電機史話

第一章 “電”“磁”話古
第一節(jié) 中國古代的電學(xué) 1
一、“雷”“電”訓(xùn)詁 1
二、中國古代對“雷”“電”的觀察和描述 2
三、中國古代對摩擦電的觀察和描述 4
第二節(jié) 西方古代對“電”的觀察 4
第三節(jié) 中國古代的磁學(xué) 5
一、“磁”字溯源 5
二、中國古代關(guān)于磁石性能的觀察研究 6
1. 磁石吸鐵 6
2. 磁石極性 6
3. 關(guān)于磁力不受媒質(zhì)影響和磁屏蔽作用 6
三、指南針的發(fā)明及應(yīng)用 6
1. 司南 7
2. 指南魚和指北龜 7
3. 指南針及羅盤 8
4. 指南針、羅盤在航海上的應(yīng)用 8
第四節(jié) 西方古代的磁學(xué) 9
第五節(jié) 小結(jié) 10
第二章 探索者的足跡——從吉爾伯特到法拉第
第一節(jié) 電學(xué)、磁學(xué)泰斗吉爾伯特 11
第二節(jié) 捕雷役電的巨人富蘭克林 14
第三節(jié) 將電學(xué)插上數(shù)學(xué)翅膀的庫侖 15
第四節(jié) 打開動電大門的伽伐尼和伏特 17
第五節(jié) 現(xiàn)代電磁學(xué)的奠基人——奧斯特、安培和歐姆 20
第六節(jié) “最大的電學(xué)家”法拉第 22
第七節(jié) 小結(jié) 24
第三章 電機的萌芽及誕生
第一節(jié) 前言 25
第二節(jié) 直流發(fā)電機的誕生 25
一、發(fā)電機的始祖——法拉第圓盤式發(fā)電機 25
二、“來路不明”的發(fā)電機——P. M. 發(fā)電機 26
電機史話文前.indd 7 2016/8/24 18:11:44
8 電機史話
三、往復(fù)式發(fā)電機雛形——內(nèi)格羅發(fā)電機 26
四、現(xiàn)代直流發(fā)電機雛形——皮克西手搖發(fā)電機和薩克斯頓手搖發(fā)電機 27
五、第一批走出實驗室的直流發(fā)電機——克拉克手搖發(fā)電機和雅可比手搖發(fā)電機 27
六、第一臺多極直流發(fā)電機——施特納手搖發(fā)電機 28
七、第一臺多電樞直流發(fā)電機——惠斯通手搖發(fā)電機 29
八、第一臺實用直流發(fā)電機——伍爾里奇直流發(fā)電機 29
九、開啟發(fā)電機應(yīng)用大門的發(fā)電機——諾萊- 霍姆斯蒸汽機驅(qū)動發(fā)電機 29
第三節(jié) 直流電動機的誕生 31
一、電磁鐵發(fā)明簡史 31
二、電動機的始祖——法拉第電動機 32
三、巴洛星形輪電動機 33
四、斯特金電動機 34
五、捷德里克電動機 34
六、亨利擺動式電動機和內(nèi)格羅擺動式電動機 34
七、現(xiàn)代旋轉(zhuǎn)電動機的雛形——里奇電動機 35
八、開電動機應(yīng)用先河的達(dá)文波特電動機 36
九、涅瓦河上電動船 37
十、佩奇的電動機和電動機車 37
十一、惠斯通偏心式電動機 38
十二、其他電動機 39
十三、小結(jié) 44
第四節(jié) 電機的改進(jìn) 44
一、電機可逆性原理的發(fā)現(xiàn) 44
二、電源問題迎刃而解 45
三、勵磁方式的進(jìn)展 46
四、電機結(jié)構(gòu)的改進(jìn) 47
1. 電樞繞組 47
2. 鐵心 49
3. 其他 50
第五節(jié) 旋轉(zhuǎn)磁場的發(fā)現(xiàn)和感應(yīng)電動機的誕生 50
一、阿拉果圓盤 51
二、貝利旋轉(zhuǎn)磁力實驗 51
三、費拉里斯兩相感應(yīng)電動機 52
四、特斯拉和他的感應(yīng)電動機 53
五、多利沃- 多布羅夫斯基鼠籠式電動機 54
六、其他多相感應(yīng)電動機 55
七、單相感應(yīng)電動機 56
第六節(jié) 同步電機的誕生 57
一、同步發(fā)電機 57
1. 單相同步發(fā)電機 57
2. 兩相同步發(fā)電機 59
3. 三相同步發(fā)電機 60
二、同步電動機 62
電機史話文前.indd 8 2016/8/24 18:11:44
目 錄9
第四章 汽輪發(fā)電機發(fā)展史
第一節(jié) 發(fā)展歷程 64
一、初創(chuàng)階段（1884—1900） 64
二、空氣冷卻階段（1901—1925） 66
三、氫氣冷卻階段（1926—1954） 69
四、高速發(fā)展階段（1955—1976） 71
五、平穩(wěn)發(fā)展時期（1977—2014） 74
第二節(jié) 冷卻技術(shù)發(fā)展史 76
一、空氣冷卻 76
二、氫氣冷卻 77
三、水冷卻 78
四、蒸發(fā)冷卻 82
五、超導(dǎo)汽輪發(fā)電機 83
第三節(jié) 汽輪發(fā)電機結(jié)構(gòu)的發(fā)展 85
一、轉(zhuǎn)子 85
1. 轉(zhuǎn)軸 85
2. 護(hù)環(huán) 86
3. 轉(zhuǎn)子繞組 87
4. 風(fēng)扇 87
二、定子繞組 87
三、隔振結(jié)構(gòu) 88
第四節(jié) 勵磁系統(tǒng)的發(fā)展 89
一、直流發(fā)電機勵磁方式 89
二、離子勵磁方式 89
三、晶閘管勵磁方式 90
第五節(jié) 汽輪發(fā)電機的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性 90
一、額定頻率 90
二、額定電壓 91
三、單機容量 91
四、損耗及效率 91
五、利用系數(shù)、材料消耗率及造價 93
第六節(jié) 汽輪發(fā)電機發(fā)展近況 95
一、20 世紀(jì)80 年代—21 世紀(jì)初世界汽輪發(fā)電機工業(yè)的特點 95
1. 單機容量增長勢頭受到遏制 95
2. 一些公司汽輪發(fā)電機產(chǎn)量急劇下降，生產(chǎn)嚴(yán)重萎縮 95
3. 中國汽輪發(fā)電機工業(yè)異軍突起，領(lǐng)跑全球 95
4. 歐美公司并購重組，形成三大壟斷集團(tuán) 95
5. 核電機組從高速度發(fā)展迅速回落，再逐漸復(fù)蘇 96
6. 空冷汽輪發(fā)電機東山再起 96
7. 超高電壓汽輪發(fā)電機誕生 96
8. 產(chǎn)品“三化”水平提高，模塊化設(shè)計技術(shù)得以推廣應(yīng)用 97
9. 汽輪發(fā)電機調(diào)峰運行技術(shù)發(fā)展較快 97
10. 發(fā)展在線監(jiān)測和事故診斷技術(shù)，不斷提高機組運行可靠性 97
電機史話文前.indd 9 2016/8/24 18:11:44
10 電機史話
二、汽輪發(fā)電機冷卻技術(shù) 97
三、汽輪發(fā)電機結(jié)構(gòu) 97
1. 總體布置 97
2. 定子 97
3. 轉(zhuǎn)子 98
4. 其他 98
四、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性 98
1. 單機容量和電壓水平 98
2. 損耗和效率 98
3. 運行可靠性 98
第五章 水輪發(fā)電機發(fā)展史
第一節(jié) 國外水電開發(fā)簡史 99
一、美國的水電開發(fā) 99
二、加拿大的水電開發(fā) 103
三、蘇聯(lián)的水電開發(fā) 104
四、歐洲的水電開發(fā)（不包括蘇聯(lián)） 106
五、日本的水電開發(fā) 107
六、其他一些國家的水電開發(fā) 108
第二節(jié) 水輪機發(fā)明小史 109
一、古代水輪和水力機具 109
1. 中國古代的水輪和水力機具 109
2. 西方古代的水輪和水力機具 112
二、現(xiàn)代水輪機的誕生和形成 112
1. 混流式水輪機 114
2. 軸流式水輪機 115
3. 沖擊式水輪機 115
4. 斜流式水輪機 116
5. 貫流式水輪機 116
6. 早期水輪機水力設(shè)計理論 118
第三節(jié) 水輪發(fā)電機發(fā)展歷程 118
一、初創(chuàng)階段（1891—1920） 118
1. 德國勞芬水電廠水輪發(fā)電機 119
2. 交直流之戰(zhàn)和美國尼亞加拉瀑布Adams 電站5000hp 水輪發(fā)電機 119
3. 直流水輪發(fā)電機 122
二、技術(shù)成長期（1921—1950） 123
1. 加拿大Queenston 電站水輪發(fā)電機 123
2. 蘇聯(lián)第聶伯電站水輪發(fā)電機 125
3. 美國大古力第一、第二電廠水輪發(fā)電機 125
三、高速發(fā)展期（1951—1984） 127
1. 蘇聯(lián)古比雪夫電站123.5MV·A 水輪發(fā)電機 131
2. 瑞典斯托諾福電站150MV·A 水輪發(fā)電機 131
電機史話文前.indd 10 2016/8/24 18:11:44
目 錄11
3. 蘇聯(lián)布拉茲克電站225MW 水輪發(fā)電機 132
4. 蘇聯(lián)克拉斯諾雅爾斯克電站500MW 水輪發(fā)電機 132
5. 美國大古力第三電廠600MW 和700MW 水輪發(fā)電機 133
6. 蘇聯(lián)薩彥- 舒申斯克電站640MW 水輪發(fā)電機 134
7. 巴西- 巴拉圭伊泰普電站700MW 水輪發(fā)電機 134
8. 委內(nèi)瑞拉古里第二電站630MW 水輪發(fā)電機 135
四、平穩(wěn)發(fā)展階段（1985—2010） 136
1. 瑞士Bieudron 電站465MV·A 高速水輪發(fā)電機 136
2. 中國二灘電站550MW 水輪發(fā)電機 139
3. 中國李家峽電站400MW 蒸發(fā)冷卻水輪發(fā)電機 139
4. 中國三峽電站700MW 水輪發(fā)電機 140
第四節(jié) 水輪發(fā)電機結(jié)構(gòu)的發(fā)展 141
一、總體布置 141
二、定子 145
1. 定子機座 145
2. 定子鐵心 147
3. 定子繞組 147
三、機架 147
四、轉(zhuǎn)子 149
1. 轉(zhuǎn)子支架 149
2. 轉(zhuǎn)子磁軛 152
3. 轉(zhuǎn)子磁極 153
4. 轉(zhuǎn)軸 154
五、推力軸承 155
1. 推力軸承支承結(jié)構(gòu) 155
2. 推力軸瓦 159
第六章 變壓器發(fā)展史
第一節(jié) 變壓器發(fā)明簡史 162
一、變壓器的雛形——感應(yīng)線圈 162
二、高蘭德—吉布斯二次發(fā)電機 165
三、齊伯諾夫斯基—德里—布拉希（Z-D-B）變壓器 166
四、變壓器技術(shù)在美國的傳播和發(fā)展 169
五、三相變壓器的誕生 172
六、其他變壓器 173
第二節(jié) 變壓器技術(shù)的發(fā)展 174
一、變壓器技術(shù)發(fā)展歷程 174
1. 探索、初創(chuàng)階段（1831—1900） 174
2. 技術(shù)成長、成熟階段（1901—1950） 175
3. 高速發(fā)展階段（1951—1980） 177
4. 平穩(wěn)發(fā)展階段（1981—2012） 177
二、變壓器結(jié)構(gòu)型式的發(fā)展 178
電機史話文前.indd 11 2016/8/24 18:11:44
12 電機史話
三、鐵心結(jié)構(gòu) 181
四、線圈及線圈絕緣 182
1. 線圈絕緣 182
2. 線圈結(jié)構(gòu) 183
五、油箱及其他結(jié)構(gòu)件 184
1. 油箱 184
2. 其他結(jié)構(gòu)件 185
六、變壓器的冷卻 186
第七章 交流感應(yīng)電動機發(fā)展史
第一節(jié) 交流感應(yīng)電動機的萌芽和誕生 189
第二節(jié) 交流感應(yīng)電動機的興起和發(fā)展（1887—1900） 190
一、美國交流感應(yīng)電動機技術(shù)的興起和發(fā)展 190
二、歐洲交流感應(yīng)電動機技術(shù)的興起和發(fā)展 192
三、產(chǎn)品發(fā)展 193
1. 難斷的公案——雙鼠籠電動機是誰發(fā)明的 193
2. 繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機 193
3. 多轉(zhuǎn)速電動機 194
四、小結(jié) 194
第三節(jié) 感應(yīng)電動機技術(shù)發(fā)展和成熟時期（1901—1950） 194
一、感應(yīng)電動機理論的發(fā)展 194
二、感應(yīng)電動機起動技術(shù)的發(fā)展 194
1. 鼠籠式電動機起動法 194
2. 繞線式電動機起動法 196
3. 鼠籠式電動機和繞線式電動機均可采用的起動法 196
4. 特殊起動法 196
5. 特殊籠型電動機 199
三、感應(yīng)電動機變速及調(diào)速技術(shù)的發(fā)展 200
1. 變極變速電動機 201
2. 變壓調(diào)速 201
3. 副邊繞組串電阻調(diào)速 201
4. 變頻調(diào)速法 201
5. 雙電動機串級調(diào)速法 201
6. 亨特串級調(diào)速電動機 202
7. 改變相數(shù)變速 202
8. 改接發(fā)電機的變頻變速 202
9. 變相—變頻組合調(diào)速 203
10. 喬治斯多相換向器式電動機 203
11. 溫特—艾切貝格三相換向器式電動機 203
12. 刷移式三相換向器式電動機 203
13. 帶磁場調(diào)速的多相換向器式電動機 204
14. 克萊默機械串級調(diào)速系統(tǒng)和謝爾必斯系統(tǒng) 204