技术人员们听着这前所未闻的区分,既有茅塞顿开之感,又感到任务艰巨。
柳生随即进行了分组:“现在,我要把诸位分成两组,第一组,由机械经验最丰富的山本师傅牵头,重点攻关直流发电机,目标是提高输出稳定性、减小体积重量,并为下一步研制大容量铅酸蓄电池做准备。
第二组,由对电磁原理理解最深的学者小林先生负责,主攻交流发电机,关键是要设计出能够产生稳定正弦波交流电的绕组和结构,并同步开始研究升压和降压变压器的原理样机。”
被点名的山本师傅和小林先生立刻上前,躬身领命。
山本师傅语气郑重:“总统大人信任,将如此重任交付,我等必竭尽所能,做出可用的机器!”
小林先生也紧接着表态:“定不负所托,我会尽快厘清原理,造出样机。”
柳生点了点头:“好,我随时跟进你们的研究进度。
所需物料、人手,我会直接让土方总理申请调拨。”
“是!”两人齐声应道。
任务既已下达,分组后的研发工作便迅速展开。
直流电组在原型机基础上进行改进。
他们尝试优化磁路设计,采用更科学的H形或U形电磁铁。
这是由绕有线圈的软铁芯构成,通过转子自身发出的部分电流进行激励,即自激式。
这取代了效果不稳定的永磁体,这使得磁场强度大幅提升且可控。
电枢绕组从简单的环形改为效率更高的鼓形绕组,并严格优化了绝缘工艺。
换向器和碳刷依然是难点,小组试验了不同硬度的碳材、调整了铜片的数量和弧度,并增加了弹簧压力调节机构,终于使火花和磨损控制在可接受范围内。
经过数次迭代,一台体积更紧凑、在额定转速下能输出相对稳定数十伏直流电的改良型号被制造出来。
柳生指导他们开始尝试用木板和铅板浸泡在稀硫酸溶液中,制作最原始的铅酸蓄电池单元,进行充放电测试,虽然容量和寿命都很有限,但验证了储能的可能性。
交流电组的挑战则不同。
他们首先要彻底理解交流电的产生原理,设计出能产生接近正弦波形交流电的电枢绕组分布。
这需要大量的计算和试验。
小林先生带领组员反复绘制绕组展开图,调整线圈的节距和分布。
他们放弃了复杂的换向器,转子简化为在磁场中旋转的线圈,电流通过滑环和电刷引出,结构确实简单了许多。
但他们很快遇到了新问题:输出的交流电频率不稳,随蒸汽机转速波动。
柳生提出需要为驱动蒸汽机加装简单的离心式调速器,以稳定转速,进而稳定频率。
同时,变压器组也开始工作,他们用硅钢片制作铁芯,在上面绕制初级和次级线圈,验证变压原理。
硅钢片是在柳生的提议下使用的。
最初几个样机效率极低、发热严重,通过改善铁芯叠压工艺、减少间隙和使用更粗的纯铜导线,情况才逐步改善。
数月之后,两个小组都取得了阶段性成果。
直流发电机组已经可以制造出能够为一系列新组装的、基于碳弧原理的实验性“电灯”供电,并能对小型蓄电池组进行有效充电的实用化机型。
柳生特别关注蓄电池的进展,因为这直接关系到未来鱼雷动力从落后的压缩空气发动机,转向更紧凑高效的电动机的可行性。
交流发电机组则成功制造出一台能够输出频率相对稳定、电压可达百余伏的交流发电机原型。
与之配套的简易变压器也已能实现电压的开降转换,虽然损耗依然较大,但证明了远距离输电理论的可行性。
在柳生的指示下,交流电研发组的小林先生带领组员开始着手搭建一个小型的演示系统。
他们在工坊的一端固定好那台交流发电机,用皮带与调速蒸汽机相连。
发电机输出端首先连接到一台自制的升压变压器初级绕组。
这台升压变压器的铁芯由精心叠压的薄铁片构成,次级绕组使用了更细的漆包线,匝数远多于初级绕组。
从升压变压器次级引出的两根较细导线,被刻意拉长,缠绕在工坊内预设的几个瓷绝缘子上,模拟了一段约三十米长的“输电线路”。
线路的末端,连接着另一台结构相似但匝数比相反的降压变压器的初级绕组。
最后,从降压变压器次级引出的导线,连接着一盏他们能找到的最稳定的碳丝实验灯泡。
整个系统看起来复杂而脆弱,接线处都用绝缘胶布仔细包裹。
启动当天,所有参与电力项目的人员,包括直流组的山本师傅等人,都围拢在工坊内,屏息注视着。
“启动蒸汽机,缓慢提升转速至额定值。”小林先生声音有些紧绷地发出指令。
蒸汽机噗噗地开始运转,带动发电机转子旋转。
发电机发出逐渐增高的嗡鸣声。
升压变压器输入端电压表指针开始摆动。
“初级电压约80伏……次级电压……正在升高,超过300伏了!”负责监视仪表的组员报告。
电流通过那段模拟线路,流向远处的降压变压器。
大家的目光紧跟着线路,又聚焦到降压变压器和那盏孤零零的灯泡上。
降压变压器输出端的电压表也开始有了读数。
“次级电压……约75伏!”读数比预想的略低,说明线路存在损耗,但电压确实被有效地降低到了适合灯泡的范围。
最关键的时刻到来。
小林先生深吸一口气,亲自合上了连接灯泡的闸刀。
刹那间,灯泡内的碳丝由暗红色迅速变得明亮,散发出稳定而耀眼的黄白色光芒!它持续亮着,没有闪烁,没有熄灭,就那样静静地、却无比有力地照亮了工坊的一角。
寂静持续了大约两三秒钟。
“成功了!真的点亮了!”
“电从那边‘走’了这么远,过来还能点亮灯!”
“交流电……变压器……真的可以!”
工坊内瞬间爆发出巨大的欢呼声和掌声。
直流组的山本师傅瞪大了眼睛,忍不住上前几步,仔细端详那盏稳定发光的灯泡,又回头看看远处轰鸣的发电机,喃喃道:“不可思议……虽然原理不同,但这输电的法子,确实巧妙!”
小林先生激动得眼眶有些发红,他转向柳生,声音带着颤抖:“总统大人!您指引的方向完全正确!升压、输送、降压、使用……这个系统验证了!我们做到了!”
其他组员也纷纷围上来,脸上洋溢着难以抑制的兴奋和自豪:“以后是不是能在箱馆建个大火电厂,然后电线拉到每家每户?”
“总统大人之前说的电动机,是不是也可以用这个电来驱动?”
柳生看着那盏稳定发光的电灯,以及周围兴奋雀跃的技术人员们,脸上露出了欣慰的笑容。
他抬手示意大家安静。
“诸位,今天这个简单的演示,意义非凡。”柳生的声音清晰而有力,“它不仅仅证明了一盏灯可以从远处被点亮。
它证明了一条全新的道路。
电力集中生产、高效传输、广泛应用的工业化道路,在我们北海国,是可行的!”
他目光扫过每一张充满热情的脸:“直流电组为我们打开了便携储能和精密控制的大门,未来的独立动力系统离不开你们的努力。
交流电组今天则证明了电力网络可以搭建,未来的工厂动力、城市照明、乃至千家万户的电气化,都将基于此道。”
“你们眼前的这点光芒,是星星之火。”柳生指向那盏灯,又指向轰鸣的机器和复杂的线路,“但我要你们,以及未来更多加入的同志,将它变成燎原之势。
让电光照亮我们的夜晚,让电力驱动机器加速生产,让电讯连接四方。
这是我们追赶列强、奠定百年基业不可或缺的基石!
今天的成功属于你们每一位,而更艰巨、也更光荣的任务,还在前方,望诸君再接再厉!”
“是!总统大人!”所有人齐声应道,声音充满了干劲与信心。