发电机的发明与改进

1831年8月29日，法拉第成功进行了“电磁感应”的实验，10月底又研制了第一部感应发电机的模型。从此，电的研究应用迅速发展起来，电作为一种新的强大的能源开始在人类的生产、生活中发挥着日益巨大的作用。在生活需要的直接推动下，具有实用价值的发电机和电动机相继问世，并在应用中不断得到改进和完善。从发电机的发展顺序来看，首先出现的是直流发电机，它大致可分为四个阶段：

第一阶段是以永久磁铁作为磁场的阶段，这是最初的直流发电机的共同特点。但天然磁铁比较小，而且磁性很弱，直流电机只能获得很小的功率。为了达到更高的功率，人们把许多永久磁铁排成星状，并相应增加旋转线圈，然而这种方法也很快达到了它所能提供的功率的极限，而且使发电机的可靠性、经济性大大下降。

第二阶段是以电磁铁作为磁场的阶段。1825年，英国的斯特金（W.Sturgeon，1783—1850）用16圈导线制成了第一块电磁铁；1845年，英国物理学家惠斯通（Charles　Wheatstone，1802—1875）通过外加电源给线圈励磁，又改进了电枢绕组，从而制成了第一台电磁铁发电机，大大改善了直流发电机的性能。

第三阶段是改变励磁方式。励磁是直流发电机的一项关键性技术。1851年，金斯首先用电磁铁代替永久磁铁励磁，以后出现串激、并激和复激等励磁方式。但这些励磁方式首先需要有电流通过才能产生磁场，而发电机要发出电流又必须先有励磁。也就是说，只有当发电机在启动前存有剩磁时才能启动，这一矛盾促使发电机的发展进入第三阶段。第一台自激式电机的专利是1854年颁发的，发明人是丹麦的赫尔特。维尔纳兄弟、西门子（E.W.von，siemens，1816—1892）等人也坚持采用自激原理，发明串激式自激发电机和自并励发电机，开创了发电机发展的新阶段。

第四阶段是在实用的道路上朝着完善化方向前进，主要体现在电枢转子的改进上。1865年意大利的巴齐诺蒂（A.Pacinotti，1841—1912）发明了齿状电枢；1870年，原籍比利时而长期在巴黎工作的格兰姆（Z.T.Gramme，1826—1901）部分利用他的这一成果，采用环状铁丝迭合成的环状铁心制成了环状电枢。1872年，德国的弗里德里希·冯·海天纳-阿尔特涅克（F.V.H.Altneck，1845—1904）发明了一种鼓形转子，他吸取了格兰姆和巴齐诺蒂转子的优点，又简化了制造方法，从而降低了电机生产的成本。从此，现代发电机的雏形出现了。

由于直流发电机存在一定的局限性，后来又发明了交流发电机。皮克西（Pixii）在1832年研制的电机和1850年西门子的第一台转枢式发电机都是单向交流发电机。但它们与直流发电机相比，其优越性并不明显。减少输电过程中的电能消耗的关键问题是如何任意改变电压。1881年，变压器的正式发明，又推动了整个19世纪末交流发电机发展的**。在这方面，许多科学家做出了贡献。其中，意大利物理学家和电工学家加利莱奥费拉里斯（G.Ferraris，1841—1897）和美国的尼古拉特斯拉（N.Tesla）分别于1885年和1886年独立发明旋转磁场式电机，使交流发电机初具现代实用形式。

电动机的发明与改进

发电机与电动机是电机的两大类型，从它们的发展来看，相关技术的创造发明往往是互相影响的，甚至存在着交叉现象。1880年以前，电动机和发电机是独立发展的，但也存在着相互影响，不管是发电机还是电动机，在设计和制造过程中积累的经验都可互相借鉴。

1821年，法拉第制作了一台用化学电源驱动的电动机，把电能转化成了机械能。1829年，美国物理学家亨利（J.Henly，1792—1878）制成的电磁铁可以举起一吨重的货物。在俄国，科学院院土雅可比（M.H.Jacob，1801—1874）于1834年用化学电池组为能源，利用电磁的吸力和斥力的特性，产生机械运动，制造了第一台实用的电动机。1838年他把经过改进的直流电动机安装在小船上，驱动一艘小船行驶在涅瓦河上。在美国，戴文泡特（T.Davenport，1802—1851）于1835年用电磁铁和电池制成一台电动机，用这种电动机驱动圆形轨道上的小车，这可以说是后来电力火车的雏形。之后，人们在实践中继续前进。到1860年，巴齐诺蒂发明了环形电枢，将整流子和合理的励磁方式结合起来，从此，实用的电动机结构和形式基本具备。

1880年前后，电锤和岩石钻相继问世，石磨机、制冰机、洗涤机等都用上了电动机，甚至还出现了牙医电钻、缝纫机马达、家用吸尘器。如此强大的社会需求对电机的促进很大，许多有名的电气工业公司相继出现。尤其是特斯拉等人发明的旋转磁场式电机，使得电动机和发电机这两大类电机以交流电的方式统一地发展起来。法拉第最先制成二相异步电动机模型，而特斯拉则在1886年制成了构造完善的二相异步电动机，使二相机获得较大的进步。1889年以后，俄国工程师多里沃（M.Von　Dolivo，1862—1919），先后发明了三相异步电动机、三相变压器和三相制输电，他的鼠笼式异步电动机构造简单、经济、可靠，19世纪90年代在欧美工业中获得了广泛应用。1891年，三相制输电的使用，标志着电力工业已正式进入实用阶段。