查尔斯•弗朗西丝•布拉什（Charles Francis Brush）
From Windpower Guided Tour
一位风能先驱者：查尔斯•弗朗西丝•布拉什（Charles Francis Brush）
被遗忘的风机先驱者
 | 查尔斯•弗朗西丝•布拉什（Charles Francis Brush，1849-1929）是美国电力工业的奠基人之一。
例如，他曾发明了一台可用于公共电网的高效直流发电机，世界上第一盏商业电弧灯，以及一种制造铅酸电池的有效方法。1889年，他卖掉了自己在俄亥俄州克利夫兰市的公司——布拉什电气公司。该公司于1892年与爱迪生通用电气公司合并为通用电气公司（GE）。 |
位于俄亥俄州克利夫兰市的巨型布拉什风车
| 从1887年冬到1888年，布拉什主持建造了至今被视为是第一台的自动运行风力发电机。
这是个庞然大物——也是当时世界上最大的风机。它的转轮直径达17米（50英尺），由114片雪松木制成的叶片组成。注意到那个在风机右边修建草坪的人。 这台风机运行了20年，为安装在布拉什庄园地下室里的蓄电池充电。 尽管这台风机很大，但其发电机只有12kW。这是由于这种慢速旋转的美式风机没有特别高的平均效率。丹麦人保罗·拉·库尔（Poul la Cour）后来发现具有较少叶片且高速旋转的风机比低速风机拥有更高的发电效率。 |
《科学美国人》刊载的有关布拉什风车的文章
| 1890年12月20日出版的《科学美国人》刊登了一篇详细介绍布拉什风车的文章。其中特别指出，这是一个全自动化的电气控制系统。
它所应用的电磁原理在后来的风机中并没有多大的改变——直到大约1980年时，风机的控制器开始配备了计算机。 |
“布拉什先生的风车发电机”，《科学美国人》，1980年12月20日
（不妨点击上面的图片，以便获得其原图的链接，并请参阅这篇文章）
我们很难估计一项发明对现有做法和产业界的影响。偶尔，一个新发明的出现将会促进一系列的发明及整个工业界的变革，它能够改变长久以来的习惯，开创新的实践领域并建立新的艺术。电力的商业开发就是一个显著的例子。
在布拉什先生成功地完成了具有实际使用价值的电光源——电弧灯的发明后，白炽灯很快被提出并迅速完善，煤气照明也以各种方式得到改进。与此同时，电能的配送工作也被推进，其中重要的改进在于拖动发电机的原动机。在这方面，许多工作都与水蒸气和水力发动机有关。风能曾被多次提及用于驱动发电机，但是让风车适用于这种应用似乎是一个问题，困难重重。很少有人敢于挑战这一难题，因为这不仅是涉及到动力本身和发电机的问题，还要考虑如何把叶轮收集到的能量传递给发电机，以及调节装置、储能和怎样使用电流等问题。
除了在版画里出现的巨大风车和电厂，我们尚不清楚（是否有）成功地使用了风能的电力照明系统。
这里显示的风车，以及与其相连的所有电气设备，最终确立了整个风力发电系统。其设计、制造都已经依照俄亥俄州查尔斯·弗朗西丝·布拉什先生的构想，并在他亲自监督下完成。作为一个精细的工程项目的例子，它再完美不过了。
每一个应急的动作，以及仪器——从巨大的转轮到电流调节器，都是完全自动的。
请读者不要因风力不费分文，就以为风能提供的电照明很便宜。恰恰相反，建造风电厂的成本是如此之大，以至于抵消并超过了使用便宜的动力所节约的花费。然而，能够利用自然界最无规律的能量之一本身就是一件给人带来巨大满足感的工作。
在美丽的克利夫兰市，沿着欧几里得大街，人们可以看见布拉什先生华丽的房子，穿过它后面的院子不远处，建有一座宏伟的高塔，上面巨大的转轮带动着发电机，这就是我们提到过的风车。这座塔是长方形的，约有60英尺高，安装在一根直径为14英寸的熟铁中轴上。中轴深入地下8英尺，地上部分足有12英尺，并与塔内的铁制框架相连。塔的总重量达到了80,000磅。轴的顶端有一架梯子，固定在塔下部的框架上以确保安全。
塔的上部就是所要介绍的主轮轴。此主轴长20英尺，直径为6.5英寸。它配有一个26英寸长的自动加油箱，并承担着直径8英尺，厚32英寸的主滑轮。转轮固定在主轴上，其直径达56英尺，是由144片扭曲成螺旋桨一样的叶片组成的。该轮帆的面积约1800平方英尺，起对风作用的尾巴有60英尺长，20英尺宽。在强风的时候，侧面伸出的辅助风标使转轮可以自动地对着风。尾部可以与转轮平行地折叠起来。像现在这样，让转轮侧对着风，机器就不会工作。主轴下面安装的副轴直径3.5英寸，承担着直径16英寸，32英寸厚的滑轮，并通过一根32英寸宽的双带与转轮轴上的主滑轮相连。副轴上有两个厚6.5英寸，直径为6英尺的驱动轮，分别与转轮及发电机的电枢轴用皮带相连。
由布拉什先生亲自设计的发电机安装在一个可以垂直升降的支架上，通过一个杠杆，抵消了发电机的部分重量。我们可以看到，副轴通过主皮带悬挂在主轴上，发电机又通过驱动带半悬挂在副轴上。这样就能保证皮带上总是有合适的张力。发电机的驱动带上的总负载为1200磅，主皮带的负载为4200磅。副轴的两端通过均衡杠杆连接在一个滑框上，以便使两端同步旋转。滑轮组的传动比被设为1：50，即转轮转一周，电动机转50周。满载时，发电机的速度是每分钟500转，输出功率为12千瓦。
为了使发电机获得更高效率，以每分钟330转的额定转速运行，还安装了一套自动切换装置。一个自动调节器可以保证在任何转速下，发电机的电动势都不会高于90伏。工作电路闭合时的额定电压为75伏，开路时的额定电压为70伏。随着负载的变化，电机的电刷会有震动。电机的场所被围了起来。电流从发电机流向位于塔架横梁上的抛光硬化的钢质集电靴，电靴在围绕轴线的环形板上滑动。导线从这些环形板上引出来，经由地下，连接到住宅内。为了抵抗特殊的风压，塔的四周预装了斜向下的支撑臂，臂的端部带有脚轮。轮子与环绕中轴的铁轨非常接近，但一般情况下并没有接触。只有当风很大时，轮子才会接触到铁轨，以便减轻中轴所受到的压力。
在布拉什先生房子的地下室里有共408块蓄电池，分成12组，每组34块，。这12组蓄电池并连着充放电，每块电池的容量是100安培小时。装有电池元件的罐子是玻璃的，每块电池都被0.25英寸厚的“矿物密封”油覆盖着，防止电解液蒸发和雾化，并消除了气味。我们的一张版画显示了自动调节装置。1号显示的是测量充放电电流用到的电压表和电流表；2号是一系列指示器，每组电池一个；3号代表的是电动开关，在房子的各处按动开关就能控制电流的通断。4号画的是一个接地探测器，它连在电池的电位中点和大地之间，所以当电池的任意一极发生对地短路时，指针就会向0刻度或者满刻度方向摆动，不仅能够检测出电池的对地短路故障，还能判断短路的极性；5号是漏电检测器，与电灯线路相连，被用来检测导体间的漏电；6号是一个复合继电器，用来控制7号中的自调节电阻。这个电阻接在电池与房子的电源干线之间，用来保证加在灯上的电压恒定。在这个装置中，电阻的阻值是通过给碳粉施加不同的压力调节的，这个压力又是通过继电器控制的液压装置来获得的。
这所房子安装了350盏白炽灯，每盏灯相当于10到50根蜡烛力不等，最常见的是16至20根蜡烛力，日常使用的白炽灯有100盏左右。此外，还有两盏弧光灯和三个电动马达。通过持续的实际运行发现，要保持这个电厂稳定地工作不需要投入太多的精力。它一直运行了两年多，在各方面都取得了圆满的成功。