爱迪生(3)_应天故事汇

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三

三　　电工技术发展的第三时期是从1867年到1891年。这一时期，是以在电磁感应现象和自激原理（直流发电原理）的基础上创制出格拉姆发电机时开始的。格拉姆发电机比用伽伐尼电池，能更便于保证电能生产；同时，感应方法比伽伐尼电池能提供出更加廉价的电能。格拉姆环形电枢发电机证明新发电方法是优越的。在这种发电机之后，又出现了更为完善的圆筒形电枢发电机（赫夫纳—阿利捷涅克，1873年），而且这些发电机的结构形式也因发明人的不同而各异。直流电机的功率在不断增大；随之又出现了更加完善的型号即多极电机。在七十年代后五年里，巴·泥·亚布罗齐柯夫悉心研究，开始制成单相交流发电机。　　这样，最主要的问题解决了：由于电力不足、价格昂贵所造成的电工技术发展中的种种限制解除了。电工技术发展第二时期（1831年—1867年），是“弱电流电工技术”也就是电能非动力运用的极盛时期，也是“强电流电工技术”即电能的动力运用开始深入研究的时期。在第三时期（1867年—1891年）非动力运用（电报术、电话术、电信号设备、闭路装置、自动装置、遥控等）得到了进一步发展，而在动力运用方面，从试验阶段转为直接实际运用。　　整个第三时期，基本上是在运用直流电的标志下过去的；只是由于亚布罗齐柯夫电烛的发明，单相交流电才得到了运用。在这一时期末，单相交流电在解决了电能集中生产和远距离输送问题的情况下，才开始发挥巨大作用。究竟有哪些用电的部门，在这时已经形成并巩固下来了呢？首先应当提到的是电照明。弧光灯作为一种光源，从设计上说在某种程度上已达到可以广泛实际运用的地步；因为不仅成功地创造出了许多效能很好的自动调节器系统，而且也解决了当时视为十分复杂的“电流分配问题”，即在一条电路上任意数目的弧光灯（契柯列夫、赫夫纳—阿利捷涅克的差动弧光灯）同时工作的问题。　　这时涌现出了一批城市，它的街道、胡同和广场都有电照明。例如，美国的沃巴什市（印第安纳州）的所有室外照明全部使用弧光灯。1885年，俄国的皇村（现叫普希金镇）的街道、住宅和公共场所全都用电灯照明。看来，这是历史上第一次实现了整个城市照明设施全部电气化。巴维尔·尼古拉耶维奇·亚布罗齐柯夫在这一时期（1876年—1881年）的工作获得了卓越成就，而且对提高电照明的研究兴趣产生了巨大影响；他所发明的电烛使首都和一些大城市的公共场所和街道、港湾、码头、沿河街、公园和戏院等地方，有可能安装大量电照明设备。　　发明家早就试图制造出白炽灯。第一批电灯还在上个世纪40年代和50年代就已创制出来。而在电工技术发展的第三时期，终于制造出了完全适合于大量实际运用的电灯。白炽灯已被广泛运用了，它使整个照明技术发生了革命，它对电工技术的发展产生了巨大影响。与此同时，提出了一系列新的任务，而其中最主要的任务是：电能的集中生产和用输电线把所需数量的电能输送给消费者。在整个这一时期内，各处都在建立电站；制造分配电能的设备以供应电站附近消费者；并进行远距离能量输送的试验。对远距离能量输送问题的详细研究，导致了一场关于电流种类的极激烈的辩论。出现了彼此观点完全对立的两个阵营。直流电的拥护者们，持有相当有力的论据。　　当时，对直流电已进行了有效的研究并进行了广泛的试验。比较适宜于用交流电的亚布罗齐柯夫电烛，在一段时间内使交流电的拥护者占了上风，但随着亚布罗齐柯夫电烛的时过境迁，领先地位又转到直流电的拥护者方面。有利于直流电的主要论据是，直流电可能把蓄电池的设备作为该系统的主要元件加以应用；可以把夜间负载转换到蓄电池上，关掉发电机，节省原动机的机械能。在负载的高峰时候，可以接通蓄电池和发电机并联工作。当时人们认为，发交流电耗煤量要比发直流电耗煤量多一倍半，也就是说交流电比较贵；交流发电厂的额定功率应比配有蓄电池设备的直流发电厂的功率大。　　对此应当补充说明的是，最初人们并没有使一些交流发电机并联工作；发电厂的每一个发电机都为一定的消费者服务。当某一个交流发电机负载不足的时候，绝不能把它断开，而把负载转加到另外负载不足的发电机上。交流发电机并联工作，不是一蹴而成的。人们对电能的需求不断增长，这样，直流电拥护者的阵地趋于巩固。直流电发动机便于操作，而合乎实际运用的单相交流电发动机当时还没有。这是普及交流电的严重障碍之一。由于对电能需求的增加和力求使电能的价格降低，人们理所当然地提出这样的愿望：建立大发电厂集中生产电能，并把电能远距离地输送分配给消费者。但这是一件需要进行专门研究和试验的崭新的工作。当时没有预料到在装备比现有功率还要大的发电厂时，会有多大的困难；另一方面，谁也没有仔细研究和弄清楚这个问题的另一方面：如何能以最小限度的损耗，把电能输送到远方去。　　1880年，杰普列和拉钦诺夫经过研究很快就明确了，为减少线路的热损耗，电能应当在高压情况下输送，他们开始在直流电路进行实际试验，开始把由专门设计的发电机所发出的高压直流电输送到了远方。1882年，马尔谢利·杰普列用双线把电压为2000伏特的直流电，输送到距离为57公里的地方（由米斯巴赫至慕尼黑），这是一次重要的尝试。这种输送法的有效系数是低的，但这一尝试表明，把电能输送到这样远距离（当时被认为是很远的）去是可能的。为增加输电距离，就必须采用更高的电压，而当时做到这一点却是很困难的，因为绝缘技术当时还处于发展的初级阶段，而且当时还不能制造出电压高于6000伏特的发电机。爱迪生和霍普金森提出了一个获得高压的新设想，即用把通常的工作电压（100—120伏特）的发电机串联起来的多线制。但这种方法仅适宜于在较短距离内输送能量，更何况，多线制提高了设备的造价。　　在用高压直流电输电时，必须在线路的另一端给变电站的强力蓄电池设备充电；而用户也应得到工作电压的直流电能。如果采用交流电输电，输电问题的解决就大大地简化了。因为交流电电压通过了变压器可高可低。1885年，匈牙利工程师姆·杰里奥托·布拉季、卡罗伊·齐佩尔诺夫斯基研制出工业用型单相变压器，并提出把这些变压器并联起来使用。从此，用单相电流输电的问题就得到了合理解决。单相电流输电的设备开始制造出来，而且应用的电压也越来越高了。例如，富兰克林1887年在英国建立了杰普特福尔德发电厂，供给离电厂约有15公里远的伦敦商业区照明电；这里的电压是十千伏特。用单相交流电输电，任何时候都不能保证电传动，因为，单相电动机完全不适宜于用在电传动上。　　这一时期，许多地方已开始建设中心发电站，开始远距离输送电能：电能成了商品。利用直流电机可逆性原理，使人们能够以新的方式解决电动机问题。格拉姆、赫夫纳-阿利捷涅克（以西门子电机而著名的）以及其他一些人的发电机，在机器发动起来以后完全能保证电传动的需要。电能开始应用到工业传动装置上了，但还是在直流电的基础上。虽然这时人们已认清了电工业传动装置的巨大优越性，但电工业传动装置发展得还很缓慢。其原因在于单相交流电有其自身的矛盾：它有把电能输送到远方的优点，但也有完全不适宜于用来作传动的缺点。为创造电气化运输工具曾进行过许多次尝试。

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