從1821到2021，電機(jī)的兩百年發(fā)展史
2021-7-26 9:53:06??????點(diǎn)擊：
電機(jī)，也就是我們?nèi)粘Ｉ钪姓f的馬達(dá)，最早可追溯到19世紀(jì)。電機(jī)的出現(xiàn)很大程度上得益于電磁感應(yīng)定律以及電磁力定律的發(fā)現(xiàn)，電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、變壓器、和控制電機(jī)，均是在電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ)工作的機(jī)器。
作為一種將電能轉(zhuǎn)換或傳遞的電磁設(shè)備，其關(guān)鍵是產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，電機(jī)作為機(jī)電工程能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵設(shè)備，是電氣傳動(dòng)的基礎(chǔ)部件，主要用途廣泛、產(chǎn)品種類諸多、規(guī)格型號(hào)復(fù)雜，這樣的產(chǎn)品特性決定了該產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)袌?chǎng)集中度不高、企業(yè)涉及到的細(xì)分領(lǐng)域多，無(wú)顯著的規(guī)律性、地區(qū)性、周期性特點(diǎn)。
現(xiàn)代生活中電機(jī)的廣泛應(yīng)用也促使了電機(jī)不斷進(jìn)化，根據(jù)應(yīng)用的不同，電機(jī)會(huì)有不同的設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)方式，這就導(dǎo)致電機(jī)型號(hào)以及種類組件增加明顯。
我們根據(jù)用途以及特點(diǎn)，對(duì)電機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)單的分類。
電機(jī)簡(jiǎn)單分類
在電機(jī)的普遍使用的現(xiàn)在，電機(jī)又經(jīng)過了怎樣的發(fā)展歷史呢？我們回本溯源，說說電機(jī)的前世今生。
01 理論準(zhǔn)備與探索
1820年7月21日，丹麥哥本哈根大學(xué)教授、物理學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)了“電流的磁效應(yīng)”，建立了電磁的相互聯(lián)系，誕生了電磁學(xué)。
1821年英國(guó)著名物理學(xué)家法拉第制成了第一個(gè)實(shí)驗(yàn)電機(jī)的模型，1822年法拉第證明電可以做工運(yùn)動(dòng)，人類進(jìn)入電氣時(shí)代。隨著第一臺(tái)實(shí)用發(fā)電機(jī)的成功發(fā)明，第二次工業(yè)革命拉開序幕。后續(xù)法拉第又在1831年發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，此外他還發(fā)現(xiàn)了電解定律，對(duì)氣體放電現(xiàn)象進(jìn)行了大量的卓有成效的研究，為后來(lái)倫琴射線、天然放射性、同位素等的發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)備了條件，為現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。在電磁學(xué)的研究過程中，他創(chuàng)造了諸如抗磁性、順磁性、電介質(zhì)、力線、陰離子、陽(yáng)離子等新詞匯，提出了“場(chǎng)”的概念。
法拉第制造了第一臺(tái)實(shí)驗(yàn)性電動(dòng)機(jī)，發(fā)電機(jī)、第一臺(tái)變壓器，研究過氣體的液化、光學(xué)、電化學(xué)，是名副其實(shí)的電學(xué)之父以及交流電之父。
1870年比利時(shí)人格拉姆發(fā)明直流發(fā)電機(jī)。在設(shè)計(jì)上，直流發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)十分相似。后來(lái)，格拉姆證明向直流發(fā)動(dòng)機(jī)輸入電流，其轉(zhuǎn)子會(huì)象電機(jī)一樣旋轉(zhuǎn)。于是，這種格拉姆型電機(jī)被大量制造，效率得到明顯提高。
1888年美國(guó)發(fā)明家特斯拉根據(jù)電磁感應(yīng)原理發(fā)明了交流電動(dòng)機(jī)。這種電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用交流電，無(wú)需整流，無(wú)火花，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)的家庭電器中，交流電動(dòng)機(jī)通常用三相交流供電。
電機(jī)主要由轉(zhuǎn)子、定子、電刷、端蓋及軸承等部件構(gòu)成。定子是由定子鐵芯、機(jī)座、線包繞組、及固定這些部件的其他結(jié)構(gòu)件組成。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子磁極、轉(zhuǎn)子鐵芯、滑環(huán)、轉(zhuǎn)軸及風(fēng)扇等部件組成。發(fā)電機(jī)電流的產(chǎn)生是通過軸承、機(jī)座及端蓋將發(fā)電機(jī)的定子，轉(zhuǎn)子連接組裝起來(lái)，使轉(zhuǎn)子在定子中旋轉(zhuǎn)，通過滑環(huán)通入一定勵(lì)磁電流，使轉(zhuǎn)子成為一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，定子線圈做切割磁力線的運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。通過接線端子引出，接在回路中，這樣就產(chǎn)生了電流。由于電刷與轉(zhuǎn)子相連處有斷路處，使轉(zhuǎn)子按一定方向轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生交變電流，簡(jiǎn)稱交流電。
02 電機(jī)發(fā)展階段
在電機(jī)的發(fā)展中首先得到發(fā)展的是直流電機(jī)，直流電機(jī)的發(fā)展前半部分大致可以劃分為以永磁體作為磁場(chǎng)的階段，以電磁鐵作為磁極的階段以及改變勵(lì)磁方式階段。因?yàn)殡姍C(jī)的使用必須要由直流發(fā)電機(jī)提供電流，所以在這三個(gè)發(fā)展階段中勵(lì)磁技術(shù)是直流電機(jī)得以發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵性技術(shù)，他為發(fā)電機(jī)提供技術(shù)理論支撐，電機(jī)的發(fā)展隨著發(fā)電機(jī)的發(fā)展而進(jìn)步，也就使得電機(jī)進(jìn)入到新的應(yīng)用階段。
1854年丹麥的赫爾特.維爾納兄弟申請(qǐng)了自激式發(fā)電機(jī)的專利。此后科學(xué)家們又發(fā)明了串激式自激發(fā)電機(jī)和自并勵(lì)發(fā)電機(jī)，大大改變了直流發(fā)電機(jī)的性能，使得直流電機(jī)發(fā)展進(jìn)入新階段。
直流電機(jī)的完善階段集中于19世紀(jì)六七十年代，在這個(gè)階段齒狀電樞、環(huán)狀電樞以及鼓型轉(zhuǎn)子被先后發(fā)明，新技術(shù)大大降低了電機(jī)生產(chǎn)成本，電機(jī)進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用的時(shí)代。
1889年俄國(guó)工程師杜列夫-杜波洛沃爾斯基發(fā)明了鼠籠式三相電動(dòng)機(jī)，這是第一臺(tái)能夠?qū)嵱玫娜嘟涣麟妱?dòng)機(jī)，至此電動(dòng)機(jī)發(fā)展到了可以進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用的階段。
03 電機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)
目前，我國(guó)電機(jī)產(chǎn)業(yè)經(jīng)過40多年的發(fā)展，特別是在改革開放后，取得了顯著的進(jìn)步。電機(jī)作為機(jī)械裝備上不可或缺的組件之一，在全球降低能耗的背景下，高效節(jié)能電機(jī)成為全球電機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的共識(shí)。
電機(jī)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)有以下幾點(diǎn)：
1、在節(jié)能減排的框架下，高效節(jié)能電機(jī)是電機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然方向，高效節(jié)能電機(jī)將帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展。高效節(jié)能電機(jī)將把我國(guó)工業(yè)推向一個(gè)新的高度，助力中國(guó)制造2025目標(biāo)達(dá)成。就行業(yè)而言，小電機(jī)制造行業(yè)將會(huì)向規(guī)模化、標(biāo)準(zhǔn)化和自動(dòng)化方向發(fā)展，而大中型電機(jī)制造行業(yè)卻向單機(jī)容量不斷增大、要求特殊化、多樣化、定制化的方向發(fā)展。
2、電機(jī)形式更加多樣，電機(jī)逐漸向?qū)Ｓ眯苑较虬l(fā)展。我國(guó)現(xiàn)在工業(yè)發(fā)展要求以及人民群眾對(duì)于生活質(zhì)量要求使得對(duì)于電機(jī)的需求是多樣的，同時(shí)過去同樣的電機(jī)分別用于不同負(fù)載類型、不同使用場(chǎng)合的局面將會(huì)被打破，更偏向?qū)Ｓ脠?chǎng)景化。
3、電機(jī)的構(gòu)造必將更加的小巧、精細(xì)。未來(lái)智慧城市以及工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展對(duì)于智能機(jī)器人以及自動(dòng)化設(shè)備的需求將會(huì)明顯增加，預(yù)計(jì)未來(lái)智能機(jī)器人以及自動(dòng)化設(shè)備將會(huì)得到大規(guī)模發(fā)展。其運(yùn)行必然需要電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，這些精細(xì)的操作對(duì)于電機(jī)的要求也會(huì)偏向小巧、精致。
從家用電器到工業(yè)器具，電機(jī)在國(guó)民生活所需物件中是必不可缺的組成部分。因此，電機(jī)性能對(duì)于產(chǎn)品使用以及產(chǎn)品質(zhì)量的重要性不言而喻，同時(shí)它也間接影響著我們的生活質(zhì)量。
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