五 新的电气照明系统的诞生

作者:外国人物传记

  不管你做什么,要么就做出辉煌的成就,要么就辉煌地失败。
  必须敢干,才有进展。我们的电灯系统并不是空想,也不是莽撞。
                      ——托马斯·阿尔瓦·爱迪生

  为了使电灯投入使用,爱迪生必须研制出一个发电系统,这个系统能够按照需要和各电灯开和关时的不同用电量来供电。要做到这点,就需要有较之电灯本身的发明更加惊人的智力,这项发明乃是更大的功绩。爱迪生建立了第一个直流发电站,并研制了主要设备——发电机,研制了稳压器、开关、接线盒、绝缘带和保险丝等一系列配件,保证了电灯的设备能够配套使用。

  潜心改造发电系统

  爱迪生的工作不以发明白炽灯为终点,而把这点当作整个新组织中的一个发轫。这个组织是十分复杂的。他的备忘录中写着:
  设想一个普遍而根本上能准确的分布电流的方法,在科学的意义上要满意的,在效率上经济上要达到实用商品化。这是一个宏大的计划,和以“瓦斯”供给灯光一样,要设一种导电体网形的组织,一切互相联络,这样就可在任何指定的都市区域内,多方用电气供给灯光,那么任何部分扰动后所生的阻碍就可以减少了。
  设计一种电灯,能与瓦斯灯所发的光一样,因为习惯上已把瓦斯灯头的光作为合用的标准。这灯一定要有一种只需小量铜导电体环绕的性质。每一盏灯一定要对别的灯独立。一切灯光的产生和使用都要十分的经济,俾在商业上能与瓦斯竞争,这灯一定要耐用,公众使用起来要容易,要安全,白热的程度和烛光能够耐久不变。
  设一种方法要使每个用户的电量能够与瓦斯一样可以算出。这样一来,便可以在用户的屋里装一个电表,廉价地和可靠地来计算电量。
  设计一种导电体的网或组织,要在地下和天空中都可以安置,并随地可以系带使电线能由街上的总导电体引入每间建筑物里去。如在大都市里,这些通衢地下的干线所在之处,一定要有保护导线管来保护铜导电体,这些管遇必需时,也要装置扎带的。这导线体和导线管又一定要装配容人洞,接线盒,连接法,和许多各种附属品,使保险盒完全普遍的电气传布。
  设计一种方法,使在一个电气传布的广区内的各处,须常常维持着一种实际的平衡的电流压力,所有一切灯盖无论总发电处相离远近,都可在任何时间供给同等的光量,并与所置烛光的数量多少无关;而且遇电流突起和强烈的起落而生的骤然的力量,使电灯能够抵拒破裂。同时又需一种方法,要使光区中各处所发生电流的“电流压力”须有规则,并附以几种机械指示出区内各处的压力是怎样。
  计划功效很高的发电机,现在还没有的,能够经济地把高速率机器的汽力变为电力;而且设法使他们和外面消耗的电路能联接和拆离,又要使他们的负载平衡,并按总站起落的需要而更正所用发电机的数量。并且安置有蒸汽机、电气机和其他辅助机件的完备电站,可以不绝地运用并保证其功效。
  发明安全的机件,使电流在任何导电体上不致有电量超过的弊端而发生火灾及其他意外;并且发明停止及进行电流的电钥、电擎、套座及其他器具;并设法创立内部电路使电流通入建筑物里的灯架及套座。
  设计一种商业上效率甚高的电动机,借助总站发生的电流和由都市街道上所装置的总导电体网络所分布出来的电流,用以启动起重机、印刷机、车床、风扇、风箱等等。
  从爱迪生的计划来看,这是一个崭新的、复杂的系统。
  爱迪生的电灯设想的中心,一直是如何从总的发电装置向广大地区输送电力。为实现他的理想,他视发电机的改革为最紧迫的事情。当1878年底,爱迪生第一次制成白炽灯时,他曾表示“现在我有了发电的机器,就可以尽情地试验。我有如此之多的试验设备,这就使我具备了击败他人的基础”。此话如果在电灯制造方面是事实,那么在发电和输电系统的制造方面就更千真万确。
  当时,电灯最基本的发电机只有不完善的磁石式发电机,换能效率最高的电机,也只能利用输入能量的40%。
  于是爱迪生心想:功能不好,一定是什么地方有缺陷,只要检查一下发电机,一定能够加以改良,而造成一种功能非常好的发电机。
  爱迪生充满着强烈的决心和自信。1879年夏天,他开始改进发电机。首先,为了获得强大的磁力,他开始研究发电机的构造和关于缠绕电圈的方法。
  他调查了电流的大小和磁力的强度后发现,即使加入超出某一程度的电流,磁力也只能达到某一限度,并不会再增加,这种现象被称为饱和。发现了这种现象后,就可对电流加以控制而使之不流到外面去。
  爱迪生也发现云母是一种非常优秀的绝缘体。
  爱迪生就这样详细调查了发电机的每个部分,并且作各种研究和实验,结果发明了比原来功能更大的发电机。
  克鲁西造成第一具爱迪生式实用机,经试用效果良好。
  1880年,爱迪生于门罗公园准备试验样机,10具为一组,各有8马力。由低速汽机及繁复杆轴引动,虚耗太大。于是,他又决定并10小机为一大机,改低速汽机为高速式,易杆轴间隔为直接联结法。第二年年初即告成功。这就是被称为“长腰玛丽·安”的当时最大的发电机(重1100磅)。第一次试车之后,爱迪生亲自宣布,该机的发电率为90%。许多专家都对此表示怀疑。事实上,该机的电能转换率为82%,即便如此,这也够得上是惊人的成就了,因为它意味着爱迪生现在将发电机效率提高了一倍以上,并且这种发电方式一直沿用至今。
  “世纪的魔术师,又有了新发明。这种发明,就是能产生很大电源的优良机器。”人们对于爱迪生所发明的新式发电机的评论消息,迅速传开了。
  有些学者听到这种传言,大骂“爱迪生是个骗子,他绝对不能由能源不灭的法则中,制造出出量大于入量的机器。”
  的确,制造出出量大于入量的机器是不可能的,即使是新式发电机,也不会有这种现象。那是人们错误的观念。
  其实爱迪生对于新式发电机,从来就没有说过那些话。只是因为爱迪生常被人视为“魔术师”,所以有人就在传闻里添油加醋,以致发生这种无中生有的事情。
  现在,爱迪生把注意力集中在电流的分布上,他竭力设法把已经发现的几个缺点改正过来。其中有一个缺点便是在离发电机最远端的灯光因为电压的“降落”而暗淡不明。由于电线的阻力,在最远处的灯的烛光只抵上发电机附近灯光的2/3。
  另外一个问题是,铜的消耗量太大。从总线上分出的电线像树枝一样分布到遥远的地方去,这种分布方法造成了电的浪费,妨碍了电灯的广大应用。
  爱迪生经过多次试验后,想出了一种新的分布方法,即把电线装攀在街道的两旁,一端和接线匣相连接,爱迪生称它为“总线”。用户和路灯的支线便可以从这些电线上接出来,不必直接和中央电厂连接。这样在中央电厂和总线之间可以用相对很细的“馈电”线联接。这种布局的结果颇为惊人。经过计算,使用这种馈电系统比树枝式的旧式分布法节约7/8的铜,同时电线中的电压降落和耗损也可以减少很多。这方法只有馈电线上有电位降落,但这是不会影响电灯的亮度的。输送电流至总线上的电位相当于电灯的平均电压,爱迪生采用的是110伏。
  爱迪生打算在纽约安装他的电灯系统。但是那些银行家们对此还是犹豫不决,因为这需要很大的投资。从保险考虑,他们要爱迪生先在门罗公园装置一个完全的小型电灯系统,如果成功,而且价格要比用煤气灯低廉的话,那他们才肯投资。
  爱迪生派人到城中去调查,了解哪些户愿意改用电灯,全城工厂的机器的马力数又有多少。他们在地图上标明了每一架起重机、汽锅和火墙等机器的所在地。爱迪生对助手们提供的地图和数据一一作了研究。为了计算每家每户以至整个区域的煤气消耗量,爱迪生又雇了一个人,叫他整日的在街上数着每小时中点燃的煤气灯的盏数,一直到午夜才停止。
  同时,门罗公园的工人们已开始挖掘地沟,准备试验电线的新的布置方法。他们把供电线放在挖有槽纹的木条中,一同埋于地下。当电流通过时,发生了严重的“漏电”现象,整个东西只好重新发掘出来。爱迪生把豪厄尔(wilson how#ell )叫了来,对他说道:“把槽盖揭开了,用煤焦油倒在电线四周试试看。”可是仍然漏电。“只用一根单独的总线试一下。”他又下了第二个命令。后来又用粘性的石粉试验,结果也失败了。爱迪生觉得这样胡乱的瞎试是不会成功的,他就叫豪厄尔在书籍中去找绝缘的方法,限他在两个星期中把研究的结果报告他。
  豪厄尔查遍了所有关于绝缘材料的文献。然后,就将每种可能适用的材料投入试验。最后证明,最佳材料是在氧化亚麻子油中掺入石蜡再加进少许蜂蜡,放入沥青中煮沸所得的胶液。用这种胶液作保护层绝缘效果最好。经过试验,电线果真不漏电了。
  早期用电的计量方法存在问题,直至1880年秋,爱迪生还在探索着解决这一问题的途径。向来对于弧光灯计算电费,只认作每灯每夜燃若干光时,共经若干夜,而定其值。遇未燃时间,照除。按月向用户征收。他手下的人员虽然被分成许多工作队,但能向爱迪生提出新鲜设想的却寥寥无几。爱迪生经过多次试验,终于解决了电的计量问题。他使用了电镀原理,即根据通电量的不同,就有不同量的金属从阳极流向阴极的原理。通入顾客房间的电流有极小的一部分被引出一对电池,每只电池都有两块浸在硫酸锌溶液里的锌板。两块电池的锌板成串联相接,造成相互制约。用户使用的电流量,与从阳极锌板流向阴极锌板的金属重量成正比。这样,只须称一称金属的重量,就可以得出用电量的度数。
  12月初的某一天傍晚,门罗公园的电灯突然慢慢地暗下去了,爱迪生的电灯系统这时忽然损坏了。过了一些时候,爱迪生手下的人员查明了原因,发现水池中的水干竭了,汽锅因此走得太慢,蒸汽也便发不出了。于是他们把爱迪生找了来。
  爱迪生叫克鲁西赶快乘电气火车到古利矿去,赶快装起一个抽水站来。他又叫休斯火速地赶到纽约去采办水管,在那“抽水村”和机器厂间装设起一个半里长的水管线来。不久电光又重新明亮地照耀了。
  另外的困难又出现了。溅在地板上的水银由于蒸发作用变成蒸气混入空气中,有的工人吸入这蒸气后,牙龈都变得十分软弱,说话时也会摇动作声。爱迪生吸取法国制镜厂的经验,要工人们应用碘化物,克服了这种困难。
  在地下建供电网,当然有可能出现危险和灾难,为此他们受到了煤气公司的攻击,所以必须做好宣传工作。爱迪生邀请纽约市的参议员到门罗公司来参观,为他们作白炽灯的表演。
  那批市参议员到达门罗公园时,天色已经很暗了,火车站和通实验室的街上都点着明亮的电灯。他们和爱迪生等见面后,便分为若干小组,分别由人领了去参观。
  在办公室,爱迪生把纽约下部的地图和他根据调查结果而计划的中央电厂和地下电线的位置图样给大家观看。在全屋的各室中,各有人负责讲解:克鲁西在机器厂中,维尔在发电机旁,劳孙在矿石试验室中,杰尔在机器室里。
  观察完毕后,大家都聚集在实验室的前面,观看那一列列的街灯和那点着灯光的屋子。他们注视着时,爱迪生慢慢地把灯光熄灭,随后又把它转回原来亮度,那些知名人士见了都称奇不止。贝格仑(ernest berggren )曾说道:“那时地上积了很多的雪,当电灯点亮时,那种奇丽的情景是叫人难以忘怀的。”
  电灯表演完毕后,爱迪生又在楼上作了一个真笔电报机的表演。当时只有一盏灯照着。大家都围集于那屋角时,爱迪生突然命令道:“把电灯全开起来!”
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