直流电机的发展史

直流电机的发展史我从哪里来，要到哪里去？贫僧从东土大唐而来，要到西天取天去！1、直流电动机1821年9月法拉第进行水银杯转动实验，首次利用电流磁效应将电能转变为旋转运动的机械能。1822年巴洛制成巴洛星形轮电动机。1823年斯特金制成圆盘式直流电动机。1831年亨利引入“电动机”(electricmotor)这个名词，提出了制造电动机的设想，并预言电动机将有广泛应用前景。同年，亨利制成首台摆动式直流电动机。1832年斯特金制成首台带换向器的直流电动机1833年里奇发明旋转电磁针。同年他制成台旋转直流电动机。里奇电动机已具有现代旋转电动机的结构雏形。1834年达文波特制成一台直流电动机，并尝试用直流电动机作为原动机，驱动轮子前进，开电动机应用之先河。l837年达文波特的直流电动机发明获得美国专利(No．132)。这是人类历史上第一个电机专利。1839年雅可比进行电动轮船实验。这是人类历史上第一次电动机实际应用的大型试验，它打开了电动机应用的大门。2、直流发电机1831年法拉第发现电磁感应定律，并制成第一台圆盘式单极直流发电机。1832年皮克西制成永久磁铁手摇直流发电机，它是世界上首台报导制造的直流发电机。1845年惠斯通制成首台电磁铁励磁的直流发电机(以前用永久磁铁)。1852年～1856年英法联盟公司成立，并制成蒸汽机驱动的电磁式直流发电机，发电机首次进入工业、商业运用领域。3、直流发电机和直流电动机1838年楞次提出电机既可作发电机运行，又可作电动机运行的电机可逆原理。1860年巴辛诺特应用电机可逆原理，制成第一台既可作发电机运行，又可作电动机运行的直流电机。1851年辛斯特登提出用通电线圈代替永久磁铁，作为电机的励磁。1866年W．西门子提出直流电机利用电机剩磁进行自励的原理，并制成自励直流发电机(Dy．namo)。1873年方丹在维也纳世界博览会上用直流发电机发出的电使直流电动机运转，解决了困扰多年的直流电动机的电源问题(在此以前，直流电动机采用电池作为电源)，推动了直流电动机的应用。二、直流电机萌芽、发展时期(1821～1895)从1821年第一台直流电动机雏形诞生到I895年直流发电机在尼亚加拉瀑布Adams电站水轮发电机国际招标中败北，是直流电机萌芽发展时期。在此期间，1880年前后爱迪生和斯旺(J．W_Swan，1828～1914)(图8．1)独立发明的白炽灯，极大地推动了直流电的应用，刺激了直流发电机的发展。自此，直流电机一路高歌，独霸世界。但1895年直流发电机在尼亚加拉瀑布Adams电站投标的败北，迅速遏制了直流电机一路飙升的势头和直流电机称雄世界的局面。1821年～1895年期间，直流电机在理论方面日益完善，逐渐成熟；在结构方面不断改进，走向统一；在产品方面，由小到大，从实验室全面进入实际应用领域。爱迪生直流电机理论的发展1、在电路理论方面，1845年，德国科学家基尔霍夫(G．R．Kh'chhofO提出了著名的基尔霍夫电路定律。2、在直流电机基础理论探索方面，1838年，楞次阐明了电机的可逆性原理，使发电机的研究和电动机的研究殊途同归3、1866年～1867年初，瓦里(C．F．Varley)、惠斯通和W西门子先后发现直流电机自励原理，为直流电机的大型化和实用化奠定了基础；4、在直流电机换向理论方面，l9世纪末，E．阿诺尔德(E．Arnold)和拉姆(B．G．Iamine)等建立了古典换向理论总之，经过人们近半个世纪的不懈努力，到1890年代，直流电机理论已比较成熟，直流电机设计计算已从经验设计阶段过渡到可以进行理论分析计算的阶段。在电磁方面提出的著名的亥姆霍茨定律对直流电机的发展中做出了巨大的贡献。直流电机结构的改进1821年～1895年间是直流电机结构不断改进、逐渐统一定型的时期。初期，直流电机结构五花八门，与现今直流电机结构大相径庭，而且直流电动机和直流发电机各自独立发展，结构也不尽相同。1、电枢早期直流电机电枢多采用螺线管式线圈，输出功率小，电压波形不好，电机效率也较低。后来出现了各种各样的盘形电枢(图8．5～图8．7)。1866年，W．西门予(W．Siemens)发明梭形(H形)电枢(图8．8)，1867年，西门子一哈尔斯克公司即制成带梭形电枢的直流发电机(图8．9)。环形电枢最早是由巴辛诺特在l860年提出的(图8．10)，1880年代开始将成型线圈放入电枢铁心槽中(图8．17)或孔中，这种电枢一直沿用至今。磁极在直流电机萌芽期间，磁极最早采用永久磁铁，主要有直棒形和马蹄形两大类。1845年前后，人们开始用电磁铁代替永久磁铁作为直流电机的励磁。电磁铁的磁极铁心的形状五花八门。图8-2l收集、归纳出了l2种磁极铁心形状。a为铁壳型，磁通损失较小，当时用的较多；b为向上型，又称卡普(Kapp)型，简单，用得也较多；c为向下型，必须置于非磁性材料的底板上；d与“c”类似，但只有一个线圈；e为多极直流电机磁极铁心，图中为4极，推而广之，可以是6、8、10⋯⋯极，它是现今仍普遍采用的型式；f为曼彻斯特型，又称Westminster型，早期应用较多；g为简易型，又称C型；h为采用4个线圈的曼彻斯特型；i为采用1个线圈的铁壳型；J为曼彻斯特环形，早期在小型直流风扇电动机中广泛采用：k为早期格拉姆(Gramme)型；l为郎德尔(Lundel1)型，一个线圈，曾用于小型直流电机中。电刷早期直流电机换向器的电刷均为铜片电刷，这种电刷较硬，对换向器磨损大，而且摩擦损耗大，电刷的振动、火花等均比较严重。后来改进采用具有弹性的铜片电刷、铜丝电刷和铜网电刷。1888年，比利时发明家德波尔(c．J．vonDepoele，后移居美国，1846～1892)发明用碳材料制作电刷(碳刷)，早期产品在萌芽发展期，早期直流发电机均采用永久磁铁励磁，发电机功率很小。1850至1885年间，磁石发电机的功率逐渐增大。l856年～1857年，英法联盟商会在霍尔姆斯(F．H．Holmes)主持下设计制造了一台功率略小于1．5kW的直流发电机。1880年代至1890年代上半叶是直流发电机的黄金时代，仅在美国，1887年前，爱迪生就建设了121座直流发电厂。1886年，西门子．哈尔斯克公司研制成功100kW立式直流发电机。图8．33为西门子．哈尔斯克公司研制的直流发电机图8．34为帕森斯(Parsons)公司1891年制造的100kW直流汽轮发电机；图8．35为布拉什(Brush)公司1890年研制的直流发电机；图8．36为1890年瑞士Oedikon公司的直流发电机：图8．37为按J．霍普金斯和E．霍普金斯设计、制造的曼彻斯特式直流发电机；1870年代制造的格拉姆电动机，格拉姆电动机不久就用于工厂和矿山。直流电动机说到早期直流电动机的应用，不能不提到誉为“电气牵引之父”的美国科学家斯普拉克1884年～1886年间，斯普拉克完成了多项发明，主要有两项：一是发明了带固定电刷的恒速无火花直流电动机，解决了当时直流电动机在变负荷时转速不稳的问题；二是发明电能可以反馈回收的直流电动机驱动系统，它为直流电动机在电气机车、电梯上应用、制动减速时回收电能创造了条件，也推动了直流电动机在电气牵引、电梯等领域的应用。1887年～1888年前，斯普拉克将他的诸多发明成果应用于世界上第一条大规模无轨电车。三、平稳发展时期1880年代，直流电在美国交直流之战中败北，1895年直流发电机在尼亚加拉瀑布Adams电站5000马力水轮发电机国际竞标中的失利，两大事件重创了直流电机所向披靡的发展势头，结束了直流电机称霸世界的历史。面对人们对交流电认识的改变，面对交流电机的优点和交流电机发展咄咄逼人的势头，直流电机一方面收缩战场，逐渐退出了没有优势的领域。另一方面，攻克自身的薄弱环节，充分认识和发挥直流电机调节性能优越的优势。1、直流电机换向理论的发展3、通风冷却4、产品开发2、直流电机技术的发展直流电机技术的发展1920年代开始采用油改性漆、天然树脂和沥青漆等，绝缘等级进入A级。到1920年代后期，直流电机已普遍采用A级绝缘。1936年，开始出现B级的高聚合物绝缘材料。1949年，直流电机开始采用环氧树脂、聚酰胺和聚氨酯。1950年代后期，B级绝缘材料异军突起，迅速推广，1960年后直流电机已普遍采用B级绝缘材料。除绝缘材料外，这一时期铁心用电工钢片取得了重大进展。20世纪初，直流电机铁心几乎都采用热轧低碳软钢片或电磁铁片。早期热轧硅钢片含硅量低，一般为l％～2％。1930年前后开始生产含硅量较高(4％～4．5％)的硅钢片。1940年代，美国开始生产冷轧无取向硅钢片。由于冷轧硅钢片具有损耗低、厚度均匀、表面平整等优点1、绝缘材料的进展2、电工钢片的进展四、直流电动机图变发展阶段(1961～2010）直流电机为什么要图变？是哪些因素迫使它图变？面对交流电的咄咄逼视，直流电机的优势在哪里？电机史话