电气工程导论——                专题一  电机基础 一、电机学发展史 1820年奥斯特发现了电流磁效应，随后安培通过总结电流在磁场中所受机械力的情况建立了安培定律 1、直流电机的产生与形成  1821年9月法拉第发现通电的导线能绕永久磁铁旋转以及磁体绕载流导体的运动，第一次实现了电磁运动向机械运动的转换，从而建立了电动机的实验室模型，被认为是世界上第一台电机。 第一台真正意义上的电机 1831年，法拉第利用电磁感应发明了世界上第一台真正意义上的电机──法拉第圆盘发电机。 这台发电机制构造跟现代的发电机不同，在磁场所中转动的不是线圈，而是一个紫铜做的圆盘。圆心处固定一个摇柄，圆盘的边缘和圆心处各与一个电刷紧贴，用导线把电刷与电流表连接起来；铜圆盘放置在蹄形永磁体的磁场中，当转动摇柄使铜圆盘旋转起来时，电流表的指针偏向一边，电路中产生了持续的电流。 振荡电动机 1831年夏，亨利对法拉第的电动机模型进行了改进 该装置的运动部件是在垂直方向上运动的电磁铁，当它们端部的导线与两个电池交替连接时，电磁铁的极性自动改变，电磁铁与永磁体相互吸引或排斥，使电磁铁以每分钟75个周期的速度上下运动。 亨利的电动机的重要意义在于这是第一次展示了由磁极排斥和吸引产生的连续运动，是电磁铁在电动机中的真正应用。  第一台能产生连续运动的旋转电动机 1832年，斯特金发明了换向器，据此对亨利的振荡电动机进行了改进，并制作了世界上第一台能产生连续运动的旋转电动机。后来他还制作了一个并励直流电动机。  雅可比的电动机  1834年，德国的雅可比 在两个U型电磁铁中间，装一六臂轮，每臂带两根棒型磁铁，通电后，棒型磁铁与U型磁铁之间产生相互吸引和排斥作用 ，带动轮轴转动。 安在小艇上，用320个丹尼尔电池供电，1838年小艇在易北河上首次航行，时速只有2.2公里，但种电动机都没有多大商业价值，用电池作电源，成本太大、不实用。  直流发电 1882年，德国将米斯巴哈水电站发出的2千瓦直流电通过57千米 1500～2000伏 电线输送到慕尼黑，证明直流远距离输电的可能性。 直流在传输中的缺点：电压越高，电能的传输损失越小，但高压直流发电机困难较大，而且单机容量越大，换向也越困难，换向器上的火花使工作不稳定。因而人们就把目光转向交流电机。  2、交流电机的产生与形成  1824年，法国人阿拉果（D．F．J．Arago）在转动悬挂着的磁针时发现其外围环上受到机械力。  1825年，他重复这一实验时，发现外围环的转动又使磁针偏转，这些实验导致了后来感应电动机的出现。 1888年南斯拉夫出生的美国发明家特斯拉发明了交流电动机。它是根据电磁感应原理制成，又称感应电动机，这种电动机结构简单，使用交流电，无火花，因此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。 美国的特斯拉在爱迪生公司的时候就决心开发交流电机，但爱迪生坚持只搞直流方式，因此他就把两相交流发电机和电动机的专利权卖给了西屋公司。  电机迅速发展 1891年，奥斯卡·冯·米勒在法兰克福世界电气博览会上宣布：他与多里沃合作架设的从劳芬到法兰克福的三相交流输电电路，可把劳芬的一架300×735.5W 55V三相交流发电机的电流经三相变压器提高到了万伏，输运175千米，顺利通电，从此三相交流电机很快代替了工业上的直流电机，因为三相制的优点十分明显：材料可靠，结构简单，性能好，效率高，用铜省，在电力驱动方面又有重大效益。各种各样的电机迅速发展起来。   1896年，特斯拉的两相交流发电机在尼亚拉发电厂开始劳动营运，3750KW，5000V的交流电一直送到40公里外的布法罗市。  （一）、电机分类 按类别分    电机 （二）、电机在国民经济中的地位 请找出电力系统图中使用电机（变压器）的部分？ 机器人 三、电机学的教学 开课时间：大三 上学期  《电机学》是电气工程及其自动化专业的主干课程及重要专业基础课，是学习电机设计、电机控制、电力拖动、电力系统分析、继电保护等课程的基础。学习本课程不仅为学习专业课做好准备，而且为今后从事的专业工作打下基础。 1、磁路  掌握磁路的基本定律，了解各种常用的铁磁材料及其性质。 电磁感应定律 闭合回路中的磁通量随时间发生变化，该线圈中必然有感应电势产生，称这种现象为电磁感应。 2、变压器 了解变压器的基本结构、工作原理和额定值。  变压器的空载运行及变压器的负载运行分析。 3、直流电机 将在《电力拖动》课程（大三下学期开课）中讲述直流电机的运行特性；直流电动机起动、调速方法和制动方法。 4、交流绕组及其电动势和磁动势  5、感应电机的稳态分析     主要用作电动机； 6、同步电机的稳态分析主要用作发电机        为了充分利用各种水力资源，潮汐、落差很低的平原河流甚至波浪等也引起普遍重视，从而使贯流式水轮机和其他小型机组迅速发展。 水电站的发展 1、坝式水电站 河床式电站   2、坝后式水电站 当水头较大时，厂房本身抵抗不了水的推力，将厂房移到坝后，由大坝挡水。一般修建在河流的中上游。 三峡水电站就是坝后式水电站 3、引水式水电站  在河流坡降陡的河段上筑一低坝(或无坝)取水，通过人工修建的引水道(渠道、隧洞、管道)引水到河段下游，集中落差，再经压力管道引水到水轮机进行发电。 4、潮汐电站  潮汐发电就是在海湾或有潮汐的河口建一拦水堤坝，将海湾或河口与海洋隔开构成水库，再在坝内或坝房安装水轮发电机组，然后利用潮汐涨落时海水位的升降，使海水通过轮机转动水轮发电机组发电。 最大的潮汐电站——法国朗斯电站 江厦潮汐试验电站是我国最大的潮汐能电站，到2006年12月31日，电站累计发电1.35亿千瓦时。 汽轮机 汽轮机的发展 大型汽轮机组的研制是汽轮机未来发展的一个重要方向； 研究提高热效率是汽轮机发展的另一方向，采用更高蒸汽参数和二次再热，研制调峰机组，推广供热汽轮机的应用则是这方面发展的重要趋势。 现代核电站汽轮机的数量正在快速增加，因此研究适用于不同反应堆型的、性能良好的汽轮机具有特别重要的意义。 全世界利用地热的汽轮机的装机容量，1983年已有3190兆瓦，不过对熔岩等深层更高温度地热资源的利用尚待探索；利用太阳能的汽轮机电站已在建造，海洋温差发电也在研究之中。所有这些新能源方面的汽轮机尚待继续进行试验研究。 四、电机研究现状 大容量、超高速 大功率、超低速 智能材料 多功能集成电机系统 1、大容量、超高速 三峡工程开工时，国内尚无制造单机容量700MW水轮发电机组的实践经验 三峡工程水轮发电机组采购实行国际公开招标。1997年9月14台左岸水轮发电机组（7.4亿美元）； 法国阿尔斯通和瑞士ABB公司联合制造供应8台套）机组，美国通用电气、德国伏伊特、西门子组成的VGS集团供应另外6台（套）机组。 合同的另一关键内容：我国两家知名的水轮发电机组制造厂东方电机股份有限公司和哈尔滨电机厂有限责任公司总计分包2.3亿美元，约31％的制造任务，并通过与外商约定的技术转让条款，使这两个厂进一步掌握三峡机组的关键技术，为三峡工程右岸电站12台机组的“以我为主”制造打下基础。 今天 三峡左岸机组与外商的合作制造，使我国发电设备制造业的水平有了阶段性的提高，哈电、东电等已具备独立承担大型水电机组制造的能力。  东方电机：交付首台三峡右岸水轮机转轮 2006年10月东方电
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