发电机组是将其他形式的能源转化为电能的设备,其基本原理主要基于电磁感应定律。
以常见的柴油发电机组为例,柴油燃烧产生的热能推动活塞在气缸内做往复运动,使曲轴旋转,这一过程是将柴油的化学能先转化为机械能。曲轴的旋转带动发电机的转子转动,发电机通常由定子和转子两部分组成。当转子在定子内部旋转时,转子的磁场会随着转子的转动而不断变化。根据电磁感应定律,闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时,导体中就会产生感应电动势。在发电机中,定子绕组就是这样的闭合电路。当转子磁场切割定子绕组时,定子绕组中就会产生感应电动势,从而形成电流。如果外接电路是闭合的,就会有电能输出。
再看风力发电机组,风的动能推动风机的叶片旋转,叶片带动发电机的转子转动。和柴油发电机一样,当转子在定子中旋转,其磁场变化使定子绕组产生感应电动势,进而产生电能。只不过它的初始能源是风的动能,而不是燃料的化学能。
对于水力发电机组,水的势能或动能使水轮机的转轮旋转。转轮通过轴与发电机的转子相连,带动转子在定子中转动。依据电磁感应原理,定子绕组产生感应电动势,实现从水的机械能到电能的转化。
太阳能发电机组稍有不同,它主要是基于光电效应。太阳能电池(光伏电池)由半导体材料制成,当光子照射到电池上时,光子的能量会使半导体中的电子发生跃迁,产生电子 - 空穴对。在电池内部的电场作用下,电子和空穴分别向电池的两极移动,从而形成电势差。当外接电路连通时,就有电流通过,实现光能到电能的转化。总之,尽管不同类型的发电机组初始能源不同,但蕞终都是通过合适的方式转化为机械能,再利用电磁感应定律(光电发电机组利用光电效应)来产生电能。