电机史话

第一章 “电”“磁”话古

第一节 中国古代的电学 1

一、“雷”“电”训诂 1

二、中国古代对“雷”“电”的观察和描述 2

三、中国古代对摩擦电的观察和描述 4

第二节 西方古代对“电”的观察 4

第三节 中国古代的磁学 5

一、“磁”字溯源 5

二、中国古代关于磁石性能的观察研究 6

1. 磁石吸铁 6

2. 磁石极性 6

3. 关于磁力不受媒质影响和磁屏蔽作用 6

三、指南针的发明及应用 6

1. 司南 7

2. 指南鱼和指北龟 7

3. 指南针及罗盘 8

4. 指南针、罗盘在航海上的应用 8

第四节 西方古代的磁学 9

第五节 小结 10

第二章 探索者的足迹——从吉尔伯特到法拉第

第一节 电学、磁学泰斗吉尔伯特 11

第二节 捕雷役电的巨人富兰克林 14

第三节 将电学插上数学翅膀的库仑 15

第四节 打开动电大门的伽伐尼和伏特 17

第五节 现代电磁学的奠基人——奥斯特、安培和欧姆 20

第六节 “最大的电学家”法拉第 22

第七节 小结 24

第三章 电机的萌芽及诞生

第一节 前言 25

第二节 直流发电机的诞生 25

一、发电机的始祖——法拉第圆盘式发电机 25

二、“来路不明”的发电机——P. M. 发电机 26

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8 电机史话

三、往复式发电机雏形——内格罗发电机 26

四、现代直流发电机雏形——皮克西手摇发电机和萨克斯顿手摇发电机 27

五、第一批走出实验室的直流发电机——克拉克手摇发电机和雅可比手摇发电机 27

六、第一台多极直流发电机——施特纳手摇发电机 28

七、第一台多电枢直流发电机——惠斯通手摇发电机 29

八、第一台实用直流发电机——伍尔里奇直流发电机 29

九、开启发电机应用大门的发电机——诺莱- 霍姆斯蒸汽机驱动发电机 29

第三节 直流电动机的诞生 31

一、电磁铁发明简史 31

二、电动机的始祖——法拉第电动机 32

三、巴洛星形轮电动机 33

四、斯特金电动机 34

五、捷德里克电动机 34

六、亨利摆动式电动机和内格罗摆动式电动机 34

七、现代旋转电动机的雏形——里奇电动机 35

八、开电动机应用先河的达文波特电动机 36

九、涅瓦河上电动船 37

十、佩奇的电动机和电动机车 37

十一、惠斯通偏心式电动机 38

十二、其他电动机 39

十三、小结 44

第四节 电机的改进 44

一、电机可逆性原理的发现 44

二、电源问题迎刃而解 45

三、励磁方式的进展 46

四、电机结构的改进 47

1. 电枢绕组 47

2. 铁心 49

3. 其他 50

第五节 旋转磁场的发现和感应电动机的诞生 50

一、阿拉果圆盘 51

二、贝利旋转磁力实验 51

三、费拉里斯两相感应电动机 52

四、特斯拉和他的感应电动机 53

五、多利沃- 多布罗夫斯基鼠笼式电动机 54

六、其他多相感应电动机 55

七、单相感应电动机 56

第六节 同步电机的诞生 57

一、同步发电机 57

1. 单相同步发电机 57

2. 两相同步发电机 59

3. 三相同步发电机 60

二、同步电动机 62

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目 录9

第四章 汽轮发电机发展史

第一节 发展历程 64

一、初创阶段（1884—1900） 64

二、空气冷却阶段（1901—1925） 66

三、氢气冷却阶段（1926—1954） 69

四、高速发展阶段（1955—1976） 71

五、平稳发展时期（1977—2014） 74

第二节 冷却技术发展史 76

一、空气冷却 76

二、氢气冷却 77

三、水冷却 78

四、蒸发冷却 82

五、超导汽轮发电机 83

第三节 汽轮发电机结构的发展 85

一、转子 85

1. 转轴 85

2. 护环 86

3. 转子绕组 87

4. 风扇 87

二、定子绕组 87

三、隔振结构 88

第四节 励磁系统的发展 89

一、直流发电机励磁方式 89

二、离子励磁方式 89

三、晶闸管励磁方式 90

第五节 汽轮发电机的技术经济性 90

一、额定频率 90

二、额定电压 91

三、单机容量 91

四、损耗及效率 91

五、利用系数、材料消耗率及造价 93

第六节 汽轮发电机发展近况 95

一、20 世纪80 年代—21 世纪初世界汽轮发电机工业的特点 95

1. 单机容量增长势头受到遏制 95

2. 一些公司汽轮发电机产量急剧下降，生产严重萎缩 95

3. 中国汽轮发电机工业异军突起，领跑全球 95

4. 欧美公司并购重组，形成三大垄断集团 95

5. 核电机组从高速度发展迅速回落，再逐渐复苏 96

6. 空冷汽轮发电机东山再起 96

7. 超高电压汽轮发电机诞生 96

8. 产品“三化”水平提高，模块化设计技术得以推广应用 97

9. 汽轮发电机调峰运行技术发展较快 97

10. 发展在线监测和事故诊断技术，不断提高机组运行可靠性 97

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10 电机史话

二、汽轮发电机冷却技术 97

三、汽轮发电机结构 97

1. 总体布置 97

2. 定子 97

3. 转子 98

4. 其他 98

四、技术经济性 98

1. 单机容量和电压水平 98

2. 损耗和效率 98

3. 运行可靠性 98

第五章 水轮发电机发展史

第一节 国外水电开发简史 99

一、美国的水电开发 99

二、加拿大的水电开发 103

三、苏联的水电开发 104

四、欧洲的水电开发（不包括苏联） 106

五、日本的水电开发 107

六、其他一些国家的水电开发 108

第二节 水轮机发明小史 109

一、古代水轮和水力机具 109

1. 中国古代的水轮和水力机具 109

2. 西方古代的水轮和水力机具 112

二、现代水轮机的诞生和形成 112

1. 混流式水轮机 114

2. 轴流式水轮机 115

3. 冲击式水轮机 115

4. 斜流式水轮机 116

5. 贯流式水轮机 116

6. 早期水轮机水力设计理论 118

第三节 水轮发电机发展历程 118

一、初创阶段（1891—1920） 118

1. 德国劳芬水电厂水轮发电机 119

2. 交直流之战和美国尼亚加拉瀑布Adams 电站5000hp 水轮发电机 119

3. 直流水轮发电机 122

二、技术成长期（1921—1950） 123

1. 加拿大Queenston 电站水轮发电机 123

2. 苏联第聂伯电站水轮发电机 125

3. 美国大古力第一、第二电厂水轮发电机 125

三、高速发展期（1951—1984） 127

1. 苏联古比雪夫电站123.5MV·A 水轮发电机 131

2. 瑞典斯托诺福电站150MV·A 水轮发电机 131

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目 录11

3. 苏联布拉兹克电站225MW 水轮发电机 132

4. 苏联克拉斯诺雅尔斯克电站500MW 水轮发电机 132

5. 美国大古力第三电厂600MW 和700MW 水轮发电机 133

6. 苏联萨彦- 舒申斯克电站640MW 水轮发电机 134

7. 巴西- 巴拉圭伊泰普电站700MW 水轮发电机 134

8. 委内瑞拉古里第二电站630MW 水轮发电机 135

四、平稳发展阶段（1985—2010） 136

1. 瑞士Bieudron 电站465MV·A 高速水轮发电机 136

2. 中国二滩电站550MW 水轮发电机 139

3. 中国李家峡电站400MW 蒸发冷却水轮发电机 139

4. 中国三峡电站700MW 水轮发电机 140

第四节 水轮发电机结构的发展 141

一、总体布置 141

二、定子 145

1. 定子机座 145

2. 定子铁心 147

3. 定子绕组 147

三、机架 147

四、转子 149

1. 转子支架 149

2. 转子磁轭 152

3. 转子磁极 153

4. 转轴 154

五、推力轴承 155

1. 推力轴承支承结构 155

2. 推力轴瓦 159

第六章 变压器发展史

第一节 变压器发明简史 162

一、变压器的雏形——感应线圈 162

二、高兰德—吉布斯二次发电机 165

三、齐伯诺夫斯基—德里—布拉希（Z-D-B）变压器 166

四、变压器技术在美国的传播和发展 169

五、三相变压器的诞生 172

六、其他变压器 173

第二节 变压器技术的发展 174

一、变压器技术发展历程 174

1. 探索、初创阶段（1831—1900） 174

2. 技术成长、成熟阶段（1901—1950） 175

3. 高速发展阶段（1951—1980） 177

4. 平稳发展阶段（1981—2012） 177

二、变压器结构型式的发展 178

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12 电机史话

三、铁心结构 181

四、线圈及线圈绝缘 182

1. 线圈绝缘 182

2. 线圈结构 183

五、油箱及其他结构件 184

1. 油箱 184

2. 其他结构件 185

六、变压器的冷却 186

第七章 交流感应电动机发展史

第一节 交流感应电动机的萌芽和诞生 189

第二节 交流感应电动机的兴起和发展（1887—1900） 190

一、美国交流感应电动机技术的兴起和发展 190

二、欧洲交流感应电动机技术的兴起和发展 192

三、产品发展 193

1. 难断的公案——双鼠笼电动机是谁发明的 193

2. 绕线转子感应电动机 193

3. 多转速电动机 194

四、小结 194

第三节 感应电动机技术发展和成熟时期（1901—1950） 194

一、感应电动机理论的发展 194

二、感应电动机起动技术的发展 194

1. 鼠笼式电动机起动法 194

2. 绕线式电动机起动法 196

3. 鼠笼式电动机和绕线式电动机均可采用的起动法 196

4. 特殊起动法 196

5. 特殊笼型电动机 199

三、感应电动机变速及调速技术的发展 200

1. 变极变速电动机 201

2. 变压调速 201

3. 副边绕组串电阻调速 201

4. 变频调速法 201

5. 双电动机串级调速法 201

6. 亨特串级调速电动机 202

7. 改变相数变速 202

8. 改接发电机的变频变速 202

9. 变相—变频组合调速 203

10. 乔治斯多相换向器式电动机 203

11. 温特—艾切贝格三相换向器式电动机 203

12. 刷移式三相换向器式电动机 203

13. 带磁场调速的多相换向器式电动机 204

14. 克莱默机械串级调速系统和谢尔必斯系统 204

本书是一部全面详尽介绍电机发明史和电机技术发展史的专著。全书不但有对电机萌芽、诞生和改进历史的详尽追溯，有对各类电机（含汽轮发电机、水轮发电机、直流电机、交流感应电动机和变压器）技术发展的全面论述，有对电机理论、电机用电工材料和电机绝缘等的发展回顾，还有对国外主要电机企业发展史的介绍，以及对中国电机工业发展的详尽论述。书中既有重大电机历史事件和重要电机产品的写实，也有著名电机人物的著录。本书可供高等院校电气工程专业师生和从事电工技术研究的科研人员、电机工业领域的科技与管理人员，以及关注世界技术史（尤其是电工技术史）的广大读者阅读参考。

《电机史话》以全景视角勾勒电机发明、发展轨迹和电机工业发展历程的巨著。