一 、正弦交流电的产生

发电厂又称发电站，是将自然界蕴藏的各种一次能源转变为电能（二次能源）的工厂。发电厂是人类获得电能的主要来源。发电厂有多种发电途径：靠燃煤或石油驱动涡轮机发电的称热电厂，靠水力发电的称水电站，还有些靠太阳能、风力和潮汐发电的小型电站，而以核燃料为能源的核电站已在世界许多国家发挥越来越大的作用。图5-3所示为三峡电厂正在吊装发电机转子。

图5-3 三峡电厂正在吊装发电机转子

发电机产生强大的交流电，通过各大电网送到城市和乡村。为了减少线路上的能量损失，常使用结构简单的升压变压器将交流电升至几千至几十万伏特，在城市内再使用降压变压器将电压降至几万至几千伏以保证安全，在进户之前再次降低至市电电压（中国为220V）或者其他适用的电压（如动力电380V），供各种用电器使用。

发电机由转子和定子构成，如图5-4a所示为交流发电机的工作原理示意图，图5-4b所示为转动线圈的截面图，图5-4c所示为交流电的波形图。

图5-4 交流发电机的工作原理示意图

线圈在磁场中匀速转动，线圈中的磁通量将发生变化，根据法拉第电磁感应定律，线圈中产生感应电动势。实验表明，某一时刻感应电动势的值即感应电动势的瞬时值e的数学表达式为

e=E_msin（ωt+φ_0e）

闭合回路中产生的感应电流为

i=I_msin（ωt+φ_0i）

可见，发电机产生的感应电动势和电流符合正弦函数变化规律，所以称其为正弦交流电。

应当指出，实际的发电机构造比较复杂，线圈（也称电枢）匝数很多，而且嵌在硅钢片制成的铁心上，磁极（由电磁铁构成）一般也不止一对，一般多采用旋转磁极式，即电枢不动，磁极转动的方式。

实训与思考1

◆如图5-5所示为手摇发电机实验示意图，请分别把电流计或灯泡接到电刷上，转动线圈，观察电流计指针的运动规律和灯泡的明暗情况。

◆指针摆动说明电流大小在____；指针在“0”两侧来回摆动说明电流方向也在____。

◆观察电流最大、最小时手柄的位置。

◆正弦交流电的____和____都做周期性变化。

◆在电流计接到电刷上时，匀速转动线圈，观察指针摆动规律，测出：

1）电流变化一次的时间是____。

2）电流最大值是____。

3）1s内电流变化的次数是____。

◆试用右手定则验证所观察到的电流方向。

图5-5 手摇发电机实验示意图