直流电机的发展史ppt课件

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《直流电机》PPT课件

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T
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26
3.减小调速的特点：
（1）调速平滑，可做到无级调速，但只能向上调，受机械本身强度所限，n不能太高。
（2）调的是励磁电流（该电流比电枢电流小得多），调节控制方便。
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27
二、改变电枢电压调速
1.特性曲线
nn0n 其中
n0
U
K
Φ
E
，n
KT
Ra
KEΦ2
5
电刷
FE
+
N IE
U
F
I
–
S
换向片
由右手定则，线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动势，感应电动势的方向与电流的方向相反。
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6
直流发电机
用右手定则判感应电动势Ea的方向
E
+ Ia N
E
电枢绕组
U
电阻Ra
–
S
感应电动势
输出电压
EKn E
UE IaRa
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7
二、直流电机的构成
产生磁通，称为励磁。
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9
根据励磁线圈和转子绕组的联接关系，励磁式的直流电机又可细分为：
他励电动机：励磁线圈与转子电枢的电源分开。
并励电动机：励磁线圈与转子电枢并联到同一电源上。
串励电动机：励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。
复励电动机：励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在同一电源上。
E
K
Φn
E
T K T ΦI a
他励
nKUEΦKTK RaEΦ2T
即： nn0 n
其中

直流电机幻灯片

电压平衡方程
电流关系
转矩平衡：T = T2+T0
直流电动机运行特性
• 机械特性
R=0
直流电动机的转速随负载而变。
空载或轻载起动或运行时，发生并励励磁绕组断路，磁通很小，而发生飞车。
直流电动机的机械特性与励磁方式有关
• 机械特性
固有机械特性：额定电压、额定磁通、R = 0
•改变直流电动机转向的方法
路用一逻辑信号的指令来改变电机各相绕组的导通顺序
第五章各节要点
各节要点：
第一节：基本结构（电刷、换向器的作用）；铭牌数
据；励磁方式。
第二节：原理（AC/DC转换）；电势、转矩计算；电
刷位置；换向。
第三节：空载特性；自励起压过程、条件；外特性
（各种励磁曲线）。
第四节：机械特性（各种励磁）；转矩特性；起动、
起动方法：在保持最大励磁电流情况下，1.电枢回路串电阻起动；2.降压起动。起动电流控制在1.5～2.0In。
注：1 .起动时，励磁磁场通常应该最大，才能减少起动电流，并增加起动转矩；2 .电枢绕组串联的起动电阻不能采用滑动变阻器，应采用分段切除的变阻器（∵大电流）。
3、无刷直流电动机
• 无刷电动机特点
• 无刷电动机的基本结构
一般由三部分组成：电动机本体、转子位置传感器和电子换向开关线路。
• 电动机本体
• 转子位置传感器——电磁式
5-19
• 转子位置传感器——光电式
5-20
• 转子位置传感器——磁敏式
5-22
• 无刷直流电动机基本原理
• 无刷直流电动机正反转控制方法
永磁式有刷直流电动机的反转运行是由改变电枢两端与电源的极性连接来实现的。由于无刷直流电机的电力电子元件导电具有单向性，不允许反接到电源上，因此不能简单的采用改变电源电压的极性实现电机反转，反转的实现可采用以下几种方法： 1、将每相绕组两端接头互换，变换绕组中电流方向 2、改变位置传感器的输出电压信号，采用正反转两套位置传感器 3、逻辑门选通法，即电机传感器设计上有专门的考虑，在控制电

《电机原理》直流电机PPT课件

绕组端部
图1-4 直流电机横剖面示意图
一、结构
1、定子
（1）主磁极作用：产生直流磁场。分类：永磁式、电磁式电磁式的构成： ①铁心，由1～1.5mm厚的钢板冲压而成。 ②励磁绕组，通入的是直流电。
（2）换向极作用：改善换向。1kW以上直流电机，几乎都安装换向极。组成：换向极铁心和换向极绕组。换向极绕组与电枢绕组串联。
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2
15 7 14 6 13
15
1
8
5
5
8
1 9
12
12 2 10 3 11 4
4
9
瞬时电路图
单波绕组的特点：
•同名磁极下各元件串联起来组成一条支路，支路对数a＝1，与磁极对数p无关。 •电刷在换向器表面上的位置对准主磁极中心线，支路电动势最大。 •电刷数量等于主磁极数（采用全额电刷）; •电枢电流 Ia＝2ia 。
二、直流电机的额定数据
1、额定容量PN：输出功率，单位kW。直流发电机：PN＝UN· IN
直流电动机：PN＝UN· IN ·
2、额定电压UN：额定状态下出线端电压，单位V 3、额定电流IN：额定状态下出线端电流，单位A 4、额定转速nN：额定状态下的电机转速，单位r/min 5、额定励磁电流
6、励磁方式
第一章直流电机
1-1 直流电机的结构与工作原理
一、结构 1、定子（1）主磁极：作用：产生直流磁场。分类：永磁、电磁电磁铁构成： ①铁心，由1～1.5mm厚的钢板叠压而成。 ②励磁绕组，励磁绕组中通入的是直流电。（2）换向极作用：改善换向。1kW以上直流电机，几乎都安装换向极。组成：换向极铁心和换向极绕组。换向极绕组与电枢绕组串联。

电机发展史

电机学发展史世界科技和生产力奥斯特发现电生磁（1820）-法拉第电磁回转实验（发明电动机模型）-法拉第发现电磁感应（发明发电机模型）—法拉第兼任企业顾问研制永磁电机—西门子发明激磁电机—格拉姆发明直流发电机和电动机—特斯拉发明交流电机和电动机—19世纪末美国电动机床出现—伏特汽车公司装配流水线一、直流电机的产生与形成皮克西:第一台永磁式直流发电机.西门子：自激式直流发电机.格拉姆：环形电枢直流发电机1820年丹麦物理学家奥斯特(Hans Christian Oersted，1777—1851）发现了电流磁效应：将导线的一端和伽伐尼电池正极连接，导线沿南北方向平行地放在小磁针上方，当导线另一端连接到负极时，磁针立即指向东西方向。

把玻璃板、木片、石块等非磁性物体插在导线和磁极之间,甚至把小磁针浸在盛水的铜盒子里，磁针照样偏转。

随后安培通过总结电流在磁场中所受机械力的情况建立了安培定律；1821 年9 月法拉第发现通电的导线能绕永久磁铁旋转以及磁体绕载流导体的运动，第一次实现了电磁运动向机械运动的转换，从而建立了电动机的实验室模型，被认为是世界上第一台电机，其原理如图1 所示，在一个盘子内注入水银，盘子中央固定一个永磁体，盘子上方悬挂一根导线，导线的一端可在水银中移动，另一端跟电池的一端连接在一起，电池的另一端跟盘子连在一起，构称导电回路，载流导线在磁场中受力运动。

1822年，法国的阿拉戈.盖。

吕萨克发明电磁铁，即用电流通过绕线的方法使其中铁块磁化。

1825年，斯特金(W.sturgeon）用16圈导线制成了第一块电磁铁.1829年,美国电学家亨利对斯特金电磁铁装置进行了一些革新,绝缘导线代替裸铜导线,因此不必担心被铜导线过分靠近而短路.由于导线有了绝缘层，就可以将它们一圈圈地紧紧地绕在一起，由于线圈越密集，产生的磁场就越强，这样就大大提高了把电能转化为磁能的能力。

到了１８３１年,亨利试制出了一块更新的电磁铁，虽然它的体积并不大，但它能吸起１吨重的铁块。

01第1章直流电机-课件

第1章直流电机
1.1 直流电机的基本工作原理和结构
1.1.2 直流电动机的工作原理
二、直流电动机工作原理
当电枢旋转到右图所示位置时原N极性下导体ab转到S极下，受力方向从左向右，原S 极下导体cd转到N极下，受力方向从右向左。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。线圈在该电磁力形成的电磁转矩作用下继续逆时针方向旋转。
在额定电压下，运行于
出线端的平均电压额定转速nN 额定功率时对应的电流
发电机：是指输出额定电压；
在额定电压、额定电流下，运
电动机：是指输入额定电压。行于额定功率时对应的转速
第1章直流电机
1.1 直流电机的基本工作原理和结构
1.1.3 直流电机的铭牌数据
额定励磁电流 I fN
励磁方式
对应于额定电压、额定电流、额定转速及额定功率时的励磁电流
指直流电机的励磁线圈与电枢线圈的连接方式
此外，电机铭牌上还标有其它数据，如励磁电压、出厂日期、出厂编号等。
电机运行时，所有物理量与额定值相同——电机运行于额定状态。电机的运行电流小于额定电流——欠载运行；运行电流大于额定电流——过载运行。长期欠载运行将造成电机浪费，而长期过载运行会缩短电机的使用寿命。电机最好运行于额定状态或额定状态附近，此时电机的运行效率、工作性能等比较好。
同直流发电机相同，实际的直流电动机的电枢并非单一线圈，磁极也并非一对。
第1章直流电机
1.1 直流电机的基本工作原理和结构
1.1.3 直流电机的铭牌数据
指轴上输出的机械功率
电动机
额定功率PN
额定条件下电机
发电机
指电刷间输出的额定电功率
所能提供的功率

直流电机的发展史PPT课件

.
7
爱迪生
.
8
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、1 866年～ 1 867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；
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。
.
4
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。
1 832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。
1 845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)。
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。
.
15
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．von Depoele，后移居美国，1846～ 1892)发明用碳材料制作电刷(碳刷)，
.
14
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。

直流电机的发展史

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。
a
15
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．von Depoele，后移居美国，1846～ 1892)发明用碳材料制作电刷(碳刷)，
a
6
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，1 880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Adam s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。
a
12
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)。
a
13
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。
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。

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（2）电枢电路铜损
PaCu Ra I 2a 0.04 2342 2190 W
励磁电路铜损
PfCu
Rf
I
2 f
27.5 42
440 W
总损失功率
空载损耗P功率 P1 P2 26190 22000 4190 W
P0 P1 PaCu 4190 2190 2000 W
2. 转子(电枢) 由铁心、绕组（线圈）、换向器组成。
电枢铁心：由硅钢片叠装而成。
电枢绕组：由结构、形状相同的线圈组成
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8.1.2 直流电机的分类
直流电机按照励磁方式可分为他励电动机、并
励电动机、串励电动机和复励电动机
1. 他励电动机
励磁绕组和电枢绕组分别由两个直流电源供电。 I
解：根据额定数据可得
(1)
当R=0.75
，T=TN时，n
UN
I N (Ra K EΦN
R)
n U N (Ra R)Ia
nN
U N Ra Ia
n 874r / min
220 (0.125 0.75) 115 n
220 0.125 115
1500
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(2) 电枢电压降低为U=150V (3) 磁通减弱为=0.8 的人为机械特性
第8章直流电动机
8.1 直流电机的构造 8.2 直流电机的基本工作原理 8.3 直流电动机的机械特性 8.4 并励电动机的起动与反转 8.5 并励(他励)电动机的调速 8.5 并励(他励)电动机的制动
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第8章直流电动机
本章要求

电机学PPT课件-直流电动机

3
机电一体化设计
结合机械、电子、信息等多学科知识，进行直流电动机的优化设计，实现高效、紧凑、可靠的设计目标。
THANKS
感谢观看
电动车与新能源汽车
随着电动车和新能源汽车的普及，直流电动机作为动力源将得到更广泛的应用。
智能家居与家电
直流电动机在智能家居和家电领域的应用将不断拓展，如智能吸尘器、电动窗帘等。
直流电动机的创新研究
1 2
新材料与新工艺
研究新型材料和制造工艺，提高直流电动机的性能和可靠性。
控制策略优化
研究先进的控制算法和策略，提高直流电动机的响应速度和稳定性。
电机学ppt课件-直流电动机
目录
• 直流电动机简介 • 直流电动机的特性 • 直流电动机的控制 • 直流电动机的常见故障与维护 • 直流电动机的发展趋势与展望
01
CATALOGUE
直流电动机简介
直流电动机的基本结构
定子
固定部分，包括主磁极和换向器。
转子
旋转部分，由导电的电枢绕组和铁芯组成。
换向器
大。
转矩与磁通关系
02
在一定范围内，转矩与磁通成正比。但当磁通增加到一定程度
时，转矩增加趋缓。
转矩与转速关系
03
在一定转速范围内，转矩与转速成反比。转速越高，转矩越小
。
直流电动机的机械特性
机械特性方程
直流电动机的机械特性方程表示了电动机的转速、转矩和电源电压之间的关系。
固有机械特性
固有机械特性是指在一定励磁电流和电枢电压下的机械特性。
当电机发生缺相故障时，自动切断电源，防止电机因缺相而损坏。
04
CATALOGUE

直流电机篇PPT课件

电机振动或噪声过大
常见问题诊断方法修复措施
电机振动或噪声过大可能是由于机械松动、转子不平衡、轴承损坏等原因所致。
诊断电机振动或噪声过大的方法包括观察法、听觉法、触摸法等，通过这些方法可以初步判断故障原因。
针对不同的故障原因，采取相应的修复措施，如紧固松动部位、重新平衡转子或更换轴承等，以消除振动或噪声。
05
直流电机常见故障与维护
电刷与换向器磨损
正常磨损磨损原因维护建议
电刷和换向器在电机运行过程中会发生正常磨损，这是由于电流通过电刷与换向器接触产生摩擦所致。
电刷与换向器的磨损主要与电流大小、电刷压力、换向器表面粗糙度以及电机运行环境有关。
为减缓电刷与换向器的磨损，应定期检查电刷和换向器的磨损情况，保持适当的电刷压力和换向器表面粗糙度，并确保电机运行环境良好。
铁芯通常由硅钢片叠压而成，以减小磁阻和减少能量损失。
转子
转子是直流电机的旋转部分，通常由铁芯和绕组组成。
铁芯同样由硅钢片叠压而成，以减小磁阻和减少能量损失。
绕组则通常由绝缘导线绕制而成，以产生磁场。
换向器
换向器是直流电机的重要部件之一，主要作用是将电刷上的直流电流转换为绕组上的交流电流，以实现电流方向的改变。
电机过热或冒烟
01
严重故障
02
电机过热可能是由于负载过大、通风不良、轴承损坏等原因所致，冒烟则可能是由于电机内部短路或严重过载引起。
03
预防措施
04
为预防电机过热或冒烟，应定期检查电机运行状况，确保通风良好，避免超载运行，并定期更换轴承等易损件。
05
处理方法
06
一旦发现电机过热或冒烟，应立即停机检查，找出故障原因并排除，同时对电机进行全面检修和保养。

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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
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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，1 880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Adam s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。
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。
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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)。
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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。
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爱迪生
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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、1 866年～ 1 867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；
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
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)。
1 873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。
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。
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．I amine)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。
直流电机的发展史
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我从哪里来，要到哪里去？
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贫僧从东土大唐而来，要到西天取天去！
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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。
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。
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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。
1 832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。
1 845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)。
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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)。
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。
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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．von Depoele，后移居美国，1846～ 1892)发明用碳材料制作电刷(碳刷)，