发电机和电动机的发明

法拉第发现了电磁感应现象，这就是人们所追求的“磁生电”现象。但是这种现象只是一种暂态效应，难于形成连续的强流。以往的化学电池(如伏打电池)虽然可以提供连续的电流，但电池体积庞大，搬运不便，电池的寿命也比较短。为此，法拉第认为有必要借助于新的电磁感应原理发明一种新的电源装置。

由于磁棒要在线圈中往复运动才能产生电流，磁棒不动电流就没有了。要产生单向电流，线圈与磁棒间的相对运动也必须是单向的。这就需要改进装置的结构。法拉第的新装置是用圆铜片取代线圈，并将它装在一个轴上，轴端有一个摇把，转动摇把使圆铜片在一块马蹄形磁铁之间旋转。将两根导线一端分别接在圆铜片中心的轴上和铜片的边缘，并将另一端连接在一个电流计上。当圆铜片转动时，铜片与磁极间的运动是单向的，电流也是单向的。法拉第用皇家学会一块大马蹄形磁铁做实验，效果非常好。

法拉第的装置可以产生恒定的电流，像伏打电堆输出的电流一样稳定。这是一种新型的电源，并且是发电机的雏形。发电机的发明预示着一场动力革命的到来，最终导致了“电力大王”取代“蒸汽大王”，把人类社会推进到“电气化时代”。

新的发电装置十分重要，它吸引了大批发明家和科学家投身到这场发明的浪潮中。

1832年，法国巴黎的比齐(1808—1835年)研制成永磁铁发电机，它用手轮转动马蹄形磁铁，并在固定线圈中产生电流。这是转动磁铁式发电机装置。第二年，比齐又在发电装置上装上整流子，使交流电变成直流电。由于它的电压很低，实用价值并不大。

1833年，美国的萨克斯顿对比齐的发明作了一些改进，发明了新型的发电机。这种发电机是利用转动线圈在磁场中切割磁力线，使线圈中产生感应电流。

19世纪40年代，英国的惠斯通(1802—1875年)用电磁铁取代永磁铁，对提高发电机输出功率有重要意义。而在此之前，已出现了用蒸汽力驱动的发电机，这也比手摇发电机提高了很大一步。这时的发电机体积依旧庞大，但已能为机器提供动力了。

1856年商用发电机已开始普及，英国的霍姆斯用多极永磁铁制作发电机，一个灯具厂购买使用了这种发电机。这台发电机长宽为5英尺，重2吨，用蒸汽推动，每分钟600转，功率不到1．5千瓦。

1858年，由法拉第亲自监督，在英国沿海岸的两座灯塔上安装了发电机，供电弧探照灯电能，以照亮海面。这是电能为导航照明。

1866年，美国、英国和德国的发明家都为新型发电机的研制作出了贡献，他们的发电机称作自激发电机，其特点是用发电机产生的部分电流供给电磁铁。德国的西门子(1823—1883年)在柏林科学院介绍这种新型发电机时，为它起名为“狄纳莫”。第二年，西门子的兄弟在伦敦皇家学会展出了这种自激发电机。

西门子最初是从事电报设备的生产和建设电报线路的，在他建立的西门子公司中设有实验室，以研究和发展电报设备。他们的许多发明对公司的业务发展起到了积极的作用。为了解决德国电镀工业对电力的需求，在西门子的指导下，实验室研制成功用电磁铁代替永磁铁的自激发电机。由于新型发电机的效率高，容量大，很快就得到广泛应用，对现代电力工业的发展产生了积极作用。

我们使用电能常常是将电能转化为热能(如电炉)、光能(如电灯)、化学能(如电镀)、机械能(如电动机)。在各种产生机械运动的装置中，普遍使用着电动机。

1834年，美国铁匠达文波特曾制造过一台用电池组供电的玩具电动机，并在波士顿等城市进行表演，受到观众的欢迎。这一年，俄国的雅各比(1801—1872年)也研制出一台用电池组供电的直流电动机;1838年，雅各比制成了真正可以提供动力的电动机。由于永磁铁的磁力太小，不足以产生足够的动力，所以雅各比不用永磁铁，而使用电磁铁。1847年，雅各比成为彼得堡科学院院士。他对电动机进行了更大的改进。为了证明新电动机的效能。他将电动机安装在一条船上，用作原动力。他的船载着12名乘客在涅瓦河上进行了成功的试航。

1866年，人们还发明了直流发电机。1881年，爱迪生(1847—1931年)在巴黎电气展览会上展出了当时功率最大(115千瓦)的发电机，重约27吨。此后，英国的帕森斯研制成功汽轮发电机，功率达75千瓦。1891年他又为剑桥一家公司制造了功率为100千瓦的汽轮发电机。直到现在，这种发电机的技术性能和经济指标仍是很优秀的，在火力发电厂仍在采用。

关于交流电动机的突破是著名的科学家特斯拉(1856—1943年)作出的。他是克罗地亚人，父亲是牧师。据说，少年特斯拉看到尼亚加拉大瀑布的图片时，他指着这个大瀑布说，总有一天我要利用它。1878年，进入奥地利格拉茨工学院学习的特斯拉注意到，直流电机既能当电动机用，又能当发电机用。但电机上与整流子接触的电刷不断冒火花，他问道:“这种火花能否避免?”教授的回答是否定的。3年后，特斯拉到一家电话公司工作。

在考虑电机的电火花时，他猜想交流电机可以避免这个问题。但当时的电动机的性能较差。

1882年2月的一个黄昏，特斯拉与朋友在公园散步。他边走边吟歌德的“浮士德”的诗句。在优美的诗境之中，脑中突现出一个铁心转子，它在旋转磁场中不断旋转。他赶忙在地上画出草图，并向朋友解释草图的内容。此后不久，特斯拉就制作了一架模型。这就是“交流多相异步电动机”。这为普及交流电驱动的电动机打下了基础。

20世纪发电机的研制水平不断提高，而美国的技术一直处于领先的地位。1903年，著名的威斯汀豪斯公司制造出5兆瓦汽轮发电机;第二年又生产出10兆瓦发电机组;1925年，100兆瓦机组问世。1927年，美国首先采用氢气冷却技术。20世纪50年代，发电机组向大容量方向发展。1950年投入125兆瓦机组，1960年投入的最大机组达500兆瓦。20世纪60年代，日本、法国和英国先后投入600兆瓦机组，而美国和前苏联分别投入1000兆瓦和800兆瓦发电机组。20世纪70年代，瑞士一家公司为美国制造了容量为1300兆瓦机组;20世纪80年代，前苏联完成了1200兆瓦机组。

中国在20世纪50年代先后自行设计制造了6兆瓦、12兆瓦和50兆瓦的汽轮发电机组，60年代开始生产100兆瓦、125兆瓦和200兆瓦机组，70年代研制成功第一台300兆瓦机组，80年代主要生产200兆瓦和300兆瓦机组，最大可制造600兆瓦发电机组。