电机是什么时候发明的

　　电机是什么时候发明的

　　一、电机的作用

　　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中。变压器是各部件间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、阻抗的变换和电路隔离。

　　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-般都不能直接拖动生产机械，还必须将其先转换为电能，然后再将电能转恋为所需要的能量形态（如机械能、热能、声能、光能等）加以利用。这是因为电能在生产、传输、分配、使用、控制及能量转换等方面极为方便。电机是与电能有关的能量转换机械，它是工业、农业。交通运输。国防工程、医疗设备以及日常生活中常用的重要设备。

　　电机的主要作用表现在三个方面∶

　　1.电能的生产、传输和分配

　　在发电厂中，发电机由汽轮机、燃气轮机、柴油机或水轮机带动。发电机将燃料燃烧、原子核裂变的能量或水的位能转化为机械动能传给发电机，在发电机中转换成电能，然后用变压器升高电压，通过输电线把电能送到用电地区，再经变压器降低电压，供用户使用。

　　2.驱动各种生产机械和装备

　　在工农业、交通运输、国防等部门和生活设施中，极为广泛地应用各种电动机来驱动生产机械、设备和器具。例如，机床驱动、电力排灌、农副产品加工、矿石采掘和输送、电车和电力机车的牵引、抽水、鼓风、起吊、轧钢、造纸、医疗设备及家用电器的运行等一般都采用电动机来拖动。

　　3.作为各种控制系统和自动化、智能化装置的重要元件

　　随着工农业和国防设施自动化水平的日益提高，出现了多种多样的控制电机，它们在控制系统、自动化和智能化装置（例如电子计算机和机器人）中分别作为执行、检测、放大和解算元件。这类电机一般功率较小.但品种繁多、用途各异，例如.电梯的自动选择与显示，阀门遥控.火炮和雷达的自动定位。飞行器的发射和姿态的控制.机床加工的自动控制和显示. 以及计算机外围设备、各种自动记录仪表、音像录放设备、医疗器械和现代家用电器设备等的运行控制、检测或者记录显示。

　　电机的发展简史

　　正如绪论中所介绍的，1831年 10月，法拉第创造了第一部感应发电机的模型。从此，电的研究和应用迅速发展起来，电作为一种新的强大的能源开始在人类的生产、生活中发挥日益巨大的作用。

　　在生产需要的直接推动下，具有实用价值的发电机和电动机相继问世，并在应用中不断得到改进和完善。初始阶段的发电机是水磁式发电机，即用永久磁铁作为场磁铁。由于永久磁铁本身磁场强度有限，因而永磁式发电机不能提供强大的电力.缺乏实用性。要增大发电机的输出功率，使其达到实用要求.就要对发电机的各个组成部分进行改造。 发申机的主要部件是场磁铁、电枢、集电环和电刷。1845年，英国物理学家惠斯通使用外加电源给线圈励磁，以电磁铁取代永久磁铁，取得了极大成功。随后又改进了电枢绕组，从而制成了第一台电磁铁发电机。1866年德国科学家西门子制成第台使用电磁铁的自激式发电机。西门子发电机的成功标志着建造大容量发电机，从而获得强大的电力，在技术上取得了突破。因此，西门子发电机在电学发展史上具有划时代的意义。

　　自激原理的发现是永磁式发电机向励磁式发电机发展的关键环节。自激是指直流发电机利用本身感应的电功率的一部分去激发场磁铁，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;而电流励磁又经历了从他激到自激，自激又经历了从串激到并激，再到复激的发展过程。因此直流发电机按其励磁方法的不同又可分为他激和自激两类，而自激发电机又包括了串激、并激和复激三种形式。

　　1870年比利时人格拉姆（1826—1901）依靠瓦利所提出的原理，并采用了1865年意大利人帕契诺蒂（1841—1912）发明的齿状电枢结构，创造了环形无槽闭合电枢绕组，制成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）对直流发电机的电枢又做了改进，研制成功了鼓状电枢自激直流发电机。他吸取了格拉姆和帕契诺带发电机转子的优点，简化了制造方法.因而大大提高了发电机的效率，降低了发电机的生产成本，使发电机进入到实用阶段。至此，直流发电机的基本结构已达到定型化。1880 年，美国发明家爱迪生制造出了名为"巨象"的大型直流发电机，并于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的棒状铁心电动机。

　　发电机和电动机是同一种机器的两种不同的功能，用其作为电流输出装置就是发电机，用其作为动力供给装置就是电动机。电机的这一可逆原理是在 1873年偶然获得证明的。这一年在维也纳的工业展览会上，一位工人操作失误，把一根电线错接到一台正在运行的格拉姆发电机上，结果发现这台发电机的转子改变了方向，迅即向相反的方向转动，变成了一台电动机。在此以前，电动机和发电机是各自独立发展的。从此以后，人们认识到直流电机既可作发电机运行，也可作电动机运行的可逆现象，这个意外的发现，对电机的设计制造产生了深刻的影响。

　　随着发电、供电技术的发展，电机的设计和制造也日趋完善。1878年出现了铁心开槽法，即把绕组嵌入槽内，以加强绕组的稳固并减少导线内部的涡流损耗。那时出现的有槽铁心和鼓形绕组的结构一直沿用至今。1880年爱迪生提出了薄片叠层铁心法，马克西提出铁心径向通风道原理解决了铁心的散热问题。1882年提出了双层电枢绕组，1883年发明了叠片磁极，1884年发明了补偿绕组和换向极，1885年发明炭粉末制造电刷。1836年确立了磁路计算方法，1891年建立了直流电枢绕组的理论。到19世纪90年代，直流电机已具有了现代直流电机的一切主要结构特点。

　　尽管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，但其自身的缺点却制约了它的进一步发展。这就是直流电不能解决远距离输电，也不能解决电压高低的变换问题，于是交流电机获得了迅速发展。在此期间两相电动机和三相电动机相继问世。1885 年意大利物理学家加利莱奥·费拉里斯（1841-1897）提出了旋转磁场原理，并研制出两相异步电动机模型，1886年移居美国的尼古拉·特斯拉也独立地研制出两相异步电动机。俄国籍电气工程师多利沃—多勃罗沃利斯基在 1888年制成一台三相交流单笼型异步电动机。交流电机的研制和发展.特别是三相交流电机的研制成功为远距离输电创造了条件 同时把电工技术提高到一个新的阶段。

　　1880年前后，英国的费朗蒂改进了交流发电机，并提出交流高压输电的概念。1882年，英国的高登制造出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·吉布斯获得了"照明和动力用电分配办法"的专利，并研制成功了第一台具有实用价值的变压器，它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

　　变申电流，由于电流的不断变化.使其产生的磁场也随之不断变化.在一次签组中就威应出由动势来。变压器依靠这一工作原理.把发电机输出的申压升高.而在用户那里又把申压隆低。有了变压器可以说就具备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）又发明了具有封闭磁路的变压器。后来威斯汀豪斯（1846—1914）对吉布斯变压器的结构进行了改进，使之成为一台具有现代性能的变压器。1891年布洛在瑞十制造出高压油浸变压器，后来又研制出巨型高压变压器。由于变压器的不断改进，使远距离高压交流输电取得了长足的进步。

　　经过100多年的发展，电机本身的理论已经相当成熟。但是，随着电工科学、计算机科学与控制技术的发展，电机的发展又进入了新的发展阶段。其中.交流调速电机的发展最为令人瞩目。

　　早在半个多世纪以前.传统的变电压、串级、变压变频等交流调速方法的原理就都已经研究清楚了，只是由于要用电路元件和旋转变流机组来实现，而控制性能又比不上直流调速，所以长期得不到推广应用。20世纪70年代以后，有了电力电子变流装置以后，逐步解决了调速装置需要减少设备、缩小体积、降低成本、提高效率、消除噪声等问题，才使交流调速获得了飞跃的发展。发明矢量控制之后，又提高了交流调速系统的静、动态性能。但是要实现矢量控制规律，需要复杂的电子电路，其设计、制造和调试都很麻烦。采用微机控制以后，用软件实现矢量控制算法，使硬件电路规范化，从而降低了成本，提高了可靠性，而且还有可能进一步实现更加复杂的控制技术。由此可见，电力电子和微机控制技术的迅速进步是推动交流调速系统不断更新的动力。

　　另外，高性能永磁材料和超导材料的发展，也给电机的发展注入了新的活力。

　　永磁申机由于结构简单.可靠性女好，效率高.节省能量.从成本。性能、投资、维修和可靠性等几方面综合考虑，优于普通电机。但过去永磁材料的磁能积较小，一直没有得到广泛应用。近几年，随着稀土永磁材料的高速发展和电力电子技术的发展，使永磁电机有了长足进步。采用钕铁硼永磁材料的电动机、发电机已经得到广泛应用，大至舰船推进，小到人工心脏血泵等。

　　超导电机则已经用于发电和高速磁悬浮列车与船舶的推进等。

　　随着科学技术的进步、原材料性能的提高和制造工艺的改进，电机正以数以万计的品种规格，大小悬殊的功率等级（从百万分之几瓦到1000 MW 以上）。极为较广的转速范围（从数天一转到每分钟几十万转）、非常灵活的环境适应性（如平地、高原、空中、水下、油中，寒带、温带、湿热带、干热带，室内、室外，车上、船上，各种不同媒质中等），满足着国民经济各部门和人类生活的需要。