愛迪生(3)_學達書庫

三

　　三

　　電工技術發展的第三時期是從1867年到1891年。這一時期，是以在電磁感應現象和自激原理（直流發電原理）的基礎上創制出格拉姆發電機時開始的。格拉姆發電機比用伽伐尼電池，能更便於保證電能生產；同時，感應方法比伽伐尼電池能提供出更加廉價的電能。格拉姆環形電樞發電機證明新發電方法是優越的。在這種發電機之後，又出現了更為完善的圓筒形電樞發電機（赫夫納—阿利捷涅克，1873年），而且這些發電機的結構形式也因發明人的不同而各異。直流電機的功率在不斷增大；隨之又出現了更加完善的型號即多極電機。在七十年代後五年裡，巴·泥·亞布羅齊柯夫悉心研究，開始製成單相交流發電機。

　　這樣，最主要的問題解決了：由於電力不足、價格昂貴所造成的電工技術發展中的種種限制解除了。電工技術發展第二時期（1831年—1867年），是「弱電流電工技術」也就是電能非動力運用的極盛時期，也是「強電流電工技術」即電能的動力運用開始深入研究的時期。在第三時期（1867年—1891年）非動力運用（電報術、電話術、電信號設備、閉路裝置、自動裝置、遙控等）得到了進一步發展，而在動力運用方面，從試驗階段轉為直接實際運用。

　　整個第三時期，基本上是在運用直流電的標誌下過去的；只是由於亞布羅齊柯夫電燭的發明，單相交流電才得到了運用。在這一時期末，單相交流電在解決了電能集中生產和遠距離輸送問題的情況下，才開始發揮巨大作用。究竟有哪些用電的部門，在這時已經形成並鞏固下來了呢？首先應當提到的是電照明。弧光燈作為一種光源，從設計上說在某種程度上已達到可以廣泛實際運用的地步；因為不僅成功地創造出了許多效能很好的自動調節器系統，而且也解決了當時視為十分複雜的「電流分配問題」，即在一條電路上任意數目的弧光燈（契柯列夫、赫夫納—阿利捷涅克的差動弧光燈）同時工作的問題。

　　這時湧現出了一批城市，它的街道、胡同和廣場都有電照明。例如，美國的沃巴什市（印第安納州）的所有室外照明全部使用弧光燈。1885年，俄國的皇村（現叫普希金鎮）的街道、住宅和公共場所全都用電燈照明。看來，這是歷史上第一次實現了整個城市照明設施全部電氣化。巴維爾·尼古拉耶維奇·亞布羅齊柯夫在這一時期（1876年—1881年）的工作獲得了卓越成就，而且對提高電照明的研究興趣產生了巨大影響；他所發明的電燭使首都和一些大城市的公共場所和街道、港灣、碼頭、沿河街、公園和戲院等地方，有可能安裝大量電照明設備。

　　發明家早就試圖製造出白熾燈。第一批電燈還在上個世紀40年代和50年代就已創制出來。而在電工技術發展的第三時期，終於製造出了完全適合於大量實際運用的電燈。白熾燈已被廣泛運用了，它使整個照明技術發生了革命，它對電工技術的發展產生了巨大影響。與此同時，提出了一系列新的任務，而其中最主要的任務是：電能的集中生產和用輸電線把所需數量的電能輸送給消費者。在整個這一時期內，各處都在建立電站；製造分配電能的設備以供應電站附近消費者；並進行遠距離能量輸送的試驗。對遠距離能量輸送問題的詳細研究，導致了一場關於電流種類的極激烈的辯論。出現了彼此觀點完全對立的兩個陣營。直流電的擁護者們，持有相當有力的論據。

　　當時，對直流電已進行了有效的研究並進行了廣泛的試驗。比較適宜於用交流電的亞布羅齊柯夫電燭，在一段時間內使交流電的擁護者占了上風，但隨著亞布羅齊柯夫電燭的時過境遷，領先地位又轉到直流電的擁護者方面。有利於直流電的主要論據是，直流電可能把蓄電池的設備作為該系統的主要元件加以應用；可以把夜間負載轉換到蓄電池上，關掉發電機，節省原動機的機械能。在負載的高峰時候，可以接通蓄電池和發電機並聯工作。當時人們認為，發交流電耗煤量要比發直流電耗煤量多一倍半，也就是說交流電比較貴；交流發電廠的額定功率應比配有蓄電池設備的直流發電廠的功率大。

　　對此應當補充說明的是，最初人們並沒有使一些交流發電機並聯工作；發電廠的每一個發電機都為一定的消費者服務。當某一個交流發電機負載不足的時候，絕不能把它斷開，而把負載轉加到另外負載不足的發電機上。交流發電機並聯工作，不是一蹴而成的。人們對電能的需求不斷增長，這樣，直流電擁護者的陣地趨於鞏固。直流電發動機便於操作，而合乎實際運用的單相交流電發動機當時還沒有。這是普及交流電的嚴重障礙之一。由於對電能需求的增加和力求使電能的價格降低，人們理所當然地提出這樣的願望：建立大發電廠集中生產電能，並把電能遠距離地輸送分配給消費者。但這是一件需要進行專門研究和試驗的嶄新的工作。當時沒有預料到在裝備比現有功率還要大的發電廠時，會有多大的困難；另一方面，誰也沒有仔細研究和弄清楚這個問題的另一方面：如何能以最小限度的損耗，把電能輸送到遠方去。

　　1880年，傑普列和拉欽諾夫經過研究很快就明確了，為減少線路的熱損耗，電能應當在高壓情況下輸送，他們開始在直流電路進行實際試驗，開始把由專門設計的發電機所發出的高壓直流電輸送到了遠方。1882年，馬爾謝利·傑普列用雙線把電壓為2000伏特的直流電，輸送到距離為57公里的地方（由米斯巴赫至慕尼黑），這是一次重要的嘗試。這種輸送法的有效係數是低的，但這一嘗試表明，把電能輸送到這樣遠距離（當時被認為是很遠的）去是可能的。為增加輸電距離，就必須採用更高的電壓，而當時做到這一點卻是很困難的，因為絕緣技術當時還處於發展的初級階段，而且當時還不能製造出電壓高於6000伏特的發電機。愛迪生和霍普金森提出了一個獲得高壓的新設想，即用把通常的工作電壓（100—120伏特）的發電機串聯起來的多線制。但這種方法僅適宜於在較短距離內輸送能量，更何況，多線制提高了設備的造價。

　　在用高壓直流電輸電時，必須在線路的另一端給變電站的強力蓄電池設備充電；而用戶也應得到工作電壓的直流電能。如果採用交流電輸電，輸電問題的解決就大大地簡化了。因為交流電電壓通過了變壓器可高可低。1885年，匈牙利工程師姆·傑裡奧托·布拉季、卡羅伊·齊佩爾諾夫斯基研製出工業用型單相變壓器，並提出把這些變壓器並聯起來使用。從此，用單相電流輸電的問題就得到了合理解決。單相電流輸電的設備開始製造出來，而且應用的電壓也越來越高了。例如，富蘭克林1887年在英國建立了傑普特福爾德發電廠，供給離電廠約有15公里遠的倫敦商業區照明電；這裡的電壓是十千伏特。用單相交流電輸電，任何時候都不能保證電傳動，因為，單相電動機完全不適宜於用在電傳動上。

　　這一時期，許多地方已開始建設中心發電站，開始遠距離輸送電能：電能成了商品。利用直流電機可逆性原理，使人們能夠以新的方式解決電動機問題。格拉姆、赫夫納-阿利捷涅克（以西門子電機而著名的）以及其他一些人的發電機，在機器發動起來以後完全能保證電傳動的需要。電能開始應用到工業傳動裝置上了，但還是在直流電的基礎上。雖然這時人們已認清了電工業傳動裝置的巨大優越性，但電工業傳動裝置發展得還很緩慢。其原因在於單相交流電有其自身的矛盾：它有把電能輸送到遠方的優點，但也有完全不適宜於用來作傳動的缺點。為創造電氣化運輸工具曾進行過許多次嘗試。

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