直流電機的發(fā)展史PPT課件.ppt

.,1,直流電機的發(fā)展史,.,2,我從哪里來，要到哪里去？,.,3,貧僧從東土大唐而來，要到西天取天去！,.,4,1、直流電動機1821年9月法拉第進行水銀杯轉(zhuǎn)動實驗，首次利用電流磁效應(yīng)將電能轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運動的機械能。1822年巴洛制成巴洛星形輪電動機。1823年斯特金制成圓盤式直流電動機。1831年亨利引入“電動機”(electricmotor)這個名詞，提出了制造電動機的設(shè)想，并預(yù)言電動機將有廣泛應(yīng)用前景。同年，亨利制成首臺擺動式直流電動機。1832年斯特金制成首臺帶換向器的直流電動機1833年里奇發(fā)明旋轉(zhuǎn)電磁針。同年他制成臺旋轉(zhuǎn)直流電動機。里奇電動機已具有現(xiàn)代旋轉(zhuǎn)電動機的結(jié)構(gòu)雛形。1834年達文波特制成一臺直流電動機，并嘗試用直流電動機作為原動機，驅(qū)動輪子前進，開電動機應(yīng)用之先河。l837年達文波特的直流電動機發(fā)明獲得美國專利(No132)。這是人類歷史上第一個電機專利。1839年雅可比進行電動輪船實驗。這是人類歷史上第一次電動機實際應(yīng)用的大型試驗，它打開了電動機應(yīng)用的大門。,.,5,2、直流發(fā)電機1831年法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律，并制成第一臺圓盤式單極直流發(fā)電機。1832年皮克西制成永久磁鐵手搖直流發(fā)電機，它是世界上首臺報導(dǎo)制造的直流發(fā)電機。1845年惠斯通制成首臺電磁鐵勵磁的直流發(fā)電機(以前用永久磁鐵)。1852年1856年英法聯(lián)盟公司成立，并制成蒸汽機驅(qū)動的電磁式直流發(fā)電機，發(fā)電機首次進入工業(yè)、商業(yè)運用領(lǐng)域。,.,6,3、直流發(fā)電機和直流電動機1838年楞次提出電機既可作發(fā)電機運行，又可作電動機運行的電機可逆原理。1860年巴辛諾特應(yīng)用電機可逆原理，制成第一臺既可作發(fā)電機運行，又可作電動機運行的直流電機。1851年辛斯特登提出用通電線圈代替永久磁鐵，作為電機的勵磁。1866年W西門子提出直流電機利用電機剩磁進行自勵的原理，并制成自勵直流發(fā)電機(Dynamo)。1873年方丹在維也納世界博覽會上用直流發(fā)電機發(fā)出的電使直流電動機運轉(zhuǎn)，解決了困擾多年的直流電動機的電源問題(在此以前，直流電動機采用電池作為電源)，推動了直流電動機的應(yīng)用。,.,7,二、直流電機萌芽、發(fā)展時期(18211895)從1821年第一臺直流電動機雛形誕生到I895年直流發(fā)電機在尼亞加拉瀑布Adams電站水輪發(fā)電機國際招標中敗北，是直流電機萌芽發(fā)展時期。在此期間，1880年前后愛迪生和斯旺(JW_Swan，18281914)(圖81)獨立發(fā)明的白熾燈，極大地推動了直流電的應(yīng)用，刺激了直流發(fā)電機的發(fā)展。自此，直流電機一路高歌，獨霸世界。但1895年直流發(fā)電機在尼亞加拉瀑布Adams電站投標的敗北，迅速遏制了直流電機一路飆升的勢頭和直流電機稱雄世界的局面。1821年1895年期間，直流電機在理論方面日益完善，逐漸成熟；在結(jié)構(gòu)方面不斷改進，走向統(tǒng)一；在產(chǎn)品方面，由小到大，從實驗室全面進入實際應(yīng)用領(lǐng)域。,.,8,愛迪生,.,9,直流電機理論的發(fā)展1、在電路理論方面，1845年，德國科學家基爾霍夫(GRKhchhofO提出了著名的基爾霍夫電路定律。,2、在直流電機基礎(chǔ)理論探索方面，1838年，楞次闡明了電機的可逆性原理，使發(fā)電機的研究和電動機的研究殊途同歸,3、1866年1867年初，瓦里(CFVarley)、惠斯通和W西門子先后發(fā)現(xiàn)直流電機自勵原理，為直流電機的大型化和實用化奠定了基礎(chǔ)；,4、在直流電機換向理論方面，l9世紀末，E阿諾爾德(EArnold)和拉姆(BGIamine)等建立了古典換向理論,總之，經(jīng)過人們近半個世紀的不懈努力，到1890年代，直流電機理論已比較成熟，直流電機設(shè)計計算已從經(jīng)驗設(shè)計階段過渡到可以進行理論分析計算的階段。,.,10,在電磁方面提出的著名的亥姆霍茨定律對直流電機的發(fā)展中做出了巨大的貢獻。,.,11,直流電機結(jié)構(gòu)的改進1821年1895年間是直流電機結(jié)構(gòu)不斷改進、逐漸統(tǒng)一定型的時期。初期，直流電機結(jié)構(gòu)五花八門，與現(xiàn)今直流電機結(jié)構(gòu)大相徑庭，而且直流電動機和直流發(fā)電機各自獨立發(fā)展，結(jié)構(gòu)也不盡相同。,.,12,1、電樞早期直流電機電樞多采用螺線管式線圈，輸出功率小，電壓波形不好，電機效率也較低。后來出現(xiàn)了各種各樣的盤形電樞(圖85圖87)。,.,13,1866年，W西門予(WSiemens)發(fā)明梭形(H形)電樞(圖88)，1867年，西門子一哈爾斯克公司即制成帶梭形電樞的直流發(fā)電機(圖89)。,.,14,環(huán)形電樞最早是由巴辛諾特在l860年提出的(圖810)，,1880年代開始將成型線圈放入電樞鐵心槽中(圖817)或孔中，這種電樞一直沿用至今。,.,15,磁極,在直流電機萌芽期間，磁極最早采用永久磁鐵，主要有直棒形和馬蹄形兩大類。1845年前后，人們開始用電磁鐵代替永久磁鐵作為直流電機的勵磁。電磁鐵的磁極鐵心的形狀五花八門。圖8-2l收集、歸納出了l2種磁極鐵心形狀。,a為鐵殼型，磁通損失較小，當時用的較多；b為向上型，又稱卡普(Kapp)型，簡單，用得也較多；c為向下型，必須置于非磁性材料的底板上；d與“c”類似，但只有一個線圈；e為多極直流電機磁極鐵心，圖中為4極，推而廣之，可以是6、8、10極，它是現(xiàn)今仍普遍采用的型式；f為曼徹斯特型，又稱Westminster型，早期應(yīng)用較多；g為簡易型，又稱C型；h為采用4個線圈的曼徹斯特型；i為采用1個線圈的鐵殼型；J為曼徹斯特環(huán)形，早期在小型直流風扇電動機中廣泛采用：k為早期格拉姆(Gramme)型；l為郎德爾(Lundel1)型，一個線圈，曾用于小型直流電機中。,.,16,電刷早期直流電機換向器的電刷均為銅片電刷，這種電刷較硬，對換向器磨損大，而且摩擦損耗大，電刷的振動、火花等均比較嚴重。后來改進采用具有彈性的銅片電刷、銅絲電刷和銅網(wǎng)電刷。1888年，比利時發(fā)明家德波爾(cJvonDepoele，后移居美國，18461892)發(fā)明用碳材料制作電刷(碳刷)，,.,17,早期產(chǎn)品,在萌芽發(fā)展期，早期直流發(fā)電機均采用永久磁鐵勵磁，發(fā)電機功率很小。1850至1885年間，磁石發(fā)電機的功率逐漸增大。l856年1857年，英法聯(lián)盟商會在霍爾姆斯(FHHolmes)主持下設(shè)計制造了一臺功率略小于15kW的直流發(fā)電機。,.,18,1880年代至1890年代上半葉是直流發(fā)電機的黃金時代，僅在美國，1887年前，愛迪生就建設(shè)了121座直流發(fā)電廠。,1886年，西門子哈爾斯克公司研制成功100kW立式直流發(fā)電機。圖833為西門子哈爾斯克公司研制的直流發(fā)電機,.,19,圖834為帕森斯(Parsons)公司1891年制造的100kW直流汽輪發(fā)電機；,圖835為布拉什(Brush)公司1890年研制的直流發(fā)電機；,.,20,圖836為1890年瑞士Oedikon公司的直流發(fā)電機：,圖837為按J霍普金斯和E霍普金斯設(shè)計、制造的曼徹斯特式直流發(fā)電機；,.,21,1870年代制造的格拉姆電動機，格拉姆電動機不久就用于工廠和礦山。,直流電動機,.,22,說到早期直流電動機的應(yīng)用，不能不提到譽為“電氣牽引之父”的美國科學家斯普拉克1884年1886年間，斯普拉克完成了多項發(fā)明，主要有兩項：一是發(fā)明了帶固定電刷的恒速無火花直流電動機，解決了當時直流電動機在變負荷時轉(zhuǎn)速不穩(wěn)的問題；二是發(fā)明電能可以反饋回收的直流電動機驅(qū)動系統(tǒng)，它為直流電動機在電氣機車、電梯上應(yīng)用、制動減速時回收電能創(chuàng)造了條件，也推動了直流電動機在電氣牽引、電梯等領(lǐng)域的應(yīng)用。1887年1888年前，斯普拉克將他的諸多發(fā)明成果應(yīng)用于世界上第一條大規(guī)模無軌電車。,.,23,三、平穩(wěn)發(fā)展時期,1880年代，直流電在美國交直流之戰(zhàn)中敗北，1895年直流發(fā)電機在尼亞加拉瀑布Adams電站5000馬力水輪發(fā)電機國際競標中的失利，兩大事件重創(chuàng)了直流電機所向披靡的發(fā)展勢頭，結(jié)束了直流電機稱霸世界的歷史。,面對人們對交流電認識的改變，面對交流電機的優(yōu)點和交流電機發(fā)展咄咄逼人的勢頭，直流電機一方面收縮戰(zhàn)場，逐漸退出了沒有優(yōu)勢的領(lǐng)域。另一方面，攻克自身的薄弱環(huán)節(jié)，充分認識和發(fā)揮直流電機調(diào)節(jié)性能優(yōu)越的優(yōu)勢。,.,24,1、直流電機換向理論的發(fā)展,3、通風冷卻,4、產(chǎn)品開發(fā),2、直流電機技術(shù)的發(fā)展,.,25,直流電機技術(shù)的發(fā)展,1920年代開始采用油改性漆、天然樹脂和瀝青漆等，絕緣等級進入A級。到1920年代后期，直流電機已普遍采用A級絕緣。1936年，開始出現(xiàn)B級的高聚合物絕緣材料。1949年，直流電機開始采用環(huán)氧樹脂、聚酰胺和聚氨酯。1950年代后期，B級絕緣材料異軍突起，迅速推廣，1960年后直流電機已普遍采用B級絕緣材料。,除絕緣材料外，這一時期鐵心用電工鋼片取得了重大進展。20世紀初，直流電機鐵心幾乎都采用熱軋低碳軟鋼片或電磁鐵片。早