【阅前提示】本篇出自『数理化自学丛书6677版』，此版丛书是“数理化自学丛书编委会”于1963-1966年陆续出版，并于1977年正式再版的基础自学教材，本系列丛书共包含17本，层次大致相当于如今的初高中水平，其最大特点就是可用于“自学”。当然由于本书是大半个世纪前的教材，很多概念已经与如今迥异，因此不建议零基础学生直接拿来自学。不过这套丛书却很适合像我这样已接受过基础教育但却很不扎实的学酥重新自修以查漏补缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我写的注解。

【山话嵓语】『数理化自学丛书』其实还有新版，即80年代的改开版，改开版内容较新而且还又增添了25本大学基础自学内容，直接搞出了一套从初中到大学的一条龙数理化自学教材大系列。不过我依然选择6677版，首先是因为6677版保留了很多古早知识，让我终于搞明白了和老工程师交流时遇到的奇特专业术语和计算模式的来由。另外就是6677版的版权风险极小，即使出版社再版也只会再版80年代改开版。我认为6677版不失为一套不错的自学教材，不该被埋没在故纸堆中，是故才打算利用业余时间，将『数理化自学丛书6677版』上传成文字版。

第五章交流电

【山话||  本系列专栏中的力单位达因等于10⁻⁵牛顿；功的单位尔格等于10⁻⁷焦耳；热量的单位卡路里等于4.186焦耳；电荷的单位静库（1库伦=3×10⁹静库）；电势的单位静伏等于300伏特。另外这套老教材中力的单位常用公斤、克等，但如今是不允许的，力是不能使用质量单位的。】 

§5-2交流发电机

【01】发电机是把机械能转变成电能的一种装置。能够发出交变电流的发电机叫做交流发电机。

【02】图5·4是最简单的交流发电机的示意图。图中 N 和 S 是永磁体的两极；K₁ 和 K₂ 是两个滑环，它们分别和矩形线圈的两个端点焊接在一起，组成发电机的内电路；B₁ 和 B₂ 是两个电刷，它们作为外电路的两个端点，分别与滑环 K₁ 和 K₂ 作可以相对滑动的接触。当线圈在磁场中转动时，滑环也跟着一起转动，它通过电刷与外电路接通组成一个全电路。由于在内电路里存在着交变的感生电动势，因而在全电路里就形成了交变电流，外电路的小电珠里通过电流就发出光来。

【03】这种简单发电机的电动势随时变化，遵循正弦规律的，它的大小 伏特。

【04】可见为了增大感生电动势，就需要增强磁场强度 H、增多线圈的匝数 n 和增长切割边 ab 和 cd 的长度 l，以及加快切割边 ab 和 cd 的线速度 v  。

【05】在实际应用的发电机中，为了有效地加强 H，总是用电磁铁代替永磁体。电磁铁的铁心是由硅钢片制成的，它的线圈（叫做激磁线圈）与直流电源相连接，有固定的 N 极和 S 极。通常把用来形成磁场的永磁体或电磁铁称为感应体。

【06】图5·5表示一个有两个磁极的交流发电机的示意图。图中的外圈表示上述的感应体，中部表示一个叫做电枢的转动体。电枢是一个圆柱状的铁心，在圆柱面上开有 2n 个凹槽，槽内绕着 n 匝串联着的线圈。

【07】这种发电机的感应体是固定不动的，它的电枢由发动机带动，在不停地转动着，它通过滑环和电刷向外电路供给着交变电流。我们称它为旋转电枢式发电机。

【08】这种发电机的电压一般不超过 500 伏特。一方面因为电枢所占的空间不能太大，这就限制了线圈匝数的增多；另一方面，当速度过大、电压过高时，由于在滑环与电刷间的滑动接触处容易引起火花，造成灾害，所以旋转电枢式发电机的功率一般都是较小的。

【09】比较广泛应用的大功率发电机是所谓旋转磁场式发电机。它的构造特点是把产生交变电动势的电枢作为发电机的固定部分，叫做定子；把电磁铁作为发电机的旋转部分，叫做转子。

【10】如图5·6所示，旋转磁场式发电机的定子是一个铁制圆筒，在它的内表面上有平行的沟槽，沟槽里绕着电枢。转子是一个可以旋转的电磁铁。电磁铁的激磁线圈所需要的直流电，是通过电刷、滑环由另外的电源供给的。因为感应体的电压在 250 伏特以内就够了，所以旋转磁场式发电机在构造上要比旋转电枢式发电机简单得多。

【11】当转子用某种发动机带动时，它所产生的磁场也随着一起旋转，结果磁力线与定子沟槽里的导线有相对的切割运动，因此在定子线圈组里就产生了交变电动势。如果把定子线圈组与外电路接通，那就有交变电流形成。

【12】当交流电发电机只具有一对磁极时，转子转动一周、电流完成一次全振动；如果我们要获得 50 赫兹的频率，那就必须要使转子的转速达到 50 转/秒，即 3000 转/分。在用汽轮机带动的发动机中，转子的转速确可达到这样高。

【13】为了减低转子的转速，我们必须增多磁极的对数。如果发电机里用两对磁极，转子每转一周电流就完成两次全振动；如果用四对磁极，转子每转一周电流就完成四次全振动；如果用 n 对磁极，转子每转一周电流就完成 n 次全振动。因此，多磁极交流发电机的频率与转速的关系可用下式表示：，式中 f 为频率（赫兹），n 为磁极对数。

习题5-2

1、交流发电机的主要构造有哪几部分？各有什么作用？现代大型交流发电机用什么做转子？为什么？

2、有一台小型发电机，电枢线圈的长宽各为 10 厘米，共有 200 匝，H＝400 奥斯特，转子在匀强磁场中每秒钟转 5 周，线圈转动轴和磁力线相互垂直，求线圈中感生电动势的平均值是多大？[提示：]【1.6伏特】

3、一台发电机供给 100 盏并联电灯用电，每只灯泡的电阻是 1220 欧姆，所用电压是 220 伏特，连接导线的电阻是 4 欧姆，发电机内电阻是 0.8 欧姆，求发电机的电动势、路端电压和输出功率。【306伏特，292伏特，5.26千瓦】