(最新整理)直流電機(jī)原理

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2、電機(jī)的基本工作原理 1.1。1 直流發(fā)電機(jī)的工作原理直流發(fā)電機(jī)的工作原理就是把電樞線圈中感應(yīng)的交變電動(dòng)勢(shì)，靠換向器配合電刷的換向作用,使之從電刷端引出時(shí)變?yōu)橹绷麟妱?dòng)勢(shì)的原理。圖1.1是一臺(tái)交流發(fā)電機(jī)的原理模型。圖中， 、 為一對(duì)固定的磁極(一般是電磁鐵,也可以是永久磁鐵）， 是裝在可以轉(zhuǎn)動(dòng)的圓柱體表面上的一個(gè)線圈，把線圈的兩端分別接到兩個(gè)圓環(huán)（稱為滑環(huán)）上（以后把這個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的裝有線圈的圓柱體稱為電樞）。在滑環(huán)上分別放上兩個(gè)固定不動(dòng)的由石墨制成的電刷 和 。通過(guò)電刷 和 把旋轉(zhuǎn)著的電路與外部電路相聯(lián)接。圖1。1 交流發(fā)電機(jī)原理模型1磁極；2電樞；3滑環(huán)；4電刷當(dāng)原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電樞以恒速 逆時(shí)針?lè)较?/p>

3、轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)定律可知，在先圈邊（即導(dǎo)體） 和 中有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 的大小用式（1.1)確定。 （1。1）式中 導(dǎo)體所在處的磁密（ )； -導(dǎo)體 或 的長(zhǎng)度( ）； 導(dǎo)體 或 與 之間的相對(duì)線速度（ ）。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向按右手定則確定。在圖2。1所示瞬間，導(dǎo)體 、 的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向分別由 指向 和由 指向 。這時(shí)電刷 呈高電位，電刷 呈低電位。當(dāng)圖1。1中電樞逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)180時(shí),導(dǎo)體 與 互換了位置，用右手定則判斷,此時(shí)導(dǎo)體 、 中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向都與圖1。1所示瞬間的相反。這時(shí)電刷a呈低電位，電刷b呈高電位。如果電樞繼續(xù)逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)180，導(dǎo)體 、 又轉(zhuǎn)到圖1.1所示

4、位置，則電刷 又呈高電位，電刷 呈低電位.由此可見(jiàn)，圖1.1中電樞每轉(zhuǎn)一周，線圈 中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向交變一次，因此線圈內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是一種交變電動(dòng)勢(shì),這是最簡(jiǎn)單的交流發(fā)電機(jī)的原理.如果想要得到直流電動(dòng)勢(shì)，那么必須把上述線圈 感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行整流，實(shí)現(xiàn)整流的裝置稱之為換向器。圖2。2是直流發(fā)電機(jī)的原理模型，它由兩個(gè)銅質(zhì)換向片代替圖1.1中的兩個(gè)滑環(huán)。換向片之間用絕緣材料隔開(kāi)，線圈 出線端分別與兩個(gè)換向片相連，電刷 、 與換向片相接觸并固定不動(dòng),這就是最簡(jiǎn)單的換向器。有了換向器，在電刷 、 之間感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就和圖1.1中電刷 、 間的電動(dòng)勢(shì)大不一樣了。例如，在圖2.2所示瞬間，線圈 中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向

5、如圖中所示，這時(shí)電刷 呈正極性，電刷 呈負(fù)極性.當(dāng)線圈逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)180時(shí)，這時(shí)導(dǎo)體 位于 極下,導(dǎo)體 位于 極下，各導(dǎo)體中電動(dòng)勢(shì)都分別改變了方向。但是,由于換向片隨著線圈一同旋轉(zhuǎn),本來(lái)與電刷 相接觸的那個(gè)換向片，現(xiàn)在卻與電刷 接觸了；與電刷 相接觸的換向片與電刷 接觸了,顯然這時(shí)電刷 仍呈正極性,電刷 呈負(fù)極性。從圖1。2看出，和電刷 接觸的導(dǎo)體永遠(yuǎn)位于 極下，同樣，和電刷 接觸的導(dǎo)體永遠(yuǎn)位于 極下。因此電刷 始終有正極性，電刷 始終有負(fù)極性,所以電刷端能引出方向不變的但大小變化的脈振電動(dòng)勢(shì).如果電樞上線圈數(shù)增多,并按照一定的規(guī)律把它們連接起來(lái)，可使脈振程度減小，就可獲得直流電動(dòng)勢(shì)。這就是

6、直流發(fā)電機(jī)的工作原理。同時(shí)也說(shuō)明了直流發(fā)電機(jī)實(shí)質(zhì)上是帶有換向器的交流發(fā)電機(jī).圖1.2 直流發(fā)電機(jī)的原理模型 圖1。3 直流電動(dòng)機(jī)的原理模型1-磁極;2電樞;3換向器；4電刷 1磁極；2電樞；3換向器;4-電刷 1。1.2 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理圖1。3所示為直流電動(dòng)機(jī)的原理模型,與圖1.2不同的是:線圈不被原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)；電刷 、 接上直流電源。于是在線圈 中有電流流過(guò)，電流的方向如圖1。3所示.根據(jù)電磁力定律可知，載流導(dǎo)體 、 上受到的電磁力 為 （1.2）式中 -導(dǎo)體所在處的氣隙磁密（wb/m2）； -導(dǎo)體 或 的長(zhǎng)度（m）； -導(dǎo)體中的電流（a）。導(dǎo)體受力的方向用左手定則確定,導(dǎo)體 的受力方向

7、是從右向左,導(dǎo)體 的受力方向是從左向右,如圖1。3所示。這一對(duì)電磁力形成了作用于電樞一個(gè)力矩,這個(gè)力矩在旋轉(zhuǎn)電機(jī)里稱為電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的方向是逆時(shí)針?lè)较颍髨D使電樞逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。如果此電磁轉(zhuǎn)矩能夠克服電樞上的阻轉(zhuǎn)矩(例如由摩擦引起的阻轉(zhuǎn)矩以及其它負(fù)載轉(zhuǎn)矩），電樞就能按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)起來(lái)。當(dāng)電樞轉(zhuǎn)了180后，導(dǎo)體 轉(zhuǎn)到 極下，導(dǎo)體 轉(zhuǎn)到 極下時(shí)，由于直流電源供給的電流方向不變，仍從電刷 流入,經(jīng)導(dǎo)體 、 后，從電刷b流出。這時(shí)導(dǎo)體 受力方向變?yōu)閺挠蚁蜃?，?dǎo)體 受力方向是從左向右，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向仍為逆時(shí)針?lè)较?因此，電樞一經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng),由于換向器配合電刷對(duì)電流的換向作用，直流電流交替地由導(dǎo)體 和

8、流入，使線圈邊只要處于 極下，其中通過(guò)電流的方向總是由電刷 流入的方向,而在 極下時(shí)，總是從電刷 流出的方向.這就保證了每個(gè)極下線圈邊中的電流始終是一個(gè)方向，從而形成一種方向不變的轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)能連續(xù)地旋轉(zhuǎn)。這就是直流電動(dòng)機(jī)的工作原理。從上述基本電磁情況來(lái)看,一臺(tái)直流電機(jī)原則上既可以作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，也可以作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，只是其輸入輸出的條件不同而已。如用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)直流電機(jī)的電樞，將機(jī)械能從電機(jī)軸上輸入，而電刷上不加直流電壓，則從電刷端可以引出直流電動(dòng)勢(shì)作為直流電源,可輸出電能，電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能而成為發(fā)電機(jī);如在電刷上加直流電壓，將電能輸入電樞,則從電機(jī)軸上輸出機(jī)械能,拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械,將電能

9、轉(zhuǎn)換成機(jī)械能而成為電動(dòng)機(jī)。這種同一臺(tái)電機(jī),既能作發(fā)電機(jī)又能作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的原理，在電機(jī)學(xué)理論中稱為電機(jī)的可逆原理.1.2 直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及用途1.2.1 主要結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的工作原理僅僅揭示了如何利用基本電磁規(guī)律以實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的道理，但是要將其付諸應(yīng)用，直流電機(jī)必須具有能滿足電磁和機(jī)械兩方面要求的合理的結(jié)構(gòu)型式.直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)型式是多種多樣的，圖1.4是一臺(tái)常用的小型直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)剖面圖。直流電機(jī)是由靜止的定子部分和轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子部分構(gòu)成的,定、轉(zhuǎn)子之間有一定大小的間隙(以后稱為氣隙)?，F(xiàn)對(duì)各主要結(jié)構(gòu)部件的基本結(jié)構(gòu)及其作用簡(jiǎn)述如下。圖1。4電流電機(jī)的結(jié)構(gòu)剖面圖1-換向器；2-電刷裝置;3機(jī)座；

10、4主磁極；5換向極;6端蓋；7風(fēng)扇;8-電樞繞組；9-電樞鐵心 1定子部分直流電機(jī)定子部分主要由主磁極、換向極、機(jī)座和電刷裝置等組成。（1）主磁極 又稱主極。在一般大中型直流電機(jī)中，主磁極是一種電磁鐵。只有個(gè)別類型的小型直流電機(jī)的主磁極才用永久磁鐵，這種電機(jī)叫永磁直流電機(jī).主磁極的作用是能夠在電樞表面外的氣隙空間里產(chǎn)生一定形狀分布的氣隙磁密。圖2.5是主磁極的裝配圖。主磁極的鐵心用11.5mm厚的低碳鋼板沖片疊壓緊固而成。把事先繞制好的勵(lì)磁繞組套在主極鐵心外面，整個(gè)主磁極再用螺釘固定在機(jī)座的內(nèi)表面上。各主磁極上的勵(lì)磁繞組聯(lián)接必須使通過(guò)勵(lì)磁電流時(shí)，相鄰磁極的極性呈 極和 極交替的排列，為了讓氣隙

11、磁密沿電樞圓周方向的氣隙空間里分布得更加合理一些，鐵心下部（稱為極靴）比套繞組的部分（稱為極身）寬。這樣也可使勵(lì)磁繞組牢固地套在鐵心上。圖1。5 直流電機(jī)的主磁極1主極鐵心；2勵(lì)磁繞組；3-機(jī)座;4電樞（2）換向極 容量在1kw以上的直流電機(jī)，在相鄰兩主磁極之間要裝上換向極.換向極又稱附加極或間極,其作用為了改善直流電機(jī)的換向,至于如何改善換向的，將在后面1。5節(jié)中介紹.換向極的形狀比主磁極簡(jiǎn)單,也是由鐵心和繞組構(gòu)成。鐵心一般用整塊鋼或鋼板加工而成。換向極繞組與電樞繞組串聯(lián).（3）機(jī)座 一般直流電機(jī)都用整體機(jī)座。所謂整體機(jī)座,就是一個(gè)機(jī)座同時(shí)起兩方面的作用：一方面起導(dǎo)磁的作用，一方面起機(jī)械支撐

12、的作用。由于機(jī)座要起導(dǎo)磁的作用，所以它是主磁路的一部分，叫定子磁軛，一般多用導(dǎo)磁效果較好的鑄鋼制成，小型直流電機(jī)也有用厚鋼板的。主磁極、換向極和端蓋都固定在電機(jī)的機(jī)座上，所以機(jī)座又起了機(jī)械支撐的作用.（4）電刷裝置 電刷裝置是把直流電壓、直流電流引入或引出的裝置。電刷放在電刷盒里,用彈簧壓緊在換向器上，電刷上有個(gè)銅絲辮，可以引出、引入電流.直流電機(jī)里，常常把若干個(gè)電刷盒裝在同一個(gè)絕緣的刷桿上,在電路連接上，把同一個(gè)絕緣刷桿上的電刷盒并聯(lián)起來(lái)，成為一組電刷。一般直流電機(jī)中，電刷組的數(shù)目可以用電刷桿數(shù)表示，刷桿數(shù)與電機(jī)的主磁極數(shù)相等.各電刷桿在換向器外表面上沿圓周方向均勻分布，正常運(yùn)行時(shí)，電刷桿相

13、對(duì)于換向器表面有一個(gè)正確的位置，如果電刷桿的位置放得不合理，將直接影響電機(jī)的性能。電刷桿裝在端蓋或軸承內(nèi)蓋上，調(diào)整位置后,將它固定。2轉(zhuǎn)子部分直流電機(jī)轉(zhuǎn)子部分主要由電樞鐵心和電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇等組成。圖1。6為直流電機(jī)電樞裝配示意圖。圖1。6 直流電機(jī)的電樞1轉(zhuǎn)軸；2軸承；3換向器；4電樞鐵心；5電樞繞組；6風(fēng)扇；7軸承 （1）電樞鐵心 電樞鐵心作用有二，一個(gè)是作為主磁路的主要部分；另一個(gè)是嵌放電樞繞組。由于電樞鐵心和主磁場(chǎng)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，會(huì)在鐵心中引起渦流損耗和磁滯損耗（這兩部分損耗合在一起稱為鐵心損耗,簡(jiǎn)稱鐵耗)，為了減少鐵耗，通常用0.5mm厚的涂有絕緣漆的硅鋼片的沖片疊壓而成

14、，固定在轉(zhuǎn)軸上。電樞鐵心沿圓周上有均勻分布的槽，里面可嵌入電樞繞組。（2）電樞繞組 電樞繞組是由許多按一定規(guī)律排列和聯(lián)接的線圈組成，它是直流電機(jī)的主要電路部分，是通過(guò)電流和感應(yīng)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)以實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵性部件.線圈用包有絕緣的圓形和矩形截面導(dǎo)線繞制而成，線圈亦稱為元件，每個(gè)元件有兩個(gè)出線端。電樞線圈嵌放在電樞鐵心的槽中，每個(gè)元件的兩個(gè)出線端以一定規(guī)律與換向器的換向片相連，構(gòu)成電樞繞組.（3）換向器 換向器也是直流電機(jī)的重要部件.在直流發(fā)電機(jī)中，它的作用是將繞組內(nèi)的交變電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為電刷端上的直流電動(dòng)勢(shì)；在直流電動(dòng)機(jī)中,它將電刷上所通過(guò)的直流電流轉(zhuǎn)換為繞組內(nèi)的交變電流。換向器安裝在轉(zhuǎn)軸上,

15、主要由許多換向片組成，片與片之間用云母絕緣，換向片數(shù)與元件數(shù)相等。1。2.2 直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)每臺(tái)直流電機(jī)的機(jī)座外表面上都釘有一塊所謂銘牌，上面標(biāo)注著一些叫做額定值的銘牌數(shù)據(jù)，它是正確選擇和合理使用電機(jī)的依據(jù).根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),直流電機(jī)的額定值有:(1）額定功率 ；（2）額定電壓 ；（3）額定電流 ;（4)額定轉(zhuǎn)速 ;（5)勵(lì)磁方式和額定勵(lì)磁電流 。有些物理量雖然不標(biāo)在銘牌上,但它們也是額定值，例如在額定運(yùn)行狀態(tài)的轉(zhuǎn)矩、效率分別稱為額定轉(zhuǎn)矩、額定效率等。關(guān)于額定功率，對(duì)直流發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，是指電機(jī)出線端輸出的電功率;對(duì)直流電動(dòng)機(jī)而言，則是指它的轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率。因此，直流發(fā)電機(jī)的額定功率應(yīng)為 （

16、1。3）而直流電動(dòng)機(jī)的額定功率為 （1。4)式中， 為直流電動(dòng)機(jī)的額定效率，它是直流電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)輸出機(jī)械功率與電源輸入電功率之比。電動(dòng)機(jī)軸上輸出的額定轉(zhuǎn)矩用 表示，其大小應(yīng)該是輸出的機(jī)械功率額定值除以轉(zhuǎn)子角速度的額定值，即 (1.5）式中， 的單位為 ， 的單位為 ， 的單位為 。此式不僅適用于直流電動(dòng)機(jī),也適用于交流電動(dòng)機(jī).直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)，若各個(gè)物理量都與它的額定值一樣，就稱為額定運(yùn)行狀態(tài)或額定工況。在額定狀態(tài)下，電機(jī)能可靠地工作,并具有良好的性能。但實(shí)際應(yīng)用中，電機(jī)不總是運(yùn)行在額定狀態(tài)。如果流過(guò)電機(jī)的電流小于額定電流，稱為欠載運(yùn)行；超過(guò)額定電流，稱為過(guò)載運(yùn)行.長(zhǎng)期過(guò)載或欠載運(yùn)行都不好。

17、長(zhǎng)期過(guò)載有可能因過(guò)熱而損壞電機(jī)；長(zhǎng)期欠載,電機(jī)沒(méi)有得到充分利用,效率降低,不經(jīng)濟(jì)。為此選擇電機(jī)時(shí)，應(yīng)根據(jù)負(fù)載的要求,盡量讓電機(jī)工作在額定狀態(tài)。1.2。3 直流電機(jī)的用途和分類把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔艿碾姍C(jī)是直流發(fā)電機(jī)；把直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的電機(jī)稱為直流電動(dòng)機(jī).直流電動(dòng)機(jī)多用于對(duì)調(diào)速要求較高的生產(chǎn)機(jī)械上，如軋鋼機(jī)、電力牽引、挖掘機(jī)械、紡織機(jī)械等等，這是因?yàn)橹绷麟妱?dòng)機(jī)具有以下突出的優(yōu)點(diǎn): （1）調(diào)速范圍廣,易于平滑調(diào)速； （2）起動(dòng)、制動(dòng)和過(guò)載轉(zhuǎn)矩大； (3）易于控制，可靠性較高。直流發(fā)電機(jī)可用來(lái)作為直流電動(dòng)機(jī)以及同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁直流電源以及化學(xué)工業(yè)中的電鍍、電解等設(shè)備的直流電源。與交流電機(jī)相比，

18、直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，消耗較多的有色金屬，維修比較麻煩.隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,由晶閘管整流元件組成的直流電源設(shè)備將逐步取代直流發(fā)電機(jī)。但直流電動(dòng)機(jī)由于其性能優(yōu)越，在電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中仍占有很重要的地位。利用晶閘管整流電源配合直流電動(dòng)機(jī)而組成的調(diào)速系統(tǒng)仍在迅速地發(fā)展。國(guó)產(chǎn)的直流電機(jī)種類很多,下面列出一些常見(jiàn)的產(chǎn)品系列。z2系列是一般用途的中、小型直流電機(jī),包括發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)。z和zf系列是一般用途的大、中型直流電機(jī)系列。z是直流電動(dòng)機(jī)系列；zf是直流發(fā)電機(jī)系列。zzj系列是專供起重冶金工業(yè)用的專用直流電動(dòng)機(jī)。zt系列是用于恒功率且調(diào)速范圍比較大的拖動(dòng)系統(tǒng)里的廣調(diào)速直流電動(dòng)機(jī)。zq系列是電力機(jī)

19、車、工礦電機(jī)車和蓄電池供電電車用的直流牽引電動(dòng)機(jī).zh系列是船舶上各種輔助機(jī)械用的船用直流電動(dòng)機(jī).zu系列是用于龍門刨床的直流電動(dòng)機(jī)。za系列是用于礦井和有易爆氣體場(chǎng)所的防爆安全型直流電動(dòng)機(jī).zkj系列是冶金、礦山挖掘機(jī)用的直流電動(dòng)機(jī)。1.3 直流電機(jī)的電樞繞組電樞繞組是直流電機(jī)的一個(gè)重要部分，電機(jī)中機(jī)電能量的轉(zhuǎn)換就是通過(guò)電樞繞組而實(shí)現(xiàn)的，所以直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子也稱為電樞。電樞繞組是由許多個(gè)形狀完全一樣的單匝元件（當(dāng)然也可以是多匝元件）以一定規(guī)律排列和聯(lián)接起來(lái)的，用 表示元件數(shù)。所謂單匝元件，就是每個(gè)元件的元件邊（一個(gè)元件有兩個(gè)元件邊）里僅有一根導(dǎo)體，對(duì)多匝元件來(lái)說(shuō)，一個(gè)元件邊里就不止一根導(dǎo)體了.

20、若用 代表元件的匝數(shù),則多匝元件的元件邊里就有 根導(dǎo)體。圖1。7(a）就是一個(gè)多匝元件， =3.不管一個(gè)元件有多少匝，其出線端只有兩根，一根叫首端,另一根叫末端。同一個(gè)元件的首端和末端分別接到不同的換向片上，而各個(gè)元件之間又是通過(guò)換向片彼此聯(lián)接起來(lái)的。這樣就必須在同一個(gè)換向片上，既聯(lián)有一個(gè)元件的首端，又聯(lián)有另一元件的末端。若用 表示換向片數(shù)，則整個(gè)電樞繞組的元件數(shù)應(yīng)等于換向片數(shù)，即 .圖1.7 電樞繞組的元件及在槽內(nèi)的放置情況a)元件；b）元件在槽內(nèi)的放置；c）實(shí)槽與虛槽1元件邊;2首端；3末端；4有效部分；5端接部分；6-元件邊元件在電樞槽中的放置情況如圖1。7（b）所示.從圖中可以看出,同

21、一個(gè)元件的一個(gè)元件邊放在某一個(gè)槽的上層，它的另一個(gè)元件邊就放在另一個(gè)槽的下層，所以直流電機(jī)繞組一般都是雙層繞組。由于一個(gè)槽里能嵌放兩個(gè)元件邊，而一個(gè)元件又正好有兩個(gè)元件邊，所以電樞上的槽數(shù)應(yīng)該等于元件數(shù)。元件嵌放在槽內(nèi)的部分能切割磁通,感應(yīng)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，稱為有效部分，而元件在槽外的部分不切割磁通，不會(huì)感應(yīng)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，僅作聯(lián)接引線,稱為端接部分，如圖1。7（b）中所示。為了改善電機(jī)性能，往往需要采用較多的元件來(lái)構(gòu)成電樞繞組,由于工藝和其它方面的原因,電樞鐵心開(kāi)的槽數(shù)不能太多,這樣就只能在每個(gè)槽的上、下層各放置若干個(gè)元件邊，為了確切地說(shuō)明每個(gè)元件邊所處的具體位置，引入“虛槽”的概念.設(shè)槽內(nèi)每層有 個(gè)

22、元件邊，則把每個(gè)實(shí)際槽看作包含有 個(gè)“虛槽”，每個(gè)虛槽的上、下層各有一個(gè)元件邊，圖1.7（c）表示 =3時(shí)，元件邊的布置情況。若用q代表總實(shí)槽數(shù), 代表總虛槽數(shù)，則 (1。6）直流電機(jī)電樞繞組最基本的型式有兩種:一種叫單疊繞組,另一種叫單波繞組。下面分別說(shuō)明它們的聯(lián)接規(guī)律，以便進(jìn)一步理解直流電機(jī)電樞電路的組成情況。 1.3.1 單疊繞組 1繞組節(jié)距所謂節(jié)距，是指被聯(lián)接起來(lái)的兩個(gè)元件邊或換向片之間的距離,以所跨過(guò)的元件邊數(shù)或虛槽數(shù)或換向片數(shù)來(lái)表示，如圖1。8所示。元件的上層邊用實(shí)線表示,下層邊用虛線表示. （1）第一節(jié)距 一個(gè)元件的兩個(gè)元件邊在電樞表面所跨的距離（即跨距）是 ，用所跨虛槽數(shù)表示。

23、選擇 的依據(jù)是盡量讓元件里感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為最大，即 應(yīng)等于或接近于一個(gè)極距 (每個(gè)主磁極在電樞圓周上所分得的弧長(zhǎng))。 （1.7）式中 -電樞外徑； 主磁極對(duì)數(shù)。若極距用虛槽數(shù)表示，則 （1。8） 由于 不一定能被極數(shù) 整除,而 又必須為整數(shù)，所以應(yīng)使 （1。9）式中 -小于1的分?jǐn)?shù)。若 =0， 稱為整距繞組; ， 稱為長(zhǎng)距繞組； 稱為短距繞組。圖1.8 單疊繞組的節(jié)距（2）合成節(jié)距 和換向器節(jié)距 元件1和它相聯(lián)的元件2對(duì)應(yīng)邊之間的跨距是 ，用虛槽數(shù)表示。每個(gè)元件首、末端所聯(lián)兩個(gè)換向片之間的跨距是 ,用換向片數(shù)表示。對(duì)單疊繞組 。當(dāng)把每一個(gè)元件聯(lián)成繞組時(shí)，聯(lián)接的順序是從左向右進(jìn)行，稱為右行繞組.圖1

24、。8所示就是這種繞組。 （3)第二節(jié)距 是聯(lián)至同一個(gè)換向片的兩個(gè)元件邊之間的距離，或者說(shuō),是元件1的下層元件邊在換向器端經(jīng)過(guò)換向片聯(lián)到元件2的上層元件之間的跨距.對(duì)單疊繞組有 （1。10)2單疊繞組的聯(lián)接方法和特點(diǎn)下面通過(guò)一個(gè)實(shí)例來(lái)說(shuō)明.設(shè)一臺(tái)直流發(fā)電機(jī) ， 聯(lián)接成單疊右行繞組。（1）計(jì)算各節(jié)距第一節(jié)距 合成節(jié)距 和換向器節(jié)距 第二節(jié)距 (2）繪制繞組展開(kāi)圖 如圖1。9所示。所謂繞組展開(kāi)圖是假想將電樞及換向器沿某一齒（圖1.9中為第16槽與第1槽間的1個(gè)齒）的中間切開(kāi)，并展開(kāi)成平面的聯(lián)接圖。作圖步驟如下。第一步,先畫16根等長(zhǎng)等距的實(shí)線，代表各槽上層元件邊，再畫16根等長(zhǎng)等距的虛線，代表各槽下

25、層元件邊。讓虛線與實(shí)線靠近一些。實(shí)際上一根實(shí)線和一根虛線代表一個(gè)槽（指虛槽)，依次把槽編上號(hào)碼。圖1.9 單疊繞組展開(kāi)圖第二步，放置主磁極.讓每個(gè)磁極的寬度大約等于0.7 ,4個(gè)磁極均勻放置在電樞槽之上，并標(biāo)上 、 極性。假定 極的磁力線進(jìn)入紙面， 極的磁力線從紙面穿出。第三步,畫16個(gè)小方塊代表?yè)Q向片，并標(biāo)上號(hào)碼，為了作圖方便，使換向片寬度等于槽與槽之間的距離。為了能聯(lián)出形狀對(duì)稱的元件,換向片的編號(hào)應(yīng)與槽的編號(hào)有一定對(duì)應(yīng)關(guān)系（由第一節(jié)距 來(lái)考慮)。第四步,聯(lián)繞組。為了便于聯(lián)接，將元件、槽和換向片按順序編號(hào).編號(hào)時(shí)把元件號(hào)碼、元件上層邊所在槽的號(hào)碼以及元件上層邊相聯(lián)接的換向片號(hào)碼編得一樣，即1

26、號(hào)元件的上層邊放在1號(hào)槽內(nèi)并與1號(hào)換向片相聯(lián)接。這樣當(dāng)1號(hào)元件的上層邊放在1號(hào)槽（實(shí)線）并與1號(hào)換向片相聯(lián)后，因?yàn)?=4,則1號(hào)元件的下層邊應(yīng)放在第5號(hào)槽（ ）的下層（虛線）；因 ，所以1號(hào)元件的末端應(yīng)聯(lián)接在2號(hào)換向片上（ ）。一般應(yīng)使元件左右對(duì)稱,這樣1號(hào)換向片與2號(hào)換向片的分界線正好與元件的中心線相重合。然后將2號(hào)元件的上層邊放入2號(hào)槽的上層（ )，下層邊放在6號(hào)槽的下層( ），2號(hào)元件的上層邊聯(lián)在2號(hào)換向片上,下層邊聯(lián)在3號(hào)換向片上。按此規(guī)律排列與聯(lián)接下去,一直把16個(gè)元件都聯(lián)起來(lái)為止。校核第2節(jié)距:第1元件放在第5槽的下層邊與放在第2槽第2元件的上層邊,它們之間滿足 的關(guān)系。其他元件也

27、如此。第五步，確定每個(gè)元件邊里導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向。圖2。9中，所考慮的是發(fā)電機(jī)，箭頭表示電樞旋轉(zhuǎn)方向，即自右向左運(yùn)動(dòng),根據(jù)右手定則就可判定各元件邊的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向，即在 極下的導(dǎo)體電動(dòng)勢(shì)是向下，在 極下是向上的.在圖示這一瞬間，1、5、9、13四個(gè)元件正好位于兩個(gè)主磁極的中間,該處氣隙磁密為零,所以不感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。第六步，放電刷。在直流電機(jī)里，電刷組數(shù)也就是刷桿的數(shù)目與主極的個(gè)數(shù)一樣多。對(duì)本例來(lái)說(shuō)，就是四組電刷 、 、 、 ，它們均勻地放在換向器表面圓周方向的位置.每個(gè)電刷的寬度等于每一個(gè)換向片的寬度。放電刷的原則是，要求正、負(fù)電刷之間得到最大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，或被電刷所短路的元件中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最

28、小,這兩個(gè)要求實(shí)際上是一致的。在圖1.9里，由于每個(gè)元件的幾何形狀對(duì)稱，如果把電刷的中心線對(duì)準(zhǔn)主極的中心線，就能滿足上述要求。圖1.9中,被電刷所短路的元件正好是1、5、9、13，這幾個(gè)元件中的電動(dòng)勢(shì)恰為零。實(shí)際運(yùn)行時(shí)，電刷是靜止不動(dòng)的,電樞在旋轉(zhuǎn)，但是，被電刷所短路的元件,永遠(yuǎn)都是處于兩個(gè)主磁極之間的地方，當(dāng)然感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零。實(shí)際的電機(jī)并不要求在繞組展開(kāi)圖上畫出電刷的位置，而是等電機(jī)制造好，用試驗(yàn)的辦法來(lái)確定電刷在換向器表面上的位置。 (3）繞組元件聯(lián)接順序圖繞組元件聯(lián)接順序圖用來(lái)表示電樞上所有元件邊的串聯(lián)次序。根據(jù)圖1。9的節(jié)距，可以直接看出繞組各元件之間是如何聯(lián)接的。如第1虛槽上層元件邊

29、經(jīng) 接到第5虛槽的下層元件邊，構(gòu)成了第1個(gè)元件，它的首、末端分別接到第1、2兩個(gè)換向片上.第5虛槽的下層元件邊經(jīng) 接到第2虛槽的上層元件邊，這樣就把第1、2兩個(gè)元件聯(lián)接起來(lái)了.依次類推,如圖1。10所示。圖1。10 單疊繞組元件聯(lián)接順序圖圖1。10中每根實(shí)線所連接的兩個(gè)元件邊構(gòu)成一個(gè)元件，兩元件之間的虛線則表示通過(guò)換向器上的一片換向片把兩元件串聯(lián)起來(lái)。從圖1。10中看出，從第1元件出發(fā),繞完16個(gè)元件后又回到第1元件。可見(jiàn)，整個(gè)繞組是一個(gè)閉路繞組。 (4)繞組電路圖在繞組展開(kāi)圖（圖1。9）所示瞬間，根據(jù)電刷之間元件聯(lián)接順序，可以得到如圖1.11所示的電樞繞組電路圖.圖1。11 單疊繞組電路圖從

30、圖1。11可清楚地看到，從電刷外面看繞組時(shí)，電樞繞組由4條并聯(lián)支路組成。上層邊處在同一極下的元件中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向相同,串聯(lián)起來(lái)通過(guò)電刷構(gòu)成一條支路;被電刷短路的元件中電動(dòng)勢(shì)等于零，此時(shí)這些元件不參加組成支路,所以單疊繞組的支路數(shù)就等于電機(jī)的主磁極數(shù)。若以a表示支路對(duì)數(shù)，則 （1。11）可見(jiàn),增加電機(jī)的主極數(shù)便可增加支路數(shù),從而可使電樞通過(guò)較大的電流。同時(shí)由圖2。11看出,這種單疊繞組的支路由電刷引出，所以電刷桿數(shù)必須等于支路數(shù)，也就是等于極數(shù)。綜上所述，對(duì)電樞繞組中的單疊繞組,有以下特點(diǎn): （1）位于同一個(gè)磁極下的各元件串聯(lián)起來(lái)組成了一條支路,即支路對(duì)數(shù)等于極對(duì)數(shù)， .(2）當(dāng)元件的幾何形狀對(duì)稱,電刷放在換向器表面上的位置對(duì)準(zhǔn)主磁極中心線時(shí)，正、負(fù)電刷間感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為最大,被電刷所短路的元件里感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小。（3）電刷桿數(shù)等于極數(shù)。電刷在換向器表面上的位置，雖然對(duì)準(zhǔn)主磁極的中心線，但被電刷所短路的元件,它的兩個(gè)元件邊仍然位于幾何中性線處。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，今后所