電機(jī)發(fā)展歷史年鑒

1、電機(jī)的發(fā)展大體上可以分為四個(gè)階段：（ 1）直流電機(jī)；（ 2）交流電機(jī)；（ 3） 控制電機(jī)；（ 4）特種電機(jī)。1820年，丹麥物理學(xué)家奧斯特 （Oersted ）發(fā)現(xiàn)了電流在磁場中受機(jī)械力的作用， 即電流的磁效應(yīng)。1821 年，英國科學(xué)家法拉第 （Faraday） 總結(jié)了載流導(dǎo)體在磁場內(nèi)受力并發(fā)生機(jī)械 運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，法拉第的試驗(yàn)?zāi)Ｐ涂梢哉J(rèn)為是現(xiàn)代直流電動(dòng)機(jī)的雛形。1824年，阿拉果（Arago）發(fā)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)磁場，為交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的發(fā)明奠定了基 礎(chǔ)。當(dāng)時(shí)阿拉果（Arago）轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)懸掛著的磁針，在磁針外圍環(huán)繞一個(gè)金屬圓 環(huán)，以研究磁針旋轉(zhuǎn)時(shí)圓環(huán)所起的阻尼作用， 這就是首次利用機(jī)械力所產(chǎn)生的旋 轉(zhuǎn)磁場。

2、1825年，發(fā)現(xiàn)了阿拉果旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象，根據(jù)作用力和反作用力的原理，利用外繞金 屬圓環(huán)的旋轉(zhuǎn)， 阿拉果使懸掛的磁針得到一定的偏轉(zhuǎn)， 這個(gè)現(xiàn)象實(shí)質(zhì)上就是以后 多相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的工作基礎(chǔ)。1831 年，法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律，并發(fā)明了單極直流電機(jī)。1832年，人們知道了單相交流發(fā)電機(jī)。由于生產(chǎn)上沒什么需要，加上當(dāng)時(shí)科學(xué) 水平的限制，人們對交流電還不很了解，所以交流電機(jī)實(shí)質(zhì)上沒什么發(fā)展。1 833年，法國發(fā)明家皮克西（ Pixii ）制成了第一臺(tái)旋轉(zhuǎn)磁極式直流發(fā)電機(jī)，主 要利用了磁鐵和線圈之間的相對運(yùn)動(dòng)和一個(gè)換向裝置， 這就是現(xiàn)代直流發(fā)電機(jī)的 雛形。楞次已經(jīng)證明了電機(jī)的可逆原理。18331836年，美國人

3、奧蒂斯設(shè)計(jì)和制造了第一臺(tái) ARBO步進(jìn)電機(jī)生產(chǎn)率為35 米 3時(shí)。1834年，俄國物理學(xué)家雅可比（刃ko6u ）設(shè)計(jì)并制成了第一臺(tái)實(shí)用的直流 電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)有 15 瓦，由一組靜止的磁極和一組可以轉(zhuǎn)動(dòng)的磁極組成；依 靠兩組磁極之間的電磁力和換向器的換向作用，得到了連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。1838年，雅可比把改進(jìn)的直流電動(dòng)機(jī)裝在一條小船上。1850年，美國發(fā)明家佩奇（Page）制造了一臺(tái)10馬力的直流電動(dòng)機(jī)，用來驅(qū)動(dòng) 有軌電車。1851 年，辛斯坦得首先提出 （1863 年再次由華爾德提出） 電流代替永磁來勵(lì)磁， 使磁場得以初步加強(qiáng)。由希奧爾特首先提出（ 18661867 年再次由華爾德和西門 子提出

4、）用蓄電池他勵(lì)發(fā)展到自勵(lì)，最終地解決了加強(qiáng)勵(lì)磁的問題。1857年，英國電學(xué)家惠斯通（Wheatstone）發(fā)明了用伏打電池勵(lì)磁的發(fā)電機(jī)。1860 年，潘啟諾梯（ Pacinotti ）在電動(dòng)機(jī)的模型中提出環(huán)形電樞繞組的結(jié)構(gòu)， 由于銅線的利用變差沒有受到人們的重視。1864 年，英國特理學(xué)家麥克斯韋（ Maxwell ）提出了麥克斯韋方程組，創(chuàng)立了完 整的經(jīng)典電磁學(xué)理論體系，為電機(jī)電磁場分析奠定基礎(chǔ)。1867年，馬克斯威爾對自勵(lì)現(xiàn)象作出了數(shù)學(xué)分析，是電機(jī)理論中的第一篇經(jīng)典論文。德國工程師西門子（Sieme ns）制造了第一臺(tái)自饋式發(fā)電機(jī)，甩掉了伏打 電池。1870年，格拉姆（ Gramm）e 提

5、出了發(fā)電機(jī)環(huán)形閉合電樞繞組的結(jié)構(gòu)，由于環(huán)形 繞組為分布繞組，電壓脈動(dòng)較小，換向和散熱情況均較良好，所以很快取代了 T 型繞組。由于對這二種結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比的結(jié)果， 終于使電動(dòng)機(jī)的可逆原理為公眾所 接受，從此發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的發(fā)展合二為一。1871年，凡麥爾準(zhǔn)發(fā)明了交流發(fā)電機(jī)。1873年，由海夫納 - 阿爾泰涅克提出鼓型電樞繞組，既具有 T 型和環(huán)形電樞繞組 的優(yōu)點(diǎn)，又免除了它們的缺點(diǎn)；因?yàn)楣男碗姌欣@組實(shí)質(zhì)上就是 T型電樞繞組的分 布化。麥克斯韋出版電磁通論。1876年，亞勃羅契訶夫首次采用交流發(fā)電機(jī)和開磁路式串聯(lián)變壓器，來供電給 他所發(fā)明的“電燭”，是交流電用于照明系統(tǒng)的開始。1878年，為了加強(qiáng)繞

6、組的機(jī)械固定和減少銅線內(nèi)部的渦流耗損，繞組的有效部 分放到鐵心的槽中。1879年，拜依萊（ Bailey ）首次用電的辦法獲得了旋轉(zhuǎn)磁場，采用依次變動(dòng)四 個(gè)磁極上的勵(lì)磁電流的方法， 如果在四個(gè)磁場的中間放一個(gè)銅盤， 由于感應(yīng)渦流 的作用，銅盤將隨著磁場的變動(dòng)而旋轉(zhuǎn)，這就是最初的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。1880年，愛迪生（Edison）提出采用迭片鐵心；這樣就大大減少了鐵心損耗， 同時(shí)降低了電樞繞組的溫升。 同年， 馬克西提出將鐵心分成幾迭， 每迭之間留出 一定寬度的通風(fēng)槽以加強(qiáng)散熱。 使得直流電機(jī)的電磁負(fù)荷、 單機(jī)容量和效率都提 高到前所未有的水平；這樣，換向器上的火花問題就成為當(dāng)時(shí)的突出問題。1882年

7、，臺(tái)勃萊茲（Deprez）把米斯巴哈水電站發(fā)出的2千瓦直流電能，通過 一條 57 公里長的輸電線送到慕尼黑，從而證明了遠(yuǎn)距離輸電的可能性。臺(tái)勃萊 茲的試驗(yàn)， 為電能和電機(jī)的應(yīng)用打開了廣闊的前景。 是直流電機(jī)發(fā)展史上的一個(gè) 重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)。1883年，臺(tái)勃萊茲在巴黎科學(xué)院提出，把二個(gè)在時(shí)間和空間上各自相差1/4 周期的交變磁場合成，就可以得到一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場。1884年，曼奇斯（MengeS發(fā)明了補(bǔ)償繞組和換向極，促進(jìn)了電、磁負(fù)荷和單 機(jī)容量的進(jìn)一步提高， 而容量繼續(xù)提高的主要困難和限制， 仍然是換向器上的火 花問題。霍普金生兄弟發(fā)明了具有閉合磁路的變壓器。1885 年，齊波諾斯基（ Zipernows

8、ki ）、得利（ Deri ）和勃拉第（ Blathy ）三人 提出了心式和殼式結(jié)構(gòu)， 使得單相變壓器在照明系統(tǒng)中得到了一定的應(yīng)用。 弗拉 利斯（Ferraris ）發(fā)現(xiàn)二相電流可以構(gòu)成旋轉(zhuǎn)磁場。 在不知前人研究成果的情況 下，弗拉利斯得出了與拜依萊和臺(tái)勃萊茲同樣的結(jié)論； 并且進(jìn)一步把利用交流電 來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場， 和利用銅盤來產(chǎn)生感應(yīng)渦流這兩個(gè)思想結(jié)合起來， 制成了第一 臺(tái)二相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。福勃斯（Forbs）提出用炭粉來做電刷。使得火花問題暫告 緩和。1 886年，霍普金生兄弟（ John and Edward hopkinson ）確立了磁路的歐姆定律， 使得人們能夠自覺地來設(shè)計(jì)電機(jī)的磁路。

9、1888年，弗拉利斯在意大利科學(xué)院提出了“利用交流電來產(chǎn)生電動(dòng)旋轉(zhuǎn)”的經(jīng) 典論文。同一時(shí)期（ 18861888年），特斯拉亦獨(dú)立地從事于旋轉(zhuǎn)磁場的研究和 試驗(yàn)，而且和弗拉利斯互不相涉和幾乎同時(shí)地發(fā)明了感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。1889年，多利沃 -多勃羅夫斯基提出采用三相制的建議，證明三相交流電也可以 產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，同時(shí)設(shè)計(jì)和制出了第一臺(tái)三相變壓器和三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。1891 年，阿諾爾德（ Arnold ）建立了直流電樞繞組的理論，使直流電機(jī)的設(shè)計(jì) 和計(jì)算建立在更加科學(xué)的基礎(chǔ)上。三相制就迅速的被推廣使用。1893 年左右，開耐萊（ Kenelly ）和司坦麥茨（ Steinmetz ）開始利用復(fù)數(shù)和向 量來

10、分析交流電路。1894年，海蘭（Heyland）提出“多相感應(yīng)電機(jī)和變壓器性能的圖解確定法”的 論文，是感應(yīng)電機(jī)理論中的第一篇經(jīng)典性論文。 同年，弗拉利斯已經(jīng)采用把脈振 磁場分解為二個(gè)大小相等、轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁場的辦法來分析單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)； 雖然弗拉利斯所得的結(jié)果仍不免于錯(cuò)誤， 但是他所用的方法， 卻對旋轉(zhuǎn)電機(jī)的理 論分析有著不可磨滅的貢獻(xiàn)，這種方法以后被稱為雙旋轉(zhuǎn)磁場理論。1895年，波梯（Potier ）和喬治（Goege）建立了交軸磁場理論。1899年，在研究凸極同步電動(dòng)機(jī)的電樞反應(yīng)時(shí)，勃朗臺(tái)爾（ Blondel ）提出雙反 應(yīng)理論；這個(gè)理論后來被道黑提（ Doherty ）、尼古爾（

11、Nickle ）和派克（ Park） 等人所發(fā)展，成為現(xiàn)代同步電機(jī)理論的基礎(chǔ)。1913年，福提斯古（ Fortescue ）開始分析感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的不對稱情況1918年，福提斯古提出了求解三相不對稱問題的對稱分量法。1920年，英國人所開發(fā)步進(jìn)電機(jī)19201940 年許多學(xué)者（ Drefus, Punga, Fritz, Moller, Heller）對雙籠和深槽電機(jī)的理論和計(jì)算方法， 諧波磁場所產(chǎn)生的寄生轉(zhuǎn)矩， 異步電機(jī)的噪音等問題 進(jìn)行了一系列研究。19261930年，道黑提和尼古爾二人先后提出了五篇經(jīng)典性論文，發(fā)展了勃朗臺(tái) 爾的雙反應(yīng)理論， 求出了穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)時(shí)同步電機(jī)的功角特性， 和三相、

12、單相突然 短路電流。1929 年，派克利用坐標(biāo)變換和算子法，導(dǎo)出了暫態(tài)時(shí)同步電機(jī)的電勢方程和算 子阻抗。 同一時(shí)期， 許多學(xué)者又深入地研究了同步電機(jī)內(nèi)部的磁場分布， 得出了 各種電抗的計(jì)算公式和測定方法。 所有這些工作， 使得同步電機(jī)內(nèi)部的理論達(dá)到 了比較完善的地步。19351938年，克朗（Kron）系統(tǒng)地提出了利用張量分析來研究旋轉(zhuǎn)電機(jī)的方法。1940 年前后，出現(xiàn)了一系列新的控制電機(jī)，例如電機(jī)放大機(jī)，交流測速發(fā)電機(jī)， 回轉(zhuǎn)變壓器等。 為了滿足控制系統(tǒng)的要求， 自整角機(jī)的精度和伺服電動(dòng)機(jī)的性能 亦有很大的提高。同一時(shí)期，小型分馬力電機(jī)的理論已有較大的發(fā)展。1950年代后期晶體管的發(fā)明也逐漸

13、應(yīng)用在步進(jìn)電機(jī)上。19501960年，許多學(xué)者進(jìn)一步研究了同步電機(jī)和感應(yīng)電機(jī)的電磁機(jī)械暫態(tài)。 由于利用了物理模型和模擬計(jì)算機(jī)， 使得許多復(fù)雜的電機(jī)動(dòng)態(tài)運(yùn)行問題得到了解 決。1958年，英國 Bristol 大學(xué)的 G.H.Rawcliffe 等提出極幅調(diào)制繞組 （稱為 P.A.M 繞組）。1959年起，逐步建立起機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的新體系。1970年，英國Leeds大學(xué)步進(jìn)電機(jī)研究小組首創(chuàng)一個(gè)開關(guān)磁阻電機(jī)（ Switched Reluctance Motor, SRM ）雛形，這是關(guān)于開關(guān)磁阻電機(jī)最早的研究。1972年，進(jìn)一步對帶半導(dǎo)體開關(guān)的小功率開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)（10w- 1kw）進(jìn)行了 研究。1975年，開關(guān)磁阻電機(jī)有了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，并一直發(fā)展到可以為50kw的電瓶汽車提供裝置。1980年在英國成立了開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置有限公司（SRD