电动机发展史

电池供电，1838年小艇在易北河上首次航行 ，时速只有2.2公里
，与此同时，美国的达文波特也成功地制出了驱动印刷机的电动机 ，印刷过美国电学期刑《电磁和机械情报》 。但这两 种电动机都没有多大商业价值，用电池作电源
，成本太大 、不实用
。 1845年，英国的惠斯通(G.Wheatsto ne)用电磁铁代替A久磁铁 ，井取得了专利权。 这是增强发电机输出功率的一个重要措施 。 1854年
，月麦的赫尔特发明了自激式电机。 1857年，英国的惠斯通发明自激电磁铁型发电机
。 1860年 ，意大利的L奇诺蒂(A.PacinoHi)发明了齿状电枢。 1865年
，意大利物理学家帕其努梯发明了环状发电机电枢 。这种电枢是以在铁环上绕线圈代替在铁芯棒上绕制的线圈，从而提高了发电机的效率
。 1866年西门子的创始人维尔纳.冯.西门子(WmonSiemens}制成直流白激
、并激式发电机。制成了一架大功率直流电机 。 1867年在巴黎世界博览会上展出第一批样机
。这样 ，西门子就首次完成了把机械能转换。

感应式电动机的发展史~和都什么控制方法~求教~

时至今日
，直流电机技术已经是一门相当成熟的技术了，它融汇实用高效和控制方便于一体 ，应用十分广泛 。

之所以称之为“成熟 ”
，是因为电机的历史可以上溯到公元1821年著名的英国科学家和发明家迈克尔·法拉第（Michael Faraday）发明的世界上第一台电机
。

到了1832年，另一位英国发明家 ，即电磁铁的发明者——威廉·斯特格恩（William Sturgeon），制作出世界第一台四芯电机并用它带动了一副烤肉又
，这也许还是人类的第一台电动厨具。更值得被后人纪念的是他发明了电机用的电刷，这至今仍然是直流电机不可或缺的组成部分 。

大致同时 ，位于大洋彼岸的美国
，托马斯·达文波特（Thomas Davenport）用自制的电机带动了一辆模型电动火车和各式各样的模型车辆，并在1837年申请了专利权
。电机的发展曾一度因为电能不足而停滞不前 ，在那时
，惟一的电力能源就是酸性电池。直到商业发电站的设立以及供电网络的形成，电机才得以飞速的发展 。就是今天 ，使用非网络供电（比如电池）的电机
，仍然存在着上面的问题。

直流电机包括以下几个主要组成部分：

（1）转子： 其结构是将单匝或多匝的线圈固定在中心轴上，经过换向器的电流在线圈中不停交替方向 ，在洛伦兹力的作用下
，线圈受到旋转力的作用构成转矩通过轴输出
。

（2）换向器：换向器的结构是两个互相分开的固定在电机轴上的金属板，用来给线圈交替供电。它们随着电机轴转动 ，和两个换向电刷交替地接触，交换极性 。

（3）定子：定子是围绕电机轴（转子）安置的永久磁铁
，它产生磁场
。某些电机，尤其是大功率电机 ，使用电磁铁充当定子。在强力永久磁铁被广泛应用之前
，电磁铁一直应用得很普遍 。

当然，除此之外还有其他形式的电机
。使用交流电源的电机结构中就没有换向器和电刷 ，因为它们根本不需要利用分离式结构来改变线圈中电流的极性。

在无刷电机中
，有一个传感器来测定转子的位置，一旦转子处于适当位置 ，传感器就立即输出信号触发外部电路将其供给线圈的电流反向 。这种电机有很多优点
，主要包括使用寿命长、运行噪音小和效率更高等
。在移动机器人应用交流电源存在一定的困难，另外也不一定能找到合适的无刷直流电机 ，再加上无刷电机相对要品贵许多。

一个说法：电力技术革命起源于欧洲
，完成在美国 。

1866年，维·西门子发明电机后曾给他在伦敦的弟弟写信：“电力技术很有发展前途 ，它将会开创一个新纪元
。
”后来事实证明了他的预见。

继西门子的电机之后，1876年贝尔(1847一l922)发明了电话
，1879年爱迪生发明电灯，这三大发明照亮了人类实现电气化的道路 19世纪80年代初 ，电机在结构上已经较为完备
，进一步改善的需要促进了理论的研究 。

因为电源只有电池提供的直流电，当时大多数的电机仍然是直流的 ，供给电解 、电镀等用途的发电机也必须是直流的。

根据电磁感应产生的交流电
，要由电机上的换向器变为直流才能应用
。

最早较大规模使用交流电，是1876年在电力照明中的应用。

俄国H.雅布罗奇可夫为照明建立的发电厂 ，发送的就是交流电 。

1883年英国高拉德(L.Golard 1850～1888)和吉布斯(I.Dickson Gibbs)制成具有分接头和几个绕组的变压器
，用改变接线的方法变换所需的电压，仍然用的是开放式磁路
。

这种变压器在英国伦敦博览会上展出 ，每台容量达到5kVA。

1885年
，匈牙利工程师麦克斯韦(MaxWeri1851～1934)研制出采用闭合式磁路的干式变压器，效率更大为提高 ，并取得德国的专利 。

交流电的另一个特点是由静止的线圈可以产生旋转的磁场
。

对后来的电机发生了重大的影响。

意大利科学家费拉伊(GalileoFerrais1847～1897)1888年春在都灵科学院报告，他于1885年发现用不同相位的交流电通向几个静止的线圈
，可以产生旋转磁场 。

几乎同时，美籍南斯拉夫裔工程师特斯拉(NicolaTeslal1856～1943)在美国也报道发现了旋转磁场 ，并在1882年制成了没有滑环的交流电动机
。

1888年秋
，俄国年青的工程师多里沃－多布罗夫斯基(1862～1919)注意在电机的动态制动实验中，如果将电动机的电枢线圈短接 ，会产生很强的制动作用。

由此他很快体会到如果减少电枢上线圈的电阻
，使感应电流增大，不是用来制动 ，而是随着旋转磁场旋转
，就可以提供一定的力矩 。

根据这种设想，他在铁柱中穿过铜条 ，并在端部短接做为转子
，放在旋转磁场中制成鼠笼式感应电动机
。

这种电动机不需要向转子引入励磁电流，从而免除了滑动触环 ，构造简单坚固，成本低廉
，运行平稳，直到现在仍被广泛采用为动力来源。

他又将二相改为三相 ，使电机圆周上的空间可以充分利用 。

三相的交流电
，各自的相位互差120电度，这样的三个正弦式大小相等的电流相加 ，恰好等于零。

换句话说
，供给三个线圈三相电流，不需要用六根导线 ，只要将线圈的另一端接到一起成为中点
，这样仅需要三根导线就可以了
。

1889年他制成了功率为100W的电动机，1891年制成的电动机达3.7kW。

多里沃－多布罗夫斯基还制成了三相变压器 。

他提出几种构造都是可行的 ，包括铁芯为壳式、芯式
、或日字形
。

人们发现交流电机中能量损失的测量结果与计算结果相差很多。

英国爱文(J.A.Ewing)指出这可能是由于磁滞损失未考虑在内的原因 。

德裔美国人司坦麦兹(Charles Proteus Steinmetz 1865～1923)给出了计算磁滞损失的经验公式
，即损失正比于磁通密度B的1.6～2次方，按材料而采用不同的方式
。

这个公式很有效 ，一直应用到现在。

交流电的使用，促进了交流电路理论的发展 。

交流电路与直流电路有很大差别
，不仅电动势及电流是随时间有正负交互的变化，而且电路中不仅有电阻的作用 ，还必须考虑电感和电容的影响
。

早在1847年
，Y.X楞次就发现了线圈中通过交变电流时，它与电动势的变化相位上不一致。

1877年 ，II.H.雅布罗奇可夫观察到电容上交流电压也与电流的相位不同 。

19世纪80年代J.C.麦克斯韦曾提出过电路中交流的全阻抗表示
。

卡普(King *** urgKapp1852～1922)在1887年推出了计算变压器产生的感应电动势E平均值的公式：

E＝4.44wfΦ10-8

式中f为频率
，W为匝数，Φ为磁通量。

根据这个式子可确定变压器中磁通与磁化电流的关系 。

M.O.多里沃－多布罗夫斯基发展了卡普的理论。

1891年他在法兰克福电工学术会议上提出了关于交流电理论的报告：“磁通是决定于所加电压的大小 ，而不是决定于磁阻
。

而磁阻的变化只影响磁化电流的大小。

如果磁通的变化是正弦式的
，则电动势或电压也是正弦式的，但二者相位差90度 。”他又将磁化电流分成两个分量 ，即“有功分量 ”与“磁化分量”
。

他提出交流电的基本波形为正弦式
，将线圈中电流分为两个分量等都为后来所沿用。

交流电路计算方法中一个重要进展，是C.P.司坦麦兹的复数符号法 。

他利用数学中的第莫威定理 ，用复数代表正弦量的大小和相位
。

在给定的频率下，三角函数的运算就简化为复数的代数运算了。

他又根据瑞士数学家阿根德(JeanRobert Argand1768～1813)在1806年所提出的用矢量表示复数
，则又可以用平面上的矢量代表交流电的大小和相位，所以可称之为“相量
” 。

相量概念因其直观性易懂 ，成为分析交流电的有力工具
。

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