直流電機(jī)電樞繞組電動(dòng)勢電磁轉(zhuǎn)矩

關(guān)于直流電機(jī)電樞繞組電動(dòng)勢電磁轉(zhuǎn)矩第1頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)17分，星期五作用：是直流電機(jī)的核心部分；在磁場中旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢、通過電流產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩；電動(dòng)勢與電流的乘積就是電磁功率；電磁轉(zhuǎn)矩與電樞旋轉(zhuǎn)機(jī)械角速度的乘積就是電磁功率，是實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的重要部分。組成:

由許多形狀完全一樣的單匝繞組元件（或多匝元件）以一定的規(guī)律嵌放在電樞鐵心的槽內(nèi)。繞組元件稱為線圈或元件。一、電樞繞組的常用概念

圖1電樞繞組1—上層邊；2—下層邊；3—端接部分；4—首、末端第2頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)17分，星期五一、電樞繞組的常用概念

元件（線圈）：構(gòu)成繞組的線圈稱為繞組元件，分單匝和多匝兩種。一個(gè)元件由兩條元件邊和端接線組成，元件邊放在槽內(nèi)，能切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，叫“有效邊”，端接線放在槽外，不切割磁力線，僅作為連接線用。每個(gè)元件的一個(gè)元件邊放在某一個(gè)槽的上層，另一個(gè)元件邊則放在另一槽的下層。元件的首末端：每一個(gè)元件均引出兩根線與換向片相連，其中一根稱為首端，另一根稱為末端。每一個(gè)元件的兩個(gè)端點(diǎn)分別接在不同的換向片上，每個(gè)換向片接兩個(gè)不同的線圈端頭,由此可見，整個(gè)電樞的元件數(shù)S等于換向片數(shù)K，即S=K。第3頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)17分，星期五實(shí)槽：電機(jī)電樞上實(shí)際開出的槽叫實(shí)槽。實(shí)槽數(shù)用Z表示。虛槽：即單元槽(每層元件邊的數(shù)量等于虛槽數(shù))，每個(gè)虛槽的上、下層各有一個(gè)元件邊。虛槽數(shù)用表示。設(shè)槽內(nèi)每層有u個(gè)虛槽，虛槽數(shù)和實(shí)槽的關(guān)系：

極軸線：磁極的中心線。幾何中性線：是指主磁極N極和S極的機(jī)械分界線。物理中性線：把N極與S極磁場為零處的分界線稱為物理中性線。一、電樞繞組的常用概念第4頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)17分，星期五

圖2

a)元件b)繞組元件在槽內(nèi)的放置c）實(shí)槽與虛槽

b）1—上層邊；2—下層邊；3—端接部分；4—首、末端

c）1—槽楔；2—線圈絕緣；3—導(dǎo)線；4—層間絕緣；

5—槽絕緣；6—槽底絕緣一、電樞繞組的常用概念第5頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)17分，星期五極距：相鄰兩個(gè)主磁極軸線沿電樞表面之間的距離，用表示為（距離）若用槽數(shù)表示為（槽數(shù)）式中：D—電樞外徑(m)；

p—磁極對(duì)數(shù)。一、電樞繞組的常用概念

圖3極距位置示意圖第6頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)17分，星期五繞組節(jié)距：

指被連接起來的兩個(gè)元件邊或換向片之間的距離，通常用虛槽數(shù)或換向片數(shù)表示。(1)第一節(jié)距y1：

同一個(gè)元件的兩個(gè)有效邊在電樞表面跨過的距離。(2)第二節(jié)距y2：

連至同一換向片上的兩個(gè)元件中第一個(gè)元件的下層邊與第二個(gè)元件的上層邊間的距離。一、電樞繞組的常用概念第7頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)17分，星期五(3)合成節(jié)距y：

連接同一換向片上的兩個(gè)元件對(duì)應(yīng)邊之間的距離。

(4)換向器節(jié)距yK：

同一元件首末端連接的換向片之間的距離。單疊繞組單波繞組一、電樞繞組的常用概念第8頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)17分，星期五一、電樞繞組的常用概念單疊繞組單波繞組第9頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)17分，星期五電樞繞組主要分為兩類：

二、電樞繞組分類(1)疊繞組：單疊復(fù)疊(2)波繞組：單波復(fù)波第10頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)17分，星期五疊繞組：串聯(lián)的兩個(gè)元件總是后一個(gè)元件的端接部分緊疊在前一個(gè)元件端接部分，整個(gè)繞組成折疊式前進(jìn)。當(dāng)把每一個(gè)元件連接成繞組時(shí)，連接的順序是從左向右進(jìn)行，稱為右行繞組。反之，稱為左行繞組。二、電樞繞組分類第11頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)17分，星期五波繞組：把相隔約為一對(duì)極距的同極性磁場下的相應(yīng)元件串聯(lián)起來，象波浪式的前進(jìn)。直接相連的兩個(gè)單波繞組不是在同一個(gè)磁極下，而是分別處于相鄰的兩對(duì)主磁極下。兩個(gè)元件的對(duì)應(yīng)邊在電樞表面的距離合成節(jié)距y約等于兩個(gè)極距。也就是說這兩個(gè)元件在磁場中相對(duì)位置基本相同，因此，電動(dòng)勢方向相同，電磁轉(zhuǎn)矩方向也相同。二、電樞繞組分類第12頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)17分，星期五設(shè)電機(jī)有p對(duì)磁極，單波電樞繞組一周串聯(lián)了p個(gè)元件，第p+1個(gè)元件的位置不能與第一元件重疊，只能放在第一個(gè)元件相鄰的電樞槽里。因此，同樣，從換向器上看，第p個(gè)元件的末端不能直接連到與第一個(gè)元件始端相連的換向片上，只能連到與起始換向片商，即由上面兩式得：二、電樞繞組分類第13頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)17分，星期五式中正負(fù)號(hào)的選擇，應(yīng)首先滿足換向器節(jié)距yk或合成節(jié)距y等于整數(shù)。當(dāng)取正號(hào)時(shí)，第p個(gè)元件的末端落在起始換向片的右邊稱為右行繞組；若取負(fù)號(hào)，第p個(gè)元件的末端落在換向片的左邊稱為左行繞組，左行繞組短接線不交叉，制造工藝簡單，用得較多。二、電樞繞組分類第14頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)17分，星期五單疊繞組：

指相鄰元件(線圈)相互疊壓，第一元件的出線端接到相鄰的換向片上，第一個(gè)元件的下層邊（虛線）連接著第二個(gè)元件的上層邊，第二個(gè)元件的上層邊放在第一元件上層邊相鄰的第二個(gè)槽內(nèi)。合成節(jié)距與換向節(jié)距均為1，即：y=yk=1

繞組展開圖

繞組展開圖就是把放在電樞鐵心里的、由元件構(gòu)成的電樞繞組單獨(dú)取出來，畫在一張圖里，以表示槽里各元件彼此在電路上的連接情況。只是原理圖，并非實(shí)際電樞繞組的結(jié)構(gòu)圖，有助于理解電樞繞組在電路上的連接情況。電樞繞組分類第15頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)17分，星期五下面通過例子說明單疊繞組如何連接，有何特點(diǎn)？

例:已知某直流發(fā)電機(jī)的極對(duì)數(shù)2p=4，電樞槽數(shù)Z=16，極距，元件數(shù)S等于及換向片數(shù)K也等于電樞槽數(shù)Ze，S=K=Ze=16，試畫出右行單疊繞組展開圖。解:1．計(jì)算繞組數(shù)據(jù)

選擇Y1的依據(jù)是盡量讓元件里感應(yīng)電動(dòng)勢最大，即Y1應(yīng)接近與或等于極距，有：

單疊電樞繞組連接第16頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)17分，星期五

是使Y1為整數(shù)的小數(shù)，如果，該線圈為整距線圈（繞組）；若，線圈為短距線圈（繞組）

；若，線圈為長距線圈（繞組）。2．畫繞組展開圖:（1）畫元件邊。先畫16根等長、等距的實(shí)線，代表各槽上層元件邊，再畫16根等長等距的虛線，代表各槽下層元件邊。單疊電樞繞組連接第17頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)17分，星期五（2）根據(jù)y1，畫出第一個(gè)元件的上下層邊（1～5槽），令上層邊所在的槽號(hào)為元件號(hào)。（3）接上換向片，1、2片之間對(duì)準(zhǔn)元件中心線，之后等分換向器，定出換向片號(hào)；（4）畫出第二個(gè)元件，上層邊在第2槽，與第一個(gè)元件的下層邊聯(lián)接；下層邊在第6槽與3號(hào)換向聯(lián)接。按此規(guī)律，一直把16個(gè)元件全部聯(lián)起來。（5）放磁極：磁極應(yīng)均勻分布在圓周上，N極磁力線垂直向里（進(jìn)入紙面），S極向外（從紙面穿出）；單疊電樞繞組連接第18頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)17分，星期五（6）放電刷：對(duì)準(zhǔn)在磁極軸線下，畫一個(gè)換向片寬（實(shí)際上K很多，電刷寬＝2～3片寬）。并把相同極性下的電刷并聯(lián)起來。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)都是處于電機(jī)的幾何中性線，其感應(yīng)電動(dòng)勢是接近零的。為使正、負(fù)電刷間引出的電動(dòng)勢最大，我們已知被電刷所短路的元件電動(dòng)勢為零，在元件端接線對(duì)稱的情況下，電刷的實(shí)際位置應(yīng)在磁極中性線下，所以習(xí)慣上稱為“電刷放在幾何中性線位置”。單疊電樞繞組連接第19頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)17分，星期五NSNSn1612345678910111213141513111234567891012141516單疊電樞繞組展開圖第20頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)17分，星期五NSNS1516123456789101112131415n13111234567891012141516AB+_B2B1A2A1單疊電樞繞組展開圖第21頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)17分，星期五

繞組展開圖比較直觀，但畫起來比較麻煩，為簡便起見，繞組連接規(guī)律也可用連接順序表來表示。本例連接順序表如下。上排數(shù)字同時(shí)代表上層元件邊的元件號(hào)、槽號(hào)和換向片號(hào)，下排數(shù)字代表下層元件邊所在的槽號(hào)。單疊繞組連接順序表第22頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)17分，星期五單疊電樞繞組并聯(lián)支路圖

如圖，如第一虛槽上層元件邊經(jīng)y1=4接到第5虛槽的下層元件邊，構(gòu)成第一個(gè)元件，它的首、末端分別接到第1、2兩個(gè)換向片上。第5虛槽的下層元件經(jīng)y2=3接到第2虛槽的上層元件邊，這樣就把第1、2元件連接起來了。依此類托。從第1元件開始，繞電樞一周，把全部原件邊都串聯(lián)起來，之后回到第1元件的起始點(diǎn)1。可見，整個(gè)繞組是一個(gè)閉合回路。取一瞬間（上圖），將此瞬間不與電刷接觸的換向片省去不畫，可以得到下圖的并聯(lián)支路圖?？梢钥闯鰡委B繞組的連接規(guī)律是將同一磁極下的各個(gè)元件串聯(lián)起來組成一條支路。所以，單疊繞組的并聯(lián)支路對(duì)數(shù)a總等于極對(duì)數(shù)p，即a=p。第23頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)17分，星期五A1AB-15913A2B2B1+12109131465234876101112141516單疊電樞繞組并聯(lián)支路圖第24頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)17分，星期五

單疊繞組的特點(diǎn)：

1）同一主磁極下的元件串聯(lián)成一條支路，主磁極數(shù)與并聯(lián)支路數(shù)相同。

2）電刷數(shù)等于主磁極數(shù)，電刷位置應(yīng)使感應(yīng)電動(dòng)勢最大，電刷間電動(dòng)勢等于并聯(lián)支路電動(dòng)勢。

3）電刷個(gè)數(shù)等于極數(shù)。單疊電樞繞組特點(diǎn)第25頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)17分，星期五單波繞組例1-2直流電機(jī)2p=4，Ze=S=K=15，繞成單波繞組。（1）計(jì)算繞組數(shù)據(jù)第26頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)17分，星期五單波繞組展開圖（2）畫繞組展開圖第27頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)17分，星期五本例連接順序表如下。上排數(shù)字同時(shí)代表上層元件邊的元件號(hào)、槽號(hào)和換向片號(hào)，下排數(shù)字代表下層元件邊所在的槽號(hào)。單波繞組連接順序表第28頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)17分，星期五單波繞組并聯(lián)支路圖第29頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)17分，星期五單波繞組的特點(diǎn)：

1）上層邊位于同一極性磁極下的所有元件串聯(lián)起來組成一條支路，并聯(lián)支路對(duì)數(shù)恒等于1，與磁極對(duì)數(shù)無關(guān)；

2）當(dāng)元件的幾何形狀左右對(duì)稱，電刷在換向器表面上的位置對(duì)準(zhǔn)主磁極中心線時(shí)，支路電動(dòng)勢最大；

3）電刷數(shù)等于磁極數(shù)（全額電刷）。

4）電樞電動(dòng)勢等于支路感應(yīng)電動(dòng)勢；

5）電樞電流等于兩條支路電流之和。

單波繞組特點(diǎn)第30頁，共35頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)17分，星期五單疊繞組與單波繞組的主要區(qū)別: