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电机的萌芽阶段

2018-05-25 11:34:41 阅读()

        从18世纪60年代到19世纪前半期,欧洲洲发生了以从纺织机械改革到蒸汽机利用为标志的产业革命。与此同时,电也悄悄地进入了人类的社会生活。1800年伏打电池问世后,人们很快发现了电解作用,发明了电解、 电镀工艺。1807年戴维制成碳弧灯后,电能开始应用于照明。社会生产力的发展,电解、电镀、电照明的需要, 要求人们寻求新的供电装置,开拓电能应用领域。        



        1831年,法拉第电磁感应原理的发现为人们研制发电机莫定了理论基础。社会的需要和科学理论的结合, 使发电机的研制工作在19世纪30年代后得到了较快发展。应该指出的是,早期发电机是用作电解、电镀 电弧照明的直流电的供电,也就是说早期人们需要的发电机是直流发电机,即使根据法拉第电磁感应原理研 制的发电机,产生的交流电也要用换向器变成直流电。
        另一方面,电池、电磁铁的发明和奥斯特电流磁效应的发现,又催生了电动机的诞生。19世纪三四十年代 各种电动机的设计层出不穷、五花八门,到19世纪50年代后,电动机逐渐进入实用阶段。
        此外,19世纪上半叶,人们尚不清楚电机的可逆现象,电动机和发电机研制的理论基础也不尽相同,所以, 当时电动机和发电机是各自为政、并行发展的。直到19世纪60年代后,人们才逐渐使两者的研究结合起来, 逐渐使电动机和发电机的结构趋于一致、统一起来。
        直流发电机的诞生
        一、发电机的始祖一一法拉第圆盘式发电机
        1831年8月29日,法拉第发现电磁感应现象,这启发他设计制造一台发电机。1831年10月28日,他在日记本上画出了发电机的草图,不久就制成一台圆盘式直流发电机。它是在一只马蹄形永久磁铁的中间放一个直径约30cm的铜圆盘,并在圆盘中心和外缘装上摩擦接触片(电刷),当手摇圆盘转动时,圆盘切割磁力线而产生电流。法拉第圆盘发电机是一种单极直流发电机,是现代直流发电机的始祖。
         发明圆盘式直流发电机后,法拉第继续研究,设计制造了一些其他形式的发电机。他制造的一台单导体环形直流发电机。他制造这台发电机的目的,是验证利用地磁场发电的可能性。实践证明,东西方向布置时,它可以发出电流。
         二、“来路不明”的发电机P.M.发电机
        1832年,法拉第收到一封署名P.M.的来信,信中提出了一种发电机的结构。法拉第认为这封来信很有价值,就将 它推荐刊登于1832年8月2日英国出版的《哲学杂志》上。转动圆盘带动磁铁旋转,就在8个线圈中产生交流电。P.M.发电机实际上是一种单相、多极同步发电机,它已具有现代发电机的基本结构。 但遗憾的是,迄今为止,人们也不知道英国人P.M.的真实 姓名。
        三、往复式发电机维形一一内格罗发电机


        在法拉第宣布发现电磁感应现象不久,1832年初,意大利帕杜亚( Padua)大学物理学教授内格罗(S.dal Negro,1768-1839)进行了探索性的试验,他将4只线圈放在桌上,4只线圈串联,并与一只电流计相连,将 4只永久磁铁放在一个框架上。然后,来回移动框架,使永久磁铁时而靠近线圈,时而离开线圈。这时,他发现电流表中有电流通过,说明线圈中产生了感应电流。内格罗实验实际上是发电机实验,其实验装置实实为往复式发电机的锥形。
        四、现代直流发电机锥形一一皮克西手摇发电机和萨克斯顿手摇发电机
        五、在内格罗进行往复式发电机实验的同时,法国仪器制造商A.H.皮克西(A.H.PiXi1,1808-1835)在1832 年发明了一台永久磁铁旋转式手摇交流发电机。同年9月3日,哈切特(M. Hachette)在巴黎科学院展示和介绍了这台发电机,引起极大反响。该机上面有两个带铁心的螺线管,其下有一个马蹄形永久磁铁,马蹄形磁 铁通过齿轮与手轮相连。摇动手轮即可带动磁铁旋转,从而在线圈中产生交流电。为了使发电机输出直流电, 1833年,A.H.皮克西之兄M.H.皮克西(M.H.Pixi,1804-1851)根据安培的建议,在发电机中间搁板上装了 只换向器。换向器的两个接点与两个螺线管相连,另外两个接点与发电机引出线相连。摇动手轮使轴转动时, 换向器的凸轮机构同步旋转,接点或开或闭,使输出电流变成直流。皮克西手摇发电机是世界上首先报导制 成的直流发电机。图3-6为这台发电机的示意图。
         另外,1833年3月,英国伦敦大学的里奇(W. Ritchie,1790-1837)称,他在1832年夏天制成一台手摇直流发电机。它是一台有4只转子线圈、一只换向器和几块电刷的直流发电机。
         受皮克西发电机的启发,英国仪器制造商萨克斯顿(J. Saxton,1799-1873)从1833年7月起研究发电机, 也制成一台手摇直流发电机,用作实验室电源的供电。该发电机与皮克西发电机相反,是永久磁铁固定, 线圈旋转。当时,一般磁铁比较笨重,线圈相对较轻,所以萨克斯顿发电机的结构为后来一些发明者所效仿。 皮克西发电机和萨克斯顿发电机产生的电压都很低,实用价值不大。
 

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