電動機的歷史
電動機(Motor)是把電能轉(zhuǎn)換成機械能的一種設備。它是利用通電線圈(也就是定子繞組)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場并作用于轉(zhuǎn)子(如鼠籠式閉合鋁框)形成磁電動力旋轉(zhuǎn)扭矩。以下是學習啦小編為你整理的電動機的發(fā)展歷史。歡迎欣賞閱讀。
電動機發(fā)展簡史
1820年7月21日,丹麥哥本哈根大學教授、物理學家奧斯特發(fā)現(xiàn)了“電流的磁效應”,建立了電磁的相互聯(lián)系,誕生了電磁學。1821年英國著名的物理學家法拉第制成了第一個實驗電動機的模型,經(jīng)過40多年時間的研究與發(fā)展,終于使電動機得以在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中得以廣泛應用。在這里我先談一談英國物理學家法拉第的一些研究工作。
1831年法拉第經(jīng)過十余年時間的實驗研究終于在8月29日實現(xiàn)了“磁生電”的夢想,發(fā)現(xiàn)了電磁感應定律。此外法拉第還發(fā)現(xiàn)了電解定律,還對氣體放電現(xiàn)象進行了大量的卓有成效的研究,為后來倫琴射線、天然放射性、同位素等的發(fā)現(xiàn)準備了條件,為現(xiàn)代物理學的發(fā)展奠定了基礎。在電磁學的研究過程中,他創(chuàng)造了許多新詞如抗磁性、順磁性、電介質(zhì)、力線、陰離子、陽離子,提出了“場的”概念。他制造了第一臺實驗性電動機,發(fā)電機、第一臺變壓器;研究過氣體的液化、光學、電化學,他的研究所涉及的范圍之廣是伽利略以來少有的。法拉第受德國的古典哲學的影響很深,他相信物質(zhì)世界中的一切現(xiàn)象都是以這種或那種方式互相聯(lián)系的,基于這種思想他還試圖確立電磁力與牛頓的萬有引力之間的聯(lián)系,后來愛因斯坦也企圖建立“統(tǒng)一場論”。麥克斯韋在談到法拉第時曾經(jīng)說過,過去的學者在研究所有的現(xiàn)象時都是割裂的研究,只有法拉第是在科學的統(tǒng)一性的指導下進行工作。人類至今為止仍從電學中獲得巨大的福祉,我們將永遠滿懷感激之情惦記著法拉第的名字。麥克斯韋把法拉第看作是“科學家中最有成效最高尚的典型。”
電動機簡稱電機,其在生產(chǎn)和生活中應用最廣,小到電動玩具,大到火車,從工廠到農(nóng)村、從事業(yè)單位到企業(yè)單位等等。在實際生產(chǎn)生活的應用中的電動機有直流電動機和交流電動機,我分別來談一談直流電動機和交流電動機研究發(fā)展情況。
直流電動機
在電動機的發(fā)展中首先發(fā)展的是直流電動機,因為我們最先得到和推廣的是直流電。直流電動機的發(fā)展大致可以分為四個階段。1、是以永磁體作為磁場的階段,這是最初直流電動機的共同特點。但是,由于天然磁極比較小,而且其磁性比較弱,電機只能獲得很小的功率,獲得的動力也是比較小,不過這段時間持續(xù)并不長,很快直流電機的發(fā)展就進入了第二個階段。2、以電磁鐵作為磁極的階段。1825年英國的電工家斯特金制成了第一塊電磁鐵(用16個線圈導線繞制成的),1829年美國物理學家亨利所制成的電磁鐵可以舉起1噸的貨物。1834年雅克比首先在電機中采用電磁鐵代替永久磁鐵,使其輸出功率顯著提高,并且首次采用換向裝置,大大改變了直流電機的性能。3、第三階段是改變勵磁方式的階段。勵磁技術是直流發(fā)電機的一個關鍵性技術,因為電動機的使用必須要由直流發(fā)電機提供電流方可,解決了發(fā)電機的技術問題,就可以使電機的應用進入到一個新的階段,也就是說電機的發(fā)展隨著發(fā)電機的發(fā)展而進步的。1851年金斯捷首先運用電磁鐵代替永久磁體勵磁,最初供應電磁鐵的電流都是來自他激式的伽伐尼電池,因為不管怎樣發(fā)電機要發(fā)出電流必須先有勵磁,而且必須先有電流才能產(chǎn)生磁場勵磁。1854年丹麥的赫爾特.維爾納兄弟就申請了自激式發(fā)電機的專利。此后又科學家們又發(fā)明了串激式自激發(fā)電機和自并勵發(fā)電機,大大改變了直流發(fā)電機的性能,從而開創(chuàng)了直流電機發(fā)展的新階段。4、直流電機發(fā)展的第四階段就是在實用的道路上朝著完善化的方向前進,主要體現(xiàn)在電樞轉(zhuǎn)子的改進上。1865年發(fā)明了齒狀電樞;1870年發(fā)明了環(huán)狀電樞;1872年發(fā)明了一種鼓型轉(zhuǎn)子,降低了電機生產(chǎn)技術的成本,電機得到實際應用的時代終于來到了。但是,隨著直流發(fā)電技術特別是直流輸電技術的限制,交流電動機又開始受到了工程師們的重視了。
交流電動機
隨著直流發(fā)電技術的發(fā)展,直流發(fā)電機最多可以發(fā)出的最大電壓達到57.6千伏,輸出最大功率可以達到4650千瓦,輸送的距離可以達到180公里。但是這很快就達到了技術上的極限,直流發(fā)電機和輸電技術存在這如下幾個問題:(1)線圈的絕緣性能不夠;(2)換向器無法工作;(3)發(fā)電機在制作、運行上存在困難,尤其是換向火花;(4)高壓直接輸給用戶不僅危險,而且用戶需要的是低電壓。(5)直流電的輸送存在很大的困難。因此1856年德國西門子公司生產(chǎn)出第一臺轉(zhuǎn)樞式交流電動機,用的是單相交流電,與直流電機相比優(yōu)勢并不明顯。1885年意大利物理學家、電工學家加利萊奧.費拉里斯、1886年美國物理學家尼古拉.特斯拉各自獨立的發(fā)明了旋轉(zhuǎn)磁場,他們將幾個線圈以輻射狀排成一圈,接入交流電,使各個線圈中的交流電頻率相同,但是其電壓、電流有相移,這樣在線圈之間的空間形成了一個旋轉(zhuǎn)磁場,而這個磁場會帶動通電線圈轉(zhuǎn)動,這樣他們研制成功二相交流電動機。1889年俄國工程師杜列夫-杜波洛沃爾斯基發(fā)明了鼠籠式三相電動機,這是第一臺能夠?qū)嵱玫娜嘟涣麟妱訖C,至此電動機發(fā)展到了可以進入工業(yè)應用的階段。從電動機的發(fā)展簡史中我們可以看到科學要轉(zhuǎn)化為技術,轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力,并不是那么輕而易舉、一蹴而就的,需要付出時間、付出人力、物力和財力。難怪有人感慨的說:“現(xiàn)在世界上不缺科學人才,不缺科學思想和科學理論,最缺的就是將科學思想和科學理論轉(zhuǎn)化為技術與生產(chǎn)力的人。”我們?nèi)狈?chuàng)新型的技術人才。
相交流發(fā)電機與鼠籠式三相交流
電動機的發(fā)明給各個工廠、企業(yè)和公司提供了操控方便、快捷、安全、經(jīng)濟、源源不斷、動力蓬勃的心動力,從而導致了第二次動力革命。這次革命促進了資本主義社會生產(chǎn)力的極大的發(fā)展,使資本主義大生產(chǎn)開始向自動化、電機化方向發(fā)展,出現(xiàn)了比以蒸汽機技術為代表的第一次動力革命更為深刻的一次工業(yè)技術革命,而且這次革命現(xiàn)在還在并且將來還將對于人類做出更大的貢獻。
電動機的發(fā)明過程
電動機使用了通電導體在磁場中受力的作用的原理(這是不同于電流的磁效應的說法,現(xiàn)行人教版八年級物理明確把二者分開),發(fā)明這一原理的的是丹麥物理學家奧斯特,1777年8月14日生于蘭格朗島魯?shù)聠藤e的一個藥劑師家庭。1794年考入哥本哈根大學,1799年獲博士學位。1801~1803年去德、法等國訪問,結(jié)識了許多物理學家及化學家。1806年起任哥本哈根大學物理學教授,1815年起任丹麥皇家學會常務秘書。1820年因電流磁效應這一杰出發(fā)現(xiàn)獲英國皇家學會科普利獎章。
1829年起任哥本哈根工學院院長。1851年3月9日在哥本哈根逝世。他曾對物理學、化學和哲學進行過多方面的研究。由于受康德哲學與謝林的自然哲學的影響,堅信自然力是可以相互轉(zhuǎn)化的,長期探索電與磁之間的聯(lián)系。1820年4月終于發(fā)現(xiàn)了電流對磁針的作用,即電流的磁效應。同年7月21日以《關于磁針上電沖突作用的實驗》為題發(fā)表了他的發(fā)現(xiàn)。這篇短短的論文使歐洲物理學界產(chǎn)生了極大震動,導致了大批實驗成果的出現(xiàn),由此開辟了物理學的新領域──電磁學。
1812年他最先提出了光與電磁之間聯(lián)系的思想。1822年他對液體和氣體的壓縮性進行了實驗研究。1825年提煉出鋁,但純度不高。在聲學研究中,他試圖發(fā)現(xiàn)聲所引起的電現(xiàn)象。他的最后一次研究工作是抗磁性。他是一位熱情洋溢重視科研和實驗的教師,他說:“我不喜歡那種沒有實驗的枯燥的講課,所有的科學研究都是從實驗開始的”。因此受到學生歡迎。他還是卓越的演講家和自然科學普及工作者,1824年倡議成立丹麥科學促進協(xié)會,創(chuàng)建了丹麥第一個物理實驗室。1908年丹麥自然科學促進協(xié)會建立“奧斯特獎章”,以表彰做出重大貢獻的物理學家。1934年以“奧斯特”命名CGS單位制中的磁場強度單位。1937年美國物理教師協(xié)會設立“奧斯特獎章”,獎勵在物理教學上做出貢獻的物理教師。
1821年法拉第完成了第一項重大的電發(fā)明。在這兩年之前,奧斯特已發(fā)現(xiàn)如果電路中有電流通過,它附近的普通羅盤的磁針就會發(fā)生偏移。法拉第從中得到啟發(fā),認為假如磁鐵固定,線圈就可能會運動。根據(jù)這種設想,他成功地發(fā)明了一種簡單的裝置。在裝置內(nèi),只要有電流通過線路,線路就會繞著一塊磁鐵不停地轉(zhuǎn)動。事實上法拉第發(fā)明的是第一臺電動機,是第一臺使用電流將物體運動的裝置。雖然裝置簡陋,但它卻是今天世界上使用的所有電動機的祖先。
這是一項重大的突破。只是它的實際用途還非常有限,因為當時除了用簡陋的電池以外別無其它方法發(fā)電。
看了電動機的發(fā)展歷史