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第23章 开创电力时代——发电机

发电机的发明标志着人类从蒸汽时代进入了电气时代。它给人类社会带来了翻天覆地的变化,从此,我们的世界处处闪烁着电力的火花。

在公元1831年,法拉第将一个封闭电路中的导线通过电磁场,导线转动时有电流通过电线。法拉第因此了解到电和磁场之间有某种紧密的关联,于是他建造了世界上第一座发电机原型,从而改变了一切。

发电机包括一个能在两个或两个以上的磁场间迅速旋转的电磁铁,当两个磁场相互交错,就产生了电,电可由电线从发电机中导出。

依发电机线绕的方式和磁铁的安排,可以获得交流电或直流电。

就在法拉第发现电磁感应原理的第二年,受法拉第发现的启示,法国人皮克希应用电磁感应原理制成了最初的发电机。

皮克希的发电机是在靠近可以旋转的U形磁铁(通过手轮和齿轮使其旋转)的地方,用两根铁芯绕上导线线圈,使其分别对准磁铁的N极和S极,并将线圈导线引出。这样,摇动手轮使磁铁旋转时,由于磁力线发生了变化,线圈导线中就产生了电流。

皮克希发明的这种发电机在世界上是首创,当然也有其不足之处。

需要对它进行改进:一是转动磁铁不如转动线圈更为方便灵活;二是通过整流子可以得到定向的电流,但是电流强弱还是不断变化的。

为改变这种情况,人们采用了各种办法。但是,从皮克希发明发电机后的30多年间,虽然有所改进,但成果不大,始终未能研制出能输出像电池那样大的电流且可供实用的发电机。

1867年,德国发明家韦纳·冯·西门子对发电机提出了重大改进。

他认为,在发电机上不用磁铁(即永久磁铁),而用电磁铁,这样可使磁力增强,产生强大的电流。即电磁铁的铁芯在不通电流时,也还残存有微弱的磁性。当转动线圈时,利用这一微弱的剩磁发出电流,再返回给电磁铁,促使其磁力增强,于是电磁铁也能产生出强磁性。

同时,这种发电机比连接一大堆电池来通电要方便得多,因而它作为实用发电机被广泛应用起来。

西门子的新型发电机问世后不久,意大利物理学家帕其努悌于1865年发明了环状发电机电枢,提高了发电机的效率。

1869年,比利时学者古拉姆根据帕其努悌的设计方案,并采纳了西门子的电磁铁式发电机原理进行研制,于1870年制成了性能优良的发电机。这种发电机的性能好,销路很广,所以他被人们誉为“发电机之父”。

德国的西门子公司的工程师阿特涅,又对发电机进行了进一步的改造。阿特涅发电机的电枢,是用许多薄圆铁板以纸绝缘后重叠起来,制成铁芯,然后在上面绕上导线线圈。人们把这种方法叫做“鼓卷”。

经过这种改进后,发电机无论是外观或是性能,都比原来有了很大起色。于是,德国以西门子公司为核心,大力研制各种发电机,从而使电力工业得到了迅速的发展。