発電機は機械エネルギーを電気エネルギーに変換する核心設備として、電力生産、工業運転及び日常生活の各方面を貫いて、大型発電所のメガワット級ユニットから小型携帯発電設備まで、その核心作業ロジックは常にファラデー電磁誘導法則をめぐって展開して、精密な機械構造と電磁設計を結合して、安定、高効率な電気エネルギー出力を実現する。以下では、コア原理、基本構造、ワークフロー、図解の概略とタイプの違いなどの面から、発電機の動作メカニズムを全面的に分解し、複雑な原理を直感的にわかりやすくする。
発電機の核心的な動作原理は1831年にファラデーが発見した電磁誘導現象に由来し、この法則は明確に指摘している：導体コイルが磁場の中で磁気誘導線の運動を切断したり、コイルを通過する磁気束が時間とともに変化したりすると、コイルの両端に自然に誘導電位が発生したり、コイルを閉回路に入れると、誘導起電力が電荷の方向移動を駆動し、誘導電流を形成する。このプロセスのコア公式は、$ varepsilon=-N frac{d Phi _ B}{dt}$$と表すことができ、ここで$ varepsilon$$は誘導起電力を表し、$N$$はコイル巻数、$ Phi _ B$$はコイルを通過する磁束であり、公式は、誘導起電力の大きさがコイル巻数、磁束の変化率に比例することを明らかに示し、これは発電機設計における発電効率の最適化の核心的根拠でもある。
電磁誘導の連続発生と安定した出力電力を実現するには、発電機は精密な協同構造を備え、各部品はそれぞれその役割を担い、互いに協力し合い、完全なエネルギー変換システムを構成しなければならない。その主要な部品は固定子、回転子、励磁システム、原動機、および電流引出のためのスリップリング、ブラシまたは整流器を含む。その中で、固定子は固定不動の核心部品であり、固定子鉄心と三相電機子巻線から構成され、固定子鉄心は珪素鋼片を用いて積層してなり、渦電流損失を効果的に減らすことができ、電機子巻線は誘導電気エネルギー、出力電気エネルギーの重要な担体である、回転子は回転可能な部品であり、通常は励磁巻線または永久磁石から構成され、直流電力を投入するとN極、S極の交互分布を持つ電磁石が形成され、発電に安定した磁場を提供する。励磁システムの作用は回転子巻線に安定な直流励磁電流を輸送し、磁場強度を一定に確保し、発電電圧の安定性を保障することである、原動機は発電機の「動力源」であり、火発電所のタービン、水力発電所の水力タービンであれ、小型発電機のディーゼルエンジン、ガソリンエンジンであれ、その核心作用は持続的な回転機械エネルギーを提供し、ロータを高速回転させることである。一方、スリップリングとブラシ（オルタネータ用が多い）、整流器（直流発電機用が多い）はコイルで発生した電気エネルギーを引き出し、電流出力の連続性と方向性を確保する責任がある。
各種類の発電機の中で、交流同期発電機の応用は最も広く、大型火力、水力、原子力発電所、工業生産中の主力給電設備にかかわらず、基本的にこの種類の発電機を採用し、その完全な作業過程は5つの一貫したステップに分けることができ、図解と結合してより直感的に理解することができる：第一歩は励磁建設で、励磁システムは回転子巻線に直流電力を入れ、回転子を強電磁石に転化させ、安定した交番磁極（N極とS極が交互に配列する）を形成し、これは発電の基礎である、第二ステップは機械駆動であり、原動機は一次エネルギー（石炭、水、風、原子力など）の駆動下で起動し、ロータを一定回転速度で高速回転させ、さらにロータ上の交番磁極を同期回転させ、回転磁場を形成する。第三段階は磁束の変化であり、高速回転する磁場は絶えず固定子上の電機子巻線を切断し、回転子磁極の交互性のため、固定子巻線を通過する磁束は時間とともに周期的な変化を呈し、時には増強し、時には弱まり、そして方向は絶えず交互になる、第4ステップは誘導発電であり、ファラデー電磁誘導法則によると、固定子コイル内の磁束の周期的な変化は正弦波交流起電力を発生させ、固定子上の3相電機子巻線は空間的に120°電気角度を差させるため、3組の位相差120°の交流起電力を発生させ、3相交流を共同で構成する。第5ステップは電流出力であり、固定子巻線の出線端子を通じて、発生した三相交流電力を電力網に輸送するか、各種負荷に直接供給し、電力エネルギーの出力を完成し、その出力周波数は数式$$f= frac{Pn}{120}$$で計算することができ、ここで$$f$$は出力周波数（単位Hz）であり、$$P$$は回転子磁極対数であり、$$n$$は回転子回転速度（単位rpm）であり、これも電力網周波数が一定を維持する重要な原理である。
図解を結合すると発電機の動作論理をより明確に把握することができ、よく見られる図解は主に3種類に分けられる：1つは単相交流発電機の原理の概略で、通常左側は磁場の中でコイルの異なる回転角度の位置を展示し、直観的にコイルが磁気誘導線を切断する過程を呈し、中間標注整流と出力構造、右側は出力の正弦交流波形で、コイルが半回転するごとに電流方向が反転することをはっきりと見ることができ、これも交流電力の核心的な特徴である；第二に、三相交流発電機の巻線と出力波形図であり、図中にそれぞれ単相、二相、三相巻線の配置方式を表示し、重点的に三相巻線の空間的に120°の差がある構造特徴を展示し、同時に三組の交流を示す電圧波形に対応し、三相電気の位相差の形成原因を直観的に理解することができ、三相電気は給電が安定し、効率が高いため、工業給電と電力網輸送の主流形式となっている。第三に、同期発電機の構造と励磁フローチャートであり、固定子、回転子、励磁システム、スリップリング、ブラシなどの各部品の位置と接続関係を明確に表示し、励磁電流が回転子に流入し、回転子が磁場を発生し、原動機が回転子を回転させ、磁場が固定子巻線を切断し、電気エネルギー出力する完全なフローを逐次展示し、抽象的な動作原理を具象化させ、各部品の協同作用を迅速に把握するのに便利である。
最も広範な交流発電機を応用するほか、直流発電機も小型低圧シーンに一定の応用を持っており、両者の核心的な違いは電流引き出し方式と構造設計にある：交流発電機はスリップリングとブラシの組み合わせを採用して電流を引き出し、スリップリングはロータと同期して回転し、ブラシは固定して動かず、両者の接触を通じてコイルから発生した交流電力を引き出し、その構造は比較的簡単で、摩耗が小さく、メンテナンスコストが低く、大電力発電シーンに適している、一方、直流発電機はロータコイルの末端に整流器を取り付け、整流器は複数の分裂した銅リングからなり、ロータの回転に伴い、固定ブラシとの接触により、コイル内の交流電力を方向が一定の直流電力に変換してから引き出すが、その構造は相対的に複雑で、整流器とブラシの摩耗が大きく、メンテナンスコストが高いため、小型携帯直流発電機、旧式自動車発電機などの小型低圧直流電源に多く用いられる。
発電機の動作原理を理解すると同時に、いくつかの重要な補足ポイントを把握し、認知をさらに改善する必要がある：エネルギー変換経路から見ると、発電機の全体の動作過程は本質的にエネルギーの伝達と転化であり、つまり一次エネルギー（石炭、水、風、原子力など）は原動機を通じて機械エネルギーに転化され、原動機は機械エネルギーを回転子に伝達し、回転子は回転磁場を生成し、磁場切断固定子巻線は電磁誘導を通じて電気エネルギーに転化され、最終的に出力は各種類の負荷に使用され、全過程のエネルギーは保存され、余分なエネルギーの発生はなく、エネルギー形式の変換のみを実現する物理法則から見ると、発電機の動作中には波次の法則にも従う、すなわち誘導電流による磁場は原磁場の変化を阻害するので、発電中にロータは電磁抵抗の作用を受けることができ、これは原動機が機械エネルギーを継続的に入力し、電磁抵抗を克服し、ロータの一定回転速度を維持し、電気エネルギー出力の安定性を確保する必要がある、工業応用から見ると、大型発電所は一般的に回転磁場式同期発電機、すなわち固定子固定、回転子回転励磁の構造を採用し、回転子がコイル、固定子が磁場の回転コイル式発電機に比べて、この構造は高圧大電流回転接触による安全上の危険性とエネルギー損失を効果的に減少させ、発電効率と安定性を高めることができ、これも大型発電機の核心設計構想である。
総合的に、発電機の動作原理はファラデー電磁誘導法則を核心とし、固定子、回転子、励磁システム、原動機などの部品の協同作用を通じて、機械エネルギーの電気エネルギーへの安定的な転化を実現し、その中で交流同期発電機は構造が簡単で、効率が高く、電気供給が安定している利点によって、主流の応用タイプとなり、直流発電機は小型低圧シーンに適している。図解を結合すると、その動作ロジックをより直感的に把握し、各部品の作用とエネルギー変換過程を理解することができ、大型発電所のユニットの運転にしても、小型携帯発電機の使用にしても、その核心原理は一貫して一致しているが、構造の複雑さと電力規模には違いがある。
