电机发展史及启发？

在生产需要的直接推动下，具有实用价值的发电机和电动机相继问世，并在应用中不断得到改进和完善。初始阶段的发电机是永磁式发电机，即用永久磁铁作为场磁铁。由于永久磁铁本身磁场强度有限，因而永磁式发电机不能提供强大的电力，缺乏实用性。

1845年，英国物理学家惠斯通通过外加电源给线圈励磁，用电磁铁取代永久磁铁，取得了极大成功。随后又改进了电枢绕组，从而制成了第一台电磁铁发电机。

英国物理学家惠斯通

1866年德国科学家西门子制成第一台使用电磁铁的自激式发电机。自激是指直流发电机利用本身感应的电功率的一部分去激发场磁铁，从而形成电磁铁。西门子发电机的成功标志着建造大容量电机，从而获得强大电力，在技术上取得了突破。因此，西门子发电机在电学发展史上具有划时代的意义。

西门子的自激式发电机

1870年比利时人格拉姆依靠瓦利所提出的原理，并采用了1865年意大利人帕大诺蒂发明的齿状电枢结构，创造了环形无槽闭合电枢绕组，制成了环形电枢自激直流发电机。

1873年，德国电气工程师赫夫纳·阿尔特涅克对直流电机的电枢又作了改进，研制成功鼓状电枢自激直流发电机。他吸取了格拉姆和帕契诺蒂电机转子的优点，简化了制造方法，因而大大提高了发电机的效率，降低了发电机的生产成本，使发电机进入到实用阶段。

1880年，美国发明家爱迪生制造出了名为“巨象”的大型直流发电机，并于1881年在巴黎博览会上展出。

直流电之父爱迪生

与此同时，电动机的研制工作也在进行之中。发电机和电动机是同一种机器的两种不同的功能，用其作为电流输出装置就是发电机，用其作为动力供给装置就是电动机。

电机的这一可逆原理是在1873年偶然获得证明的。这一年在维也纳的工业展览会上，一位工人操作失误，把连根电线错接到一台正在运行的格拉姆发电机上，结果发现这台发电机的转子改变了方向，迅即向相反的方向转动，变成了一台电动机。从此以后，人们认识到直流电机既可作发电机运行，也可作电动机运行的可逆现象，这个意外的发现，对电机的设计制造产生了深刻的影响。

随着发电、供电技术的发展，电机的设计和制造也日趋完善。到19世纪90年代，直流电机已具有了现代直流电机的一切主要结构特点。尽管直流电机已被广泛使用，并在应用中产生了可观的经济效益，但其自身的缺点却制约了它的进一步发展。这就是它不能解决远距离输电，也不能解决电压高低的变换问题，于是交流电机获得了迅速发展。

在此期间两相电动机和三相电动机相继问世。1885年意大利物理学家加利莱奥费拉里斯提出了旋转磁场原理，并研制出厂二相异步电动机模型，1886年移居美国的尼古拉·特斯拉也独立地研制出二相异步电动机。俄国籍电气工程师多利沃多勃罗沃利斯基在1888年制成一台三相交流单鼠笼异步电动机。交流电机的研制和发展，特别是三相交流电机的研制成功为远距离输电创造了条件，同时把电工技术提高到一个新的阶段。

交流电之父特斯拉

1880年前后，英国的费朗蒂改进了交流发电机，并提出交流高压输电的概念。1882年，英国的高登制造出了大型二相交流发电机。1882年法国人高兰德和英国人约翰·吉布斯获得了“照明和动力用电分配办法”的专利，并研制成功了第一台具有实用价值的变压器，它是交流输配电系统中最关键的设备。后来威斯汀豪斯对吉布斯变压器的结构进行了改进，使之成为一台具有现代性能的变压器。1891年布洛在瑞士制造出高压油浸变压器，后又研制出巨型高压变压器。由于变压器的不断改进使远距离高压交流输电取得了长足的进步。

经过100多年的发展，电机本身的理论已经相当成熟。但是，随着电工科学、计算机科学与控制技术的发展，电机的发展又进入了新的阶段。其中，交流调速电动机的发展最为令人瞩目，只是由于要用电路元件和旋转变流机组来实现，而控制性能又比不上直流调速，所以长期得不到推广应用。

1970年代以后，有了电力电子变流装置以后，逐步解决了调速装置要减少设备、缩小体积、降低成本、提高效率、消除噪声等问题，才使交流调速获得了飞跃的发展。发明矢量控制之后，又提高了交流调速系统的静、动态性能。采用微机控制以后，用软件实现矢量控制算法，使硬件电路规范化，从而降低了成本，提高了可靠性，而且还有可能进一步实现更加复杂的控制技术。电力电子和微机控制技术的迅速进步是推动交流调速系统不断更新的动力。

近几年，随着稀土永磁材料的高速发展和电力电子技术的发展，使永磁电机有了长足进展。采用钕铁硼永磁材料的电动机、发电机已经得到广泛应用，大至舰船推进，小到人工心脏血泵等。超导电机则已经用于发电和高速磁悬浮列车与船舶的推进等。

随着科学技术的进步、原材料性能的提高和制造工艺的改进，电机正以数以万计的品种规格、大小悬殊的功率等级(从百万分之几瓦到1000MW以上)、极为宽广的转速范围(从数天一转到每分钟几十万转)、非常灵活的环境适应性(如平地、高原、空中、水下、油中，寒带、温带、湿热带、干热带，室内、室外，车上、船上，各种不同媒质中等),满足着国民经济各部门和人类生活的需要。