电机的作用和发展简史电机有什么用？

简史电机的作用与发展
一、电机的功能

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电机是以电磁感应现象为基础实现机械能与电能之间的转换以及变换电能的机械，包括旋转申机和变压器两大类。旋转电机是机电能量转换装置。主要用作发电机把机械能转变成电能;或作为电动机，把电能转变成机械能。有的电机还用作调相机，用于改善电网的功率因数。此外.还有微特电机.广泛应用于自动控制系统。变压器是一种无相对运动的电能变换装置，广泛应用于电能传输、电压、电流、阻抗变换和电路隔离。

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人类的生产劳动离不开各种能源。在现代工业化社会中.各种自然能源-一般来说，它不能直接拖动生产机械。它还必须先转换为电能，然后将电能转换为所需的能量形式（如机械能、热能、声能、光能等）。这是因为电能在生产、传输、分配、使用、控制和能量转换方面非常方便。电机是一种与电能相关的能量转换机械。它是工业和农业。交通。国防工程、医疗设备和日常生活中常用的重要设备。

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电机的主要作用体现在三个方面∶
1.生产、传输和分配电能
在发电厂，发电机由汽轮机、燃气轮机、柴油机或水轮机驱动。发电机将燃料燃烧和原子核裂变的能量或水位转化为机械动能，转化为发电机中的电能，然后用变压器提高电压，通过输电线将电能输送到电力区域，然后通过变压器降低电压供用户使用。
2.驱动各种生产机械和设备
在工农业、交通运输、国防等部门和生活设施中，各种电机被广泛用于驱动机械、设备和设备的生产。例如，机床驱动、电力排水灌溉、农副产品加工、矿石开采和运输、牵引、抽水、鼓风、起重、轧钢、造纸、医疗设备和家用电器的运行一般由电机拖动。
3.作为各种控制系统、自动化和智能设备的重要组成部分
随着工农业和国防设施自动化水平的不断提高，控制系统、自动化和智能设备（如电子计算机和机器人）中出现了各种控制电机。这种电机通常功率较小.但品种繁多，用途各异，如.自动选择和显示电梯，阀门遥控.自动定位火炮和雷达。控制飞机的发射和姿势.机床加工的自动控制和显示. 以及计算机外围设备、各种自动记录仪算机外围设备、各种自动记录仪表、视频录放设备、医疗器械和现代家用电器设备。

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电机发展简史
正如介绍的，法拉第在1831年 10月创建了第一个感应发电机模型。从那时起，电力的研究和应用发展迅速，电力作为一种新的强大能源，开始在人类的生产和生活中发挥越来越重要的作用。
在生产需求的直接推动下，出现了具有实用价值的发电机和电机，并在应用中不断改进和改进。最初阶段的发电机是水磁发电机，即永久磁铁作为场磁铁。由于永久磁铁本身的磁场强度有限，永磁发电机不能提供强大的电力.缺乏实用性。增加发电机的输出功率，满足实际要求.有必要改造发电机的各个部件。发电机的主要部件是场磁铁、电枢、集电环和刷子。1845年，英国物理学家惠斯通利用外部电源激励线圈，用电磁铁取代永久磁铁，取得了巨大的成功。然后改进了电枢绕组，制造了第一台电磁发电机。1866年，德国科学家西门子制造了第一台使用电磁铁的自激发电机。西门子发电机的成功标志着大容量发电机的建设，从而获得了强大的电力和技术突破。因此，西门子发电机在电气发展史上具有划时代的意义。

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自我激励原理的发现是永磁发电机向励磁发电机发展的关键环节。自我激励是指直流发电机利用自身感应电功率的一部分来激发场磁铁，从而形成电磁铁。在发电机的改进过程中，磁场的变化经历了从水磁到励磁；电流励磁经历了从他到自我激励、自我激励、从串激到并激再到复激的发展过程。因此，根据其不同的励磁方法，直流发电机可分为他激和自激，自激发电机包括串激、并激和复激。
1870年比利时人格拉姆(1826-1901)依托瓦利提出的原则，采用1865年意大利帕契诺蒂(1841-1912)发明的齿形电枢结构，创造了环形无槽闭合电枢绕组，制造了环形电枢自激直流发电机。1873年，德国电气工程师赫夫纳·阿尔特涅克(1845-1904)改进了直流发电机的电枢，并成功开发了鼓式电枢自激直流发电机。他吸收了格拉姆和帕契诺带发电机转子的优点，简化了制造方法.因此，它大大提高了发电机的效率，降低了发电机的生产成本，使发电机进入实际阶段。到目前为止，DC发电机的基本结构已经定型。1880年，美国发明家爱迪生制造了它"巨象"大型直流发电机于1881年在巴黎博览会上展出。
与此同时，电动机的研制工作也在进行之中。美国工程师达文波特在1836年首先尝试用电动机驱动机械。1834年俄国物理学家雅可比发明了功率为15W棒状铁心电机。
发电机和电机是同一台机器的两种不同功能。发电机作为电流输出装置，电机作为电源供应装置。电机的可逆原理是在 1873年偶然证明的。今年，在维也纳的工业展览会上，一名工人错误地将一根电线连接到一台正在运行的格拉姆发电机上。结果发现，发电机的转子改变了方向，迅速转向相反的方向，变成了一台电机。在此之前，电机和发电机是独立发展的。从那时起，人们意识到直流电机可以作为发电机或电机运行的可逆现象。这一意外发现对电机的设计和制造产生了深远的影响。
随着发电和供电技术的发展，电机的设计和制造也越来越完善。1878年于1878年出现，即将绕组嵌入槽中，以加强绕组的稳定性，减少导线内的涡流损耗。当时，槽铁芯和鼓绕组的结构一直在使用。1880年，爱迪生提出了薄层铁芯法，马克西提出了解决铁芯散热问题的铁芯径向通风散热问题。1882年提出了双层电枢绕组，1883年发明了折叠磁极，1884年发明了补偿绕组和换向极，1885年发明了碳粉制造刷。1836年建立了磁路计算方法，1891年建立了直流电枢绕组理论。到20世纪90年代，直流电机具有现代直流电机的所有主要结构特点。
虽然直流电机已被广泛使用，并在应用中产生了可观的经济效益，但其自身的缺点限制了其进一步发展。这意味着直流电机不能解决远程输电或电压变化的问题，因此交流电机发展迅速。在此期间，两相电机和三相电机相继出现。1885年，意大利物理学家加利莱奥·费拉里斯（1841-1897）1886年移居美国的尼古拉·特斯拉还独立开发了两相异步电机。俄罗斯电气工程师多利沃-多勃罗沃利斯基于 1888年制造了三相交流单笼异步电机。交流电机的开发和发展.特别是三相交流电机的成功开发，为长途输电创造了条件同时将电气技术提升到了一个新的阶段。
1880多年前后，英国费朗蒂改进了交流发电机，并提出了交流高压输电的概念。1882年，英国高登制造了大型两相交流发电机。1882年，法国人高兰德（1850-1888）和英国人约翰·吉布斯得到了"照明和电力分配方法"第一台具有实用价值的变压器是交流输配电系统中最关键的设备。
变压器的基本结构是铁心和绕组，以及油箱和绝缘套管等部件。它所依据的工作原理是法拉第在 1831年发现的互感现象，即由于一个电路产生电流变化，而在邻近另一电路中引起感生电动势的现象。在同一铁心上绕上—次绕组和一次签组，如在—次绕组中通入交
由于电流的不断变化，变申电流.它产生的磁场也在不断变化.在一次签约组中，威应来自动势。变压器依靠这一工作原理.提高发电机输出的申压.在用户中，申请压力被降低。有了变压器，可以说有了高压交流输电的基本条件。1884年，英国人埃德瓦德·霍普金生(1859-1922)发明了具有封闭磁路的变压器。后来，威斯汀豪斯(1846-1914)改进了吉布斯变压器的结构，使其成为具有现代性能的变压器。1891年，布洛在瑞石制造了高压油浸变压器，后来开发了巨型高压变压器。由于变压器的不断改进，远程高压交流输电取得了很大进展。
经过100多年的发展，电机本身的理论已经相当成熟。然而，随着电工科学、计算机科学和控制技术的发展，电机的发展进入了一个新的发展阶段。.交流调速电机的发展最为显著。
半个多世纪前.传统的变电压、串级、变压变频等交流调速方法的原理已经研究清楚，但由于需要使用电路元件和旋转变流机组，控制性能不如直流调速，因此长期无法推广应用。20世纪70年代以后，电力电子变流装置逐渐解决了减少设备、减少体积、降低成本、提高效率、消除噪声等问题，使交流调速发展迅速。矢量控制发明后，交流调速系统的静态和动态性能得到了提高。然而，为了实现矢量控制规律，需要复杂的电子电路，其设计、制造和调试都非常麻烦。采用微机控制后，软件实现矢量控制算法，规范硬件电路，降低成本，提高可靠性，可以进一步实现更复杂的控制技术。可以看出，电力电子和微机控制技术的快速进步是促进交流调速系统不断更新的动力。
此外，高性能永磁材料和超导材料的发展也为电机的发展注入了新的活力。
永磁申机结构简单.可靠性好，效率高.节省能量.从成本上看。综合考虑性能、投资、维护和可靠性，优于普通电机。然而，在过去，永磁材料的磁能积较小，并没有得到广泛的应用。近年来，随着稀土永磁材料的快速发展和电力电子技术的发展，永磁电机取得了巨大的进步。使用钕铁硼永磁材料的电机和发电机已被广泛使用，从船舶推广到人工心脏血泵。
超导电机已用于发电和推进高速磁悬浮列车和船舶。
随着科学技术的进步、原材料性能的提高和制造工艺的提高，电机的功率等级从数万个品种和规格（从数百万瓦到1000 MW 以上) 。非常广泛的速度范围(从几天到几十万分钟)，非常灵活的环境适应性(如平地、高原、空气、水下、油、冷带、温带、湿热带、干热带、室内外、汽车、船舶、各种媒体)，以满足国民经济部门和人类生活的需要。
二、二。电机的分类和结构
电机的分类
电机是进行机电能量转换或信号转换的电磁机械装置的总称。电机从不同的角度有不同的分类方法∶
根据应用电流类型，电机可分为直流电机和交流电机。根据应用中的功能，电机可分为以下类型。
(1)将机械功率转换为电功率-发电机。
(2)将电功率转换为机械功率——
电动机。
(3)将电功率转换为另一种形式的电功率，可分为∶
①输出和输入有不同的电压变压器。
②输出和输入有不同的波形，如将交流变为直流变流器。
③变频器具有不同的输出和输入频率。
④输出和输入有不同的相位移相机。
(4)在机电系统中起调节、放大和控制作用的电机-控制电机。
电机按运行速度可分为：
(1)静态设备-变压器。
(2)直流电机无固定同步速度。
(3)转子速度总是不同于同步速度-异步电机。
(4)速度等于同步速度-同步电机。
(5)速度可在宽广范围内随意调节-交流换向器电机。
【电机的作用和发展简史电机有什么用？】按功率大小.又可分为大电机、中小电机和微电机。
随着电力电子技术和电气材料的发展，其他特殊电机不属于步进电机、无刷电机、开关磁阻电机、超声波电机等传统电机类型，通常称为特殊电机。
发电机
发电机是一种将机械能转化为电能的机械。发电机将机械能转化为电能，然后将其发送到电网上。提供机械能的原动机有很多种；水轮机、风力发动机、燃炭或原子能反应堆产生的蒸汽、直接燃烧气体的燃气轮机、汽油发动机、柴油发动机等。
人们使用的绝大多数交流电源都是由交流发电机发出的。这些发电机连接到交流电网，必须以固定电角旋转，随时产生相同频率的交流电源，称为同步发电机。
大型发电机主要是同步发电机，单机容量可达数十万千瓦。小容量发电机用于柴油发电机、风力发电机等独立电源系统。由于同步发电机需要励磁装置，在某些场合，如风力发电机.异步发电机也可以用来发电。正如在介绍的.现代发电厂不再使用直流发电机，只在某些特殊场合使用小型直流发电机。
大型问步发电机的定子由硅钢板制成，对称三相绕组放置在铁芯槽中。转子由铁磁材料制成.放置励磁绕组.励磷组通过漫环连接到直流励磷源。当工业发电机由原动机拖动旋转时，励磁绕组切割三相绕组导体，在绕组中产生感应电势。由于定子绕组是一个对称的三相绕组，所感应到的电势是一个对称的三相电势。大型同步发电机有两种转子结构；隐极和凸极。隐极转子为圆柱形，发电机间隙均匀，主要用于高速大容量汽轮发电机。凸极转子主要用于水轮发电机，转速低，电机极数大，转子通过轴与原动机连接。2-1显示了隐极和凸极同步发电机的结构。
电动机
电机的功能是将电能转化为机械能。电机被广泛应用于现代生产机械中。其中，小功率电机和微特电机常用于电动工具和家用电器，也可用于自动控制系统和计算装置的检测、放大和执行元件。
生产机械由电机驱动，简化生产机械结构，提高生产率和产品质量，实现自动控制和远程操作，减少繁重的体力劳动。
有些生产机械只配备一台电机，如单轴钻床；有些需要几台电机，如一些机床的主轴和刀架。横梁、汇测滑油泵和冷却油泵是由单个电机驱动的现代先进汽车.通常使用 40台以上的微利电机。一列电动汽车组使用数十台功率为数百千瓦的牵引电机。大型客机和船舶需要更多的驱动和控制电机。
目前，生产中使用的电机主要是三相感应电机，占世界电机数量的60%以上。结构简单，成本低.耐用，广泛用于驱动各种金属切削机床、起重机、锻压机、传送带、铸造机械、低功率通风机、水泵等。2-2显示了三相感应电机的结构。单相感应电机通常用于低功率电动工具和一些家用电器。
在需要均匀调速的生产机械中，如龙门刨床、轧钢机和一些重型机床的主传动机构，以及在一些电力牵引和起重设备中，传统上采用直流电机，但随着电力电子技术的进步，交流电机逐渐被放置。
同步电机主要用于压缩机、水泵、通风机等，如压缩机、水泵、通风机等。
伺服电机是自动控制系统等设备中使用的一种小型电机，根据输入信号、操作和驱动机械负荷，广泛应用于工业机器人、航空、航天、机床、办公设备、各种测量仪器、打印机、绘图仪等设备。
根据实际需要，电机可分为旋转电机、直线电机、平面电机、螺旋电机和球形电机。
变压器
变压器是一种静态电机.其主要部件是铁芯和绕组。为改善散热条件，大中容量电力变压器的铁芯和绕组浸入装满变压器油的密封油箱中，各绕组外线的连接由绝缘套管引出。为使变压器安全可靠运行，还配备了储油柜、安全气道、气体继电器等附件。
变压器的主体是铁芯和铁芯上的绕组。将连接交流电源的绕组设置为一个绕组，其匝数用字母编号N.表示；将连接负载的绕组设置为一次绕组，其匝数为字母N.表示。当一个绕组连接交流电源时，二次绕组连接的电灯会发光。这可以根据电磁感应原理来解释∶
绕组连接交流电压U一次绕组中有交变电流I，通过，这种电流将刺激铁芯产生交变的磁通。当通过电路的磁通量发生变化时，电路中会产生感应电势，这将防止电流的增加。如果二次电路通过负载关闭，则会产生二次电流I 。由于一、二次绕组设置在同一铁芯柱上，铁芯中的交变磁通同时连接一、二次绕组，因此两个绕组都产生了感应电势。显然，对于负载，二次绕组中的感应电势相当于申源。在二次绕组连接的电路中，电流通过，使电灯发光。这是变压器的基本工作原理。
变压器只能传递交流电能而不产生电能；它只能改变交流电压或电流的大小.频率不变。
特种电机
一、永磁无刷电机
无刷电机诞生于20世纪60年代末，随着永磁材料技术、微电子、电力电子技术和电机技术的快速发展。无刷电机是一种典型的机电体化产品，主要由动机本体、位置传感器和电子开关线组成。转子采用永磁材料的无剧电机，也称为永磁无刷电机，绝大多数无刷电机采用永磁转子。
永磁无刷电机可分为方波驱动的无刷直流电机(注入电机本体定子绕组为方波电流)（BLDCM）永磁同步电机由和正弦波驱动（PMSM）两种类型。与传统的刷直流电机相比，BLDCM用电子换向取代原直流电动机的机械换向，并将原有刷直流电动机的定、转子颠倒（转子采用永久磁钢）.从而省去了机械换向器和电刷；PMSM原绕线同步电机转子中的励磁绕组用永磁体取代，定子不变，省去了励磁线圈、滑环和电刷。BLDCM与相比，定子电流由方波驱动PMSM在相同条件下，逆变器更容易获得方波，其控制也更 PMSM简单(但其低速运行性能相对 PMSM因此，BLDC.M 赢得了人们的广泛关注。
永磁无刷电机因其卓越的性能和不可替代的技术优势而越来越受到人们的关注，特别是自20世纪70年代末以来，随着稀土水磁材料技术、电力电子技术、计算机控制技术等支持技术的快速发展和微电机制造技术水平的不断提高，永磁无刷应用技术的发展和性能不断提高，最初应用于中小型伺服驱动领域和航空、航天、机器人、家用电器，今天已广泛应用于电动汽车、电动车组、电动船舶等领域。未来，随着永磁无刷直流电机技术及相关支持技术的不断发展和人类社会的不断进步，永磁无刷电机将得到更广泛的应用。
二、直线电机
直线电机的历史可以追溯到惠斯登在1840年开始提出和制造稍微原型但不成功的直线电机，至今已有170多年的历史。在这一历史过程中，直线电机经历了三个时期：探索实验、开发应用和实用商业化。
从1840年到1955年的116年，直线电机经历了一个不断探索和失败的过程，从想象到实验，再到一些实验应用。20世纪50年代以后，英国莱斯韦特（E，Laithwaite）代表研究人员在直线电机的基础理论研究中取得了重要的研究成果，在电机设计理论上取得了许多进展，促进了直线电机的应用，使直线电机再次受到各国的重视。
近年来，直线电机在工业机械、轨道交通、电梯、航空母舰飞机发射、电磁枪、导弹发射架、电磁推进潜艇等方面的应用已经实用。美国和其他正在研究的所谓的"太空电梯（Space Elevator）"，航天飞机或宇宙飞船用直线电机发射到太空的计划。
在计算机磁盘驱动器中，有一种驱动磁头的电机叫做音圈电机，也可以看作是一种直线电机。
直线电机不限于电机，还有直线发电机，图2-7它是一种由海浪驱动的直线发电机。
步进电机
步进电动机（Stepping Motor）在自动控制装置中，将电脉冲信号转换为角位移，控制转子旋转。每次输入-脉冲信号.步进电机进一步前进，又称脉冲电机。随着微电千和计算机技术的发展，步进电机的需求日益增加.应用于国民经济的各个领域。
步进电机的驱动电源由变频脉冲信号源、脉冲分配器和脉冲放大器组成，驱动电源为电机绕组提供脉冲电流。步进电机的运行性能取决于电机与驱动电源之间的良好配合。
步进由动机分为两种基本类型：机电式和磁电式。机电步进电机由铁芯、线圈、齿轮机构等组成。当螺线圈通电时，会产生磁力.椎动铁心，运动.输出轴通过齿轮机构旋转，输出轴通过抗旋转齿轮保持在新的工作位置；线圈再次通电.，旋转轴旋转另一个角度，依次进行步进运动。磁电步进电机主要有三种形式：永磁式、反应式和永磁感应式。
四、超导电机
超导电机在机电能量转换原理上与普通电机没有什么不同，但其绕组采用超导材料，可以大大降低体积，节约能源。由于超导需要制冷设备，结构特别复杂，一般仅用于推广1万吨巨轮等大型发电机或电机）。2-9所示是船用超导直流电机。
五、超声压电机
超声波压电机是 20世纪80年代中期发展起来的一种新概念的新型驱动装置。它没有磁场和绕组，与传统的电磁电机完全不同。它利用压电材料的反压电效应将电能转化为弹性体.并将摩擦传动转换成运动体的旋转或直线运动。这类电动机具有运行速度低、出力大、结构紧凑、体积小、噪声小等优点，而且不受环境磁场的影响，可以应用于生物生命科学、光学仪器、高精密机械等领域。

电机的作用和发展简史 电机有什么用？

电机的作用和发展简史电机有什么用？