电机原理与拖动基础

第1章绪论

1.1电机及电力拖动技术发展简介

电机是随着生产的发展而诞生，随着生产的发展而发展的。而电机的应用反过来又推动社会生产力的不断提高。生产力的不断提高，又要求更先进的电机及拖动系统的出现和应用。

20世纪前后，电机由诞生到生产上的初步应用，人们建立和发展了电机理论、电机设计计算的基本方法以及各种主要电机的初步定型。

以奥斯特发现电流在磁场中受力及安培对这种现象的总结为基础，1834年亚哥比研制成第一台实用直流电动机。1838年，人们将亚哥比研制的直流电动机用于拖动电动轮船试验，该试验船在涅瓦河上运载11人，以4km/h的速度成功地逆流而上和顺流而下，这是人类制成的最早的实用电动机和电力拖动。当时，为电动机供电的是化学电池。

1871年，凡·麦尔准发明了交流发电机。1878年，亚布洛契可夫使用了交流发电机和变压器为他发明的照明装置供电。1885年，意大利物理学家费拉利斯发现了二相电流可以产生旋转磁场。1886年，费拉利斯和坦斯拉几乎同时制成了两相感应电动机的模型。现代三相电路和三相电机基础是多里沃·多勃罗沃尔斯基在1888年提出的交流电三相制的基础上形成的。

20世纪以后，电气化、原子能、计算机及自动化对电机提出了诸如性能良好、运行可靠、单位容量的重量轻、体积小等愈来愈多的要求，而且随着自动控制系统和计算装置的发展，在旋转电机的理论基础上，发展出多种高精度、快响应的控制电机。人们在降低电机成本、减小电机尺寸、提高电机性能、选用新型电磁材料、改进电机生产工艺等方面进行了大量工作。

中国的电机制造工业在1949年以前十分薄弱，制造出的直流发电机最大功率不过200kW，电动机最大功率不过135kW，变压器最大功率不过2000kV·A。仅有一些小电机厂，其设备简陋，多数属于修理和装配性质，根本没有能力生产汽轮发电机和水轮发电机。

1949年中华人民共和国成立以来，电机制造工业发生了巨大的变化。电机制造工业形成了独立自主和完整的体系，而且有一些产品已经达到或接近世界先进水平。就各种拖动系统中的主要设备—一电动机——而言，近年来已生产了不少大型的直流电动机、异步电动机、同步电动机及不少新系列控制电机。由于生产上的需要，这几年来，对电机的新原理、新结构、新工艺、新材料、新的运行方式和调试方法，亦进行了许多摸索、研究和实验工作，取得了不少成就。电机在制造上也向着大型、巨型、小型和微型化发展。20世纪50年代末，已经生产出电机容量为5万千瓦的汽轮发电机、7.25万千瓦的水轮发电机和12万千伏·安的变压器。1958年，中国研制出世界第一台1.2万千瓦双水内冷汽轮发电机，一举震动了国际电工界。20世纪70年代，中国生产出单机容量为30万千瓦的汽轮发电机和30.8万千瓦的水轮发电机。20世纪80年代，我国交流电动机的年产量一直在400万千瓦徘徇，而2002年，我国交流电机的累计产量为7005万千瓦，2003年产量达到8920.03万千瓦，同比增长26.2%。2003年，中国与加拿大合作研发的混流式水轮发电机组单机容量达70万千瓦，并已经在三峡电站稳定运行。2004年1-5月，交流电动机产量为4280.86万千瓦，比上一年同期增长31.4%。2005年，我国制造出外径达18.43m、重达1694.5t的发电机转子，而珠海发电厂第一期4台发电机组的总装机容量达2600MW。目前，我国生产的电机产品有300多个系列，约1500多个品种。中小型电机产品的品种、规格、性能和产量基本上满足我国国民经济发展需要。经过几代人的努力，中国的电机制造工业在某些方面已接近或达到发达国家的同期水平。

在电机的实际应用过程中，伴随着电机的发展，各种电动机拖动各种生产机械的电力拖动技术也逐步发展起来。在这里，电动机的作用是将电能转换成机械能。

最初，人们自然地应用人力、畜力、水力、风力等作为原动力来推动生产机械；随着工业革命的发展，人们发明了蒸汽机、内燃机等作为生产机械的原动机。由于电能与其他能源相比具有传输和分配十分方便、容易控制、电动机效率高、运行经济、可集中管理等一系列优点，电力拖动很快代替了蒸汽或水力等拖动，成为拖动各种生产机械的主要方式。当时，由一台电动机拖动一组生产机械，从电动机到各生产机械的能量传递以及各生产机械之间的能量分配完全用机械方法，靠天轴及机械传动系统来实现，这种通过天轴实现的拖动，称为“成组拖动”。这是一种陈旧落后的电力拖动方式，它使电动机远离生产机械。但车间里有大量的天轴、长带和带轮等，而且能量传递过程中损耗大，效率低，生产率低，灰尘大，控制不灵活，无法满足某些生产机械的启动、制动、正反转及调速等方面的要求，劳动条件与卫生条件很差，而且易出事故。另外，如果电动机发生故障，则成组的生产机械将停车，甚至整个生产可能停顿。

20世纪20年代，生产机械上广泛采用一种“单电动机拖动系统”。在这一系统中，一台生产机械用一台单独的电动机拖动。这样，电动机与生产机械在结构上配合密切，每台电动机可以分别控制和调速，从而进一步简化机械结构，而且易于实现生产机械运转的全部自动化，克服“成组拖动”缺点。

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