直流电机发展历史.doc
电机发展史
电机学发展史世界科技和生产力奥斯特发现电生磁（1820）-法拉第电磁回转实验（发明电动机模型）-法拉第发现电磁感应（发明发电机模型）—法拉第兼任企业顾问研制永磁电机—西门子发明激磁电机—格拉姆发明直流发电机和电动机—特斯拉发明交流电机和电动机—19世纪末美国电动机床出现—伏特汽车公司装配流水线一、直流电机的产生与形成皮克西:第一台永磁式直流发电机.西门子：自激式直流发电机.格拉姆：环形电枢直流发电机1820年丹麦物理学家奥斯特(Hans Christian Oersted，1777—1851）发现了电流磁效应：将导线的一端和伽伐尼电池正极连接，导线沿南北方向平行地放在小磁针上方，当导线另一端连接到负极时，磁针立即指向东西方向。
把玻璃板、木片、石块等非磁性物体插在导线和磁极之间,甚至把小磁针浸在盛水的铜盒子里，磁针照样偏转。
随后安培通过总结电流在磁场中所受机械力的情况建立了安培定律；1821 年9 月法拉第发现通电的导线能绕永久磁铁旋转以及磁体绕载流导体的运动，第一次实现了电磁运动向机械运动的转换，从而建立了电动机的实验室模型，被认为是世界上第一台电机，其原理如图1 所示，在一个盘子内注入水银，盘子中央固定一个永磁体，盘子上方悬挂一根导线，导线的一端可在水银中移动，另一端跟电池的一端连接在一起，电池的另一端跟盘子连在一起，构称导电回路，载流导线在磁场中受力运动。
1822年，法国的阿拉戈.盖。
吕萨克发明电磁铁，即用电流通过绕线的方法使其中铁块磁化。
1825年，斯特金(W.sturgeon）用16圈导线制成了第一块电磁铁.1829年,美国电学家亨利对斯特金电磁铁装置进行了一些革新,绝缘导线代替裸铜导线,因此不必担心被铜导线过分靠近而短路.由于导线有了绝缘层，就可以将它们一圈圈地紧紧地绕在一起，由于线圈越密集，产生的磁场就越强，这样就大大提高了把电能转化为磁能的能力。
到了１８３１年,亨利试制出了一块更新的电磁铁，虽然它的体积并不大，但它能吸起１吨重的铁块。
电机简史及发展趋势解读
IT专题课程报告题目：电机简史及发展趋势姓名:学号:同组学生：xx大学XX学院二零一三年四月电机简史与发展趋势摘要本文通过电机的发展史和现状分析,结合电机发展的特点,对电机的未来发展趋势作了预测和构想,并具体阐述了部分新兴电机的发展趋势。
关键词：电机;简史；发展1电机发展史1.1直流电机的产生与形成1.1.1世界上第一台电机1820年奥斯特发现了电流磁效应，随后安培通过总结电流在磁场中所受机械力的情况建立了安培定律：θF sinIBL1821年9月法拉第发现通电的导线能绕永久磁铁旋转以及磁体绕载流导体的运动，第一次实现了电磁运动向机械运动的转换，从而建立了电动机的实验室模型，被认为是世界上第一台电机。
1.1.2第一台真正意义上的电机1831年，法拉第利用电磁感应发明了世界上第一台真正意义上的电机──法拉第圆盘发电机。
这台发电机制构造跟现代的发电机不同，在磁场所中转动的不是线圈，而是一个紫铜做的圆盘。
圆心处固定一个摇柄，圆盘的边缘和圆心处各与一个电刷紧贴，用导线把电刷与电流表连接起来；铜圆盘放置在蹄形永磁体的磁场中，当转动摇柄使铜圆盘旋转起来时，电流表的指针偏向一边，电路中产生了持续的电流。
1.1.3振荡电动机1831年夏，亨利对法拉第的电动机模型进行了改进该装置的运动部件是在垂直方向上运动的电磁铁，当它们端部的导线与两个电池交替连接时，电磁铁的极性自动改变，电磁铁与永磁体相互吸引或排斥，使电磁铁以每分钟75个周期的速度上下运动。
亨利的电动机的重要意义在于这是第一次展示了由磁极排斥和吸引产生的连续运动，是电磁铁在电动机中的真正应用。
1.1.4第一台能产生连续运动的旋转电动机1832年，斯特金发明了换向器，据此对亨利的振荡电动机进行了改进，并制作了世界上第一台能产生连续运动的旋转电动机。
后来他还制作了一个并励直流电动机。
1.1.5雅可比的电动机1834年，德国的雅可比在两个U型电磁铁中间，装一六臂轮，每臂带两根棒型磁铁，通电后，棒型磁铁与U型磁铁之间产生相互吸引和排斥作用，带动轮轴转动。
电机的发展历史
电机的发展历史电机是现代电力工业的基础设备之一，它的发展历史可以追溯到19世纪初的电磁学研究。
本文将从电机的发展背景、关键技术突破和应用领域三个方面，介绍电机的发展历史。
一、电机的发展背景电机的发展与电磁学的研究密不可分。
18世纪末，欧姆、法拉第等科学家们对电磁现象进行了深入研究，揭示了电流和磁场之间的相互作用关系。
这为电机的发展奠定了基础。
二、关键技术突破1. 电磁感应原理的发现：1831年，法拉第发现了电流通过导线时会产生磁场，进而引发了电磁感应现象。
这一发现为后来的电机研究提供了理论基础。
2. 电机的早期实验：1832年，法拉第制造出了世界上第一个电动机。
这种电动机是基于电流通过导线时产生的磁场作用于磁铁，使其产生旋转运动的原理。
3. 直流电机的发展：19世纪中叶，英国科学家霍普金斯改进了电机的设计，成功制造出了第一台实用的直流电机。
这一突破使得电机的应用范围得到了扩大，为工业化进程提供了强大的动力支持。
4. 交流电机的诞生：19世纪末，塞尔丘克、特斯拉等科学家相继发明了交流电机。
与直流电机相比，交流电机具有结构简单、维护方便等优点，逐渐成为主流。
5. 电机的高效率和小型化：20世纪初，随着电力系统的不断发展，电机的功率需求越来越大，同时对电机的效率和体积提出了更高要求。
科学家们通过改进电机的设计和使用新材料，使得电机的效率得到了提高，体积也逐渐减小。
三、电机的应用领域1. 工业领域：电机在工业生产中起着重要的作用，广泛应用于机械设备、输送系统、制造业等领域。
电机的高效率和可靠性，为工业生产提供了可靠的动力支持。
2. 农业领域：电机在农业生产中的应用也越来越广泛，例如农业机械的驱动、灌溉系统的动力供应等。
电机的自动化控制和高效运行，提高了农业生产的效率和质量。
3. 交通运输领域：电机在交通运输中的应用也日益增多，例如电动汽车、高速铁路、电梯等。
电机的环保、高效特性，为交通运输领域的可持续发展提供了新的选择。
电机发展历史年鉴
电机的发展大体上可以分为四个阶段：（1）直流电机；（2）交流电机；（3）控制电机；（4）特种电机。
1820年，丹麦物理学家奥斯特（Oersted）发现了电流在磁场中受机械力的作用，即电流的磁效应。
1821年，英国科学家法拉第(Faraday)总结了载流导体在磁场内受力并发生机械运动的现象，法拉第的试验模型可以认为是现代直流电动机的雏形。
1824年，阿拉果（Arago）发现了旋转磁场，为交流感应电动机的发明奠定了基础。
当时阿拉果（Arago）转动一个悬挂着的磁针，在磁针外围环绕一个金属圆环，以研究磁针旋转时圆环所起的阻尼作用，这就是首次利用机械力所产生的旋转磁场。
1825年，发现了阿拉果旋转现象，根据作用力和反作用力的原理，利用外绕金属圆环的旋转，阿拉果使悬挂的磁针得到一定的偏转，这个现象实质上就是以后多相感应电动机的工作基础。
1831年，法拉第发现了电磁感应定律，并发明了单极直流电机。
1832年，人们知道了单相交流发电机。
由于生产上没什么需要，加上当时科学水平的限制，人们对交流电还不很了解，所以交流电机实质上没什么发展。
1833年，法国发明家皮克西（Pixii）制成了第一台旋转磁极式直流发电机，主要利用了磁铁和线圈之间的相对运动和一个换向装置，这就是现代直流发电机的雏形。
楞次已经证明了电机的可逆原理。
1833～1836年，美国人奥蒂斯设计和制造了第一台ARBOR步进电机生产率为35米3／时。
1834年，俄国物理学家雅可比（Якоби）设计并制成了第一台实用的直流电动机，该电动机有15瓦，由一组静止的磁极和一组可以转动的磁极组成；依靠两组磁极之间的电磁力和换向器的换向作用，得到了连续的旋转运动。
1838年，雅可比把改进的直流电动机装在一条小船上。
1850年，美国发明家佩奇（Page）制造了一台10马力的直流电动机，用来驱动有轨电车。
1851年，辛斯坦得首先提出（1863年再次由华尔德提出）电流代替永磁来励磁，使磁场得以初步加强。
直流电机的发展史PPT课件
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爱迪生
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直流电机理论的发展
1、在电路理论方面，1845年，德国科学家基尔霍夫(G．R．Kh'chhofO 提出了著名的基尔霍夫电路定律。
2、在直流电机基础理论探索方面，1838年，楞次阐明了电机的可逆 性原理，使发电机的研究和电动机的研究殊途同归 3、1 866年～ 1 867年初，瓦里(C．F．Varley)、惠斯通和W 西门子先 后发现直流电机自励原理，为直流电机的大型化和实用化奠定了基础；
个电机专利。
1839年雅可比进行电动轮船实验。这是人类历史上第一次电动机实际应用的大型 试验，它打开了电动机应用的大门。
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2、直流发电机
1831年法拉第发现电磁感应定律，并制成第一台圆盘 式单极直流发电机。
1 832年皮克西制成永久磁铁手摇直流发电机，它是世 界上首台报导制造的直流发电机。
1 845年惠斯通制成首台电磁铁励磁的直流发电机(以前 用永久磁铁)。
机中广泛采用： k为早期格拉姆(Gramme)型；
l为郎德尔(Lundel1)型，一个线圈，曾用于小型
直流电机中。
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电刷
早期直流电机换向器的电刷均为铜片电刷，这种电刷较硬，对换向器磨损大， 而且摩擦损耗大，电刷的振动、火花等均比较严重。后来改进采用具有弹性 的铜片电刷、铜丝电刷和铜网电刷。1888年，比利时发明家德波尔(c．J．von Depoele，后移居美国，1846～ 1892)发明用碳材料制作电刷(碳刷)，
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磁极
在直流电机萌芽期间，磁极最早采用永久磁 铁，主要有直棒形和马蹄形两大类。1845年 前后，人们开始用电磁铁代替永久磁铁作为 直流电机的励磁。电磁铁的磁极铁心的形状 五花八门。图8-2l收集、归纳出了l2种磁极 铁心形状。
直流电动机毕业论文
第一章直流电动机简介1.1直流电动机的发展近三十年来针对异步电动机变频调速的研究，归根到底是在寻找控制异步电动机转矩的方法，稀土永磁无刷直流电动机必将以其宽调速、小体积、高效率和稳态转速误差小等特点在调速领域显现优势。
无刷直流电动机是在有刷直流电动机的基础上发展起来的，这一渊源关系从其名称中就可以看出来。
有刷直流电动机从19世纪40年代出现以来，以其优良的转矩控制特性，在相当长的一段时间内一直在运动控制领域占据主导地位。
但是，有机械接触电刷-换向器一直是电流电机的一个致命弱点，它降低了系统的可靠性，限制了其在很多场合中的使用。
为了取代有刷直流电动机的机械换向装置，人们进行了长期的探索。
早在1917年，Bolgior就提出了用整流管代替有刷直流电动机的机械电刷，从而诞生了无刷直流电机的基本思想。
无刷直流电机因为具有直流有刷电机的特性,同时也是频率变化的装置,所以又名直流变频,国际通用名词为BLDC.无刷直流电机的运转效率,低速转矩,转速精度等都比任何控制技术的变频器还要好,所以值得业界关注.本产品已经生产超过55kW,可设计到400kW,可以解决产业界节电与高性能驱动的需求。
我国对无刷直流电动机的研究起步较晚。
1987年，在北京举办的联邦德国金属加工设备展览会上，SIEMENS和BOSCH两公司展出了永磁自同步伺服系统和驱动器，引起了国内有关学者的广泛注意，自此国内掀起了研制开发和技术引进的热潮。
经过多年的努力，目前，国内已有无刷直流电动机的系列产品，形成了一定的生产规模。
1.2直流电机的结构直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。
直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。
运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕阻、换向器和风扇等组成。
简述电机的发展历程总结
简述电机的发展历程总结
电机的发展可以总结为以下几个阶段：
1. 早期的机械式电机（18世纪初）：早期的电机是基于静电原理构建的，如电击机和静电电机。
这些电机主要是通过点火和触发带电物体之间的电荷相互作用来产生运动。
2. 直流电机的发展（19世纪初）：在1800年代初期，发明家奥斯丁（Oersted）和法拉第（Faraday）发现了电流和磁场之间的相互作用关系。
这一发现促使了直流电机的发展。
一种
早期的直流电机是科赫尔电机，它是由约瑟夫·亚历山大·科赫尔（Joseph Alexandrovich Cogel）于1824年发明的。
3. 交流电机的发展（19世纪末）：与直流电机不同，交流电机利用交流电产生转子的旋转运动。
最早的交流电机是由尼古拉·特斯拉于1882年发明的。
交流电机具有结构简单、效率高等
优点，因此得到了广泛应用。
4. 无刷电机的发展（20世纪中期）：无刷电机是一种无需刷子和电刷的电机。
与传统电机相比，无刷电机拥有更高的效率、更长的寿命和更低的噪音。
无刷电机的发展主要是受到电子技
术的推动，可以实现精确的控制和调节。
总结来说，电机的发展经历了由早期的机械式电机到直流电机再到交流电机的阶段，并且在
20世纪中期出现了无刷电机。
这一过程中，电机的效率、功率和控制能力都不断提高，为各
个领域的应用提供了更好的工具。
电机的发展历程
电机的发展历程电机作为一个重要的工业设备，经历了漫长而辉煌的发展历程。
从最初的简单动物力源到现代高效的电动机，电机经历了源源不断的革新与升级。
下面我们来回顾一下电机的发展历程。
古代，人们最早接触的是简单的动物力源，比如水车、风车和畜力车等。
这些设备能够将动物的力量转化为机械能，用于研磨谷物、抽水或牵引货物。
然而，这些力源受限于自然条件，无法满足工业化的需求。
18世纪末，随着电学的快速发展，人们开始尝试利用电力来控制机器。
英国科学家法拉第于1821年发明了最早的电动机，他利用电流通过导磁线圈制造了一个旋转磁场，进而驱动一个旋转的金属杆。
这个设备标志着电机的诞生，被称为法拉第电机。
随着电磁学的不断研究与推进，电机的构造和性能不断改进。
英国科学家亨利在1829年发明了亨利螺旋线圈，为电机的发展提供了更多的可能性。
法国发明家德法雷克于1832年发明了直流电机，实现了电能向机械能的转化，这是电机历史上的重要里程碑。
19世纪中期，电机得到了更广泛的应用。
美国工程师之一摩尔斯于1837年发明了著名的摩尔斯电码机，它利用电机使机械臂可以打印出电报码。
这项发明在电信领域起到了重要的作用，开创了电机应用于通信领域的先河。
20世纪初，交流电技术的出现推动了电机的快速发展。
美国发明家特斯拉在1888年发明了交流电动机，解决了直流电动机难以远距离传输电能的问题，为电机的广泛应用奠定了基础。
交流电动机具有体积小、效率高以及传输效果好的特点，成为当时最重要的动力装置。
近年来，随着科技的进步，电机也发生了革命性的变化。
高效电机、步进电机和无刷电机等新型电机不仅在性能上更加出色，而且还具有更多的应用场景。
特别是无刷电机在家电、汽车和航空等领域得到了广泛应用。
电机已经成为现代工业生产和生活中不可或缺的重要装备。
从简单的动物力源到高效的电动机，电机所取得的突破和发展让我们不禁惊叹科技的力量。
相信随着科技的进一步发展，电机必将迎来更加精密、高效、环保的未来。
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1 发展历史
直流马达(directcurrent,DCmotor)可以说是最早发明能将电力转换为机械功率的电动机，它可追溯到Michael Faraday所发明的碟型马达。
法拉第(Faraday)的原始设计其后经由迅速的改良，到了1880年代已成为主要的电力机械能转换装置，但之后由于交流电的发展，而发明了感应马达与同步马达，直流马达的重要性亦随之降低。
直到约1960年，由于SCR （单向可控硅）的发明、磁铁材料、碳刷、绝缘材料的改良，以及变速控制的需求日益增加，再加上工业自动化的发展，直流马达驱动系统再次得到了发展的契机，到了1980年直流伺服驱动系统成为自动化工业与精密加工的关键技术。
扭矩与功率
将力施于一可旋转之连杆，则此连杆将会旋转，扭矩即为造成此一旋转运动之力，定义为：
(2.1)
(2.2)
(2.3)
如果扭矩固定不变，则
图2.1扭矩(torque)、功(work)与功率(power)牛顿定律(Newton's Law)
磁场之产生
在变压器、马达与发电机的运作过程中，能量常由一种型式转换为另一种型式，这种转换过程的基本机制即在于电磁场(electro-mechanical field)。
电场的变化在适当的情况下将造成感应的磁场，反之亦然，因而在电磁的交互作用中达到能量转换的目的。
一个变化的磁场在其切割的线圈上将产生感应电压，这是变压器的基本工作原理。
一根载有电流的导线如置于磁场中，则将感应一力施于其上，这是马达运转的基本原理。
一根在磁场中移动的导线则将在导线上产生感应电压，这是发电机运转的基本原理。
安培定律
(2.4)
载有电流的导线会在其周围形成磁场，其关系即为(2.4)所示的安培定律，其中H为由净电流I net所造成的磁场强度(magneticfieldintensity)，单位为ampere-turns/meter。
(2.5)
其中H为磁场强度向量H的大小，由此可计算出H为
(2.6)。
(2.7)
称之为导磁性材料的导磁率(permeability)。
真空的导磁率定义为 o其值为
(2.8)
其它的物质相对于真空的导磁率称之为相对导磁率(relative permeability)定义为
(2.9)
相对导磁率可用来评估一种导磁材料其磁化容易的成度，例如钢(steel)常用于马达的制造，其相对导磁率约介于2000～6000之间，这表示同样的电流，如果采用硅钢片作为铁心则较空心的线圈能产2000～6000倍的磁通量，空气的导磁率与真空几乎是相同的。
由于铁心的导磁率相当高，因此在图2.2中的磁力线绝大部份均在铁心之内，祗有极小部份的漏磁通(leakage flux)流失于周围的空气中。
如图2.2所示之铁心，其内部之磁通密度B为
(2.10)
在一指定面积内的磁量则可计算为
(2.11)
(2.12) 磁电路(Magnetic Circuit)
(2.13)
(2.14)
(2.15)
由(2.12)与(2.15)可知：
(2.16)
谢谢欣赏
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马达通常藉由传动系统而带动所连接之负载，因此马达本身虽多以旋转的方式运动，但其负载则有可能旋转或平移或以其它方式运动，有时负载不祗一个，其运动速度也不一定相同。
为了说明马达与负载的扭矩方程式，首先定义下列符号：
(4.1)
马达是否加速或减速则决定于是否T大于或小于T L。
同样的，在需要快速反应的应用场合，因为需要高加速度，马达提供的加速扭矩不但要大，负载的旋转惯量也必须小，才能产生高的加速度。
当马达的转速增加时，其动能1/2J m2亦随之增加，因此马达不仅须提供负载所需之能量，亦须提供增加速度所需之动能。
图
在某些应用中，在一段短的时间内，负载扭矩会超过马达所能提供的最大扭矩，则马达会减速，此时动态扭矩会协助马达扭矩保持原有之运动。
在某些应用中如冲床，在很短的时间内负载需要很大的扭矩，但大部份的时间则几乎是无载，则可利用动态扭矩的特性选择一个较小额定值的马达。
1.
2.
3.
(4.2)
图4.2(b)中的T C与转速无关，称之为库仑磨擦(coulomb friction)。
图
(4.3)
由上述之分析可知，负载扭矩可表示为
(4.4)
(4.5)
图
图5.1所示为马达与驱动器在多象限操作的习惯表示法。
由图5.1可看出马达与驱动器均有四个工作象限：
正向转动(forwardmotoring)
表
稳态平衡工作点
马达－负载驱动系统要能够稳定的保持在一个平衡的工作点，就是指在小的负载扰动下仍能回复到原有的工作点。
平衡工作点的稳定性，可由稳态稳定度分析(steady-state stabilityanalysis)方法来分析马达─负载驱动系统的稳态转速－扭矩曲线。
以下从小信号扰动理论(small signalperturbationtheory)的观点来探讨工作点的稳定性。
(5.1)
由扭矩方程式(5.1)可知
(5.2)
将(5.1)之平衡状况代入可得
(5.3)
假设此扰动很小，则在此平衡点附近的马达与负载的扭矩─转速曲线均可以直线近似，因此
(5.4)
其中dT/dωm与dT L/dωm分别是马达与负载的扭矩─转速曲线在平衡点(T Le,ωme)的斜率。
将(5.4)代入(5.3)则可得
(5.5)
(5.6)
(5.7)
根据上述之数学分析与物理诠释，可观察图5.2中各工作点的稳定性，其中实线为马达的扭矩─转速曲线，虚线则分别为负载扭矩T L1与T L2的扭矩－转速曲线。
在B点，当速度增加时，
图
速度控制与多象限操作
图
高性能的马达转速控制有三项基本要求：
1.
2.
3.
驱动系统的速控范围，通常根据应用的需要而定，在某些应用，速控范围可从基速(base speed)到其10%之低速，在伺服系统的应用中，速控比（最高可控转速／最低可控转速）则可高达1000：1。
马达驱动器在变速的操作中，有三个主要的工作模式(mode)：
1.减速
2.反转
3.加速
图5.4(a)为减速时由工作点S1移至工作点S2之扭矩转速轨迹，由图中可看出首先以最大反向扭矩减速，但此时转速仍为ωm1，因此移至A点，其次由于受到最大输出功率的限制，因此延着双曲线滑至B点，而后顺着最大输出扭矩滑至C点，此时已减速至期望转速ωm2，而后扭矩再减至符合负载之扭矩，因此由C点移至S2完成了变速过程。
图5.4(b)为反转图5.4(c)则为加速时的扭矩转速轨迹。
图
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.。