电机简史及发展趋势

IT专题课程报告

题目：电机简史及发展趋势

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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：

θIBL F sin

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。

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。

1.1.6直流发电

1882年，德国将米斯巴哈水电站发出的2千瓦直流电通过57千米1500～2000伏电线输送到慕尼黑，证明直流远距离输电的可能性。

1.2、交流电机的产生与形成

直流在传输中的缺点：电压越高，电能的传输损失越小，但高压直流发电机困难较大，而且单机容量越大，换向也越困难，换向器上的火花使工作不稳定。因而人们就把目光转向交流电机。

1824年，法国人阿拉果（D ．F ．J ．Arago ）在转动悬挂着的磁针时发现其外围环上受到机械力。1825年，他重复这一实验时，发现外围环的转动又使磁针偏转，这些实验导致了后来感应电动机的出现。

1888年南斯拉夫出生的美国发明家特斯拉发明了交流电动机。它是根据电磁感应原理制成，又称感应电动机，这种电动机结构简单，使用交流电，无火花，因此被广泛应用于工业的家庭电器中，交流电动机通常用三相交流供电。

1.3电机迅速发展

1891年，奥斯卡·冯·米勒在法兰克福世界电气博览会上宣布：他与多

里沃合作架设的从劳芬到法兰克福的三相交流输电电路，可把劳芬的一

架300×735.5W 55V三相交流发电机的电流经三相变压器提高到了万伏，

输运175千米，顺利通电，从此三相交流电机很快代替了工业上的直流

电机，因为三相制的优点十分明显：材料可靠，结构简单，性能好，效

率高，用铜省，在电力驱动方面又有重大效益。各种各样的电机迅速发

展起来。

1896年，特斯拉的两相交流发电机在尼亚拉发电厂开始劳动营，3750KW，5000V的交流电一直送到40公里外的布法罗市。

2电机基础知识

2.1电机分类

2.1.1、按工作电源种类划分：可分为直流电机和交流电机。

1）直流电动机按结构及工作原理可划分：无刷直流电动机和有刷直流电动机。

有刷直流电动机可划分：永磁直流电动机和电磁直流电动机。

电磁直流电动机划分：串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。

永磁直流电动机划分：稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。

2）其中交流电机还可划分：单相电机和三相电机。

2.1.2、按结构和工作原理可划分：可分为直流电动机、异步电动机、同步电动机。

1）同步电机可划分：永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。2）异步电机可划分：感应电动机和交流换向器电动机。

感应电动机可划分：三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机等。

交流换向器电动机可划分：单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。

2.1.3、按起动与运行方式可划分：电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。

2.1.4、按用途可划分：驱动用电动机和控制用电动机。

1）驱动用电动机可划分：电动工具（包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具）用电动机、家电（包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、吸尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀等）用电动机及其它通用小型机械设备（包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等）用电动机。

2）控制用电动机又划分：步进电动机和伺服电动机等。

2.1.5、按转子的结构可划分：

笼型感应电动机（旧标准称为鼠笼型异步电动机）和绕线转子感应电动机（旧标准称为绕线型异步电动机）。

2.1.6、按运转速度可划分：

高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。低速电动机又分为齿轮减速电动机、电磁减速电动机、力矩电动机和爪极同步电动机等。调速电动机除可分为有级恒速电动机、无级恒速电动机、有级变速电动机和无级变速电动机外，还可分为电磁调速电动机、直流调速电动机、PWM变频调速电动机和开关磁阻调速电动机。异步电动机的转子转速总是略低于旋转磁场的同步转速。同步电动机的转子转速与负载大小无关而始终保持为同步转速。

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2.2电机在国民经济中的地位

电能生产——由同步发电机生产；

高压输电——由升压变压器将发电机发出的电压升高到输电电压再输送；

降压用电——由降压变压器将输来的高压电降为所需低电压，供给用电设备；

生产机械的拖动——由各种电动机实现；

控制系统中的信号转换——由各种控制电机完成。

3电机学

3.1磁路

电磁感应定律

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