(一) 电力技术的发展和应用
(1)电力技术的发明和改进
19世纪建立起来的电磁学的基本理论,虽然在理论上为提供了发电机、电动机、变压器等电器的基本原理和原始模型,但从理论到实际却经历了一个较长的过程。
1819年,奥斯特关于电流使磁针发生偏的实验,揭示了电动机的基本原理。1831年,法拉弟在发现感生电流的实验装置的基础上,试制出一种最初的永磁铁发电机的实验模型。同年,美国物理学家亨利(J.Henry,1797-1878)试制出了一台电动机的实验模型,由于其使用电磁铁,因此比法拉弟的实验装置产生的动能要大得多,是电动机发展史上一在进步。1834年,德国电学家雅可比(K.Jacobi,1801-1874)将亨利的电动机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,试制了第一台实用的电动机。
在人们研制电动机的同时,发电机也处于研制阶段。1832年,法国工程师皮希克(H.Pixii,1808-1835)试制成功一台手摇永久磁场旋转式脉流发电机,该发电机可以产生工业所需的直流电。1857年,英国电学家惠斯通(C.Wheatstone,1802-1875)制成了用电磁铁的发电机,但仍需外加电源,有很大局限性。1866年,德国著名电气工程师西门子(W.Siemins,1816-1892)发明了自激式直流发电机,靠发电机自身发出的电流为自己的磁铁励磁,并于1867年向柏林科学院提交了一篇论文——《关于不用永久磁铁而把机械能转换为电能的方法》,为建造大容量电机,获得强大电力,提供了技术的现实可能性,意味着电气技最重要的阶段的开始,具有划时代的意义。以后的发电机,都是在此基础上造出的。因此,西门子享有德科学技术之父的美誉。
此后,比利时的格拉姆(Z.T.Gramme,1826-1901)、德国的电器工程师阿尔特涅等在西门子电机模型的基础上,从结构上对其加以改进,提高了发电机的效率。
(2)电能的广泛应用
1883年,德国的高拉德(L.Gaulard,1850-1888)和吉布斯(J.Gibbs)发明了变压器,但降压不够理想。1885年,美国的威斯汀豪斯(G.Westinghouse,1846-1914)对前者进行了改进,制成具有现实性能的变压器。由于变压器的出现,从19世纪80年代起,交流电的发展和应用迅速扩大。
1978年,俄国科学家亚布洛契可夫制成一部多相交流发电机。1881年,南斯拉夫科学家特斯拉(N.Tesla,1856-1943)发现了旋转磁场原理,1885年,意大利物理学家法拉里(G.Ferrais,1847-1897)提出了旋转磁场原理,并研制出二相导步电动机模型,做出了交流发电机史上的具有决定意义的理论贡献。
1888年,特斯拉发明了交流感应电动机和交流输电系统,3年后,他又发明了特斯拉线圈,解决了电力传输与配置的关键问题,大大提高了人类使用电力的能力。1889年,俄国科学家多里沃-多布洛夫斯基(1862-1919)研制成第一台实用的三相流鼠笼异步发电机,1年后,他又发明了三相变压器。1890-1891年,从法国劳芬到德国法兰克福架起了世界上第一条长达170千米的三相交流电线路。三相交流电的发明标志着电工技术发展到一个新阶段。
随着能应用的迅速扩大,发电厂相应地发展起来。1889年,英国建成一座电站,是现代大开型中心发电站的先驱。1882年,法国物理学家和电气技师德普勒成功地进行了远距离高压直流输电试验。1901年,美国在密西西比河流域建成了50千伏的高压输电线。远距离输电技术的发展,对工业的发展具有决定性的作用。