特斯拉与爱迪生的“电流大战”
作者：裘伟廷
来源：《世界文化》特斯拉实验2018年第12期

爱迪生

特斯拉
        现代文明和现代工业的所有方方面面，都可以链接到交流发电和它的供电系统。然而很少有人知道，在19世纪末期，电学发展史上发生了一场交流电与直流电之争的大论战。论战的双方，一位是大名鼎鼎的以发明电灯、留声机等著称于世的美国科学家和发明家托马斯·阿尔瓦·爱迪生（1847—1931），另一位则是声名赫赫的交流电开创者、美籍塞尔维亚科学家和发明家尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla，1856—1943）。
        1879年，爱迪生发明了白炽灯，之后在其主持下又研究发展了直流配电系统，为人类生活带来了光明。随后，直流电得到了相当广泛的应用。不过在实用中，直流电也显示出很大的缺点。因为爱迪生的输电系统是用110V的电压输出，电能输送中不仅浪费大量的铜线，而且电能损耗过大，不能做远距离的输送。在约1.5平方公里的地区就需配备一台独立的发电机组来供电，显然很不经济，也给电厂和用户带来不便。
        1882年，特斯拉——后来的交流电系统的开创者——还身处巴黎的欧陆爱迪生公司，做一名设计改进电器的工程师。这家公司是美国爱迪生电灯公司在法国的分公司。由于仰慕爱迪生，1884年特斯拉拿着他的前老板——欧陆爱迪生公司经理巴特切罗所写的推荐信决定去美国闯荡。巴特切罗在写给爱迪生的推荐信中，这样提到特斯拉：“我知道有两个伟大的人，你是其中之一，另一个就是这个年轻人了。”
        踏上美国国土，特斯拉凭着推荐信，走进爱迪生电灯公司，面见大名鼎鼎的爱迪生。当时，爱迪生依靠直流发电系统和他的专利灯泡，正在拓展美国的电气照明系统，急需特斯拉这样的电气机械天才。爱迪生雇用了特斯拉，安排他在机械公司工作。出于对爱迪生的仰慕，更出于实际经济需要，特斯拉留了下来。特斯拉进步很快，不久就负责公司的直流电机重新设计工作。他既懂理论又富于想象力，干起活来热情洋溢，很快成为爱迪生最得力的工程师。
        特斯拉发明了 24 项直流电发电机新技术，这些发电机具有调节简单并能产出强大电流的特点。爱迪生对新型发电机很满意。然而，特斯拉在看到爱迪生的电力事业展示出诱人前景的同时，也看出了直流输电系统的局限性，他不断思考和探索，以求用更好的输电方法替代直流输电系统。为此，特斯拉曾经耐不住性子，大胆地向爱迪生提出设想，认为有可能利用交流电来产生电能。然而爱迪生对此设想的态度是冷淡的，因为在爱迪生看来，由他制造的直流电照明系统已足够使用了，只需在直流电系统基础上进行改进即可。
        据称，特斯拉的才能过于突出，所以在公司里屡次受到爱迪生的排挤。事实上，爱迪生和特斯拉完全是两路人，特斯拉在来到美国后就发现，他们两人的发明思路和方法大相径庭。
特斯拉习惯在脑海中先搭建好实验框架，随后进行实践；他认为爱迪生十分死板，比如为了到适合做灯丝的材料，爱迪生就做了1万多种尝试。更重要的是，特斯拉知道爱迪生青睐直流电，直流发电机也给爱迪生带来颇丰的收入，所以爱迪生不愿意进行其他研究。于是，特斯拉决定独自研究交流电，并从爱迪生的公司辞职。
        19世纪下半叶，电动机使用的都是直流電，几乎所有的人都认为不可能使用交流电，因为交流电会反复使电流的大小和方向发生变化。但早在1877年，特斯拉在格拉茨上大学时就向他的导师提出：“现在的发电以及电动机如果改用交流电的话将会有极大的改进空间。”可惜导师在课堂上的回应是：“特斯拉先生永远都无法实现这一想法，这就像永动机一样属于痴人说梦。”

爱迪生在实验室

“电流大战”的一方是爱迪生
        1881年，特斯拉在匈牙利布达佩斯为一家电报公司工作时，利用业余时间研究困扰很久的电动机问题：任何一种电动机都有整流子电刷，外部的电流通过它们进入转子线圈，产生电磁感应和力矩，那么电刷和整流子能被改掉吗？一次，在与朋友郊外散步，吟诵着歌德的诗歌时，特斯拉灵机一动，头脑中构思出一种全新的电动机模型，它完全不用电刷和整流子，转子不接电路而悬空转动。——今天广泛使用的多相交流异步电动机即源于此，但当时它仅仅是一种设想。
        事情发生转机是在1882年，特斯拉经过严谨的数学分析，拟订了一个新的实验方案，他利用两个异相交流电换相器，以保证有充分而强大的电流使发动机运转。1883年，特斯拉制造出了世界上第一台小型交流电动机，1885 年发明了多相电流和多相传电技术。
        当他获悉有人取得了变压器专利技术后，便果断买下了这个专利，并从结构上对它加以改进。这种变压器可以把发电机发出的电能变为交流高压电，用较细的导线输送，在用电地点再用变压器把电能降到较低的电压，供用户使用。这就解决了实现远距离输送电能的难题。
        这时，特斯拉很需要有财政上的支持，来进一步试验和推进自己的发明，实现交流电输
电系统。事实上，当时特斯拉的生活尚十分拮据，刚离开爱迪生公司的那一段时间里，他甚至不得不靠挖水渠来维持生计。即使在这样困顿的情况下，他的口袋里还装着自认为可以使人们免除苦工的电动机设计图。
        幸运的是，1888年特斯拉得到了乔治·威斯汀豪斯的支持。威斯汀豪斯不仅是一位商人，也是一位科学家，因此在参观了特斯拉的实验室后，他敏锐地察觉到特斯拉的发明具有光辉前景，就当即决定出资支持特斯拉的交流电研究。特斯拉与威斯汀豪斯结盟，不仅一举摆脱了穷困的窘境，而且得以大展宏图，把交流电的发明设想变成现实。
        威斯汀豪斯电气公司（即后来的西屋公司）将赌注押在了交流电上。加盟该公司后，特斯拉立刻完善已构思了6年之久的交流电体系。半年后，特斯拉完成了他的交流发电机，顺利取得了专利，并应美国电机工程师学会之邀，讲解和示范交流电体系的研发成果。为了适应特斯拉的交流电机，西屋公司还把原先133赫兹的交流供电系统改成了60赫兹的系统，并沿用至今。
        1886年春天，特斯拉研制的3000V交流电的6.4公里的输电系统在纽约州巴伐洛市诞生了。每当夜幕降临，成千上万只电灯把整个城市照耀得灯火通明，成为一大奇观。这是交流
输电最早的实际应用，在美国引起了轰动。1888年，特斯拉成功建成了一个交流电电力传送系统。他设计的交流发电机比直流发电机简单、灵便，而他的变压器又解决了长途送电中的固有问题。