6.2.4 交流电机的诞生与发展在线视频

同学们 大家好

1883年11月

法国科学家德普拉兹在巴黎科学院发表演讲

提出将两个在时间和空间上

各相差90°的交变磁场合成

可以得到一个旋转磁场

但是 德普拉兹的思想

在当时并没有引起人们的注意

首先提出旋转磁场理论

并根据该理论发明两相感应电动机的

是意大利物理学家费拉里斯

费拉里斯生于意大利北

自幼便对数学 物理倍感兴趣

后入都灵技术大学读书

1867年6月 他完成了一篇颇有创见的

有关电力应用的毕业论文

引起人们注意 被留任助教

1878年 改任教授

费拉里斯对光学 电学都很有研究

他认为两者之间有密切联系

1885年3月的一个黄昏

他灵感突发

从光学中两个简谐振动波

合成一束偏振光的现象中得到启发

认为同一频率的两个交变磁场

如空间相位相差90°

则两个磁场之间的空间会产生一个新的

运动的磁场 即旋转磁场

第二天 他招来助手

想用实验证明自己的想法

他们将4只螺线管在空间均匀布置

相对分成两组

两组螺线管线圈

分别接在一台西门子单相交流发电机上

4只螺线管的中间有一只铜圆筒

其轴线在4只螺线管的交线上

布置完毕后

他们先合上一组线圈的电源

然后再合上另一组线圈的电源

果然 他们发现铜圆筒旋转起来了

这个实验证明了费拉里斯设想的旋转磁场

其实验装置即称为费拉里斯电动机

其第一个装置的功率仅3W左右

1888年3月18日

费拉里斯在都灵科学院作了题为

利用交流电产生电动旋转的具有历史意义的演讲

在这次演讲中 费拉里斯演示了他的实验装置

并对旋转磁场作了严格的科学描述

1889年4月 他在意大利一家杂志上发表文章

介绍了自己的研究成果

费拉里斯电动机已有起动转矩

这使感应电动机的自起动成为可能

特别是在他公开演示他的实验装置

介绍了他的研究成果

引起了很多人的兴趣

对于交流电动机的发展和应用

起到了很大的推动作用

但遗憾的是

费拉里斯当时认为

这种交流电动机只是一种实验装置

本身存在许多缺陷

不能用作实际的电动机 不可能用在实际使用

所以后来他后来没有继续进行试验和研究

1881年 克罗地亚人

特斯拉在布拉格大学求学时

产生了旋转磁场的设想

1883年 到英国斯特拉斯堡工作时

特斯拉就利用业余时间制造过

两相同步发电机和两相同步电动机的模型

他还进行过

消除直流电机换向火花的研究

和电的应用问题的研究

1884年 特斯拉移居美国

经人推荐投入到爱迪生靡下

特斯拉对爱迪生慕名已久

本想在爱迪生电灯公司

实现他发展交流电机的梦想

但爱迪生是个顽固的直流主义者

对特斯拉开发交流电机的意见不予理睬

后来 爱迪生又要特斯拉

对他的直流电动机进行改进

并许诺事成之后可得5万美元奖金

特斯拉夜以继日地工作

对爱迪生的直流电动机提出了24条改进建议

但爱迪生食言了

特斯拉一气之下

于1885年离开爱迪生电灯公司

自立门户 成立了特斯拉研究所

进行交流电机及交流电应用的研究工作

同年8月

即在费拉里斯发明两相感应电动机

仅仅5个月之后

特斯拉制成了一台两相感应电动机

1887年10月12日

特斯拉的两相同步发电机

电动机及带短路相绕组的两相感应电动机

申请美国专利

1888年5月1日 获得美国专利 专利号No.382280

1888年5月16日

特斯拉在美国电气工程师学会上作了

采用交流电动机和变压器的新电力系统的著名演讲

演讲会上

他介绍了旋转磁场理论

和自己发明的3种结构交流电动机

3种结构的电动机定子

都是带4个凸极的环绕定子

但3种电动机的转子各不相同

第一种为4个凸极的转子

第二种为绕线式转子

第三种为直流电供电的转子

显然 第一种即磁阻式电动机

第二种为绕线式感应电动机

第三种为同步电动机

在一篇论文中提出3种电动机结构

这在电机发明史上是绝无仅有的

特斯拉的演讲引起对交流电发展很有兴趣

但又苦于缺乏人才的西屋公司总裁

威斯汀豪斯的重视

7月7日 西屋公司以20万美元

外加每生产1马力电机增加1美元的条件

购买了特斯拉的全部专利

包括两相同步发电机

两相同步电动机 两相感应电动机

单相电动机的分相起动

两相4线配电系统等等

并礼聘特斯拉到西屋公司工作

共同开发交流电动机

在西屋公司

特斯拉与斯科特一道

开始进行商用两相感应电动机的设计 制造

根据按特斯拉专利的设想

在1888年-1890年间制成多台感应式电动机

还将环绕凸极定子结构

改绕为四只埋在槽内的线圈

不久 拉姆接替斯柯特

和特斯拉一道将定子绕组改为两相分散绕组

同时又将转子绕组也改为分布绕组

这样西屋公司在1892年

开发出了实用的两相感应电动机

第二年 西屋公司制成一台330马力

220V 12极 60Hz的两相感应电动机

在芝加哥世界博览会上展出

引起极大轰动

1894年 世界上第一个感应电动机系列

在西屋公司诞生

该系列称为B型 采用60Hz电源

但特斯拉专注于两相和单相感应电机的研究

未能充分认识到三相交流系统的优点

三相交流技术是由俄国科学家

多利沃-多布罗夫斯基奠基的

1888年 在得知费拉里斯关于旋转磁场

和两相感应电动机的理论后

多利沃-多布罗夫斯基很受启发

他想 如果电动机定子由两相改为三相

就可以改善定子周围的磁场分布

他研究发现

三相电流也可以产生旋转磁场

在转子方面

他设想采用在铁心中穿过铜条

铜条两端短接的结构

也就是现代的鼠笼式转子结构

根据这种想法 从1888年秋天开始

他进行了三相鼠笼式电动机的研究工作

并研究三相系统的星形连接法和三角形连接法

1889年春天

世界上第一台三相鼠笼式感应电动机诞生了

该电动机定子内径和铁心长度均为7.5cm

功率约100w 在75W时的效率已经达到80%

1889年3月8日

他的三相交流电动机鼠笼电枢发明

获德国专利

1889年12月5日

他发明的

三相绕线式发电机和电动机的星形

和三角形连接法

获得英国专利

1893年 他又发明了

三相双鼠笼电动机和三相绕线式电动机

其结构已与现代的电动机比较接近了

鼠笼式电动机以其结构简单 牢固

价格低廉而很快进入工农业领域

成为应用最广泛的交流电动机

成为实现马克思伟大预言

电的火花必将代替蒸汽机的生力军