發(fā)電機(jī)組是將其他形式的能源轉(zhuǎn)化為電能的設(shè)備,其基本原理主要基于電磁感應(yīng)定律。
以常見的柴油發(fā)電機(jī)組為例,柴油燃燒產(chǎn)生的熱能推動活塞在氣缸內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動,使曲軸旋轉(zhuǎn),這一過程是將柴油的化學(xué)能先轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。曲軸的旋轉(zhuǎn)帶動發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動,發(fā)電機(jī)通常由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。當(dāng)轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)部旋轉(zhuǎn)時,轉(zhuǎn)子的磁場會隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動而不斷變化。根據(jù)電磁感應(yīng)定律,閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運(yùn)動時,導(dǎo)體中就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。在發(fā)電機(jī)中,定子繞組就是這樣的閉合電路。當(dāng)轉(zhuǎn)子磁場切割定子繞組時,定子繞組中就會產(chǎn)生感應(yīng)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(fēng)力發(fā)電機(jī)組,風(fēng)的動能推動風(fēng)機(jī)的葉片旋轉(zhuǎn),葉片帶動發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。和柴油發(fā)電機(jī)一樣,當(dāng)轉(zhuǎn)子在定子中旋轉(zhuǎn),其磁場變化使定子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,進(jìn)而產(chǎn)生電能。只不過它的初始能源是風(fēng)的動能,而不是燃料的化學(xué)能。
對于水力發(fā)電機(jī)組,水的勢能或動能使水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)輪通過軸與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子相連,帶動轉(zhuǎn)子在定子中轉(zhuǎn)動。依據(jù)電磁感應(yīng)原理,定子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,實現(xiàn)從水的機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)化。
太陽能發(fā)電機(jī)組稍有不同,它主要是基于光電效應(yīng)。太陽能電池(光伏電池)由半導(dǎo)體材料制成,當(dāng)光子照射到電池上時,光子的能量會使半導(dǎo)體中的電子發(fā)生躍遷,產(chǎn)生電子 - 空穴對。在電池內(nèi)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(dāng)外接電路連通時,就有電流通過,實現(xiàn)光能到電能的轉(zhuǎn)化??傊?,盡管不同類型的發(fā)電機(jī)組初始能源不同,但蕞終都是通過合適的方式轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,再利用電磁感應(yīng)定律(光電發(fā)電機(jī)組利用光電效應(yīng))來產(chǎn)生電能。