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电机转子中的隐藏力量：为何现代发电机能够不依赖碳刷？
随着科技的进步，发电机的设计和运作方式也在不断演变。从早期依赖碳刷的发电机到今天愈来愈普遍的无碳刷技术，这一变化不仅提升了发电机的性能，还减少了维护成本。许多读者可能对为什么现代发电机能够不依赖碳刷而感到好奇，这背后隐藏着哪些技术创新呢？
电磁学中的激励
在电磁学中，激励是用电流生成磁场的过程。发电机或电动机由转子在磁场中转动所组成。磁场可以由永久磁铁或电场线圈产生。对于使用电场线圈的机器来说，必须有电流流经线圈以生成（激励）磁场，否则转子无法传输功率。
电场线圈提供了最灵活的磁通调节形式，但却需要耗费电流。
发电机中的激励
对于许多大型发电机而言，必须先建立一个电流才能使发电机发电。尽管一旦启动后，发电机的一些输出可以用来维持磁场，但启动时仍需外部电流源。控制磁场非常重要，因为这将维持系统的电压。
放大器原理
除了永久磁铁发电机之外，发电机的输出电压与磁通成正比。磁通的总和由结构的磁化和激励电流所产生的磁场组成。如果没有激励电流，磁通很小，电枢电压几乎为零。通过控制场电流，可以调节发电系统的电压，以消除增加电枢电流所引起的电压下降。
发电机可以被视为一种电流到电压的放大器。
独立激励的运用
对于大型发电机，常见的做法是使用与主发电机并联的单独激励发电机。这是一个小型的永久磁铁或电池激发发电机，专门为大型发电机提供必要的电流。
自激励的新时代
现代的发电机通常是自激励的，即部分转子输出的电力用于驱动电场线圈。当发电机关闭时，转子铁心会保留一定的残余磁性。启动发电机时，需先不连接任何负载，然后其初始弱磁场会在转子线圈中诱导出微弱电流进而加强磁场，最终建立强大的电压。
启动及其他变种
自激励的发电机必须在没有外部负载的情况下启动。各种类型的自激励设计中，简单的并联设计使用主绕组的电力；而激励增强系统提供了临时的能量提升以应对负载的变化。
当发电机的残余磁性不足以达到全电压时，通常会有设置来注入来自其他来源的电流。
无碳刷激励的崛起
无碳刷激励技术使电机中的磁通可以在不需要碳刷的情况下生成。这种技术的发展源于半导体技术的进步，利用转动的整流器在同步机的轴上收集诱发的交流电压并将其整流以提供给发电机的磁场绕组。虽然历史上，无碳刷激励在快速磁通调节方面存在缺陷，但随着新的解决方案的出现，这一问题正在改善。
科技的未来
现今的无碳刷技术更加完善，利用高性能无线通讯实现对磁场的全面控制，如晶闸管整流器和切换介面，使得发电机的运作更加灵活高效。
随着科技的不断演进，发电机能否完全摆脱碳刷仍是一个充满挑战的课题，而未来将会有何新技术登场以解决这些挑战呢？
