马达和电机驱动的东西你可能不知道。

说到电机的发展史,就不得不说1820年丹麦物理学家奥斯特在实验室里的意外电流可以使指南针偏转,然后科学家安培对这种现象进行了定量描述,给出了安培定律。基于这些研究成果,电和磁被成功地联系在一起,被称为“电磁现象”。基于此,英国物理学家法拉第在实验室制作了第一个实验电机模型。十年后,也就是1831年,法拉第在这项研究的基础上实现了“磁能发电”,人类开始享受到电带来的巨大好处。至于其他方式(光伏)取电,我们暂时按表;先说基于电磁理论的发电机和电动机。

发电机和电动机原理相同。发电机是将机械能/水势能/风能转化为电能的装置。马达将电能转化为机械动能。今天主要分享电机相关的知识,发电机暂时不做延伸;

根据电源的特点,电机可分为两种:DC电机和交流电机;一般发展情况如下:

我们前面说过,19世纪初法拉第先生在实验室里开发出电机模型后,他逐渐实现了基于永磁体的低功率DC电机。之所以是低功率,是因为天然磁铁的磁性很弱,很难实现电机体积和功率的高效平衡;不过好在这个时间不长,人类很快就掌握了用电磁铁代替永磁体,从而大大提高了电机的输出功率;到19世纪中后期,DC电机经历了励磁方式的升级和DC环形技术的发展。但由于当时DC发电输电困难,DC电机的发展受到DC电机绝缘材料技术、换向加工能力等因素的严重制约。

同样是在19世纪中期(1856),第一台枢转式交流电机是在德国生产的,使用的是单相交流电,所以与DC电机相比没有优势。直到三十年后,科学家们才发现,几个线圈排成一个放射状的圆圈,通上交流电,这样每个线圈中的交流电频率是一样的,但电压和电流是有相移的。此时,线圈之间的空间会形成一个旋转磁场,这个磁场可以驱动通电的线圈旋转。时间从1889年开始,俄罗斯工程师杜列夫·杜布罗·沃尔斯基发明了第一台鼠笼式三相电机。至此,交流电机的发展进入了一个完善的时期,同时在工业上得到广泛的应用。

现在各种细分电机都是基于100多年前的理论基础,但是随着工业技术和新材料新技术的发展,衍生出各种力矩电机/变频电机/永磁同步电机/异步伺服电机等等。

随着发电技术和电机技术的广泛应用,电机的问题也逐渐显现出来;比如DC电机的换向装置在使用一段时间后就会损坏,大功率电机很难直接启动。电机只能恒速运行,导致使用调速问题复杂,交流异步电机低速。.......

世界就是这样通过发现问题和解决问题来发展的。随着电机使用需求的扩大,制约电机的问题被一一解决。DC电机的控制理论比较简单,所以在一些大功率低速稳定运行场合并没有被完全取代,但市场已经逐渐退却;所以,我们就不做声明了。让我们回到1889第一个三相异步电机时代,那时电机的使用是逐渐积累起来的。随着理论知识的丰富,电动机使用中出现了各种降压起动方式(分压降压起动、星三角降压起动、晶闸管软启动),解决了电动机起动问题;而电机配套使用中对调速的需求是积极而广泛的,因此如何实现电机的无级调速一直在人类的脑海中徘徊;

时间很快到了20世纪60年代。随着电力电子技术的发展,可以通过逻辑电路改变电机电源的频率,达到电机调速的效果,这就是变频器的雏形。接下来的20-30年,在第三次工业革命的大背景下,微电子技术的发展,集成电路迅速取代了复杂的逻辑电路,大功率器件逐渐稳定。于是,变频器从原来的傻乎乎的、粗糙的变成了现在的变频器。基于VVVF的控制方式在普通风机/泵和简单机械的使用中没有问题,但随着工业技术要求的变化,更快的加减速时间、低速大扭矩稳定运行、大范围调速和更高的稳速精度的要求当然更为重要。这时候变频器厂家就会在变频器中实现矢量控制。闭环矢量控制/异步伺服系统/伺服系统等相关应用也是需求细化的结果,这也是我们大部分从业者都知道的一个过程,我们暂且跳过。

纵观电机与驱动近200年的发展,我们发现,科学转化为技术,再转化为生产力,是一个极其复杂的过程。需要付出的时间、人力、物力,需要精心积累,一代代传承。同样,发现问题/发现问题并解决问题需要有洞察力和创新能力的人才。“目前,世界上不缺乏科学人才、科学思想和科学理论。最缺的是把科学思想和科学理论转化为技术和生产力的人。”