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電機(jī)的兩百年發(fā)展史

jf_AHleW45b ? 來源:旺材伺服與運(yùn)動控制 ? 2023-04-23 14:34 ? 次閱讀

日常生活中說的馬達(dá),最早可追溯到19世紀(jì)。電機(jī)的出現(xiàn)很大程度上得益于電磁感應(yīng)定律以及電磁力定律的發(fā)現(xiàn),電動機(jī)、發(fā)電機(jī)、變壓器、和控制電機(jī),均是在電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ)工作的機(jī)器。

作為一種將電能轉(zhuǎn)換或傳遞的電磁設(shè)備,其關(guān)鍵是產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩,電機(jī)作為機(jī)電工程能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵設(shè)備,是電氣傳動的基礎(chǔ)部件,主要用途廣泛、產(chǎn)品種類諸多、規(guī)格型號復(fù)雜,這樣的產(chǎn)品特性決定了該產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)袌黾卸炔桓摺⑵髽I(yè)涉及到的細(xì)分領(lǐng)域多,無顯著的規(guī)律性、地區(qū)性、周期性特點(diǎn)。

現(xiàn)代生活中電機(jī)的廣泛應(yīng)用也促使了電機(jī)不斷進(jìn)化,根據(jù)應(yīng)用的不同,電機(jī)會有不同的設(shè)計(jì)和驅(qū)動方式,這就導(dǎo)致電機(jī)型號以及種類組件增加明顯。

我們根據(jù)用途以及特點(diǎn),對電機(jī)進(jìn)行簡單的分類。

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電機(jī)簡單分類

在電機(jī)的普遍使用的現(xiàn)在,電機(jī)又經(jīng)過了怎樣的發(fā)展歷史呢?

我們回本溯源,說說電機(jī)的前世今生。

01 理論準(zhǔn)備與探索

1820年7月21日,丹麥哥本哈根大學(xué)教授、物理學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)了“電流的磁效應(yīng)”,建立了電磁的相互聯(lián)系,誕生了電磁學(xué)

1821年英國著名物理學(xué)家法拉第制成了第一個實(shí)驗(yàn)電機(jī)的模型,1822年法拉第證明電可以做工運(yùn)動,人類進(jìn)入電氣時(shí)代。隨著第一臺實(shí)用發(fā)電機(jī)的成功發(fā)明,第二次工業(yè)革命拉開序幕。后續(xù)法拉第又在1831年發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象,此外他還發(fā)現(xiàn)了電解定律,對氣體放電現(xiàn)象進(jìn)行了大量的卓有成效的研究,為后來倫琴射線、天然放射性、同位素等的發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)備了條件,為現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。在電磁學(xué)的研究過程中,他創(chuàng)造了諸如抗磁性、順磁性、電介質(zhì)、力線、陰離子、陽離子等新詞匯,提出了“場”的概念。

法拉第制造了第一臺實(shí)驗(yàn)性電動機(jī),發(fā)電機(jī)、第一臺變壓器,研究過氣體的液化、光學(xué)、電化學(xué),是名副其實(shí)的電學(xué)之父以及交流電之父。

1870年比利時(shí)人格拉姆發(fā)明直流發(fā)電機(jī)。在設(shè)計(jì)上,直流發(fā)電機(jī)和電動機(jī)十分相似。后來,格拉姆證明向直流發(fā)動機(jī)輸入電流,其轉(zhuǎn)子會象電機(jī)一樣旋轉(zhuǎn)。于是,這種格拉姆型電機(jī)被大量制造,效率得到明顯提高。

1888年美國發(fā)明家特斯拉根據(jù)電磁感應(yīng)原理發(fā)明了交流電動機(jī)。這種電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單,使用交流電,無需整流,無火花,被廣泛應(yīng)用于工業(yè)的家庭電器中,交流電動機(jī)通常用三相交流供電

電機(jī)主要由轉(zhuǎn)子、定子、電刷、端蓋及軸承等部件構(gòu)成。定子是由定子鐵芯、機(jī)座、線包繞組、及固定這些部件的其他結(jié)構(gòu)件組成。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子磁極、轉(zhuǎn)子鐵芯、滑環(huán)、轉(zhuǎn)軸及風(fēng)扇等部件組成。發(fā)電機(jī)電流的產(chǎn)生是通過軸承、機(jī)座及端蓋將發(fā)電機(jī)的定子,轉(zhuǎn)子連接組裝起來,使轉(zhuǎn)子在定子中旋轉(zhuǎn),通過滑環(huán)通入一定勵磁電流,使轉(zhuǎn)子成為一個旋轉(zhuǎn)磁場,定子線圈做切割磁力線的運(yùn)動,從而產(chǎn)生感應(yīng)電勢。通過接線端子引出,接在回路中,這樣就產(chǎn)生了電流。由于電刷與轉(zhuǎn)子相連處有斷路處,使轉(zhuǎn)子按一定方向轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生交變電流,簡稱交流電。

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轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)

02 電機(jī)發(fā)展階段

在電機(jī)的發(fā)展中首先得到發(fā)展的是直流電機(jī),直流電機(jī)的發(fā)展前半部分大致可以劃分為以永磁體作為磁場的階段,以電磁鐵作為磁極的階段以及改變勵磁方式階段。因?yàn)殡姍C(jī)的使用必須要由直流發(fā)電機(jī)提供電流,所以在這三個發(fā)展階段中勵磁技術(shù)是直流電機(jī)得以發(fā)展的一個關(guān)鍵性技術(shù),他為發(fā)電機(jī)提供技術(shù)理論支撐,電機(jī)的發(fā)展隨著發(fā)電機(jī)的發(fā)展而進(jìn)步,也就使得電機(jī)進(jìn)入到新的應(yīng)用階段。

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勵磁系統(tǒng)

1854年丹麥的赫爾特.維爾納兄弟申請了自激式發(fā)電機(jī)的專利。此后科學(xué)家們又發(fā)明了串激式自激發(fā)電機(jī)和自并勵發(fā)電機(jī),大大改變了直流發(fā)電機(jī)的性能,使得直流電機(jī)發(fā)展進(jìn)入新階段。

直流電機(jī)的完善階段集中于19世紀(jì)六七十年代,在這個階段齒狀電樞、環(huán)狀電樞以及鼓型轉(zhuǎn)子被先后發(fā)明,新技術(shù)大大降低了電機(jī)生產(chǎn)成本,電機(jī)進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用的時(shí)代。

隨著直流發(fā)電技術(shù)的發(fā)展,直流發(fā)電機(jī)可以發(fā)出的最大電壓為57.6千伏,輸出最大功率為4650千瓦,輸送的距離可以達(dá)到180公里。但是這很快就達(dá)到了技術(shù)上的極限,交流電動機(jī)開始受到重視。

1889年俄國工程師杜列夫-杜波洛沃爾斯基發(fā)明了鼠籠式三相電動機(jī),這是第一臺能夠?qū)嵱玫娜嘟涣麟妱訖C(jī),至此電動機(jī)發(fā)展到了可以進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用的階段。

03 電機(jī)的發(fā)展趨勢

目前,我國電機(jī)產(chǎn)業(yè)經(jīng)過40多年的發(fā)展,特別是在改革開放后,取得了顯著的進(jìn)步。電機(jī)作為機(jī)械裝備上不可或缺的組件之一,在全球降低能耗的背景下,高效節(jié)能電機(jī)成為全球電機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的共識。

電機(jī)未來的發(fā)展趨勢有以下幾點(diǎn):

1、在節(jié)能減排的框架下,高效節(jié)能電機(jī)是電機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然方向,高效節(jié)能電機(jī)將帶動產(chǎn)業(yè)鏈實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展。高效節(jié)能電機(jī)將把我國工業(yè)推向一個新的高度,助力中國制造2025目標(biāo)達(dá)成。就行業(yè)而言,小電機(jī)制造行業(yè)將會向規(guī)模化、標(biāo)準(zhǔn)化和自動化方向發(fā)展,而大中型電機(jī)制造行業(yè)卻向單機(jī)容量不斷增大、要求特殊化、多樣化、定制化的方向發(fā)展。

2、電機(jī)形式更加多樣,電機(jī)逐漸向?qū)S眯苑较虬l(fā)展。我國現(xiàn)在工業(yè)發(fā)展要求以及人民群眾對于生活質(zhì)量要求使得對于電機(jī)的需求是多樣的,同時(shí)過去同樣的電機(jī)分別用于不同負(fù)載類型、不同使用場合的局面將會被打破,更偏向?qū)S脠鼍盎?/p>

3、電機(jī)的構(gòu)造必將更加的小巧、精細(xì)。未來智慧城市以及工業(yè)自動化的發(fā)展對于智能機(jī)器人以及自動化設(shè)備的需求將會明顯增加,預(yù)計(jì)未來智能機(jī)器人以及自動化設(shè)備將會得到大規(guī)模發(fā)展。其運(yùn)行必然需要電機(jī)的驅(qū)動,這些精細(xì)的操作對于電機(jī)的要求也會偏向小巧、精致。

從家用電器到工業(yè)器具,電機(jī)在國民生活所需物件中是必不可缺的組成部分。因此,電機(jī)性能對于產(chǎn)品使用以及產(chǎn)品質(zhì)量的重要性不言而喻,同時(shí)它也間接影響著我們的生活質(zhì)量。

審核編輯:湯梓紅

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原文標(biāo)題:電機(jī)的兩百年發(fā)展史

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