电机发展史_公元_应用_电流
来源:球王会官网登录 作者:球王会官方网址 2022-07-11 20:11:16

  迈克尔·法拉第,(Michael Faraday,公元1791~公元1867),发电机与电动机的重要发明者。于1831年发现了电磁感应定律,后来被詹姆斯·克拉克·麦克斯韦使用,建立起了当今的电磁理论的基础方程式,即麦克斯韦方程组。为电能的大规模生产及应用奠定了基础,也成为发电机与电动机的理论基石。

  电动机是将电能转化为机械能的设备,现代电动机是建立在电磁感应定律上的旋转机械。但是,在电动机诞生之时,许多直流电动机并不是以电磁感应原理为基础,而是利用电磁铁对软铁的吸引作用或磁铁间的相互吸引,排斥作用,利用电流磁效应研制成功的。

  1821年 法拉第电机——水银杯转动实验,首次利用电流磁效应将电能转变为旋转运动的机械能。

  1828年 捷德里克电动机——Anyos Jedlik,公元1800年~公元1895年,匈牙利著名科学家,现代意义上的电机发明人之一和电机自激原理的发现者之一

  1831年 亨利摆动式电动机,Joesph Henry,公元1797年~公元1878年,美国科学家,同时也是以电感单位“亨”留名的大物理学家,在《美国科学和艺术杂志》(第20卷,340-343页)上发表了题为“利用磁的吸引和排斥力产生往复运动”的论文,首次引入了“电动机,electrical motor”这个名词,提出了制造电动机的设想,并预言“电动机的重要性无论怎样强调也不嫌过分。电动机可以按照要求造得极大或极小,可以从几英里之外接来电流使它运转,既能马上起动又能立即停止。”

  1834年 开创电机应用先河的达文波特电机,Thomas Davenport,公元1802年~公元1851年,美国直流电机的发明者,他是一名铁匠,受到亨利的启发,制成一台旋转直流电动机,并用其发明的电机来驱动一个直径7in的轮子,以30min/s的速度前进。

  1837年 美国专利公布了人类历史上第一个电动机专利,即美国专利No.132。

  1838年设计的雅可比电动机:两个星形轮盘上分别布置永磁磁极,轮盘间布置一个可以旋转的轮盘,其上装有电磁铁棒(电枢),左边为换向器,通电后可利用磁铁间的作用不停旋转。

  1839年,雅可比在俄国尼古拉斯皇帝的资助下,将一条可以载有14名旅客的船进行了电气化改造,在浆轮轴上安装了20台雅可比电动机,并通过320个丹尼尔电池供电,在涅瓦河上进行了史无前例的电动轮船试验!也是人类历史上第一次实际应用的大型试验!

  除了上面介绍的伟大先贤们的杰出贡献,实际上19世纪50年代以前研究直流电动机的人还有很多很多,他们都为直流电动机的诞生和发展做出了重要贡献!实际上19世纪50年代以前可以看做是直流电动机的萌芽及诞生时期,基于不同的原理及用途,人们发明了五花八门的直流电动机。

  19世纪30年代到上半叶,伴随着第二次工业革命,电悄悄的进入了人类的社会生活。社会生产力的进一步发展,电解、电镀、电力照明的需要,大家开始寻找新的供电装置,法拉第电磁感应定律的出现,将社会需要与科学理论结合起来,使得发电机的研制工作得到了较快发展!但是,由于当时的人们并不清楚电机的可逆性原理,发电机与电动机是各自为政,并行发展的!

  1831年 发电机的始祖——法拉第圆盘式发电机,依靠马蹄形永磁铁设计的一种单极直流发电机。

  A. Hippolyte Pixii,公元1808年~1835年,法国仪器制造商,发明了一台永久磁铁旋转式手摇交流发电机。

  1833年他的哥哥,M. Hippolyte Pixii,公元1804年~1851年,通过换向器结构使得输出电流变成直流电,成为世界上首次报道制成的直流发电机。

  1835年,克拉克手摇发电机,E.M.Clarke,英国科学仪器制造师。▼

  1950年,Floris Nollet,公元1794年~公元1853年,比利时物理学教授,设计了一台蒸汽机驱动的直流发电机,用于水的电解。

  1852年,世界上最早的电灯公司——英法联盟商会成立,开始制造直流发电机

  1858年,曾与诺莱共事的英国化学家,电力照明先锋,Frederick Hale Holmes,公元1812年~?,研制成功了新型的发电机,并在South foreland灯塔投入运行!联盟牌发电机是发电机进入工业、商业领域的里程碑!也是发电机进入人类社会生活的第一步,具有真正实用价值!

  如果能够穿越到1873年,你一定会被眼前的景象震惊!奥地利政府在维也纳举办世界博览会上,有这样一场表演:一台燃气发动机驱动发电机旋转,经过500m长的导线送入另外一台格拉姆电机,电机转动带动一台水泵向外喷水!

  这其实源于一个意外,也许是第一次参加如此的盛会,或许是看到了世界上各种新奇的展品,Zénobe Théophile Gramme,公元1826年~公元1901年,比利时电气工程师以及Hippolyte Fontaine,公元1833年~公元1910年,法国电气工程师,忙中出错偶然间将两台直流发电机连在一起,当第一台直流发电机被燃气发动机带动旋转时,第二台直流发电机也忽然旋转了起来!要知道19世纪70年代以前,直流电动机均采用电池供电,高昂价格而且笨重的电池极大地限制了电动机的发展和应用,虽然有很多科学家在研究电机可逆性原理,但是一直没有实际应用层面的进展,终于困扰大家多年的廉价电源问题得以解决!

  以此为起点,在蒸汽机发明了100年后,人类社会正式进入了第二次工业革命!

  旋转磁场理论是感应发电机、同步电机的理论基石之一,故探寻感应电动机的诞生必须从旋转磁场的发现谈起。

  1824年 阿拉果圆盘,Dominique François Jean Arago, 1786年~1853年,法国著名科学家。世界上首次采用机械方法而获得旋转磁场的实验,实质上是现代交流电动机基本原理的最初实验。

  1879年,Walter Bailey,英国科学家对阿拉果圆盘进行进一步研究,发表了产生阿拉果旋转的一种方法的演讲,并展示了其实验模型。贝利磁场实验是人类首次利用电的方法获得旋转磁场,并证明旋转磁场可以产生机械力,其试验装置是现代感应电动机的雏形。(Philosophical Magazine,1879年,第18卷,286~290页)

  1883年,M.Depretz,1843年~1918年,在巴黎科学院发表演讲,提出将两个在空间和时间上各相差90°的交变磁场合成,可以得到一个旋转磁场。但是,其思想并未引人注意。

  首先根据旋转磁场理论发明两相感应电动机的是意大利物理学家,Galileo Ferraris,1847年~1897年。

  1885年,费拉里斯通过实验证明自己的想法,其实验装置被称为费拉里斯电动机(第一个装置的功率仅3W)。

  1888年,在都灵科学院作了题为“利用交流电产生电动旋转”的具有历史意义的演讲。

  但是遗憾的是,费拉里斯认为这种电动机只是一种实验装置,本身存在许多缺陷,不能用作实际的电动机,没有继续深入研究。

  特斯拉是一位颇具传奇色彩的美籍克罗地亚科学家,被誉为“把世界带入电气化时代的人”,之前有很多介绍他传奇事迹的文章,实际上对于感应电动机他也做出了卓越贡献。

  1883年,在英国斯特拉斯堡工作时,利用业余时间制造过两相同步发电机和两相同步电动机的模型。

  1885年,由于理念问题,特斯拉离开爱迪生电灯公司,成立了特斯拉研究所进行交流电机及交流电应用的研究工作。8月,特斯拉制成了一台两相感应电动机。

  1888年7月西屋公司收购了特斯拉在美国的专利,并聘请他到西屋工作。特斯拉与C.F.Scott,1846年~1914年,开始了商用两相感应电动机的设计,制造。

  1893年,根据特斯拉等人的意见,西屋公司将60hz作为标准电源频率,这一标准频率后来在美国和其他一些国家一直沿用至今。

  用来展示和解释旋转磁场模型和异步电动机的原理。为展示目的做的复制品可在贝尔格莱德的尼古拉·特斯拉博物馆,萨格勒布的技术博物馆及密歇根州的安娜堡手动博物馆中看到。

  1888年,他进行了三相鼠笼式电动机的研究工作,并研究三相系统的星形连接方式和三角形连接方式。

  1889年3月8日,他的“三相交流电动机鼠笼电枢”申请德国专利,专利号No.51083▼

  1889年12月5日,他的“三相绕线式发电机和电动机的星形和三角形连接法”申请英国专利,专利号No.19554

  1889年,特斯拉设计带辅助相的单相感应电动机,解决了单相感应电动机的启动问题。

  1889年,德国AEG公司根据多布罗夫斯基的专利,制造了3hp的三相鼠笼式电动机。

  1890年8月,BBC公司(即现在的ABB公司前身之一,1988年由BBC和ASEA两家公司合并而成)也根据多布罗夫斯基的发明制成了2hp三相电动机。

  1892年,爱迪生电灯公司与汤姆逊——休斯敦电气公司合并成立美国通用电气公司,抛弃了原爱迪生公司对交流电技术的偏见,立即着手设计制造交流电机,1896年制造出150hp感应电动机。

  从1889年第一台三相鼠笼式电动机诞生至今,鼠笼式感应电机整整走过了130年,从最初的2hp到现在几千几万kw,整个电动机工业有了长足的进步,也以其结构简单、牢固、价格低廉成为应用最为广泛的电动机!

  时间一下子又回到19世纪30年代,伴随着第二次工业革命,法拉第电磁感应定律的出现,极大地推动了直流发电机的发展。实际上当时出现的很多直流发电机都是交流发电机加上一个换向器。例如:

  1832年 , 法拉第收到署名P.M.的来信,提出交流发电机的设计,它是一种单相同步多级发电机。

  1849年,诺莱设计了单相同步发电机并和Van Malderen(未查到相关资料及人物介绍)一起制成了一台单相同步发电机。

  但是,在19世纪70年代以前,由于人们对交流电缺乏了解,误认为交流电没有实际用途,工业上使用很不方便,所以从19世纪30~70年代的40多年间,同步电机几乎没有什么发展。

  1876年3月23日,Pavel Nikolayevich Yablochkov,1847年~1894年,俄国发明家,发明了交流电照明装置——雅勃洛奇科夫电烛,使社会对交流电的需要增加。

  1878年,Elihu.Thomson,1853年~1937年,美国发明家(GE公司前身汤姆森-休斯顿电气公司的创始人之一,也是IEC标准委员会的创始人之一),制成了一台单相同步发电机。该机为磁极旋转式发电机,电枢为鼓形电枢。

  1879年,西门子-哈尔斯克公司制成了黑夫纳-阿登尼克式单相同步发电机。▼

  同年,现代电气巨头之一的西门子第一次中国合作,通过革命性的实用发电机开启了中国电气化的进程,交付并安装了一台10马力的蒸汽发电机为上海港提供照明。

  由于19世纪80年代进行的直流输电技术并不顺利,交流电技术迎来了大发展:

  1881年,西门子公司为著名的伦敦Savoy剧院制造了2000V&120HP的单相同步发电机,Savoy剧院是世界上第一个采用电力照明的公共建筑。

  1883年,西门子公司为位于伦敦的Grosvenor Gallery制造了两台250kw&2000V&他励,由Marshall蒸汽机拖动的单相同步发电机(当时世界最大的交流发电机)。

  1883年,Sebastian Ziani de Ferranti,1864年~1930年,英国电气工程师;William Thomson, 1824年~1904年,英国科学家,申请联合专利,发明了费兰蒂-汤姆逊发电机。该机为电枢旋转式发电机:线圈用绝缘铜带连续绕制而成,两边用齿状厚铁板夹紧。

  1883年,John Hopkinson,1849年~1898年,英国电气工程师,使用两台单相同步发电机并联运行,获得成功,解决了以往交流电机只能单独运行,无法构筑交流电网的一大难题,也为交流发电机的大型化和推广应用奠定了基础。

  由于19世纪80年代进行的直流输电技术并不顺利,交流电技术迎来了大发展:

  1893年,西屋公司在芝加哥世界博览会展出了多台500hp的两相同步发电机,并为该博览会的电厂提供了12台1000hp&2200V的两相同步发电机。

  世界上首先制造出具有实用价值三相同步电机的是Thomas.F.A.haselwander, 1859年~1932年,德国巴登地区的一个小业主。

  1887年2月,他突发奇想,利用两台同样的地阿基进行远距离输电试验。将电机的环形电枢线圈一端连在一起,另一端接至一个换向片,这台电机有3个线片换向片。后来又利用三个滑环代替换向片。这样最原始的三相同步发电机就被哈舍尔汪德制成了。

  8月,制造出了第二台三相同步发电机,并于1887年10月12日投入运行。

  多利沃-多布罗夫斯基是三相电流技术的奠基人,1888年他制成了一台2.2kW的旋转磁场式三相同步发电机。

  ABB公司可以说是三相同步电机商业化的开端,其创始人之一,Jonas.wenstrom, 1855年~1893年,瑞典工程师,也对三相同步发电机的发展作出了卓越贡献。

  1890年1月20日,他在瑞典申请了专利No.3093 “采用星形及三角形连接的三相同步和异步电机以及三相变压器”,同时也获得了英国专利No.5423。同年2月开始设计三相同步发电机。

  1890年11月18日,他与弟弟创立的公司与1883年创办的斯德哥尔摩电气公司合并,成立了瑞典通用电气公司ASEA,ABB前身之一。ASEA公司成立伊始,就开始制造三相同步发电机。

  从电机可逆性原理来讲,同步发电机可以作为同步电动机运行,所以它们是并行发展的。

  1883年,霍普金森在进行两台单相同步发电机并联运行试验时,发现当一台发电机与原动机脱开时,它会作为电动机反向运行。但是有一个很大的问题是没有解决同步电动机的自起动问题,使其应用受到了很大限制。

  之前在某煤制烯烃项目参观时拍摄的照片,图片为LDPE工艺流程中的增压机及主压缩机(远处的平台),其中电机为ABB品牌,压缩机为布克哈德品牌,其中驱动主压缩机的低速同步电机中心高就有2.5m,总高近两层楼高,代表了目前世界上最顶级的同步电机制造技术!