第六章 生产电能控制电流
第六章 生产电能控制电流 (第1/3页)
爱迪生发明的白炽电灯结构形式合理，宜于实际推广使用，但它只是被称作“爱迪生电气系统”这一综合体中的一个环节。因为制造出好的光源，固然对发展电照明起了重要作用。但是，由此拟定出的一整套复杂的照明系统则更具有巨大意义。
一
在电工学史上，特别是在电照明方面，一个发明家不仅研制出了主要设备，而且也研制出了配合这套设备工作的整个系统，这种例子我们能举出的只有一个，这就是“电烛”（即没有调节器的弧光灯）和以“亚布罗齐柯夫电气系统”而著称的照明系统的发明家、俄国杰出的发明家巴·尼·亚布罗齐柯夫的研究工作。
爱迪生把白炽灯作为一系列综合研究的出发点，对这一综合体作了十分周密的考虑。他懂得，不解决电照明的综合系统的所有问题，他所发明的白炽灯就得不到很快推广。爱迪生本人对这一综合体的主要问题作了如下的表述：
第一，要详细制定出使用范围广泛的和原理上正确的电能分配方法。这种方法从科学观点上要说得过去，从经济学观点上说，能适用于商业经营。换言之，要拟定出既符合电能特点又符合电能利用的方法的计划，而在其细节方面它又相似于瓦斯照明所已作到的那些东西。这个计划应包括电力网、导线和为保证多方面供电而采取的因某一地段发生故障或事故而引起的停电现象的措施。
第二，要设计出能普遍供照明用的光通量较小的白炽电灯。它既应便于简单地往电线上连接，而且每一盏电灯又能独立工作。它还应价廉物美，以便胜过瓦斯照明。其性能也应稳定耐久，用户使用安全。
第三，要像瓦斯供应那样，创造出一种可以用来计量或计算供给用户电能的方法，而且要通过安装在用户住所的计数器，简单方便地办到这一点。
第四，要详细研究可以敷设在地下或用瓷瓶架设在电杆上的电线的结构。要从电线上能很方便地分出支线为沿街的建筑物供给电能。进行地下敷设，需要用护套或管子保护电线，为了便于用户接线，管子应在任何地方都可以开出接入导线的引入口。因此，需要研究出引入口的结构、分线盒、连接点，以及根据每一个单独用户用电需要而配备的其他零件。
第五，要研究出在分配系统各点上稳定电压的方法，以使所有的电灯不受数量和离电站的远近的影响，而发出同样的光来。必须预防电灯在电流发生剧烈起伏时熄灭。必须创造出在电站调整电压的方法，以便在电力网的各个地方保持住所需的电压，而且电站本身应有指示仪表，随时指出电力网各个地方的实际电压。
第六，要设计出把汽能变成电能的经济有效的高速装置，以及电机起动和制动装置，调整和平衡电机负荷的办法。还必须为保障工作的连续性而研究出电站的蒸汽部分和电力部分的总体布置。
第七，要发明防护装置，以便使能引起火灾和造成其他破坏的多余电流，不能进入电力网。要研制出开关、灯头、灯口以及接照明器的内部布线方法。这就是爱迪生为制造电照明系统而要进行研究的内容。现在我们分析一下，爱迪生是采取何种技术上的办法去实现这个宏伟计划的最主要的项目的。爱迪生照明系统继白炽灯之后的最重要部分就是发电机。1874年威廉·华莱士和姆·法默共同在美国制造了发电机。这时在欧洲，研制出了格拉姆环形电枢直流电发电机，以及赫夫纳—阿利捷涅克鼓形电枢发电机，因为发电机是由柏林的西门子—哈尔斯克工厂生产的，所以通常称为西门子电机。发电机的发明者是这两个厂的助理电技师。但这样的发电机器没有输入美国，在美国安装的或是华莱士—法默发电机，或是布拉什、韦斯顿及其他美国设计家设计出的发电机。所有的美国发电机，通常都是指定用来向串联在电路上的弧光灯供电，所以它们就产生电力恒定的电流。而爱迪生则需要一种恒压电流为并联接起来的电灯供电。在用恒压电流的情况下，所有接入电网的灯都应发光。所以必须研究出另外一种类型的发电机。
二
爱迪生的第一台发电机，是1879年制造成的，当时他研制白炽灯的工作也大功告成，并于当年10月在门罗园进行试验。这台发电机，大概就是当时爱迪生为后来到北极去考察的一艘船的电照明制造。这是一种用皮带传动的双极鼓形电枢发电机。这个发电机为并联电灯产出了恒定电压为110伏的电流。他第一次设计是一种有两个笨重垂直电磁铁的发电机。鉴于在不同的照明装置中接入发电机电路的有不同数量的电灯，爱迪生就在自己的工厂里设计和制造了一批六种型号的发电机，每一型号上打有字母标记（括弧内标明的是该发电机额定供应16支烛光电灯的数目）：E（17），Z（60）；L（150），K（250），H（400）和C（1200）。在头两种型号的发电机中，各有两个柱形电磁铁铁芯，而功率最强大的C型发电机则有12个柱形电磁铁铁芯，其余3种型号发电机要各有6个柱形电磁铁铁芯。这些发电机体型高大，助手们都把它称之为“身材细高的马丽安娜”。发电机体积大而笨重：最小的发电机（E型）的重量将近300公斤，而最大的发电机（C型）的重量为30吨。爱迪生的所有这些型号的发电机都是双极的。电枢铁芯都是用大量的由薄钢制的圆片叠压起来的，圆钢片与圆钢片之间以及与轴之间都进行了绝缘，在发电机发明专利特许证中，对这种电枢结构进行描述。爱迪生也指出说，组成电枢的圆盘厚度应少于八分之一英寸，这一点至今仍适用于由层层圆钢片叠压成的电枢。爱迪生十分正确地使用了电枢的叠压法，它消除了对电枢有害的发热现象，提高了发电机的有效功率。在电枢的纵槽里和沿着圆筒的正面，装有在前面连接整流子片的铜棒。但他在这里犯了一个错误，即用来固定电枢铁芯叶片的螺栓没有进行绝缘，成了局部电流发热和白白消耗电能的根源。磁路部分使用铸铁材料，也是一个缺点，因为铸铁的电阻率大。爱迪生提出了自己的绕组图，研究出了一种整流子的结构，打火花现象在这种整流中被消除了，整流子片磨损的现象也大大减轻了。爱迪生把火花分成几部分，配置了许多电流依次通过的触头。在发电机大量供给电能的情况下，爱迪生研究出调整电压的方法。他提出要用改变磁阻的方法，也就是减少或增加轭磁量来实现这一调整。为此，电磁轭就增加了一个活动部分，而活动部分的移动影响了轭磁量和轭磁传导，起到了磁路调节器的作用。这个方法没有得到广泛推广，但却在某些专门的机器（如电焊机）中得到应用。从现代的观点来看，爱迪生的上述类型的机器有很大的缺点，用可煅铁制成的特别高大的电磁铁，在铸铁基板上相互连接起来的巨大的电极端，使机器变得很笨重。在配置这种磁路时，机器就有很大的磁阻；诚然，当时在这方面还没有一个很正确的概念。电枢和整流子结构，以及这些机器中的绕
（本章未完，请点击下一页继续阅读）