【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。】

§5-5直流发电机

【01】方向不变的电流叫做直流电，虽然在工农业生产和日常生活中，交流电的应用比较广泛，并且以后还要讨论，在远距离输送上，交流电要比直流电经济得多，但在许多实用方面（如电车、电解、电镀、蓄电池充电和电焊等）只能用直流电，而不能用交流电。

【02】发出直流电的发电机叫做直流发电机。它也是一种把机械能转变成电能的装置。

【03】从§5-2里我们已经了解，当图5·4所示的线圈在匀强磁场里作匀速转动时，线圈里就有了交变电动势；利用滑环和电刷接通内外电路，就使全电路里有了交变电流。线圈每通过中性面（线圈平面与磁力线垂直的位置）一次，电动势和电流的方向都要改变一次。

【04】要使线圈里的交变电动势能向外电路输送方向不变的电流，那只要使滑环在电流方向改变的时刻（线圈通过中性面的时刻），自动地变换它所接触的电刷。这样一来，滑环的极性虽然在变，电刷的极性却始终不变，因而外电路上的电流方向也就固定不变。

【05】在最简单的直流发电机里，用两个互相绝缘的半圆环来代替交流发电机上的两个滑环，线圈的两头分别和它们连接在一起。电刷和半圆环之间的相对位置如图5·19所示，每当线圈经过中性面时，电刷正好从一个半圆环移向另一个半圆环，这样的装置叫做换向器，或叫整流器。

【06】当图中的线圈 abcd 沿顺时针方向转动时，电刷 F₁ 永远和输出电流的半圆环相接触，即永远和电源的正极相接触；电刷 F₂ 永远和输入电流的半圆环相接触，即永远和电源的负极相接触。尽管内电路上的电动势和电流，仍旧按照正弦规律在交变着，外电路上的电流却只改变大小而方向不变。图5·20表示电路上电流跟着时间变化的情形，图中虚线表示内电路上的交变电流，实线表示外电路上的单向电流。这样只改变大小而不改变方向的电流叫做单向脉动电流。

【07】上述的脉动电流，由于电流强度的变化太大，应用起来还不十分适宜。实际应用的直流发电机，在电枢上均匀排列着许多线圈，它们依次通过中性面以使电枢的电动势永远不等于零，电路上的电流也就永远不等于零。如果采用两个互相垂直的线圈，电路上的电流变化情况应如图5·21所示。图中细线表示各个线圈里的电流，粗线表示外电路上的合电流。这种多线圈发电机的换向器结构比较复杂，不再是两个半圆环。理论和实验都证明，电枢上线圈的分布越密，外电路上的电流强度越接近稳定。

【08】直流发电机的主要组成部分包括感应体、电枢、换向器、电刷和轴承等机件。感应体多用电磁铁，有自激和它激两种方式。通过电磁铁线圈的电流叫做激磁电流。用发电机本身发出的电流作为激磁电流就叫做自激。用其他直流电源向感应体供给激磁电流就叫做它激。

【09】应该指出，当电枢线圈里有了感生电流时，它就要受到磁场的作用，这种作用形成一个和转动方向相反的阻力矩，阻碍电枢继续转动。为了维持电枢作匀速转动，那就需要采用蒸汽轮机、水轮机或其他发动机来克服这种阻力矩做功。克服这种阻力矩做功所消耗的能量就转变成电能。

【10】当外电路上并联的支路增多时，通过发电机电枢线圈的电流强度就增大，磁场对电枢转动的阻碍作用也增大。如果要继续维持电枢的转动速度不变，那就必需加大发动机的作用力和功率，否则，发电机的运转速度就要随着电流强度的增加而缓慢下来。

习题5-5

1、交流发电机和直流发电机有何异同之点？

2、直流发电机中整流器的构造和作用怎样？

3、什么叫单向脉动电流？它和稳恒电流、交流电有何区别？

4、什么叫自激发电机？什么叫它激发电机？

5、如附图所示，串激式直流发电机的电动势 E＝244 伏特，输出 8 安培电流。如果电枢的电阻 r₁ 为 1 欧姆，激磁电路的电阻 r₂ 为 2 欧姆，求(1)两电刷间的电压；(2)发电机的输出电压？

6、一台由柴油机带动的发电机，能够供给 100 盏电灯用电，电流强度为 0.4 安培、电压为 110 伏特.设发电机的效率为 80%，问这台柴油机的功率是多少马力？