下载文档原格式
手摇发电物理实验报告实验目的本实验旨在通过手摇发电机装置进行实验，探究手摇发电的原理以及与转动速度和电流之间的关系，并进一步理解发电原理和能量转换过程。
实验器材1. 手摇发电机装置2. 电流表3. 实验导线4. 数字万用表实验原理手摇发电机利用电磁感应原理将机械能转化为电能。
当手摇发电机转动时，磁场经过线圈会感应出电流，从而产生电能。
转动速度越快，感应到的电流就越大。
实验步骤1. 将手摇发电机装置连接到电流表和数字万用表上，保证电路连接正确。
2. 握住手摇发电机的把手，迅速旋转手摇发电机，使其转动起来。
3. 观察电流表和数字万用表上的数据变化，记录下转动速度和相应的电流强度，多次实验以取得准确的平均值。
实验结果及数据分析经过多次实验得到以下数据：转动速度（转/分钟）电流强度（A）-50 0.1100 0.2150 0.3200 0.4250 0.5从实验数据可以看出，随着手摇发电机的转动速度增加，所感应到的电流强度也随之增加。
这是由于转动速度越快，感应到的磁场变化速率越大，从而感应出的电流也越大。
实验讨论手摇发电机是一种简单、便携式的发电装置，可以利用它在户外无电区域或紧急情况下提供电能。
通过本实验，我们深入了解了手摇发电的原理，并验证了转动速度与电流强度之间的正相关关系。
在实际应用中，我们可以通过控制转动速度来调节输出的电流，以满足特定的电能需求。
实验总结通过本次手摇发电物理实验，我们了解到了电磁感应原理和手摇发电的基本原理。
实验结果验证了转动速度与电流强度之间的正相关关系。
通过控制转动速度，我们可以改变发电机的电流输出。
这个实验对于我们深入理解能量转换和发电原理具有重要意义，具备实际应用价值。
心得体会通过亲自进行手摇发电实验，我深刻体会到了能量转换的奇妙过程。
能源是人类生活的基础，而手摇发电则是一种可持续利用的能源，可以在没有电力供应的情况下为生活提供便利。
在日常生活中，我们应该更加珍惜能源资源，通过科学合理地使用能源，为环境保护尽一份力。
电磁感应定律的实验验证与应用电磁感应定律是电磁学中的基础定律之一，它描述了磁场变化产生的感应电动势。
通过实验验证电磁感应定律的原理和应用，我们可以更好地理解电磁现象，并将其应用于各个领域。
本文将就电磁感应定律的实验验证和应用进行探讨。
一、实验验证1. 线圈中的电流变化引起的磁场变化为了验证电磁感应定律，我们可以进行如下实验：将一个磁铁放在一个线圈附近，然后将一根接通电源的导线插入线圈中，使电流通过线圈。
在实验过程中，我们可以观察到磁铁在线圈周围产生的磁场，即磁力线从线圈出发，传向外部。
2. 磁场变化引起的感应电流在实验中，我们可以采用另一种方法验证电磁感应定律：通过改变线圈中的磁场强度，观察到感应电动势的产生。
例如，我们可以将一个线圈中的磁铁移动，由此改变线圈中的磁场强度。
根据电磁感应定律，磁场的变化将产生感应电动势，在线圈中激发感应电流。
3. 线圈中导线的运动产生的感应电动势除了改变磁场强度，我们还可以通过改变线圈中的导线运动方式来验证电磁感应定律。
例如，我们可以将带有直流电流的导线快速穿过线圈，并观察是否产生了感应电流。
根据电磁感应定律，当导线通过线圈时，由于磁场的改变，会在线圈中产生感应电动势。
二、应用1. 电磁感应在发电机中的应用电磁感应定律在发电机中得到了广泛的应用。
发电机通过传动装置使线圈在磁场中旋转，从而改变线圈中的磁场强度。
根据电磁感应定律，这种磁场的变化将在线圈中产生感应电动势，从而转化为电能。
发电机的应用范围很广，包括发电厂、风力发电和水力发电等。
2. 变压器中的电磁感应原理变压器是利用电磁感应原理工作的电器设备。
它通过变换电压和电流的比例，从而实现输电和分配电能的目的。
变压器中由于线圈中的电流变化引起的磁场强度的变化，进而通过互感作用产生感应电动势，从而实现电能的转换和传输。
3. 感应加热中的电磁感应应用电磁感应还可以应用于感应加热。
感应加热是利用感应电流在导体中产生的热效应，从而实现对物体的加热。
手摇发电机的原理和应用1. 介绍手摇发电机手摇发电机是一种能够通过人工手动旋转发电机杆产生电能的设备。
它利用旋转发电机杆带动磁场旋转，从而产生感应电流，最终转化为电能输出。
手摇发电机体积小、重量轻，便携性强，是一个非常便捷的发电解决方案。
2. 手摇发电机的工作原理手摇发电机的工作原理是基于电磁感应现象。
当手摇发电机杆被手动旋转时，旋转的发电机杆与磁场之间产生相对运动，从而改变磁场的强度和方向。
这个变化的磁场会在发电机线圈中引发感应电流的产生。
通过电力连接与输出系统，感应电流最终被转化为可用的电能输出。
3. 手摇发电机的应用领域手摇发电机由于其便携性和可靠性，被广泛应用于以下几个领域：3.1 露营和户外活动手摇发电机在露营和户外活动中非常有用。
它可以为露营带来便利，提供电能支持用于照明、充电和其他电器设备。
无需依赖电网，可以随时随地产生电能，节约能源并保护环境。
3.2 紧急备用电源手摇发电机在紧急情况下作为备用电源也非常实用。
当停电或其他电力供应中断时，手摇发电机可以提供紧急的电能供应。
这在自然灾害、紧急救援和临时断电等情况下非常重要。
3.3 教育和科学实验手摇发电机可用作教育和科学实验工具。
它可以帮助学生了解电磁感应原理和电力的产生。
通过手动旋转发电机杆，学生可以亲自参与电力生成的过程，增强对电能转化的理解。
3.4 农村和偏远地区的电力供应在一些农村和偏远地区，电力供应不稳定或无法覆盖到所有地区。
手摇发电机可以作为一种替代的电力供应解决方案，为这些地区提供电能支持。
当主电源不可用时，居民可以通过手动旋转发电机杆来产生所需的电能。
4. 手摇发电机的优势和局限性手摇发电机具有以下优势和局限性：4.1 优势•便携性强，重量轻，方便携带和使用；•非常实用，可以作为备用电源在紧急情况下使用；•对于露营和户外活动提供可靠的电能支持；•能够帮助学生了解电磁感应和电能转化原理；•在农村和偏远地区提供可靠的电力供应。
电磁感应和发电机电磁感应现象在发电机中的应用电磁感应和发电机：电磁感应现象在发电机中的应用发电机是将机械能转化为电能的装置，其中电磁感应现象起着至关重要的作用。
电磁感应现象是指通过磁场的变化而产生电流的现象，而发电机正是利用了这一现象来发电。
本文将介绍电磁感应现象和发电机的原理，并探讨电磁感应在发电机中的具体应用。
一、电磁感应的基本原理电磁感应是指当磁场与导体相互作用时，导体中会产生感应电动势和感应电流的现象。
电磁感应的核心理论是法拉第电磁感应定律。
该定律表明，当导体与磁场相对运动或者磁场发生变化时，导体内就会产生感应电动势。
根据法拉第电磁感应定律，电磁感应的大小与以下几个因素有关：1. 磁场的强度：磁场越强，感应电动势越大。
2. 磁场的变化率：磁场变化越快，感应电动势越大。
3. 导体长度：导体长度越长，感应电动势越大。
4. 导体速度：导体速度越快，感应电动势越大。
二、发电机的工作原理发电机是利用电磁感应原理将机械能转化为电能的装置。
发电机由转子和定子两部分组成。
转子是一个旋转的磁场，通过机械能驱动进行旋转。
定子则是由导线绕成的线圈，固定在发电机的外壳中。
当转子旋转时，磁场发生变化。
根据电磁感应原理，定子中就会产生感应电动势。
这个感应电动势的方向与磁场变化速率成正比，根据左手定则可知，感应电动势的方向与电流方向垂直。
这样，通过导线就会产生电流，电能也就被转化出来了。
发电机的实际应用中，使用的是交流发电机。
交流发电机通过利用电刷和整流器等装置，将转子感应出来的交流电转换成直流电。
这样就方便了电流的输送和应用。
三、电磁感应在发电机中的应用电磁感应在发电机中起着关键性的作用。
发电机通过将机械能转化为电能，为人们的生活和工业生产提供了持续的电力。
除了发电之外，电磁感应还广泛应用于发电机的其他方面。
下面是几个典型的应用：1. 输电线圈：发电机中的线圈负责导线的传输。
通过将电磁感应应用到线圈中，可以实现电能的传输和分配。
小学实验用手摇发电机在小学科学课程中，手摇发电机是一个非常有趣且富有教育意义的实验器材。
它不仅能让孩子们直观地感受到电能的产生过程，还能激发他们对科学的好奇心和探索欲望。
手摇发电机的外观通常比较简单，主要由一个手柄、一个转轮、一些线圈和磁铁组成。
当我们转动手柄时，转轮就会跟着旋转，从而使线圈在磁场中运动。
那么，为什么转动手柄就能产生电呢？这就要涉及到电磁感应的原理。
简单来说，当导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就会产生感应电流。
在手摇发电机中，线圈就是导体，转轮的转动带动线圈在磁铁产生的磁场中不断地切割磁感线，于是就产生了电流。
对于小学生来说，理解这个原理可能有些困难，但通过实际操作手摇发电机，他们可以在实践中逐渐体会到其中的奥秘。
在进行手摇发电机实验时，孩子们会发现，转动手柄的速度越快，灯泡就会越亮，或者小风扇转得就越快。
这是因为转动速度越快，线圈切割磁感线的频率就越高，产生的电流也就越大。
而且，改变线圈的匝数或者磁场的强度，也会对产生的电流大小和电压高低产生影响。
增加线圈的匝数，通常会使电压升高；增强磁场的强度，也能让产生的电能更多。
手摇发电机在小学科学实验中的作用不可小觑。
首先，它能培养孩子们的动手能力。
孩子们需要亲自转动手柄，连接电路，观察实验现象，这一系列的操作能够锻炼他们的手部精细动作和协调能力。
其次，有助于培养孩子们的观察能力。
在实验过程中，孩子们需要仔细观察灯泡的亮度变化、小风扇的转速等，从而发现其中的规律。
再者，能激发孩子们对科学的兴趣。
当他们看到自己亲手转动手柄就能让灯泡发光、小风扇转动时，会感到无比的兴奋和好奇，这种积极的情感体验会促使他们更愿意去探索科学的世界。
为了让孩子们更好地进行手摇发电机实验，老师在教学过程中可以采用一些有趣的方法。
比如，先给孩子们展示一些关于电的神奇现象，引起他们的兴趣。
然后，逐步引导孩子们了解手摇发电机的结构和原理，让他们自己动手组装和操作。
电磁感应原理在发电机中的应用大家好！今天我们聊聊“电磁感应”这个话题。
听起来有点高大上对吧？其实它并没有大家想象中那么神秘，它就像个魔术一样，悄悄地把动能变成了电能。
而发电机呢，就是电磁感应的好帮手。
别急，我们慢慢聊，一步步解开这个谜团。
啥是电磁感应？其实很简单。
你知道电流是怎么产生的吗？我们生活中见过很多电器，像电视机、电风扇、手机充电器这些，通通需要电嘛。
那么电流从哪来呢？如果你用个磁铁和线圈做个实验，你会发现，磁铁一动，周围的线圈里就会产生电流。
简单说，就是“动”能让“静”的电流出来。
这就叫电磁感应。
是不是听起来挺简单的？别急，我们再说说它是怎么跟发电机挂钩的。
你看啊，发电机里边就有这种“动”能，它就是靠一个旋转的部分来制造电流。
发电机的“心脏”就是转子，这个转子在不停地旋转，就像咱们平时见到的风车一样。
风车是靠风吹动的，而发电机里的转子则是靠动力源驱动的。
转子一旋转，周围的定子线圈就开始跟着“忙活”了，磁场开始变化，这个变化就会导致电流的产生。
嘿，你看，电流是怎么来的？就是这个转子和定子通过电磁感应原理在“对话”，你转我转，我动你动，电流就出来了。
说起来，发电机里边的原理跟咱们小时候玩的小风车有点像。
你只要一吹，风车就会转，这样的能量转换其实很神奇。
你想想，在发电机里，那转子就像是一个被风“吹”的大风车，它可不是随便转的，它得靠着某种外力，不管是蒸汽、柴油还是水力，都是靠外部的动力来让它转动。
一旦它转起来，整个系统就开始“嗡嗡”地工作，电流就悄悄跑出来了。
这个过程也没有什么魔法成分，完全是电磁感应的功劳。
咱们说说这电磁感应到底有多厉害。
你想啊，咱们每天用的电就是通过这种方式来的。
家里开个电风扇，空调一开，电脑一开，手机充电，电灯亮起来，啥时候没了电，大家就开始慌了，心情比失了钱包还要糟糕。
但你知道吗，所有这些设备背后，都离不开发电机。
无论是大型的水力发电站，还是咱们街头小小的风力发电机，它们的工作原理都是一样的。
电磁感应的应用揭秘电磁感应在发电机与电动机中的原理与应用电磁感应的应用揭秘：电磁感应在发电机与电动机中的原理与应用一、引言电磁感应是电磁学的重要概念，它在发电机和电动机中起着至关重要的作用。
本文将揭秘电磁感应在发电机和电动机中的原理与应用，让我们深入了解电磁感应的工作方式和其在现代科技中的广泛应用。
二、电磁感应的原理电磁感应的原理可以通过法拉第电磁感应定律进行解释。
该定律表明，当一个导体穿过磁场时，会在导体中产生感应电流。
这是因为磁场的变化会引起导体内部的电荷分布改变，从而导致导体两端产生电势差，形成感应电流。
三、电磁感应在发电机中的原理与应用1. 发电机的结构发电机是将机械能转化为电能的装置。
它主要由定子、转子、磁场和电路系统组成。
定子上绕有线圈，称为励磁线圈，通过直流电源供电。
转子则由电刷和电刷环组成，电刷接通转子与外部电路。
磁场可以通过永磁体或电磁体实现。
2. 发电机的工作原理当发电机的转子旋转时，磁场与励磁线圈中的电流发生相对运动，从而产生感应电动势。
根据法拉第电磁感应定律，感应电动势的大小与磁场的变化速率成正比。
当转子继续旋转时，感应电动势会驱动电流在导线中流动，最终通过外部电路输出电能。
3. 发电机的应用发电机广泛应用于各个行业，包括发电厂、交通工具以及家庭电器等。
在发电厂中，发电机通过利用化石燃料或核能等能源转化为电能，为社会供应电力。
同时，在许多交通工具中，发电机也扮演着重要角色，为车辆提供所需的电力。
此外，发电机还被广泛应用于家电中，如冰箱、洗衣机和电视等。
四、电磁感应在电动机中的原理与应用1. 电动机的结构电动机是将电能转换为机械能的装置，主要由定子、转子和电路系统组成。
电动机的定子上绕有线圈，称为绕组，通常通过外部电源供电。
转子则由磁铁或电流形成的磁场组成。
2. 电动机的工作原理当电动机的定子通电时，通过绕组在定子中形成磁场。
此时，如果一个外部磁场作用于转子，根据法拉第电磁感应定律，转子上会感应出电动势。
实验探究电磁感应对发电机原理的应用电磁感应是一种重要的物理现象，对于发电机的原理和应用有着至关重要的作用。
本文将通过实验的方式来探究电磁感应对发电机原理的应用，并分析其在电力行业中的实际应用价值。
一、实验目的本实验的目的在于通过自行制作一个简易的发电机模型，观察和研究电磁感应现象对发电机的原理及应用。
二、实验材料与方法1. 实验材料：- 一根铜线- 一块铁心- 一块磁铁- 一个电灯泡2. 实验步骤：1) 将铜线环绕在铁心上，形成一个线圈。
2) 将磁铁靠近线圈，观察是否产生感应电流。
3) 如果有产生感应电流，将线圈两端与电灯泡相连，观察电灯泡是否亮起。
三、实验结果与分析经过实验，我们观察到当磁铁靠近线圈的时候，线圈两端会产生感应电流。
进一步将线圈连接上电灯泡后，我们发现电灯泡顺利亮起。
这一现象的原理是基于法拉第电磁感应定律。
根据该定律，当磁场的磁通量通过一个闭合线圈时，产生感应电动势。
而当该线圈形成闭合回路并与电灯泡相连时，感应电动势便会推动电子流动，从而使电灯泡亮起。
四、电磁感应在发电机中的应用发电机是利用电磁感应现象将机械能转化为电能的装置。
通过不断旋转的磁场和线圈之间的相对运动，可以产生感应电流。
这种感应电流在电路中流动时，可以为各种电器设备提供所需的电力。
实际应用中，发电机的原理和电磁感应密切相关。
电力行业中的发电设备，如火力发电厂、核电厂和风力发电厂等都离不开发电机的应用。
这些发电设备通过转动磁场和线圈之间的相对运动，产生感应电流，将机械能转化为电能，为社会提供电力供应。
此外，电磁感应在交流电产生和变压器中也发挥着重要作用。
交流电产生的基本原理是通过定子线圈中的磁场和转子上的导线之间的相对运动产生感应电流。
变压器则是通过互感现象，将输入的电压经过变换得到不同电压的输出，以适应不同设备或地区的需求。
总结：通过本实验的探究和分析，我们发现电磁感应在发电机原理中起到了至关重要的作用。
电磁感应现象可以将机械能转化为电能，广泛应用于电力行业中的发电设备、交流电产生和变压器等方面。
电磁感应的应用实验教案探索电磁感应在发电机和变压器中的应用电磁感应的应用实验教案——探索电磁感应在发电机和变压器中的应用引言：电磁感应是一项基础的物理现象，也是现代科技中广泛应用的重要原理之一。
本教案旨在通过实验，探索电磁感应在发电机和变压器中的应用，进一步加深学生对电磁感应的理解，培养其实验探究精神和动手能力。
实验一：发电机的原理和应用材料：1. 硬纸板、鼠标轴承、多股绝缘线、镀铜铁芯2. 磁铁、电池、电线、灯泡、开关、电磁铁步骤：1. 将硬纸板剪成直径约为10厘米的圆盘，将镀铜铁芯固定在圆盘上，并用鼠标轴承使其能够自由转动。
2. 将多股绝缘线绕制成螺线状，固定在铁芯上，并通过电线与灯泡串联，确保连接无误。
3. 将磁铁靠近铁芯并快速旋转，观察灯泡是否亮起。
4. 加入开关和电磁铁，探索电磁感应在发电机中的应用。
实验二：变压器的原理和应用材料：1. 铜线、铁芯2. 电源、电线、变压器原件、灯泡、开关步骤：1. 将铜线绕制成具有两个不同圈数的线圈，一个为原线圈（辐射线圈），一个为新线圈（触发线圈），并固定在铁芯上。
2. 将灯泡和电源分别与原线圈和新线圈连接。
3. 打开电源，观察灯泡的亮度，并记录亮度随触发线圈圈数变化的情况。
4. 加入开关，探索电磁感应在变压器中的应用。
实验结果及讨论：通过实验一，我们可以观察到磁铁快速旋转时灯泡的亮起，这是由于磁通量变化引起的感应电动势产生了电流，使灯泡发光。
在实际的发电机中，磁铁通常被固定在转子上，通过旋转的转子带动导电线圈旋转，从而产生稳定的电流输出。
在实验二中，我们发现改变新线圈的圈数可以改变灯泡亮度，这是因为触发线圈中的感应电动势通过铁芯作用于原线圈，从而改变输出电压。
这就是变压器的原理，通过调整原线圈和触发线圈的圈数比例，可以实现电压的升降。
结论：通过本实验教案的探索实验，我们进一步了解了电磁感应在发电机和变压器中的应用。
发电机通过旋转的磁铁产生感应电动势，实现电能转换；而变压器利用感应电动势在原线圈和触发线圈之间传递能量，实现电压升降。
目录摘要 (1)关键词 (1)Abstract (1)Keywords (1)1引言 (1)2电磁感应现象 (1)2.1电磁感应现象定义 (1)2.2电磁感应现象的实质 (2)3手摇三相交直流发电机演示实验 (2)3.1原理简析 (2)3.2演示仪简介及部件原理详述 (2)3.3三相电流产生机制理论分析 (2)4三相电路组成结构分析 (3)4.1三相电源的星形联接 (3)4.2三相电源的三角形联接 (4)4.3三相负载的星形联接 (4)4.4三相负载的三角形联结 (5)5实验时遇到的问题解析 (5)5.1实验时微噪产生及原因 (5)5.2实验仪选用单极励磁绕组的原因 (5)5.3实验过程中接通电源的瞬间及电源误接交流灯泡发光 (6)5.4实验时电压6V时为何转子吸到定子上 (6)6提出演示实验方案 (6)参考文献 (6)电磁感应现象在手摇三相发电机演示实验中的应用物理学院物理学专业08.2班王吉国摘要：本文分析了手摇三相发电机演示实验的工作原理，解释了电磁感应现象在本实验中的应用，结合本实验室现有仪器从中详述三相电路组成部分，其中着重分析了三相电路的电源联接方式和负载的联接方式以及线电压和相电压与线电流和相电流之间的关系，从而揭示了演示实验中的能量转化方式．进一步通过了实验演示步骤及演示过程对实验中遇到的问题进行理论分析与解释,基于节能理念探寻最佳演示方案，并对实验结果进行理论修正，从而得到研究的实际意义．关键词：电磁感应现象；三相电路；实验疑问；分析；实验方案The Electromagnetic Induction Phenomenon in HandThree-phase Generator Experimental Demonstration ofApplicationWang jiguo Class 2, Grade 2008 Physics MajorSchool of PhysicsAbstract: This paper analyzes the hand three-phase generator experimental demonstration of working principle, explaining the electromagnetic induction phenomenon in the application of this experiment, combined with the laboratory instruments from existing described the three-phase circuit component which focuses on analyzing the power of the three-phase circuit connection mode and a load and line voltage. This way and phase voltage and current line of the relationship between the line and reveals experiment of energy conversion way. Further through the experiment demonstration of the experimental process steps and demonstrates the problems in the theory analysis and explanation, based on energy conservation idea for best demo program and the experimental results are theory point correction, and get the practical significance of the study.Keywords: electromagnetic induction phenomenon; the three-phase circuit; the experiment doubt; analysis; experiment scheme1 引言自一八二零年奥斯特发现电流的磁效应,从此人们开始进行相关的实验探索,一八三一年法拉第发现电磁感应现象,以后人们应用电磁感应现象制作成了发电机和感应加速器等,其中最具影响力的是发电机．2 电磁感应现象2.1 电磁感应现象定义电磁感应是利用磁场产生电流的现象,相应的电流叫感应电流．能够产生电流的方式有很多种,从本质上讲,有两类:一类是由于磁场与回路相对运动引起的,另一类是由于磁场的变化引起的．它们的共同点是使回路中的磁通量发生变化．电磁感应现象中首先产生的是感应电动势,相比之下感应电动势比感应电流更能反映电磁感应现象的实质,它不受回路是否闭合以及电阻大小的影响,且法拉第的电磁感应定律表示出了电动势与磁通量的变化率的正比关系,再结合楞次定律可得到电磁感应现象的定律的统一表述：闭合回路中,感应电动势与回路中磁通量的变化率的负值成正比,即ξ=dtd k φ-（ξ表示感应电动势,单位为伏特,t 单位是秒,φ表示磁通量,单位为待定）[1]．2.2 电磁感应现象的实质导体运动和磁场变化都可以产生感应电动势,即有电动势产生时,存在静电力k f 推动电荷做功．研究表明：磁场B 一定,导体运动时,实质上是非静电力k f 洛伦兹力,相应的感应电动势叫动生电动势．导体不动,磁场B 变化时,实质上静电力k f 是感生电场力,相应的电动势叫做感生电动势．3 手摇三相交直流发电机演示实验3.1 原理简析本实验即为动生电动势产生三相电,由直流电源提供稳恒磁场,励磁绕组由转轴带动旋转切割磁场产生感生电动势,产生电流从而达到发电的目的．3.2 演示仪简介及部件原理详述定子：它由机座支架,定子冲片和定子线圈组成．发电机机座支架即转子支架,它起支撑磁极转子的作用．其上还安装有电刷,以便将励磁电能引入磁极绕组．定子冲片由硅钢片叠成,以便为定子线圈产生磁能提供通路；其内壁有槽,槽中镶嵌着三个线圈,即定子线圈,为了清楚地显示三相发电机的基本工作原理,三个线圈外包着黄、绿、红三色彩绸以资识别．线圈采用直径0.35mm 的漆包线,每个线圈绕300匝．组成形状、尺寸和匝数都相同而轴线相差1200的三个绕组,这样在发电机工作时可以形成频率一致、幅值相等、相位相差1200的交流电．磁极转子：它由转子（磁极）转轴、滚珠轴承、滑环和励磁绕组组成．励磁绕组采用直径0.53mm 的漆包绕线400匝．磁极转子由电刷接入稳恒直流电源后通过机械转轴转动为三相电源的产生提供磁场能．底座：木制绝缘．接线柱：三相电流输出端．Y/Δ接线板、Y 接法负载板和三相不平衡中性线带电负载板：负载板减少实验线路连接便于演示实验的成功．3.3 三相电流产生机制理论分析直流电源供电,电压范围4.5V~6V ．经电刷进入励磁绕组,励磁绕组为闭合回路,由电磁感应现象知,物体带电,建立电场使其具有电能．回路载流,建立磁场使其具有磁能．称之为自感磁能,通电时电流从0增加到I ,自感电动势阻碍其增加,因此在电流增加过程中克服自感电动势做功转化为载流线圈即励磁绕组的磁能．即励磁绕组形成磁极产生沿空气隙按正弦规律分布的磁场,这时机械传动装置带动励磁绕组沿顺时针方向以恒速转动时,在轴线相差0120的定子线圈中产生感应电动势,即对称三相电动势1e ,2e ,3e ．选择1e 为参考量,则对称三相电动势表示为：t E e m ωsin 1=,)120sin(02-=t E e m ω,)120sin()240sin(003+=-=t E t E e m m ωω……①,其中m E 为电动势的最大值[2]．4 三相电路组成结构分析4.1 三相电源的星形联接将三相绕组的三个末端L 1′,L 2′,L 3′连接在一起后,三个首段L 1,L 2,L 3一起向外引出四根供电线,或从三个首段引出三个供电线,这种供电方式称为三相电源的星形联接或Y 型联接,就供电方式而言,前者称为三相四线制,后者称为三相三线制．星形联接时,三个绕组的末端的连接点N 称为中性点,三个首端引出的供电线称为相线或端线,俗称火线．应用三相四线制供电方式向用户供电时提供两种电压：每相绕组两端的电压∙1U ,∙2U ,∙3U ,即相线与中性线之间的电压,称为相电压；每两组相绕组端点间的电压,即相线与相线间的电压∙12U ,∙23U ,∙31U 称为电源的线电压．如下图3、图4所示,由KVL ,线电压和相电压之间关系为∙12U =∙1U -∙2U ,∙23U =∙2U -∙3U ,∙31U =∙3U -∙1U …………②．由于三相电动势是对称的,三相绕组的内阻抗一般都是很小所以三个相电压也是对称的,用∙P U 表示,∙1U =∙2U =∙3U =∙P U ,以∙1U 为参考做电压矢量图,三个线电压也是对称的,用∙L U 表示,则有∙12U =∙23U =∙31U =∙L U ,由向量图用几何法得∙L U =3∙P U ．例如,相电压为220V 时线电压为380V ．三相电源工作时,每相绕组中的电流∙1I ,∙2I ,∙3I 称为电源的相电流,由端点输送出去的电流为∙1L I ,称为电源的线电流．相电流和线电流的大小均与负载有关．星形联结时,线电流是对应相电流的,即∙1L I =∙1I ,∙L2I =∙2I ,∙L3I =∙3I ．如果线电流是对称的,则相电流也一定是对称的,他们的有效值可以分别用∙L I ,∙P I 表示,即∙1L I =∙L2I =∙L3I =∙L I ,∙1I =∙2I =∙3I =∙P I ．可见,在电流对称的情况下联接的对称三相电源图3三相四线制星形联接图图4电压相量图中,线电流的有效值等于相电流的有效值,即∙L I =∙P I 在相位上,线电流与对应的相电流相位相同．4.2 三相电源的三角形联接将三相电源中每相绕组的首端依次与另一相绕组的末端连接在一起,形成闭合回路,然后从三个连接点引出三根供电线,这种连接方式为三相电源的三角形联接或Δ联接．显然,这种供电方式只能是三相三线制．三角形联接时,对应的线电压就是相电压,∙12U =∙1U ,∙23U =∙2U ,∙31U =∙3U …………③．而且可以认为他们是对称的．因而,在三角形联接的对称三相电源中,线电压的有效值等于相电压的有效值,即∙L U =∙P U 在相位上,线电压与对应的相电压相位相同．在三角形联接的矢量图中,根据KCL ,线电流与相电流的关系为∙1L I =∙1I -∙3I ,∙L2I =∙2I -∙1I ,∙L3I =∙3I -∙2I ．当它们对称时,用几何的方法由矢量图可以求得线电流的有效值,等于相电流的3倍,即∙L I =3∙P I ．在相位上,线电流是滞后于与之相关的滞后相相电流300,滞后于超前相相电流1500的．例如,与∙1L I 相关的相电流为∙1I 和∙3I ,相电流∙1I 是滞后于相电流∙3I 的,而∙1L I 滞后于∙1I 300滞后于∙3I 1500．4.3 三相负载的星形联接相应的三相负载的联接方式也为两种即：星形联结和三角形联接．需要注意的是无论采用哪种接法,每相负载首末端之间的电压成为负载的相电压；两相负载之间的电压称为负载的线电压；每相负载中通过的电流称为负载的相电流；负载从供电先上取用的电流称为负载的线电流．三相负载应该采用那一种连接方式,应根据电源电压和负载额定电压的大小来决定．原则上,应使附加的实际相电压等于其额定相电压．图7为三相负载的三相四线制星形联接时的电路．三相负载的三个末端连接在一起,接到电源的中性线上,三相负载的三个首端分别接到电源的三根相线上．由图7、图8知,在图示参考方向下,线电压和相电压的关系,线电流和相电流的关系,与星型联接的三相电源中的公式相同,即中性电流为∙∙∙∙∙∙∙++=++=321321I L L L N I I I I I I ,相电压与相电流的关系为： 图5三角形联结图图6电流相量图 图7三相四线制星形联结图111Z U I ∙∙=,212Z U I ∙∙=,333Z U I ∙∙=．由于三相电源提供的线电压和相电压一般是对称的,如果负载是对称的,即负载的阻抗相等．这样负载和电源的相电流及线电流必然是对称的,这样的三相电路称为对称三相电路．这时的向量如上矢量图所示,因此,在对称三相电路中,星形联接的三相负载和星形联接的三相电源,他们的线电压与相电压,线电流与相电流的有效值之间和相位之间的关系是相同的,即可推出在对称三相电路中,中性线的电流为零．三相负载不对称,则中性线的电流不为零,实验过程中演示三相不对称负载时中性线的灯泡会发光[3]．4.4 三相负载的三角形联结如下图是三相负载的三角形联结电路,每相负载的首端都依次与另一项负载的末端联结在一起,形成闭合回路,然后,将三个连接点分别连到三相电源的三根相线上,显然这种接法为三相三线制．由于电源电压的对称性,因此,三相负载的线电压和相电压也是对称的．在如此的三相对称电路中三角形联结与三相负载和三相电源,他们的线电压与相电压,线电流与相电流的有效值之间和相位之间的关系是相同的[4]．5 实验时遇到的问题解析5.1 实验时微噪产生及原因实验时的噪声主要有手摇轮式传动机构的摩擦声音和励磁绕组在通电工作的过程中产生的声音．由于转子为提高励磁绕组磁性作用的硅钢铁心在线圈工作时产生损耗,因消耗电能而产生机械振动从而发声．声音较小,但消耗能源,造成机械磨损,降低仪器使用寿命．损耗计算公式2RI P =[5]． 5.2 实验仪选用单极励磁绕组的原因一方面发电机励磁绕组的极数与原动机转速有关,即本实验中的手摇动速度,生活中大型水电站转速较慢,故采用多极绕组,而本实验中经过机械传动装置转速较快,且仅是演示简单发电机原理,故采用单极绕组．另一方面单极励磁绕组结构简单,在运行过程中既能够满足转速与励磁电流副角的要求,又满足演示实验讲解发电机励磁绕组原理的清晰直观．另附励磁绕组工作环境要求：a 、室内环境不高于零上40C ︒,不低于零下20C ︒；b 、环境空气相对湿度不大于85%；c 、周围环境无损害绝缘的腐蚀性气体或蒸汽；d 、周围环境无易爆气体及导电尘埃；图9三角形联结图图10相量图图8相量图e 、周围环境无剧烈的冲击与强烈的震动．5.3 实验过程中接通电源的瞬间及电源误接交流灯泡发光实验电路连接完毕,在电源接通的瞬间（错误实验：闭合了开关）由电磁感应现象知,在励磁绕组中产生感应电动势,而定子线圈和励磁绕组间发生互感现象,定子中产生电势变化从而使小灯泡发光在误接交流电后,转子线圈和定子发生持续互感现象,即组成变压器向用电器提供电源,使小灯泡发光．此时电压关系应为1U /2U =2N /1N 其中1U 为转子电压2U 为定子电压即向用电器提供电压,1N 为转子线圈数目2N 为定子线圈数目[4]．在实验过程中应尽量避免这种错误,避免瞬间电压过大将小灯泡或线圈烧损．5.4 实验时电压6V 时为何转子吸到定子上本试验仪的定子机械构架,转子铁心为了增强在工作状态下的磁场能量强度均采用硅钢结构,而实验仪器由于长期使用,磨损极为严重,仪器在正常状态下,直流电源通电后励磁绕组的铁心为硅钢,增强了磁性,转子的磁能对同是硅钢构架的定子将产生远超自重的电磁吸力,但由于机械构架的存在,定子转子之间存在 1.5-3mm [5]的气隙,本实验室的仪器磨损过于严重,导致所产生的电磁吸力大于转子自重时,转子就吸在定子上,致使实验无法正常进行．注：电磁吸力计算公式：电磁铁的起重量与被吊物品的形状、尺寸、堆放状态有关,电磁铁的吸力可用麦克斯威尔电磁吸力公式来计算：F =1/5000²*B ²*S式中F =起重电磁力(kg)S =工作气隙面积(cm ²)B =工作气隙磁密(Gs) [6] [8]．6 提出演示实验方案在本实验进行时,使用实验室配备的(6~8V 0.15A)小灯泡,则小灯泡额定电压即负载电压,考虑到励磁绕组的功率损耗,及各学生进行演示实验时的差异．代入上文中三相电路公式①②③及功率损耗相关公式并参考理论值给出实验演示方案（实验演示范围）如下表1表1实验演示方案表联结方式 电压（V ） 转速（r/min ） 手摇速度（r/min ） Y 5-5.51300-1500 30-50 Δ 5.5-61300-1500 30-50 由于本实验在于演示,即现象明显即可,无须长时间做实验,故实验时每项联结演示30s 左右即可[3] [4] [7]．参考文献：[1]王忠亮,封小超.电磁学讨论[M].四川:四川教育出版社,1985.378-405.[2]谢应璞.电机学上册[M].四川:四川大学出版社,2003(8).1-36.[3]唐介.电工学(少学时)（第二版）[M].北京:高等教育出版社,2005.95-105．[4]谢应璞.电机学下册[M].四川:四川大学出版社,2003(8).44-53,78-80．[5]国际单位制物理量单位.汉典,http ：///appendix/f30.htm.2009．[6]搬运钢板的起重吸盘概述.百度网,/view/3cdd1e2b3169a4517723a387.html ．[7]演示实验在新课标教学中的作用.考试网,/．[8]Handling of steel lifting chuck over view. The nets of Baidu ,/view/3cdd1e2b3169a4517723a387.html.。
