迄今为止,电机的问世与电机理论的发展已有一个多世纪的历史。1820年前后,法拉第发现了电磁感应现象并提出了电磁感应定律,组装了第一台直流电机样机;1829年亨利制造了第一台实用的直流电机;直至1837年,直流电机才真正变为商业化产品。1887年特斯拉发明了三相异步电动机,此后,其他各种类型的电机相继问世。各类电机无论在结构材料上、特性上,还是在运行原理上都存在较大差异。应该讲,各类电机的采用,标志着以煤和石油为主要能源体系的电气化时代的开始,从而为现代工业奠定了基础。作为机电能量转换装置,电机既可以作为电动机用于电气传动,也可以作为发电机用于发电。应该讲,迄今为止世界上几乎所有的电能都是通过同步发电机发出的,而所发出的大部分电能是通过电动机消耗的。
在当今工业和日常生活中,人们到处可以找到电机的踪影。从以煤和石油为原料的火力发电厂中的汽轮发电机,以水资源为动力的水轮发电机,以风为动力的风力发电机,到高压输电、配电的变压器,从工厂的自动生产线、车间的机床、机器人到家庭中的家用电器甚至电动玩具等,电机几乎无处不在。
目前,电机制造业的发展主要有如下几大趋势:①大型化,单机容量越来越大,如60万kW及以上的汽轮发电机;②微型化,为适应设备小型化的要求,电机的体积越来越小,重量越来越轻;③新原理、新工艺、新材料的电机不断涌现,如无刷直流电机、开关磁阻电机、直线电机、超声波电机等。(https://www.xing528.com)
随着电力电子技术、控制理论、可以实现各种软算法的微处理器技术、电气与机械信号的检测与数字信号处理技术以及永磁材料等方面的迅猛发展,电机领域也面临着前所未有的机遇与挑战。一方面这些技术和理论对电机领域的渗透和综合改变了传统电机采用固定频率、固定电压的供电模式,从而为各类电机提供了更加灵活的供电电源和控制方式,大大提高了电力拖动系统的动、静态性能;另一方面,也使得以符号法(仅处理正弦波)为基础的传统电机理论受到挑战。于是,能够建立各类电机数学模型的电机统一理论便应运而生。以此为基础,采用统一矢量变换理论的矢量控制技术在伺服系统和变频调速系统中得到广泛应用。这一迹象表明,电机理论与技术进入了一个全新的发展阶段。
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