其工作過程可拆解為 “發(fā)電” 和 “換向” 兩個(gè)關(guān)鍵步驟，涉及定子、轉(zhuǎn)子、換向器、電刷四大核心部件的協(xié)同作用。
一、核心工作原理：電磁感應(yīng)定律
發(fā)電機(jī)的發(fā)電基礎(chǔ)遵循法拉第電磁感應(yīng)定律。該定律指出，當(dāng)導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體兩端會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；若導(dǎo)體形成閉合回路，就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。
直流發(fā)電機(jī)通過以下方式實(shí)現(xiàn)這一過程：
- 建立磁場：發(fā)電機(jī)的定子（固定部分）會(huì)產(chǎn)生一個(gè)恒定的磁場。這個(gè)磁場通常由永磁體或通直流電的勵(lì)磁繞組提供。
- 切割磁感線：發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)部分）上繞有線圈。當(dāng)轉(zhuǎn)子在外部動(dòng)力（如柴油機(jī)、汽輪機(jī)）帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)時(shí)，線圈會(huì)不斷切割定子產(chǎn)生的磁感線。
- 產(chǎn)生感應(yīng)電流：線圈切割磁感線后，內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生交變的感應(yīng)電流。這是因?yàn)榫€圈每旋轉(zhuǎn)半周，切割磁感線的方向就會(huì)改變一次，導(dǎo)致感應(yīng)電流的方向也隨之改變，所以轉(zhuǎn)子線圈內(nèi)的電流本質(zhì)上是交流電。
二、關(guān)鍵轉(zhuǎn)換部件：換向器的作用
這是直流發(fā)電機(jī)區(qū)別于交流發(fā)電機(jī)的核心環(huán)節(jié)，目的是將轉(zhuǎn)子線圈內(nèi)的交流電轉(zhuǎn)換為外部電路的直流電。
- 換向器結(jié)構(gòu)：換向器安裝在轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸上，與轉(zhuǎn)子線圈相連，由多個(gè)相互絕緣的銅制半環(huán)組成（半環(huán)數(shù)量通常與線圈匝數(shù)對(duì)應(yīng)）。
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換向過程：
- 當(dāng)轉(zhuǎn)子線圈內(nèi)的電流方向即將改變時(shí)（即線圈旋轉(zhuǎn)半周的瞬間），換向器的半環(huán)也會(huì)隨之旋轉(zhuǎn)，并與固定的電刷（通常由石墨制成）完成接觸切換。
- 這種切換恰好抵消了線圈內(nèi)電流方向的變化，使得電刷輸出的電流方向始終保持一致，最終實(shí)現(xiàn)向外部電路輸出直流電。
三、完整工作流程總結(jié)
- 外部動(dòng)力驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子線圈進(jìn)入定子的磁場區(qū)域。
- 線圈切割磁感線，內(nèi)部產(chǎn)生交變的感應(yīng)電流（交流電）。
- 交變電流通過轉(zhuǎn)子線圈傳遞到換向器。
- 換向器隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，通過與電刷的接觸切換，將交流電轉(zhuǎn)換為方向恒定的直流電。
- 直流電通過電刷輸出到外部電路，為負(fù)載供電。