前世今生，细说电机的两百年发展史！

科技 2024-11-20 11:50 中国

电机，也就是我们日常生活中说的马达，最早可追溯到19世纪。电机的出现很大程度上得益于电磁感应定律以及电磁力定律的发现，电动机、发电机、变压器、和控制电机，均是在电磁感应原理为基础工作的机器。

作为一种将电能转换或传递的电磁设备，其关键是产生驱动转矩，电机作为机电工程能量转换的关键设备，是电气传动的基础部件

在电机的普遍使用的现在，电机又经过了怎样的发展历史呢？我们回本溯源，说说电机的前世今生。

一、理论准备与探索

1820年7月21日，丹麦哥本哈根大学教授、物理学家奥斯特发现了“电流的磁效应”，建立了电磁的相互联系，诞生了电磁学。

1821年英国著名物理学家法拉第制成了第一个实验电机的模型，1822年法拉第证明电可以做工运动，人类进入电气时代。随着第一台实用发电机的成功发明，第二次工业革命拉开序幕。后续法拉第又在1831年发现了电磁感应现象，此外他还发现了电解定律，对气体放电现象进行了大量的卓有成效的研究，为后来伦琴射线、天然放射性、同位素等的发现准备了条件，为现代物理学的发展奠定了基础。在电磁学的研究过程中，他创造了诸如抗磁性、顺磁性、电介质、力线、阴离子、阳离子等新词汇，提出了“场”的概念。

法拉第制造了第一台实验性电动机，发电机、第一台变压器，研究过气体的液化、光学、电化学，是名副其实的电学之父以及交流电之父。

法拉第1821年实验电机模型

1870年比利时人格拉姆发明直流发电机。在设计上，直流发电机和电动机十分相似。后来，格拉姆证明向直流发动机输入电流，其转子会象电机一样旋转。于是，这种格拉姆型电机被大量制造，效率得到明显提高。

1888年美国发明家特斯拉根据电磁感应原理发明了交流电动机。这种电动机结构简单，使用交流电，无需整流，无火花，被广泛应用于工业的家庭电器中，交流电动机通常用三相交流供电。

电机主要由转子、定子、电刷、端盖及轴承等部件构成。定子是由定子铁芯、机座、线包绕组、及固定这些部件的其他结构件组成。转子由转子磁极、转子铁芯、滑环、转轴及风扇等部件组成。发电机电流的产生是通过轴承、机座及端盖将发电机的定子，转子连接组装起来，使转子在定子中旋转，通过滑环通入一定励磁电流，使转子成为一个旋转磁场，定子线圈做切割磁力线的运动，从而产生感应电势。通过接线端子引出，接在回路中，这样就产生了电流。由于电刷与转子相连处有断路处，使转子按一定方向转动，产生交变电流，简称交流电。

转子旋转

二、电机发展阶段

在电机的发展中首先得到发展的是直流电机，直流电机的发展前半部分大致可以划分为以永磁体作为磁场的阶段，以电磁铁作为磁极的阶段以及改变励磁方式阶段。因为电机的使用必须要由直流发电机提供电流，所以在这三个发展阶段中励磁技术是直流电机得以发展的一个关键性技术，它为发电机提供技术理论支撑，电机的发展随着发电机的发展而进步，也就使得电机进入到新的应用阶段。

励磁系统

1854年丹麦的赫尔特.维尔纳兄弟申请了自激式发电机的专利。此后科学家们又发明了串激式自激发电机和自并励发电机，大大改变了直流发电机的性能，使得直流电机发展进入新阶段。

直流电机的完善阶段集中于19世纪六七十年代，在这个阶段齿状电枢、环状电枢以及鼓型转子被先后发明，新技术大大降低了电机生产成本，电机进入实际应用的时代。

随着直流发电技术的发展，直流发电机可以发出的最大电压为57.6千伏，输出最大功率为4650千瓦，输送的距离可以达到180公里。但是这很快就达到了技术上的极限，交流电动机开始受到重视。

1889年俄国工程师杜列夫-杜波洛沃尔斯基发明了鼠笼式三相电动机，这是第一台能够使用的三相交流电动机，至此电动机发展到了可以进入工业应用的阶段。

三、我国电机的发展趋势

目前，我国电机产业经过40多年的发展，特别是在改革开放后，取得了显著的进步。电机作为机械装备上不可或缺的组件之一，在全球降低能耗的背景下，高效节能电机成为全球电机产业发展的共识。

四、电机未来的发展趋势有以下几点：

1、在节能减排的框架下，高效节能电机是电机产业发展的必然方向，高效节能电机将带动产业链实现快速发展。高效节能电机将把我国工业推向一个新的高度，小电机制造行业将会向规模化、标准化和自动化方向发展，而大中型电机制造行业却向单机容量不断增大、要求特殊化、多样化、定制化的方向发展。

2、电机形式更加多样，电机逐渐向专用性方向发展。我国现在工业发展要求使得对于电机的需求是多样的，同时过去同样的电机分别用于不同负载类型、不同使用场合的局面将会被打破，更偏向专用场景化。

3、电机的构造必将更加的小巧、精细。未来对于智能机器人以及自动化设备的需求将会明显增加，其运行必然需要电机的驱动，这些精细的操作对于电机的要求也会偏向小巧、精致。

注：内容来源网路

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