电能,是人类现代社会不可缺少的能源。1831 年,迈克尔•法拉第(Michael Faraday)将一个封闭电路中的导线通过电磁场,导线转动有电流过电线,人类从此了解到电和磁场之间有某种紧密的关联。随后,法拉第建造了第一座发电机原型,由此产生了电力。1880 年,爱迪生研制出直流发电机,1882 年爱迪生电气照明公司在纽约建立了第一座发电站,电能开始在工农业生产和日常生活等方面得以应用。 为了保证远距离输送电的效率,人们开始思考利用电压容易改变的“交流电”。被誉为交流电之父、无线电之父的美国机械工程师、电机工程师尼古拉•特斯拉(Nikola Tesla,1856-1943 年)在1887 年组装完成了世界上最早的无电刷交流电感应马达。 同年,特斯拉为他发明的电磁发电机在美国申请了专利,并于 1888 年获得名为“电磁电机”的美国 US381968 号专利权,如图 5-1、图 5-2、图5-3 所示。 这件专利所保护的是一种由电枢(发电机的定子)、线圈磁极(发电机的转子)和发电机形成的交流发电机。定子由电枢铁芯、均匀排放的三相绕组及机座和端盖等组成。转子的线圈磁极通入直流电流,产生接近于正弦分布磁场(称为转子磁场),其有效励磁线圈与静止的电枢绕组相交链。转子旋转时,转子磁场随同一起旋转、每转一周,磁力线顺序切割定子的每相绕组,在三相定子绕组内感应出三相交流电势,从而提供更安全、可靠和简单的发电系统。 此后多年,特斯拉专注于交流电电力系统和电力传输技术的研究,先后共申请了 60 余项相关专利,如图 5-4 所示。其中,不仅包括交流电产生装置,还包括电力传输系统、稳压装置、交流电分流装置、交流电电流接收装置和交流电流量测试装置等。这一系列专利奠定了交流电电力系统的基础,成为人类社会的宝贵财富。