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​直流电机理论的发展

2018-05-25 14:40:53 阅读()


        在电路理论方面,1845年,德国科学家基尔霍夫(G.R.Kirchhoff)提出了图8-1J.W.斯旺(J.W.Swan,著名的基尔霍夫电路定律。
        在电机电磁场的分析计算方面,1884年,坡印廷(J.H.Poynting)导出了电磁场中能量流动的定律一一坡印廷定律;19世纪后期,罗兰(H.A.Rowland,1848-1901)等人引入磁路概念,采用电路求解办法计算电机中的磁通和磁势。
        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;1840年前后,楞次和雅可比合著的《关于电磁体的定律》提出了计算电磁体的基本方法;1855年,傅科(J.B.L.Foucault)发现涡流现象;1892年,汤姆逊提出计算涡流发热的方法;1866-1867年初,瓦里兄弟、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莫定了基础础;1879年,E.霍普金森(E.Hopkinson)提出用电压压、电流曲线表征发电机的特征;1880年,弗罗里奇(O.Frohlich)导出了发电机中电压、电流的近似表达式;1891年,阿诺尔德(E.Arnold)建立了直流电机电枢绕组的理论。此外,伊文(J.A.Ewing)、马什卡多、哈根巴赫(Hagenbach)、买亚(J.R.Mayer)、亥姆霍茨、W.开尔文(W.Kelvin)、卡普(G.Kap)、埃松(W.B.Essn)、汤普森(S.P.Thompson)、莫迪(W.M.Mordey)和霍斯曼等都在直流电机理论探索方面作出了贡献。1884年,谢伦(H.Schellen)等的专著Magneto-Electric and Dynamo Electric Machines(《电磁式电机和自激式电机》)出版;1886年,汤普森的专著Dynamo-Electric Machinery(《直流发电机》)在美国正式出版。以后该书曾多次增补再版重印,迄今已有44个版本。



        在直流电机换向理论方面,19世纪末,阿诺尔德(E.Arnold)和拉姆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,到到19世纪90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。
        直流电机结构的改进
        1895年间是直流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。其后,电机可逆性原理的发现,使人们认识到发电机和电动机是可逆的,从而殊途同归,发电机和电动机的结构趋于相同。到19世纪末,直流电机的结构已基本定型,与现代直流电机的结构已很接近。
        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。
        1866年,W西门子发明梭形(H形)电枢(图8-8),1867年,西门子一哈尔斯克公司制成带梭形电枢的直流发电机。
环形电枢最早是由巴辛诺特(A.Pacinotti)在1860年提出的,但当时并不为人重视。1870年,格拉姆在直流发电机中首先采用环形电枢,以后批量生产采用环形电枢的直流发电机和直流电动机,使环形电枢在19世纪后期大行其道,逐渐取代了以前的螺线管式电枢、盘式电枢和梭形(H形)电枢。1876年,布拉希(C.F.Brush,1849-1929)发明盘形一环形电枢。
        磁极
        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。
        轴
        在萌芽发展期,轴的材料曾采用过熟铁、低碳钢,后多采用西门子公司马丁平炉钢和贝氏炉钢。早期的轴主要采用铁棒直接车削而成,19世纪后半叶,有的稍大的直流电机开始采用锻造轴。
        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.von Depoele,后移居美国,1846一1892)发明用碳材料制作电刷(碳刷),不久,各国在直(a)铜2流电刷中就普遍采用碳刷。

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