为什么不用电动机带动发电机发电呢？ 第1页

其实电动机带动发电机这种事情过去也是有的，但是在地球人点出了【电力电子学】之后，这种看起来就二的行为就很少见了。

但在【电力电子学】这一关键科技之前，电动机拖动发电机是个并不少见的行为。虽然它有能耗巨大、效率低下等一百万个缺点，但考虑到它能解决的问题，工程师们往往捏着鼻子也就忍了。这个可怕的问题，叫电能的变换。

电动机带动发电机，根据两侧电机的不同，大致可以分成四种作用。

（1）直流电动机拖动直流发电机——对直流电压进行升降压，学名【斩波】。

（2）直流电动机拖动交流发电机——将一个直流电变成交流电，学名【逆变】。

（3）交流电动机拖动直流发电机——将一个交流电变成直流电，学名【整流】。

（4）交流电动机拖动交流发电机——对交流电进行升降压或者改变它的频率，前者学名叫【变压】，后者学名叫【变频】。

如果你穿越回爱迪生和特斯拉的时代做一个电气工程师，那么上面五种对电能的变换几乎能把你逼疯。在那个时候，如果你设计了一个220V额定电压的钨丝灯，很可能根本点不亮，因为你根本找不到220V的电压源。

于是最早期的实验都是用非常滑稽的方式进行的——如果你需要直流电，那么就用电池串出你要的电压，功率不够的话再并联一下；如果你要交流电，那么就找一个能发出更高电压的交流发电机，然后用电阻去分压。

当时的工程师们想了想，比起每天跟电池和电阻玩串并联，弄几个电机之间相互拖动好像根本就不算个事。

这五种操作中最先解决的是【变压】，大概是1880年，一个名叫高兰德的法国工程师最先展出了原始的变压器。这种变压器能够在不改变电压频率的情况下将交流电压进行升降压调节。此物的专利后来落入了威斯汀豪斯手中，使他得以帮助特斯拉建立起交流电力系统，并且最终打败了爱迪生的直流帝国。本质上来说，变压器作为一种利用电磁场进行能量转换的机械，仍然是一种电机。但有了此物之后，再也没有人会用交流电动机拖动交流发电机进行变压了。

第二个被解决的问题是【整流】，1902年，人们制造出最原始的汞弧整流器。这是个巨大的家伙在当时可谓非常不好用，它不但体积巨大，而且需要较高的工作电压，效率还低，并且还有巨大的噪音，还容易损坏，甚至还有毒。（这一串缺点也是真叫人绝望……）地球人断断续续的改进，到上个世纪二三十年代，勉强可以用汞弧整流器进行各种整流操作，这个问题也就让电气工程师们捏着鼻子当是解决了。

1948年的中国大陆战火纷飞，此时的大洋彼岸，美国贝尔实验室的工程师威廉肖克利发表了一篇震古烁今的论文《半导体中的PN结和PN结型晶体管的理论》，利用三价和五价元素掺杂硅晶体，他们制造出了两种半导体。半导体的第一个成果是二极管，一种只允许电流单向流动的神奇器件。它的特性比起今天有着相当的差距，但是比起当时可怕的汞弧整流器简直可以称得上可爱。因此在短短数年的时间里，汞弧整流器被迅速的淘汰，用二极管制造的整流器彻底终结了人类在整流领域的麻烦。

半导体物理的进步带来的不仅仅是二极管。可以受控开通或者关断的器件迅速的被发展出来。神说，要有【PN结】，于是就有了【三极管】带来的【模拟电路】和【晶闸管】带来的【电力电子学】。虽然这两门课每年都逼死很多电学生，但在人类的历史上，他们如同处女的胴体（划掉）一般令人激赏。

有了标准电压的电力系统，加上变压器加整流桥，电气工程师已经可以产生想要的一切直流电压。虽然这并不意味着直流电压变化这个问题的解决，但用直流电动机拖动直流发电机也就没人干了。随着半导体技术的进步，【全控管】被发明出来。这是电力电子学的巨大飞跃——人类终于可以可靠的凭自己的意愿去选择这个器件到底是导通还是关断。于是在很短的时间里，非隔离的【Buck变换器】、【Boost变换器】、【Buck-Boost变换器】、隔离的【正激变换器】、【反激变换器】等诸多DC-DC变换器拓扑被设计出来，这一进程到今天也没结束。利用这成百上千种不同的电路，人类可以在几乎任何场合将任何类型的直流电源变成自己想要的直流电源。利用【全控管】进行【斩波】的技术并非只是锦上添花而已。

将直流电压进行变换的【斩波】技术距离最后的难题——【逆变】和【变频】，其实只差最后的一点了。人类对频域的研究得到了最后一块拼图——【脉宽调制技术】。通过控制四个全控管，使得负载上按预定变化规律不断得到同等幅值，但时间不同的直流电压，可以几乎完美的模拟出想要的任何波形，当然也包括电气工程师们心心念念的正弦交流电，这就是【全桥逆变器】。与各种各样的DC-DC斩波器一样，逆变电路也得到了巨大的发展。包括【半桥逆变器】、【维也纳拓扑】等一系列逆变器迅速发展，将直流电变为交流电愈发的容易。在这样的背景下，人类再也没有理由使用直流电动机拖动交流发电机进行逆变。

逆变电路的发展也彻底终结了利用交流电动机拖动交流电动机进行变频的技术。让人们想要改变电源的频率，再也不用进行复杂的电机互联，只需要先进行一个【整流】，再进行一次【逆变】，就可以得到任何想要的频率（频率其实有上限，该上限受电力电子器件性能的限制，但这一限制远高于电机拖动的变频限制）。因此不需要任何电机的【变频器】就此诞生。

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人类不再用电动机带动发电机来变换电能，不是他们不需要，只是他们有更好的方式。半导体电力电子器件重构了整个电气工程。曾经威斯汀豪斯和特斯拉将爱迪生的直流帝国彻底埋葬，但在高性能电力电子器件的不断发展下，特高压直流输电系统再一次回到交直流竞争的舞台上。不论成败，等待人类的都将是崭新且更为强劲的电力能源系统。

百多年间电气工程师苦心孤诣的万千思索，落在纸上不过几行淡墨而已。但正是这些努力，让今天的人们得以大声的嘲笑过去的技术——愚蠢的用电动机拖动发电机来进行电能变换。过去的技术不过是如今的谈资，正如今天的技术一定只是未来百年后的戏言。南方古猿举起工具，斗转星移间便成了飞天的火箭和灿烂的星汉。

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【彩蛋】

电动机拖动发电机的技术今天还有，不过在电气工程领域这一技术也少有人知，它的名字叫【测速发电机】。这是一种转速与输出电压成正比的精密微型特种电机，本质上来说是一种用于电动机的速度传感器。用的不多，价格也不便宜。

看到这样的问题，我电气工程毕业十几年了。还是头一次。

电动机带动发电机这个事以前确实是有，叫电力拖动，有答案讲了。

但是发电？电动机的电哪里来？哪里来？哪里来？

没有硅整流器的时代，一种整流的手段就是用交流电动机带动直流发电机发电，电车、电解、电镀等大量使用直流电的行业都有采用。此外还有用汞弧整流器的，但这种整流器只适用于较高的电压，而且汞蒸气有污染。有了廉价、高效、无污染的硅整流器，这些东西自然被淘汰了。

再如，电子技术不发达的时代，给直流电降压是件比较麻烦的事，电车供电是高压直流（比如600V），而车内的辅助电路需要使用低压直流电（用于照明、广播等），解决办法是使用车轴发电机发电，停车的时候靠蓄电池维持供电，这本质上也是电动机带发电机。现在，一个DC-DC降压模块就搞定了。另外，铁路的非空调客车的车内供电来自车轴发电机，当列车由电力机车或电传动内燃机车牵引时，本质上也是间接的电动机带发电机。

再例如，电气化铁路的供电为单相交流电，但电力机车内一些设备需要使用三相交流电。于是，很多电力机车使用了旋转式劈相机，它就是单相交流电动机带三相交流发电机。随着电子技术的进步，旋转式劈相机也逐渐被逆变器取代了。

但题主的想法似乎是想用电动机来取代发电厂的动力，以此解决大气污染，请先复习能量守恒定律。

其实用电动机带动发电机发电的情景是有的。是在那个晶闸管和斩波电路还没弄明白的年代。通过物理方式将直流电动机与交流发电机连接，来暴力的实现直流电逆变为交流电

其代表就是日本国铁JNR设计的东海道本线主力车型，国铁151系电车。

图片来自维基，侵删

可以看到，此车和日本铁路很多“电饭煲”造型的特急不同，其头车拥有一个非常长，非常大(对于此种中长距离电车来说)的整流罩。

其实这个整流罩里面除了有空气压缩机外，还设置了一个与DC1500V接触网电压对应，供电电压同样为1500V的直流电动机，通过机械连接方式将动力传输给另一个输出家用交流电(具体是多少有待证实)的发电机。以此方式进行调压逆变，将高压直流电转换为家用交流电，从而向照明、空调等车内电气设备供给稳定的交流电源。

实际在151系之前，就已经有电车将设计，但由于噪音过大，151系设计时便将这个电动发电机设计置于了先头车的整流罩中，以改善噪音问题。

151系诞生于上世纪50年代，那时候还没有大规模的斩波电路运用，而使用大电阻调压的效率及安全性又堪忧。说起来也是工程师灵机一动之下才有的这种方法。

在半导体产业发达的今天，电动机带动发电机实现调压的方式，相较于各种先进高效的VVVF晶体管芯片而言，非常落后，而且落后了好几代。

早在晶闸管斩波电路出现之后，日本后来新设计的电车就已经淘汰了这种简单而又粗暴的调压方式，但确确实实是那个电子技术不够发达的年代下催生的一种智慧。

何不食肉糜？你电动机的电哪来的？

除了某些特殊用途，估计是真没有什么地方是电机带发电机的。

交改直或直改交？可控硅整流不好用吗？大容量IGBT不好用吗？直流高改低？不会把用电器串联起来吗？低改高？直接在输出端做文章行不行？交流改电压？变压器发明出来当佛爷供着的？

鄙人孤陋寡闻，除了那种辅助测速的小电机外，基本没电机带发电机的情况，有知道的望周知。