電機(jī)第七章直流電機(jī)的電樞紐繞組和磁路

第七章直流電機(jī)的磁路和電樞繞組7-2直流電機(jī)的磁路和磁化特性1、磁通··ΦpΦoΦσ直流電機(jī)空載時(shí)的磁場(chǎng)分布電機(jī)中磁場(chǎng)的分布是對(duì)稱的，由勵(lì)磁動(dòng)勢(shì)所建立的主極磁通分兩部分：主磁通Φo和漏磁通Φσ。一、直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)和磁路計(jì)算（一）總磁通Φp，主磁通Φo，漏磁通Φσ（二）磁路計(jì)算

磁路計(jì)算的目的：對(duì)于每極主磁通Φo，求出每對(duì)主極所需的磁動(dòng)勢(shì)F。通常選取經(jīng)過(guò)主極中心線底下的氣隙和電樞齒所構(gòu)成的一條閉合回路計(jì)算。2、主磁路

一臺(tái)電機(jī)有幾條主磁路？磁路計(jì)算時(shí)對(duì)若干條主磁路怎么？主極沿機(jī)座內(nèi)圓按N、S交錯(cuò)排列，一對(duì)磁極有兩條閉合的主磁路。故直流電機(jī)有幾個(gè)主極就有幾條閉合的主磁路。磁路計(jì)算的步驟：1、求出每極磁通Φo

即每磁極氣隙中的主磁通，一般已知電樞電壓U

Ljhmδ齒高h(yuǎn)zha整個(gè)閉合回路分為5段為空載時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)當(dāng)主磁通很小時(shí)，磁路中的鐵磁部分未飽和，磁路的總磁動(dòng)勢(shì)幾乎全部消耗在氣隙中，Φ0與Ff的關(guān)系幾乎就是Φ0與Fδ的關(guān)系。與μ0成正比，是一線性關(guān)系。電機(jī)的磁化曲線

電機(jī)的磁化曲線指主磁通Φ0與勵(lì)磁動(dòng)勢(shì)F0之間的關(guān)系。即0abc氣隙線隨著磁通Φ0的增大，鐵芯開(kāi)始飽和，μ減少，鐵芯部分所需的總磁動(dòng)勢(shì)Ff將很快增加，進(jìn)入飽和狀態(tài)。

總磁動(dòng)勢(shì)Ff與氣隙段所需的磁動(dòng)勢(shì)Fδ之比表示電機(jī)磁路的飽和程度。

氣隙線表示不同Φ0值下消耗在氣隙段的磁動(dòng)勢(shì)。0abc氣隙線0abc氣隙線飽和系數(shù)為了經(jīng)濟(jì)地利用材料，電機(jī)額定電壓運(yùn)行于膝點(diǎn)C附近，即磁化曲線開(kāi)始彎曲處，否則勵(lì)磁電流或匝數(shù)N要增大。即：膝點(diǎn)C處的磁通對(duì)應(yīng)額定轉(zhuǎn)速和額定電壓時(shí)的磁通。0abc氣隙線7-3電樞繞組的一般知識(shí)最后形成一個(gè)閉合通路。若干線圈連接成電路的通路。電流沿?fù)Q向片導(dǎo)體端接線導(dǎo)體相鄰換向片下個(gè)線圈單匝疊繞組元件

12L

繞組放在電樞中既要通電流又要能在磁場(chǎng)中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

一個(gè)元件邊只有一根導(dǎo)體稱單匝繞組，有多根導(dǎo)體稱多匝線圈。為了便于工藝制造，每個(gè)元件的一個(gè)元件邊嵌放在某一槽內(nèi)的上層（上層元件邊），另一元件放在另一槽的下層（下元件邊）c

a

a′c′

a

a′c′ca線圈并不和c線圈直接串聯(lián)注意:虛線表示下元件邊，實(shí)線表示上元件邊。

為了改善電機(jī)的性能，通常電機(jī)繞組需要用較多的元件組成，但電樞鐵心周圍表面有時(shí)不能沖太多的槽，因此多個(gè)槽的上、下層各嵌放一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)邊或n個(gè)邊。同一槽內(nèi)每個(gè)上、下元件邊所占的槽的位置為一個(gè)虛槽。虛槽數(shù)左圖所示一個(gè)實(shí)槽中嵌放3個(gè)元件邊。一個(gè)實(shí)槽中有3個(gè)虛槽u=3如實(shí)槽數(shù):虛槽數(shù)：元件數(shù)：（一個(gè)元件有兩個(gè)元件邊，一個(gè)虛槽有上下層元件邊）換向片數(shù)：

一個(gè)繞組元件兩端分別與兩片換向片連接以便與下一個(gè)元件相連。12

3

45注意：一個(gè)換向片與兩個(gè)線圈邊連接。一、繞組節(jié)距（一）、第一節(jié)距y1

每一元件的兩元件邊在電樞表面上所跨越的距離用虛槽數(shù)來(lái)表示，稱為繞組的第一節(jié)距y1。y1=8，說(shuō)明上元件邊嵌放在第一槽的上層，下元件邊嵌放在第9槽中。為了使元件中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，各種繞組的y1都應(yīng)等于一個(gè)極距。N極感應(yīng)電勢(shì)EN和S極感應(yīng)電勢(shì)ES大小相同，方向不同。極距NNSy1（槽）NSy1NNS短距長(zhǎng)距短距元件端接線短，省銅，有利換向。整距線圈電勢(shì):（二）第二節(jié)距y2

同一換向片所串聯(lián)的兩個(gè)元件中，前一元件的下元件邊與后一元件的上元件邊之間在電樞表面以虛槽數(shù)表示的距離，稱為繞組的第二節(jié)距y2。123y2yyk=+1右行y2是否能等于y1？

若節(jié)距

等于，不能使繞組在電樞中合理分布。（三）合成節(jié)距y

在相鄰聯(lián)接的兩個(gè)元件的對(duì)應(yīng)邊之間在電樞表面上用虛槽數(shù)表示的距離，稱為繞組的合成節(jié)距y。

疊繞組:123y2y(四）換向器節(jié)距yk

每一元件的兩端所聯(lián)接的兩換向片之間的距離，單位是換向片，稱為換向器節(jié)距yk.。合成節(jié)距y總與換向器節(jié)距yk相等。123y2y

例題：一單疊繞組直流電機(jī)，磁極數(shù)為4，電機(jī)實(shí)槽為10，每個(gè)槽中放四對(duì)元件邊（上、下層），怎樣設(shè)計(jì)繞組的節(jié)距？

可以確定繞組的形狀及相連接元件的關(guān)系。（槽）（片）第一元件上層邊1槽下層邊11槽第二元件上層邊2槽下層邊12槽解：

u=4Q=10123y2y7-4單疊和復(fù)疊繞組一、單疊繞組節(jié)距和繞組連接表

依次相串聯(lián)的繞組錯(cuò)開(kāi)y=yk=1的距離相疊，直到最后一個(gè)元件的末端與第一元件的首端相接形成閉合繞組。單疊和復(fù)疊繞組例題：一臺(tái)直流電機(jī)數(shù)據(jù)2p=4，試?yán)@制一單疊右行整距繞組？

解釋：整距y1=τ

右行指相鄰右邊的線圈交疊在左邊線圈上。yk=+1左行指相鄰左邊的線圈交疊在右邊線圈上。yk=-12011223左行右行（一）

節(jié)距計(jì)算

線圈（元件）1上層邊1槽線圈2上層邊2槽下層邊6槽下層邊7槽（二）繞組連接表

繞組連接表可看出連接順序，在y1、y2,、yk確定后就可以畫出繞組連接表，參照連接表，可使繞組連接方便。

首先把元件和換向片自左向右編號(hào)，元件號(hào)，對(duì)應(yīng)的換向片號(hào)，元件上層邊所在槽具有相同的號(hào)碼，而下元件邊用它所在槽的號(hào)碼上加一撇。如1表示1號(hào)元件，1號(hào)槽，1號(hào)換相向片，6‘表示1號(hào)元件的下層邊在6號(hào)槽中，把1和6′用實(shí)線連接。

兩元件之間的虛線，表示通過(guò)換向器上的同一片換向片把兩元件串聯(lián)起來(lái)。（16號(hào)）

6′7′8′9′10′11′12′

13′14′15′16′17′18′19′20′1′2′3′4′5′123456789101112A1+B1-A2+B2-

13141516171819201y2yy1問(wèn)：1號(hào)槽下層邊是幾號(hào)線圈的。

123465713121110982019NNSS14321514131211109876516171918201415181716ABB2B1A2A1（+）（-）++--單疊繞組展開(kāi)圖2p=4;Z=K=S=20通過(guò)繞組展開(kāi)圖，注意以下幾方面：①N極的磁力線方向指向紙面S極穿出紙面，根據(jù)右手定則N，S極下元件邊感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向不同。②

正，負(fù)電刷間構(gòu)成一支路③

支路數(shù)等于極數(shù)支路對(duì)數(shù)a=p④

電刷數(shù)量等于磁極數(shù)⑤電刷位于磁極軸線對(duì)應(yīng)處單疊繞組展開(kāi)圖1223344556677891011A1+B1-單疊繞組部分展開(kāi)圖1NS1223344556677891011A1+B1-單疊繞組部分展開(kāi)圖1NS⑥

從線圈1～20是個(gè)完整的回路，但又由電刷分為四個(gè)支路。⑦

線圈1，6，11，16

被電刷短路，但它們無(wú)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。⑧

電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流是交變的。⑨

每元件兩端與兩個(gè)換向片連接，每個(gè)換向片連接兩個(gè)元件邊。

位于幾何中性線處的元件邊感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，元件的軸線與主極軸線重合時(shí)，使被電刷短路的換向元件恰好是電動(dòng)勢(shì)為零的元件。電刷放置原則：電刷應(yīng)放在當(dāng)空載時(shí)正，負(fù)電刷之間能獲得最大電動(dòng)勢(shì)的位置。電刷應(yīng)放置在主極軸線處的換向片上與電動(dòng)勢(shì)為零的元件所連接的換向片接觸。NS12主極軸線電樞幾何中性線，空載時(shí)磁通密度為零位于幾何中性線處的元件邊感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，元件的軸線與主極軸線重合時(shí)，元件電動(dòng)勢(shì)為零。位于一個(gè)主極下的4個(gè)電動(dòng)勢(shì)方向相同的元件串聯(lián)構(gòu)成一條支路，恰好由A1和B1，正、負(fù)電刷作為支路兩個(gè)端點(diǎn)。

S2A1B21

2019181716A1B1N1123456N2A2B2121314151611S1B1A21098711單疊繞組瞬間并聯(lián)支路圖16161123451098712131415

20191817單疊繞組并聯(lián)支路圖B（-）A（+）A1B1A2B21661123451098712131415

201918171121112671617添加正、負(fù)電刷1616112345109871213141520191817A（+）A1B1A2B21661123451098712131415201918171B（-）121112671617添加正、負(fù)電刷20個(gè)元件串聯(lián)，構(gòu)成一個(gè)閉合回路，每個(gè)元件隨電機(jī)旋轉(zhuǎn)，位置瞬間變化。正、負(fù)電刷間構(gòu)成一支路。問(wèn)：回路中是否有環(huán)流？沒(méi)有。問(wèn)：為何不是開(kāi)路？電樞旋轉(zhuǎn)。1、直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組任一支路斷開(kāi)一個(gè)元件會(huì)怎樣？？因?yàn)殡姶呸D(zhuǎn)矩剩下的三條支路要承擔(dān)原來(lái)四條支路的電流，直流電機(jī)容易燒壞。2、直流電機(jī)電樞繞組取掉相鄰一個(gè)或兩個(gè)電刷，會(huì)怎樣？取掉B1，A2，四條支路變?yōu)閮蓷l。3、取掉相對(duì)（B1，B2）電刷會(huì)怎樣？整個(gè)回路被A1和A2短接，電機(jī)不能工作。4、電樞繞組閉合回路是否有環(huán)流？5、p=3，有多少支路？各支路電勢(shì)數(shù)值相等，電樞繞組回路總電勢(shì)為零。不出現(xiàn)環(huán)流。有6條支路。？6、p=4，Qu=32，電刷數(shù)量為多少？電刷數(shù)量為8。7、元件數(shù)？8、支路數(shù)？9、換向片數(shù)？10、每條支路有多少元件串聯(lián)？32個(gè)元件。8個(gè)支路數(shù)。換向片數(shù)為32。3個(gè)元件。11、有多少元件被電刷短接？8個(gè)。？電樞電流為各支路電流之和。并聯(lián)支路對(duì)數(shù)a=p

電刷實(shí)際應(yīng)怎樣放置？什么是磁極軸線？磁極幾何中性線？問(wèn)：大電流直流電機(jī)，選用2磁極還是8磁極？為了增大電樞電流Ia，應(yīng)增加并聯(lián)支路數(shù)，即增加主極數(shù)。但主極數(shù)受電機(jī)結(jié)構(gòu)的限制，不能任意增加。

可以采用復(fù)疊繞組，使支路數(shù)成倍增加。

12346571312111098NNSS14151716ABB2B1A2A1（+）（-）++--雙閉路雙疊繞組展開(kāi)圖2p=4;Z=K=S=202345679101114811213

1520181618201719

917-4單疊和復(fù)疊繞組7-5單波和復(fù)波繞組教學(xué)目的及要求：

了解電樞繞組的第二種基本形式；重點(diǎn)難點(diǎn)：?jiǎn)尾ɡ@組的連接表、瞬間并聯(lián)電路圖、支路對(duì)數(shù)的確定，電刷放置的位置。單波和復(fù)波繞組

一、單波繞組節(jié)距和繞組展開(kāi)圖

對(duì)照單疊繞組：

①形狀像波浪；②第一節(jié)距y1與單疊類似；③yk比單疊大。

單波相串聯(lián)的元件是空間位置不同卻同性磁極相對(duì)應(yīng)的元件。而單疊相串聯(lián)的元件位于同一磁極相鄰處。

若單波yk不大就不可能與另一同性磁極下的元件串聯(lián)。為了分布N

SN

Sm④同極性磁極下的所有元件串聯(lián)形成一支路⑤y

k計(jì)算不同若p=3第一周有3個(gè)元件串聯(lián)3yk=15=k為了使下一周起點(diǎn)與上一周不重合

波繞組y

k計(jì)算：本例p=2,S=Z=k=15第一周2個(gè)元件（N級(jí)下串聯(lián)2yk=15=k（1～15）15個(gè)元件串聯(lián)，一周是不夠，下周起點(diǎn)15換向片，恰好回到原出發(fā)換向片的相鄰處。整數(shù)

取負(fù)號(hào)，繞行換向器一周后，比出發(fā)時(shí)的換向片后退一片，稱為左行繞組。取正號(hào)，前進(jìn)一片，稱為右行繞組。一般采用左行繞組，可省銅材料。整數(shù)與單疊比較：整數(shù)合成節(jié)距：1、節(jié)距計(jì)算單波繞組展開(kāi)圖及連接表：已知一臺(tái)直流電機(jī)數(shù)據(jù)如下：2p=4，S=Qu=k=15，繞制一單波左行短矩繞組。2、畫繞組連接表注意：槽數(shù)、上元件邊號(hào)、換向片用實(shí)數(shù)表示，下元件邊所在槽用數(shù)字加撇表示。

4′11′3′10′2′9′1′8′15′7′14′6′13′5′12′18

157146135124113

10291y2yy18號(hào)換向片上連接1號(hào)元件下層邊和8號(hào)元件上層邊。

123465713121110981415單波繞組展開(kāi)圖2p=4;Z=K=S=15451NNSS6111098715141312AB(+)(-)A1B1B2A2++--231→8→15→7→14→6→13→5→12→4→11→3→10→2→9→12個(gè)S極下元件串聯(lián)2個(gè)N極下元件串聯(lián)一周兩周三周每周p個(gè)元件串聯(lián)，此例p=2元件串聯(lián)的順序：與疊繞組相同，是端接線對(duì)稱的繞組，電刷應(yīng)放置在主極軸線處的換向片上，電刷數(shù)仍等于2p。二、電刷的放置和支路數(shù)

p=2p=3p=42N、2S3N、3S4N、4S一周兩繞組一周三繞組一周四繞組串聯(lián)串聯(lián)串聯(lián)波繞組的特點(diǎn)：上元件在同極性下的元件按一定的順序全部串聯(lián)組成一支路。因?yàn)榇艠O只有兩種N、S，所以支路對(duì)數(shù)a=1，與極數(shù)2p無(wú)關(guān)。

處于2個(gè)N極下的各元件中電動(dòng)勢(shì)方向相同，串聯(lián)起來(lái)組成一條支路；而處于2個(gè)S極下的各元件中電動(dòng)勢(shì)方向相同，串聯(lián)成另一支路。124113102136147158195519812A1A2B1B2A（+）B（-）單波繞組并聯(lián)支路圖

單波繞組可獲得比單疊繞組更大的電樞電動(dòng)勢(shì)，因?yàn)樵谙嗤?shù)的情況下，如p=2，單疊為四支路，而單波為兩支路，單波每支路元件數(shù)多，每支路電樞電動(dòng)勢(shì)為。1、既然一對(duì)正、負(fù)電刷可構(gòu)成一對(duì)支路，單波繞組是否只需要一對(duì)正、負(fù)電刷？

不能，這樣會(huì)使電刷下的平均電流密度增大，容易損壞電刷。2、單波繞組p=3，則一周有幾個(gè)繞組串聯(lián)？3個(gè)？3、大電流電機(jī)選用什么繞組形式的直流電機(jī)？高電壓電機(jī)選用什么繞組形式的直流電機(jī)呢？前者選用單疊、復(fù)疊(a=2p)繞組，

后者選單波繞組。？所以采用雙疊繞組。若雙疊：直流電機(jī)單疊繞組例題：一臺(tái)直流發(fā)電機(jī)，2p=4，PN=10千瓦，UN=6伏，若每一支路電流不超過(guò)300安，則電樞繞組應(yīng)采用何種繞法？解：若單疊：

1、取去相鄰兩電刷電機(jī)能否工作？2、取去相對(duì)兩只電刷時(shí)，電機(jī)能否工作？3、若一元件斷線，電機(jī)電流和功率為多少？?7-7電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

教學(xué)目的和要求：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)計(jì)算公式推導(dǎo)及應(yīng)用。強(qiáng)調(diào)：是正負(fù)電刷之間一條支路的總電動(dòng)勢(shì)；本節(jié)要點(diǎn):1、電樞繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是指正、負(fù)電刷之間的支路感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。3、是一對(duì)正、負(fù)電刷間的每極合成磁通量（主磁極與電樞電流共同產(chǎn)生，已考慮電樞反應(yīng)）4、對(duì)具體電機(jī)而言，是常數(shù)，稱為電動(dòng)勢(shì)常數(shù)。2、Z是電機(jī)的總導(dǎo)體數(shù)S○○○○○○○○○○○○○○○○○○B(yǎng)ave1e2e3

…………