電機的發展大體上可以分為四個階段:直流電機、交流電機、控制電機、特種電機。
電機發展歷史年鑒
1820年,丹麥物理學家奧斯特(Oersted)發現了電流在磁場中受機械力的作用,即電流的磁效應
1821年,英國科學家法拉第(Faraday)總結了載流導體在磁場內受力并發生機械運動的現象,法拉第的試驗模型可以認為是現代直流電動機的雛形
1824年,阿拉果(Arago)發現了旋轉磁場,為交流感應電動機的發明奠定了基礎。當時阿拉果(Arago)轉動一個懸掛著的磁針,在磁針外圍環繞一個金屬圓環,以研究磁針旋轉時圓環所起的阻尼作用,這就是shou次利用機械力所產生的旋轉磁場
1825年,發現了阿拉果旋轉現象,根據作用力和反作用力的原理,利用外繞金屬圓環的旋轉,阿拉果使懸掛的磁針得到一定的偏轉,這個現象實質上就是以后多相感應電動機的工作基礎
1831年,法拉第發現了電磁感應定律,并發明了單極直流電機
1832年,人們知道了單相交流發電機。由于生產上沒什么需要,加上當時科學水平的限制,人們對交流電還不很了解,所以交流電機實質上沒什么發展
1833年,法國發明家皮克西(Pixii)制成了第一臺旋轉磁極式直流發電機,主要利用了磁鐵和線圈之間的相對運動和一個換向裝置,這就是現代直流發電機的雛形。楞次已經證明了電機的可逆原理
1833~1836年,美國人奧蒂斯設計和制造了第一臺ARBOR步進電機生產率為35米3/時
1834年,俄國物理學家雅可比(Якоби)設計并制成了第一臺實用的直流電動機,該電動機有15瓦,由一組靜止的磁極和一組可以轉動的磁極組成;依靠兩組磁極之間的電磁力和換向器的換向作用,得到了連續的旋轉運動
1838年,雅可比把改進的直流電動機裝在一條小船上
1850年,美國發明家佩奇(Page)制造了一臺10馬力的直流電動機,用來驅動有軌電車
1851年,辛斯坦得首先提出(1863年再次由華爾德提出)電流代替永磁來勵磁,使磁場得以初步加強。由希奧爾特首先提出(1866~1867年再次由華爾德和西門子提出)用蓄電池他勵發展到自勵,最終地解決了加強勵磁的問題
1857年,英國電學家惠斯通(Wheatstone)發明了用伏打電池勵磁的發電機
1860年,潘啟諾梯(Pacinotti)在電動機的模型中提出環形電樞繞組的結構,由于銅線的利用變差沒有受到人們的重視
1864年,英國特理學家麥克斯韋(Maxwell)提出了麥克斯韋方程組,創立了完整的經典電磁學理論體系,為電機電磁場分析奠定基礎
1867年,馬克斯威爾對自勵現象作出了數學分析,是電機理論中的第一篇經典論文。德國工程師西門子(Siemens)制造了第一臺自饋式發電機,甩掉了伏打電池
1870年,格拉姆(Gramme)提出了發電機環形閉合電樞繞組的結構,由于環形繞組為分布繞組,電壓脈動較小,換向和散熱情況均較良好,所以很快取代了T 型繞組。由于對這二種結構進行對比的結果,終于使電動機的可逆原理為公眾所接受,從此發電機和電動機的發展合二為一
1871年,凡.麥爾準發明了交流發電機
1873年,由海夫納-阿爾泰涅克提出鼓型電樞繞組,既具有T型和環形電樞繞組的優點,又免除了它們的缺點;因為鼓型電樞繞組實質上就是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shou次采用交流發電機和開磁路式串聯變壓器,來供電給他所發明的“電燭”,是交流電用于照明系統的開始
1878年,為了加強繞組的機械固定和減少銅線內部的渦流耗損,繞組的有效部分放到鐵心的槽中
1879年,拜依萊(Bailey)手次用電的辦法獲得了旋轉磁場,采用依次變動四個磁極上的勵磁電流的方法,如果在四個磁場的中間放一個銅盤,由于感應渦流的作用,銅盤將隨著磁場的變動而旋轉,這就是最初的感應電動機
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槽以加強散熱。使得直流電機的電磁負荷、單機容量和效率都提高到qian所未有的水平;這樣,換向器上的火花問題就成為當時的突出問題
1882年,臺勃萊茲(Deprez)把米斯巴哈水電站發出的2千瓦直流電能,通過一條57公里長的輸電線送到慕尼黑,從而證明了遠距離輸電的可能性。臺勃萊茲的試驗,為電能和電機的應用打開了廣闊的前景。是直流電機發展史上的一個重要轉折點
1883年,臺勃萊茲在巴黎科學院提出,把二個在時間和空間上各自相差1/4周期的交變磁場合成,就可以得到一個旋轉磁場
1884年,曼奇斯(Menges)發明了補償繞組和換向極,促進了電、磁負荷和單機容量的進一步提高,而容量繼續提高的主要困難和限制,仍然是換向器上的火花問題。霍普金生兄弟發明了具有閉合磁路的變壓器
1885年,齊波諾斯基(Zipernowski)、得利(Deri)和勃拉第(Blathy)三人提出了心式和殼式結構,使得單相變壓器在照明系統中得到了一定的應用。弗拉利斯(Ferraris)發現二相電流可以構成旋轉磁場。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勃萊茲同樣的結論;并且進一步把利用交流電來產生旋轉磁場,和利用銅盤來產生感應渦流這兩個思想結合起來,制成了第一臺二相感應電動機。福勃斯(Forbs)提出用炭粉來做電刷。使得火花問題暫告緩和
1886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計電機的磁路
1888年,弗拉利斯在意大利科學院提出了“利用交流電來產生電動旋轉”的經典論文。同一時期(1886~1888年),特斯拉亦獨立地從事于旋轉磁場的研究和試驗,而且和弗拉利斯互不相涉和幾乎同時地發明了感應電動機
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生旋轉磁場,同時設計和制出了第一臺三相變壓器和三相感應電動機
1891年,阿諾爾德(Arnold)建立了直流電樞繞組的理論,使直流電機的設計和計算建立在更加科學的基礎上。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)開始利用復數和向量來分析交流電路
1894年,海蘭(Heyland)提出“多相感應電機和變壓器性能的圖解確定法”的論文,是感應電機理論中的第一篇經典性論文。同年,弗拉利斯已經采用把脈振磁場分解為二個大小相等、轉向相反的旋轉磁場的辦法來分析單相感應電動機;雖然弗拉利斯所得的結果仍不免于錯誤,但是他所用的方法,卻對旋轉電機的理論分析有著不可磨滅的貢獻,這種方法以后被稱為雙旋轉磁場理論
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機的電樞反應時,勃朗臺爾(Blondel)提出雙反應理論;這個理論后來被道黑提(Doherty)、尼古爾(Nickle)和派克(Park)等人所發展,成為現代同步電機理論的基礎
1913年,福提斯古(Fortescue)開始分析感應電動機的不對稱情況
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,英國人所開發步進電機
1920~1940年許多學者(Drefus, Punga, Fritz, Moller, Heller)對雙籠和深槽電機的理論和計算方法,諧波磁場 所產生的寄生轉矩,異步電機的噪音等問題進行了一系列研究
1926~1930年,道黑提和尼古爾二人先后提出了五篇經典性論文,發展了勃朗臺爾的雙反應理論,求出了穩 態和暫態時同步電機的功角特性,和三相、單相突然短路電流
1929年,派克利用坐標變換和算子法,導出了暫態時同步電機的電勢方程和算子阻抗。同一時期,許多學 者又深入地研究了同步電機內部的磁場分布,得出了各種電抗的計算公式和測定方法。所有這些工作,使 得同步電機內部的理論達到了比較完善的地步
1935~1938年,克朗(Kron)系統地提出了利用張量分析來研究旋轉電機的方法
1940年前后,出現了一系列新的控制電機,例如電機放大機,交流測速發電機,回轉變壓器等。為了滿足 控制系統的要求,自整角機的精度和伺服電動機的性能亦有很大的提高。同一時期,小型分馬力電機的理 論已有較大的發展。
1950年代后期晶體管的發明也逐漸應用在步進電機上
1950~1960年,許多學者進一步研究了同步電機和感應電機的電磁—機械暫態。由于利用了物理模型和模擬 計算機,使得許多復雜的電機動態運行問題得到了解決
1958年,英國Bristol大學的G.H.Rawcliffe等提出極幅調制繞組(稱為P.A.M 繞組)
1959年起,逐步建立起機電能量轉換的新體系
1970年,英國Leeds大學步進電機研究小組首創一個開關磁阻電機(Switched Reluctance Motor, SRM)雛 形,這是關于開關磁阻電機最早的研究
1972年,進一步對帶半導體開關的小功率開關磁阻電動機(10w~1kw)進行了研究
1975年,開關磁阻電機有了實質性的進展,并一直發展到可以為50kw的電瓶汽車提供裝置
1980年在英國成立了開關磁阻電機驅動裝置有限公司(SRD Ltd.),專門進行SRD系統的研究、開發和設計
1983年,英國(SRD Ltd.)首先推出了開關磁阻電機SRD系列產品,該產品命名為OULTON
1984年,TASC驅動系統公司也推出了他們的產品。另外SRD Ltd. 研制了一種適用于有軌電車的驅動系統,到1986年已運行500km
1992年,美國著名電機專家T.A.Lipo等人首先提出雙凸極永磁電機
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