△ 电动机和发电机的发明 

在奥斯特发现电的磁效应之后,人们对电最感兴趣的研究方向,自然是如何把电能转化为动能。继法拉第在1821年发明最初的直流电动机的实验装置后,有不少人对电动机进行了类似的实验研究。其中成就最为卓著的是在革新电磁铁方面作出过重要贡献的美国电学家亨利。

亨利在1829年革新成功新的电磁铁之后,开始致力于电动机的研究。1831年,他在一次实验中也发现了感应电流。同年,亨利试制出了一台电动机的实验模型。亨利的电动机虽然只是一种实验装置,但由于他的装置中应用了电磁铁,因而它所产生的磁能较大,因此产生的动能也就比法拉第的装置所产生的动能要大得多。所以说,亨利的电动机实验模型是继法拉第在1821年所制的那种模型后的一大进步,是向实用电动机发展进程中跨出的重要的一步。

亨利试制成功第一台电动机的实验模型之后,人们试图把这种电动机的实验模型转变成可供实用的电动机。首先在这方面作出重要贡献的是德国电学家雅可比。1834年,雅可比以亨利的电动机实验模型为基础,对这种实验模型作了一些重要革新。把亨利模型中的水平电磁铁改为转动的电枢,加装了脉动转矩和换向器。由于进行了这些较大的革新,雅可比便在同年五月装出了第一台样机。这样,雅可比就最先把亨利的那种电动机的实验模型变成了一种最初始的可供实用的电动机,从而使电动机完成了从实验模型到实用电动机的转化。

雅可比的双重式电动机最初还是以大功率的伏打电池为电源的。到了40年代,由于皮克希的永磁发电机在几经改革后已投产实用,所以雅可比的这种双重式电动机就可以用皮克希永磁发电机为电源了。1849年前后,当庞大而笨重的永磁式发电机已能为工业提供电源时,雅可比的双重式电动机即成为把电能转变为机械能的配套的动力机。当雅可比的双重式电动机与皮克希的永磁式发电机一齐运转之后,人们就从电力中获得了真正的动力。

由于电动机的发展,反过来又对发电机提出了新的需求。同时,由于永磁发电机已能为当时的电解工业提供电,电解工业反过来对发电机进一步提出了新的需求。正是在电力工业与电解工业的双重推动作用之下,使发电机本身又迈向了新的里程。要提高发电机的功率,其重要途径之一,是为发电机安装更加强大的磁铁。可是,永磁铁本身所产生的磁力有限。这时,人们便向寻找新的更强大的磁铁这一目标进军了。1854年,丹麦电学工程师乔尔塞为在发电机中引入电磁铁进行了最初的尝试。他除了在发电机中装有永磁铁外,另外加装了电磁铁;从而试制成功了一种永磁铁和电磁铁混合激磁的混激式发电机。这种混激式发电机的功率与永磁式发电机的功率相比,当然有明显的提高。乔尔塞所以另加永磁铁,是担心仅靠电磁铁无法使发电机启动。乔尔塞的这种混激式发电机,后来成为自激式发电机的先驱。乔尔塞的混激式发电机发明之后,英国电学家惠斯通(1802-1875)发明了自激式发电机。1857年,惠斯通试制成功了一种自激式发电机。这种自激式发电机的激磁机构完全采用电磁铁,而且磁铁所需的电力则由一个伏打电池组组成的独立电源来提供。这种自激式发电机的功率,当然要比永磁式发电机和混激式发电机的功率大得多。

在惠斯通的自激式发电机问世十年之后,一种真正的自激式发电机——自馈式发电机——相继在德国和英国发明了。在德国,发明自馈式发电机的是电学工程师西门子(1816-1892)。从青年时代起,西门子就致力于专用技术的研究。1847年,他成立了以生产电器设备为主的西门子公司。西门子公司不但从事电器设备的生产,而且还附设从事电器设备研究的科学实验室。这就使他的公司比别的公司更具有竞争的科学基础。西门子在看清发电机的革新方向之后,就沿这一方向进行了一些探索性的研究。由于当时条件的限制,继续以电池作为电磁铁的电源这条路走不通。西门子又经过一段时间探索,似乎突然看到了某种希望。他想,发电机本身不是一种比伏打电池更强大的电源吗?如果把发电机上产生的电流部分地引入电磁铁,这样便可以使电磁铁得到一种自馈电流。当然,这股自馈电流只是发电机能产生电流中的很小的一部分。尽管如此,它毕竟还是比伏打电池能提供的电流强大得多。

根据对自馈原理的最初设想,西门子开始了他的新的发电机的研制工作。1867年,西门子终于试制出了第一台自馈式发电机。在这种自馈式发电机中,仍然装有一个使发电机得以启动的伏打电池。而当发电机一旦启动产生电流之后,即把发电机所产生的部分电流引到电磁铁上。这样,电磁铁即被大大强化。发电机的功率随之大大提高。