發(fā)電機組是將其他形式的能源轉化為電能的設備,其基本原理主要基于電磁感應定律。
以常見的柴油發(fā)電機組為例,柴油燃燒產生的熱能推動活塞在氣缸內做往復運動,使曲軸旋轉,這一過程是將柴油的化學能先轉化為機械能。曲軸的旋轉帶動發(fā)電機的轉子轉動,發(fā)電機通常由定子和轉子兩部分組成。當轉子在定子內部旋轉時,轉子的磁場會隨著轉子的轉動而不斷變化。根據電磁感應定律,閉合電路的一部分導體在磁場中做切割磁感線運動時,導體中就會產生感應電動勢。在發(fā)電機中,定子繞組就是這樣的閉合電路。當轉子磁場切割定子繞組時,定子繞組中就會產生感應電動勢,從而形成電流。如果外接電路是閉合的,就會有電能輸出。
再看風力發(fā)電機組,風的動能推動風機的葉片旋轉,葉片帶動發(fā)電機的轉子轉動。和柴油發(fā)電機一樣,當轉子在定子中旋轉,其磁場變化使定子繞組產生感應電動勢,進而產生電能。只不過它的初始能源是風的動能,而不是燃料的化學能。
對于水力發(fā)電機組,水的勢能或動能使水輪機的轉輪旋轉。轉輪通過軸與發(fā)電機的轉子相連,帶動轉子在定子中轉動。依據電磁感應原理,定子繞組產生感應電動勢,實現(xiàn)從水的機械能到電能的轉化。
太陽能發(fā)電機組稍有不同,它主要是基于光電效應。太陽能電池(光伏電池)由半導體材料制成,當光子照射到電池上時,光子的能量會使半導體中的電子發(fā)生躍遷,產生電子 - 空穴對。在電池內部的電場作用下,電子和空穴分別向電池的兩極移動,從而形成電勢差。當外接電路連通時,就有電流通過,實現(xiàn)光能到電能的轉化??傊M管不同類型的發(fā)電機組初始能源不同,但蕞終都是通過合適的方式轉化為機械能,再利用電磁感應定律(光電發(fā)電機組利用光電效應)來產生電能。