1832年,法(fǎ)國人(rén)畢克西(xī)發明了手(shǒu)搖式直流發電機,其原理是通過轉動永磁體使(shǐ)磁通發生變化而在(zài)線圈中產生感應電動勢,並把這種電動(dòng)勢以直流電壓形式輸出。
1866年,德國的西門子發明了自勵式直(zhí)流發電機。
1869年,比利時的格拉姆製成了環形電樞,發明(míng)了環形電(diàn)樞發電機(jī)。這種發電機是用水力來轉動發電機轉子的,經過反複改(gǎi)進,於1847年得到了3。2KW的輸出功率。
1882年,美國的戈登製造出了輸出功(gōng)率447KW,高3米,重22噸的兩相式巨型發電機。 美國的特斯拉在(zài)愛迪生公司的時候就決(jué)心開發交流電機,但由於(yú)愛迪生堅持隻(zhī)搞直流方式,因此他就把兩相交流發電(diàn)機(jī)和電動機的專利(lì)權賣給了西屋(wū)公司。
1896年,特斯拉的兩相(xiàng)交流(liú)發電(diàn)機在尼亞拉發電廠開始勞動營運,3750KW,5000V的(de)交流電一直送到40公裏外的布法羅市。
1889年,西屋公司在俄勒岡州建設了發電廠,1892年成(chéng)功地將15000伏電壓送到了(le)皮茨菲爾德。
在公元1831年,法拉第將一(yī)個封閉電路中的導線通過電磁場,導線轉動有電流流過電線(xiàn),法拉第因此了解到電(diàn)和磁場之間有某種緊(jǐn)密的關連,他建(jiàn)造了第一(yī)座發電機原型,其中包括(kuò)了(le)在磁場中迥轉的銅盤,此發電機產(chǎn)生了電力(lì)。在此之前,所有的電皆(jiē)由靜電機器和電池所(suǒ)產(chǎn)生,而這二者均無法產生巨大(dà)力量(liàng)。但是,法拉第的發電機(jī)終於(yú)改變了一切。
發電機包括(kuò)一個能在二個或二個以上的(de)磁場間迅速旋轉的電磁鐵,當二個磁場(chǎng)相互交錯,就產生了(le)電,由電線從發電機中導出。電子工程師依發電機(jī)線繞的方式和磁(cí)鐵的安排,而獲得交流電(AC)或直流電(DC),大部(bù)分(fèn)發電機(jī)都是產生交流電,它比直(zhí)流電更易(yì)由傳輸線作長距離(lí)的傳送。
學(xué)過物理(lǐ)課的人都會記得,英國科學家法拉第於1831 年發現了電磁感應原理。這一在人類社會發展過程中起到重要作用的原理是說:“當磁(cí)場的磁力線發生(shēng)變化時,在其周圍的導線(xiàn)中就會感應產生電流。”
法拉第曾煞費苦心(xīn),通過研究和反複實驗,終(zhōng)於發現了這一影響巨大(dà)的科學(xué)原理,而且(qiě)他確(què)信(xìn),利用此原理肯定能製造出(chū)可以實際發電的發(fā)電機。
就在法拉第發現電磁感應原理的第二年,受法拉第發現的啟示,法國人皮克希應用電磁感應原理(lǐ)製成了最初的發電機。
皮克希的發電機是在靠(kào)近可以旋轉的(de)U 形磁鐵(tiě)(通過手輪(lún)和齒輪使其旋轉(zhuǎn))的(de)地方,用兩根鐵芯繞上導線線(xiàn)圈,使其分別對準磁鐵的N 極和S 極,並(bìng)將線圈導線引出。這樣(yàng),搖動手(shǒu)輪使磁鐵旋轉時(shí),由於磁力線發生了變化,結果在線圈導線中就產生了電流。
由這種發電機(jī)的裝置可以知道,每當磁鐵旋轉半圈時,線圈所對應的磁鐵的磁極(jí)就改變(biàn)一次,從而使電流的方向也跟著改變一次。為了改變這種情況,使電流(liú)方(fāng)向保持不變,皮克(kè)希想出(chū)了一個巧妙的辦法:在磁鐵的旋轉(zhuǎn)軸上加裝兩片相互(hù)隔開成圓筒狀的金屬片,由線圈引出的兩條線頭,經彈簧片分別與兩個金(jīn)屬片相接觸。另外,再用兩根導線與兩個金屬片接觸,以引出電流。這個裝置,就叫做整流子,在(zài)後來的發電機上仍(réng)得到應用。
整流(liú)子為什麽能保持電流方向(xiàng)不變呢?這是因為電流從線圈流(liú)入(rù)整流子,而整流子是和磁鐵一起旋轉的。當磁鐵轉過半圈,線圈中(zhōng)電流方向(xiàng)倒(dǎo)逆過來,整流子也正好轉過半周來而掉轉了方向(xiàng),因而輸出的電流方向始終是不變的。
皮克希發明的這種發電(diàn)機在世界(jiè)上是首創,當然(rán)也有其(qí)不(bú)足之處。需要對它進行(háng)改進(jìn)的地(dì)方,一是轉動磁鐵不如轉(zhuǎn)動線圈更為方便靈活;二是通過整流子可以得到定向的電流,但是電流強弱還是不斷變化的(de)。為改變這種情況,人們采用增加一些磁鐵和線圈數量,並(bìng)稍微錯開地將(jiāng)變(biàn)化的電流(liú)一(yī)起引出的辦法,使輸出(chū)電流的強度變化控(kòng)製在一定(dìng)的範圍內。
從皮克希發(fā)明發(fā)電機後(hòu)的30 多年間,雖然有所改(gǎi)進,並出現了一些新(xīn)發明(míng),但(dàn)成(chéng)果不大,始終未(wèi)能研製出能輸出像電池那(nà)樣大的電流,而且可供實用的發電機。
1867 年(nián),德國發明家韋納(nà)·馮·西門(mén)子對(duì)發電機提出了重大改進。他認為,在發電機上不用磁鐵(即永久(jiǔ)磁鐵),而用電磁鐵,這樣可使磁力增強,產(chǎn)生強大的電流。
西門子(zǐ)用電磁鐵代替永久(jiǔ)磁鐵發電的原理是,電磁鐵的鐵芯在不通電流時,也還殘存有(yǒu)微弱的磁性。當轉(zhuǎn)動線圈時,利用這一微(wēi)弱的剩磁發出電流,再反回(huí)給電磁鐵,促使其磁力(lì)增(zēng)強,於是電磁(cí)鐵也能產生出強磁性。 接著,西門子(zǐ)著手研究電磁鐵式發(fā)電機。很快就製成了這種(zhǒng)新型的發電機,它能產(chǎn)生皮克發(fā)電機所遠不能相比的強大電流。同(tóng)時,這種(zhǒng)發電機比連接一大堆電池來通電要方便得多,因而它作為實用發電機被廣(guǎng)泛應用起來。
西門子的新型發電機問世(shì)後(hòu)不久,意大利物(wù)理學家帕其努悌於1865 年發明了環狀發電機電(diàn)樞。這種電樞是以在鐵環上繞線圈代替在鐵(tiě)芯棒(bàng)上繞製的線圈,從而提高了(le)發電機的效率。
實際上,帕斯努悌早在1860 年就提出(chū)了發電機電樞的設想,但未能引起的人們的注意。1865 年,他又在一本雜誌上發表了這一獨創性的見解,仍未得到社會的公認。
到了1869 年,比利時學者古拉姆在法(fǎ)國巴黎研究電學時,看(kàn)到了帕其努悌發表的文章,認為這一發明有其優越性。於是,他就根據帕其努悌的設計方案,兼(jiān)采納了(le)西門子的電磁鐵式發電機原理(lǐ)進行研製,於1870 年製成了性(xìng)能優良的(de)發電機。
在(zài)帕其努悌的發(fā)明中,對發電機的整流子部分進行了重要改進,使發電機發出的電流強度變化極小。而采用帕其努悌設計(jì)方案製成的古拉姆式發電機,其發出(chū)的電流強度變化也很小。這是古拉姆發電機的優良性能的表現之一(yī)。
古拉姆(mǔ)發電機的性能好,所以(yǐ)銷路很(hěn)廣,他不僅發了財,而且被人們譽(yù)為“發電機之父”。
有(yǒu)些人看到古拉姆發明發電機獲(huò)得成功,也想對發電機進行改進從而製造出更先(xiān)進的發電機。在這(zhè)些人中,就有德國的西門子公司研究(jiū)發電機的(de)工程(chéng)師(shī)阿特涅。他發明(míng)了古拉姆發電機不同的線圈繞線方式,製成了性能良好的(de)發電機。
古拉姆(mǔ)發電機(jī)的(de)電樞是將鐵絲繞成環狀,在(zài)環(huán)與環之間夾上紙進行絕緣,然後將環捆在一(yī)起作為(wéi)鐵芯,在其上麵繞上導線線圈,再由線圈的不同部位引出一些導線,接向(xiàng)帶整流子。而阿特涅發電機的電樞,是用許多薄(báo)圓鐵板以紙絕(jué)緣後重疊起來(lái),製成(chéng)鐵芯,然後在上(shàng)麵繞上導線線圈。人們把這種方法叫做(zuò)“鼓卷”,意思是像鼓一樣的形狀。經過(guò)這種改進後,發電機無論是外觀或是性能,都比(bǐ)原來有了很大起(qǐ)色。
西門子公司由於阿特涅(niè)的(de)這項發明而益發馳名。於是,德國以西門子公司為核心,大力研製各種發電機,從而使電力工業得到了迅速的發展。
隨著發電機的逐漸大型化,轉動發電機的動力也發生了變化。其中
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