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电机小故事--美国交流感应电机的发展
2019-08-18

        电机小故事--美国交流感应电机的发展


        美国早期感应电动机的研究、开发工作主要在美国西屋公司( Westinghouse Electric Co.)。而主要的人物,首先就是特拉斯和威斯汀豪斯。特斯拉将两相感应电机技术带到美国,而威斯汀豪斯则将特斯拉的发明付之实施,转化成商品。


     

        特斯拉是当今社会最受尊崇,也备受争议的“科学超人”,是著名的“电工天才”。


     

        特斯拉一生获得 700 多项专利,内容涉及机电工程、无线工程、流体工程、低温工程、地球物理、真空技术等领域,在诸多电工领域均有建树。(见: 电机故事,大神特斯拉的教训


   

        在交流电动机方面,


     

        1885年5月1日,他在美国获得两项有关两相交流发电机和两相交流感应电动机的专利(美国专利号 No.381968和No.382280)。


     

        1888年5月 16日,特斯拉在美国电气工程师学会上发表著名论文“ A new system of alternating current motors and transformers”(采用交流电动机和变压器的新系统),介绍旋转磁场理论和他发明的3 种结构的交流电动机。


     

        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!


     

        威斯汀豪斯是美国西屋公司的创始人,是著名的实业家和发明家。


     

        威斯汀豪斯思想敏锐,当 19 世纪 80年代交流供电系统和交流电机、变压器的曙光在欧美大地升腾时,他洞察到交流电的巨大潜力和无限商机,转而全力发展交流电事业。


     

        他买下了高兰德和吉布斯申请的变压器(当时叫二次发电机)的专利独家使用权开发变压器及交流供电系统。


     

        在了解到特斯拉 1888年5月 16 日的著名演讲后,同年7 月他买下了特斯拉在美国申请的全部电机专利,并礼聘特斯拉到西屋公司工作,共同开发交流电机。


   

        威斯汀豪斯的真情感动了遭爱迪生冷遇的特斯拉。


   

        美国现在中小企业的双长制(科学家担当技术首脑+善于经营企业的创业者担当CEO)在这个时候就萌芽实施了。


     

        特斯拉到西屋公司后,威斯汀豪斯指派斯科特(C.F.Scot,1864-1944)与他一道工作,按照特斯拉专利,1888-1890 年间制成多台感应电动机。


     

        后来还将环绕凸极定子结构改为4 只埋在槽内的线 圈。


             

        不久,拉姆(B.G.Lame,1864-1924)接替斯科特,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 300hp、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。


   

        1893年,西屋公司根据拉姆的建议,开始设计感应电动机系列。


     

        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。5hp及以上系列电动机的转子为原边绕组,与电源相连,转子铁心开槽,转子绕组为两相分布绕组;电动机定子绕组为副边绕组,定子外部为铸铁磁辗,磁辗内为开有半闭口槽的叠片铁心。每个定子槽内放一根导体(铜棒,导体两端用连接导体相连 接成两个相位相差 90°的电路。为了降低起动电流,副边绕组(定子绕组)中串有一组碳棒(起动电阻)。起动结束后,利用布置在定子机壳上的开关将碳棒切除。


     

        看看,技术和企业结合后,6年时间,商业产品开始风靡美国。


     

        1897年,西屋公司开发出第二个系列(C型)感应电动机。


     

        C 型电动机吸取当时电机理论的研究成果,针对B 型电动机的不足(如寿命较短,仅3年),进行了全新设计。


     

        C 型电动机为鼠笼式电动机,定子绕组为原边绕组,采用整体铸造磁轭、叠片铁心、半闭口槽、成型绕制线圈和槽内双层线圈布置等结构;转子(副边)采用铸铁支架、叠片铁心、半闭口槽,鼠笼绕组由矩形铜条和端环相连而成。


     

        可以看出,C 型电动机与现今通用鼠笼电动机结构已很类似,外观也很接近。


     

        1900年,西屋公司在C 型鼠笼电动机的基础上,开发出了C型绕线式电动机。


     

        技术和企业结合后,12年时间,以后百年的通用电机就定型了。


     

        除西屋公司外,在 19 世纪末,美国一些公司也研制成功一些感应电动机。1887年,布拉德利提出第一个三相感应电动机(带短路笼)的专利,但未付诸实施。


     

        1891年,美国 Thomson-Houston(汤姆逊一休斯敦)公司在奈斯特(H.G.Reit)和弗斯特(W.J. Foster)的指导下,研制成美国最早的三相感应电动机,电动机转子上布置磁极。


     

        比当时西屋公司制造的转子为原边绕组的电动机更胜一筹。


     

        1892年4月,美国爱迪生通用电气公司与汤姆逊休斯敦合并成立美国通用电气(GE)公司后,继续生产三相感应电动机。


     

        但是,由于专利权的限制特斯拉在美国申请的电动机专利已为美国西屋公司独家占有,极大地限制了早期美国通用电气公司感应电机的制造。这种情况直到1905年特斯拉专利到期后才得以改变。




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