了?

根據電磁感應的原理,在發電機的內部必須存在磁場才能夠產生電,而當發電機空載時,雖然沒有對外輸出電流,但是在它的兩極會一直保持著固定的電動勢,這樣才能確保只要一接入負載就可以馬上輸出電流,這就意味著,發電機內的磁場也必須一直存在。那么這個磁場是從哪里來的呢?這里我們需要科普一個概念——“勵磁”。

簡單地講,“勵磁”就是為發電機提供工作時所需的磁場,同步發電機的“勵磁”,是利用電流(直流電)通過特殊的線圈繞組來產生工作磁場的(這個電流被稱為“勵磁電流”,線圈繞組被稱為“勵磁繞組”)。

在發電機發電時,如果沒有用電的設備,那么它發的電到哪去了?

我們可以看到,在發電機空載的時候,除了機械損耗以外,維持發電機自身的磁場也是需要消耗能量的。

看到這里可能有人要問了,在同步發電機剛啟動的時候,“勵磁繞組”里并沒有電流,也就沒有了磁場,那么最初的電又是怎么發出來的呢?

根據不同用途,小型同步發電機的“勵磁繞組”一般都放在轉子上,大型的則放在定子上,下面我們以小型同步發電機來舉例說明。

在發電機發電時,如果沒有用電的設備,那么它發的電到哪去了?

沒有磁場是肯定不能發出電的,但所幸的是正常情況下,同步發電機里都有剩磁保留在發電機轉子內的鐵芯。(注:剩磁是指在外加磁場消失后,鐵磁材料還保留著的磁場,通常都比較弱,如果發電機沒有剩磁,就必須要想辦法去充磁,否則就無法發電)

“勵磁繞組”里是沒有電流的,但轉子內的鐵芯還有剩磁,當發電機啟動時,轉子攜帶的磁場開始旋轉,并有不停地掠過定子上的金屬線圈,從而產生用于“勵磁”的電流,該電流經整流后被送到“勵磁繞組”中,使轉子的磁場增大,進而在轉動時產生更大電流……

在發電機發電時,如果沒有用電的設備,那么它發的電到哪去了?

通過這樣的正反饋,發電機的輸出電壓就會慢慢地升高,直到最后達到額定電壓,在這個時候就可以接入負載了。這也是一般的柴油發電機要求在啟動時必須要斷開負載端,直到輸出電壓穩定后才可以接入的原因。

簡單總結一下:在發電機工作時,如果沒有用電的電器,那么它是不會對外輸出電能的,但它自己會有能量損耗,而對于同步發電機而言,它還會“偷偷地”發一些電,用于增強以及維持自己的磁場。

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來源:www.toutiao.com
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