【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)6677版』，此版叢書(shū)是“數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)編委會(huì)”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎(chǔ)自學(xué)教材，本系列叢書(shū)共包含17本，層次大致相當(dāng)于如今的初高中水平，其最大特點(diǎn)就是可用于“自學(xué)”。當(dāng)然由于本書(shū)是大半個(gè)世紀(jì)前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生直接拿來(lái)自學(xué)。不過(guò)這套叢書(shū)卻很適合像我這樣已接受過(guò)基礎(chǔ)教育但卻很不扎實(shí)的學(xué)酥重新自修以查漏補(bǔ)缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫(xiě)的注解。

【山話(huà)嵓語(yǔ)】『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)』其實(shí)還有新版，即80年代的改開(kāi)版，改開(kāi)版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學(xué)基礎(chǔ)自學(xué)內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學(xué)的一條龍數(shù)理化自學(xué)教材大系列。不過(guò)我依然選擇6677版，首先是因?yàn)?677版保留了很多古早知識(shí)，讓我終于搞明白了和老工程師交流時(shí)遇到的奇特專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)和計(jì)算模式的來(lái)由。另外就是6677版的版權(quán)風(fēng)險(xiǎn)極小，即使出版社再版也只會(huì)再版80年代改開(kāi)版。我認(rèn)為6677版不失為一套不錯(cuò)的自學(xué)教材，不該被埋沒(méi)在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時(shí)間，將『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)6677版』上傳成文字版。

第五章交流電

【山話(huà)||? 本系列專(zhuān)欄中的力單位達(dá)因等于10??牛頓；功的單位爾格等于10??焦耳；熱量的單位卡路里等于4.186焦耳；電荷的單位靜庫(kù)（1庫(kù)倫=3×10?靜庫(kù)）；電勢(shì)的單位靜伏等于300伏特。另外這套老教材中力的單位常用公斤、克等，但如今是不允許的，力是不能使用質(zhì)量單位的?！?/span>

§5-5直流發(fā)電機(jī)

【01】方向不變的電流叫做直流電，雖然在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，交流電的應(yīng)用比較廣泛，并且以后還要討論，在遠(yuǎn)距離輸送上，交流電要比直流電經(jīng)濟(jì)得多，但在許多實(shí)用方面（如電車(chē)、電解、電鍍、蓄電池充電和電焊等）只能用直流電，而不能用交流電。

【02】發(fā)出直流電的發(fā)電機(jī)叫做直流發(fā)電機(jī)。它也是一種把機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能的裝置。

【03】從§5-2里我們已經(jīng)了解，當(dāng)圖5·4所示的線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)里作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線(xiàn)圈里就有了交變電動(dòng)勢(shì)；利用滑環(huán)和電刷接通內(nèi)外電路，就使全電路里有了交變電流。線(xiàn)圈每通過(guò)中性面（線(xiàn)圈平面與磁力線(xiàn)垂直的位置）一次，電動(dòng)勢(shì)和電流的方向都要改變一次。

【04】要使線(xiàn)圈里的交變電動(dòng)勢(shì)能向外電路輸送方向不變的電流，那只要使滑環(huán)在電流方向改變的時(shí)刻（線(xiàn)圈通過(guò)中性面的時(shí)刻），自動(dòng)地變換它所接觸的電刷。這樣一來(lái)，滑環(huán)的極性雖然在變，電刷的極性卻始終不變，因而外電路上的電流方向也就固定不變。

【05】在最簡(jiǎn)單的直流發(fā)電機(jī)里，用兩個(gè)互相絕緣的半圓環(huán)來(lái)代替交流發(fā)電機(jī)上的兩個(gè)滑環(huán)，線(xiàn)圈的兩頭分別和它們連接在一起。電刷和半圓環(huán)之間的相對(duì)位置如圖5·19所示，每當(dāng)線(xiàn)圈經(jīng)過(guò)中性面時(shí)，電刷正好從一個(gè)半圓環(huán)移向另一個(gè)半圓環(huán)，這樣的裝置叫做換向器，或叫整流器。

【06】當(dāng)圖中的線(xiàn)圈 abcd 沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電刷 F? 永遠(yuǎn)和輸出電流的半圓環(huán)相接觸，即永遠(yuǎn)和電源的正極相接觸；電刷 F? 永遠(yuǎn)和輸入電流的半圓環(huán)相接觸，即永遠(yuǎn)和電源的負(fù)極相接觸。盡管內(nèi)電路上的電動(dòng)勢(shì)和電流，仍舊按照正弦規(guī)律在交變著，外電路上的電流卻只改變大小而方向不變。圖5·20表示電路上電流跟著時(shí)間變化的情形，圖中虛線(xiàn)表示內(nèi)電路上的交變電流，實(shí)線(xiàn)表示外電路上的單向電流。這樣只改變大小而不改變方向的電流叫做單向脈動(dòng)電流。

【07】上述的脈動(dòng)電流，由于電流強(qiáng)度的變化太大，應(yīng)用起來(lái)還不十分適宜。實(shí)際應(yīng)用的直流發(fā)電機(jī)，在電樞上均勻排列著許多線(xiàn)圈，它們依次通過(guò)中性面以使電樞的電動(dòng)勢(shì)永遠(yuǎn)不等于零，電路上的電流也就永遠(yuǎn)不等于零。如果采用兩個(gè)互相垂直的線(xiàn)圈，電路上的電流變化情況應(yīng)如圖5·21所示。圖中細(xì)線(xiàn)表示各個(gè)線(xiàn)圈里的電流，粗線(xiàn)表示外電路上的合電流。這種多線(xiàn)圈發(fā)電機(jī)的換向器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不再是兩個(gè)半圓環(huán)。理論和實(shí)驗(yàn)都證明，電樞上線(xiàn)圈的分布越密，外電路上的電流強(qiáng)度越接近穩(wěn)定。

【08】直流發(fā)電機(jī)的主要組成部分包括感應(yīng)體、電樞、換向器、電刷和軸承等機(jī)件。感應(yīng)體多用電磁鐵，有自激和它激兩種方式。通過(guò)電磁鐵線(xiàn)圈的電流叫做激磁電流。用發(fā)電機(jī)本身發(fā)出的電流作為激磁電流就叫做自激。用其他直流電源向感應(yīng)體供給激磁電流就叫做它激。

【09】應(yīng)該指出，當(dāng)電樞線(xiàn)圈里有了感生電流時(shí)，它就要受到磁場(chǎng)的作用，這種作用形成一個(gè)和轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的阻力矩，阻礙電樞繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。為了維持電樞作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，那就需要采用蒸汽輪機(jī)、水輪機(jī)或其他發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)克服這種阻力矩做功?？朔@種阻力矩做功所消耗的能量就轉(zhuǎn)變成電能。

【10】當(dāng)外電路上并聯(lián)的支路增多時(shí)，通過(guò)發(fā)電機(jī)電樞線(xiàn)圈的電流強(qiáng)度就增大，磁場(chǎng)對(duì)電樞轉(zhuǎn)動(dòng)的阻礙作用也增大。如果要繼續(xù)維持電樞的轉(zhuǎn)動(dòng)速度不變，那就必需加大發(fā)動(dòng)機(jī)的作用力和功率，否則，發(fā)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度就要隨著電流強(qiáng)度的增加而緩慢下來(lái)。

習(xí)題5-5

1、交流發(fā)電機(jī)和直流發(fā)電機(jī)有何異同之點(diǎn)？

2、直流發(fā)電機(jī)中整流器的構(gòu)造和作用怎樣？

3、什么叫單向脈動(dòng)電流？它和穩(wěn)恒電流、交流電有何區(qū)別？

4、什么叫自激發(fā)電機(jī)？什么叫它激發(fā)電機(jī)？

5、如附圖所示，串激式直流發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì) E＝244 伏特，輸出 8 安培電流。如果電樞的電阻 r? 為 1 歐姆，激磁電路的電阻 r? 為 2 歐姆，求(1)兩電刷間的電壓；(2)發(fā)電機(jī)的輸出電壓？

6、一臺(tái)由柴油機(jī)帶動(dòng)的發(fā)電機(jī)，能夠供給 100 盞電燈用電，電流強(qiáng)度為 0.4 安培、電壓為 110 伏特.設(shè)發(fā)電機(jī)的效率為 80%，問(wèn)這臺(tái)柴油機(jī)的功率是多少馬力？