電機(jī)史話

第一章 “電”“磁”話古
第一節(jié) 中國(guó)古代的電學(xué) 1
一、“雷”“電”訓(xùn)詁 1
二、中國(guó)古代對(duì)“雷”“電”的觀察和描述 2
三、中國(guó)古代對(duì)摩擦電的觀察和描述 4
第二節(jié) 西方古代對(duì)“電”的觀察 4
第三節(jié) 中國(guó)古代的磁學(xué) 5
一、“磁”字溯源 5
二、中國(guó)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(yú)和指北龜 7
3. 指南針及羅盤(pán) 8
4. 指南針、羅盤(pán)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(kù)侖 15
第四節(jié) 打開(kāi)動(dòng)電大門(mén)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(jī)的萌芽及誕生
第一節(jié) 前言 25
第二節(jié) 直流發(fā)電機(jī)的誕生 25
一、發(fā)電機(jī)的始祖——法拉第圓盤(pán)式發(fā)電機(jī) 25
二、“來(lái)路不明”的發(fā)電機(jī)——P. M. 發(fā)電機(jī) 26
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8 電機(jī)史話
三、往復(fù)式發(fā)電機(jī)雛形——內(nèi)格羅發(fā)電機(jī) 26
四、現(xiàn)代直流發(fā)電機(jī)雛形——皮克西手搖發(fā)電機(jī)和薩克斯頓手搖發(fā)電機(jī) 27
五、第一批走出實(shí)驗(yàn)室的直流發(fā)電機(jī)——克拉克手搖發(fā)電機(jī)和雅可比手搖發(fā)電機(jī) 27
六、第一臺(tái)多極直流發(fā)電機(jī)——施特納手搖發(fā)電機(jī) 28
七、第一臺(tái)多電樞直流發(fā)電機(jī)——惠斯通手搖發(fā)電機(jī) 29
八、第一臺(tái)實(shí)用直流發(fā)電機(jī)——伍爾里奇直流發(fā)電機(jī) 29
九、開(kāi)啟發(fā)電機(jī)應(yīng)用大門(mén)的發(fā)電機(jī)——諾萊- 霍姆斯蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī) 29
第三節(jié) 直流電動(dòng)機(jī)的誕生 31
一、電磁鐵發(fā)明簡(jiǎn)史 31
二、電動(dòng)機(jī)的始祖——法拉第電動(dòng)機(jī) 32
三、巴洛星形輪電動(dòng)機(jī) 33
四、斯特金電動(dòng)機(jī) 34
五、捷德里克電動(dòng)機(jī) 34
六、亨利擺動(dòng)式電動(dòng)機(jī)和內(nèi)格羅擺動(dòng)式電動(dòng)機(jī) 34
七、現(xiàn)代旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的雛形——里奇電動(dòng)機(jī) 35
八、開(kāi)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用先河的達(dá)文波特電動(dòng)機(jī) 36
九、涅瓦河上電動(dòng)船 37
十、佩奇的電動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)車(chē) 37
十一、惠斯通偏心式電動(dòng)機(jī) 38
十二、其他電動(dòng)機(jī) 39
十三、小結(jié) 44
第四節(jié) 電機(jī)的改進(jìn) 44
一、電機(jī)可逆性原理的發(fā)現(xiàn) 44
二、電源問(wèn)題迎刃而解 45
三、勵(lì)磁方式的進(jìn)展 46
四、電機(jī)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(chǎng)的發(fā)現(xiàn)和感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的誕生 50
一、阿拉果圓盤(pán) 51
二、貝利旋轉(zhuǎn)磁力實(shí)驗(yàn) 51
三、費(fèi)拉里斯兩相感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 52
四、特斯拉和他的感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 53
五、多利沃- 多布羅夫斯基鼠籠式電動(dòng)機(jī) 54
六、其他多相感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 55
七、單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 56
第六節(jié) 同步電機(jī)的誕生 57
一、同步發(fā)電機(jī) 57
1. 單相同步發(fā)電機(jī) 57
2. 兩相同步發(fā)電機(jī) 59
3. 三相同步發(fā)電機(jī) 60
二、同步電動(dòng)機(jī) 62
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目 錄9
第四章 汽輪發(fā)電機(jī)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(shí)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(jī) 83
第三節(jié) 汽輪發(fā)電機(jī)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(lì)磁系統(tǒng)的發(fā)展 89
一、直流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁方式 89
二、離子勵(lì)磁方式 89
三、晶閘管勵(lì)磁方式 90
第五節(jié) 汽輪發(fā)電機(jī)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(jī)容量 91
四、損耗及效率 91
五、利用系數(shù)、材料消耗率及造價(jià) 93
第六節(jié) 汽輪發(fā)電機(jī)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(jī)工業(yè)的特點(diǎn) 95
1. 單機(jī)容量增長(zhǎng)勢(shì)頭受到遏制 95
2. 一些公司汽輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)量急劇下降，生產(chǎn)嚴(yán)重萎縮 95
3. 中國(guó)汽輪發(fā)電機(jī)工業(yè)異軍突起，領(lǐng)跑全球 95
4. 歐美公司并購(gòu)重組，形成三大壟斷集團(tuán) 95
5. 核電機(jī)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(jī)東山再起 96
7. 超高電壓汽輪發(fā)電機(jī)誕生 96
8. 產(chǎn)品“三化”水平提高，模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)得以推廣應(yīng)用 97
9. 汽輪發(fā)電機(jī)調(diào)峰運(yùn)行技術(shù)發(fā)展較快 97
10. 發(fā)展在線監(jiān)測(cè)和事故診斷技術(shù)，不斷提高機(jī)組運(yùn)行可靠性 97
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10 電機(jī)史話
二、汽輪發(fā)電機(jī)冷卻技術(shù) 97
三、汽輪發(fā)電機(jī)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(jī)容量和電壓水平 98
2. 損耗和效率 98
3. 運(yùn)行可靠性 98
第五章 水輪發(fā)電機(jī)發(fā)展史
第一節(jié) 國(guó)外水電開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)史 99
一、美國(guó)的水電開(kāi)發(fā) 99
二、加拿大的水電開(kāi)發(fā) 103
三、蘇聯(lián)的水電開(kāi)發(fā) 104
四、歐洲的水電開(kāi)發(fā)（不包括蘇聯(lián)） 106
五、日本的水電開(kāi)發(fā) 107
六、其他一些國(guó)家的水電開(kāi)發(fā) 108
第二節(jié) 水輪機(jī)發(fā)明小史 109
一、古代水輪和水力機(jī)具 109
1. 中國(guó)古代的水輪和水力機(jī)具 109
2. 西方古代的水輪和水力機(jī)具 112
二、現(xiàn)代水輪機(jī)的誕生和形成 112
1. 混流式水輪機(jī) 114
2. 軸流式水輪機(jī) 115
3. 沖擊式水輪機(jī) 115
4. 斜流式水輪機(jī) 116
5. 貫流式水輪機(jī) 116
6. 早期水輪機(jī)水力設(shè)計(jì)理論 118
第三節(jié) 水輪發(fā)電機(jī)發(fā)展歷程 118
一、初創(chuàng)階段（1891—1920） 118
1. 德國(guó)勞芬水電廠水輪發(fā)電機(jī) 119
2. 交直流之戰(zhàn)和美國(guó)尼亞加拉瀑布Adams 電站5000hp 水輪發(fā)電機(jī) 119
3. 直流水輪發(fā)電機(jī) 122
二、技術(shù)成長(zhǎng)期（1921—1950） 123
1. 加拿大Queenston 電站水輪發(fā)電機(jī) 123
2. 蘇聯(lián)第聶伯電站水輪發(fā)電機(jī) 125
3. 美國(guó)大古力第一、第二電廠水輪發(fā)電機(jī) 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(jī) 131
2. 瑞典斯托諾福電站150MV·A 水輪發(fā)電機(jī) 131
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目 錄11
3. 蘇聯(lián)布拉茲克電站225MW 水輪發(fā)電機(jī) 132
4. 蘇聯(lián)克拉斯諾雅爾斯克電站500MW 水輪發(fā)電機(jī) 132
5. 美國(guó)大古力第三電廠600MW 和700MW 水輪發(fā)電機(jī) 133
6. 蘇聯(lián)薩彥- 舒申斯克電站640MW 水輪發(fā)電機(jī) 134
7. 巴西- 巴拉圭伊泰普電站700MW 水輪發(fā)電機(jī) 134
8. 委內(nèi)瑞拉古里第二電站630MW 水輪發(fā)電機(jī) 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(jī) 136
2. 中國(guó)二灘電站550MW 水輪發(fā)電機(jī) 139
3. 中國(guó)李家峽電站400MW 蒸發(fā)冷卻水輪發(fā)電機(jī) 139
4. 中國(guó)三峽電站700MW 水輪發(fā)電機(jī) 140
第四節(jié) 水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)的發(fā)展 141
一、總體布置 141
二、定子 145
1. 定子機(jī)座 145
2. 定子鐵心 147
3. 定子繞組 147
三、機(jī)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(jiǎn)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(jī) 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(guó)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(zhǎng)、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
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12 電機(jī)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(dòng)機(jī)發(fā)展史
第一節(jié) 交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的萌芽和誕生 189
第二節(jié) 交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的興起和發(fā)展（1887—1900） 190
一、美國(guó)交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)技術(shù)的興起和發(fā)展 190
二、歐洲交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)是誰(shuí)發(fā)明的 193
2. 繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 193
3. 多轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī) 194
四、小結(jié) 194
第三節(jié) 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展和成熟時(shí)期（1901—1950） 194
一、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)理論的發(fā)展 194
二、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)技術(shù)的發(fā)展 194
1. 鼠籠式電動(dòng)機(jī)起動(dòng)法 194
2. 繞線式電動(dòng)機(jī)起動(dòng)法 196
3. 鼠籠式電動(dòng)機(jī)和繞線式電動(dòng)機(jī)均可采用的起動(dòng)法 196
4. 特殊起動(dòng)法 196
5. 特殊籠型電動(dòng)機(jī) 199
三、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)變速及調(diào)速技術(shù)的發(fā)展 200
1. 變極變速電動(dòng)機(jī) 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(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速法 201
6. 亨特串級(jí)調(diào)速電動(dòng)機(jī) 202
7. 改變相數(shù)變速 202
8. 改接發(fā)電機(jī)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(dòng)機(jī) 203
11. 溫特—艾切貝格三相換向器式電動(dòng)機(jī) 203
12. 刷移式三相換向器式電動(dòng)機(jī) 203
13. 帶磁場(chǎng)調(diào)速的多相換向器式電動(dòng)機(jī) 204
14. 克萊默機(jī)械串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)和謝爾必斯系統(tǒng) 204