電機第七章直流電機的電樞紐繞組和磁路

第七章直流電機的磁路和電樞繞組7-2直流電機的磁路和磁化特性1、磁通··ΦpΦoΦσ直流電機空載時的磁場分布電機中磁場的分布是對稱的，由勵磁動勢所建立的主極磁通分兩部分：主磁通Φo和漏磁通Φσ。一、直流電機的空載磁場和磁路計算（一）總磁通Φp，主磁通Φo，漏磁通Φσ（二）磁路計算

磁路計算的目的：對于每極主磁通Φo，求出每對主極所需的磁動勢F。通常選取經(jīng)過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算。2、主磁路

一臺電機有幾條主磁路？磁路計算時對若干條主磁路怎么？主極沿機座內(nèi)圓按N、S交錯排列，一對磁極有兩條閉合的主磁路。故直流電機有幾個主極就有幾條閉合的主磁路。磁路計算的步驟：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hzha整個閉合回路分為5段為空載時感應(yīng)電動勢當主磁通很小時，磁路中的鐵磁部分未飽和，磁路的總磁動勢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。電機的磁化曲線

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

總磁動勢Ff與氣隙段所需的磁動勢Fδ之比表示電機磁路的飽和程度。

氣隙線表示不同Φ0值下消耗在氣隙段的磁動勢。0abc氣隙線0abc氣隙線飽和系數(shù)為了經(jīng)濟地利用材料，電機額定電壓運行于膝點C附近，即磁化曲線開始彎曲處，否則勵磁電流或匝數(shù)N要增大。即：膝點C處的磁通對應(yīng)額定轉(zhuǎn)速和額定電壓時的磁通。0abc氣隙線7-3電樞繞組的一般知識最后形成一個閉合通路。若干線圈連接成電路的通路。電流沿換向片導(dǎo)體端接線導(dǎo)體相鄰換向片下個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中感應(yīng)電動勢。

一個元件邊只有一根導(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，每個元件的一個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，實線表示上元件邊。

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

一個繞組元件兩端分別與兩片換向片連接以便與下一個元件相連。12

3

45注意：一個換向片與兩個線圈邊連接。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)來表示，稱為繞組的第一節(jié)距y1。y1=8，說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)電動勢最大，各種繞組的y1都應(yīng)等于一個極距。N極感應(yīng)電勢EN和S極感應(yīng)電勢ES大小相同，方向不同。極距NNSy1（槽）NSy1NNS短距長距短距元件端接線短，省銅，有利換向。整距線圈電勢:（二）第二節(jié)距y2

同一換向片所串聯(lián)的兩個元件中，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)接的兩個元件的對應(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，磁極數(shù)為4，電機實槽為10，每個槽中放四對元件邊（上、下層），怎樣設(shè)計繞組的節(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)的繞組錯開y=yk=1的距離相疊，直到最后一個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：一臺直流電機數(shù)據(jù)2p=4，試繞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，元件號，對應(yīng)的換向片號，元件上層邊所在槽具有相同的號碼，而下元件邊用它所在槽的號碼上加一撇。如1表示1號元件，1號槽，1號換相向片，6‘表示1號元件的下層邊在6號槽中，把1和6′用實線連接。

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

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：1號槽下層邊是幾號線圈的。

123465713121110982019NNSS14321514131211109876516171918201415181716ABB2B1A2A1（+）（-）++--單疊繞組展開圖2p=4;Z=K=S=20通過繞組展開圖，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)電動勢方向不同。②

正，負電刷間構(gòu)成一支路③

支路數(shù)等于極數(shù)支路對數(shù)a=p④

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

從線圈1～20是個完整的回路，但又由電刷分為四個支路。⑦

線圈1，6，11，16

被電刷短路，但它們無感應(yīng)電動勢。⑧

電樞旋轉(zhuǎn)時繞組中的感應(yīng)電動勢和電流是交變的。⑨

每元件兩端與兩個換向片連接，每個換向片連接兩個元件邊。

位于幾何中性線處的元件邊感應(yīng)電動勢為零，元件的軸線與主極軸線重合時，使被電刷短路的換向元件恰好是電動勢為零的元件。電刷放置原則：電刷應(yīng)放在當空載時正，負電刷之間能獲得最大電動勢的位置。電刷應(yīng)放置在主極軸線處的換向片上與電動勢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，空載時磁通密度為零位于幾何中性線處的元件邊感應(yīng)電動勢為零，元件的軸線與主極軸線重合時，元件電動勢為零。位于一個主極下的4個電動勢方向相同的元件串聯(lián)構(gòu)成一條支路，恰好由A1和B1，正、負電刷作為支路兩個端點。

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、負電刷1616112345109871213141520191817A（+）A1B1A2B21661123451098712131415201918171B（-）121112671617添加正、負電刷20個元件串聯(lián)，構(gòu)成一個閉合回路，每個元件隨電機旋轉(zhuǎn)，位置瞬間變化。正、負電刷間構(gòu)成一支路。問：回路中是否有環(huán)流？沒有。問：為何不是開路？電樞旋轉(zhuǎn)。1、直流電動機電樞繞組任一支路斷開一個元件會怎樣？？因為電磁轉(zhuǎn)矩剩下的三條支路要承擔(dān)原來四條支路的電流，直流電機容易燒壞。2、直流電機電樞繞組取掉相鄰一個或兩個電刷，會怎樣？取掉B1，A2，四條支路變?yōu)閮蓷l。3、取掉相對（B1，B2）電刷會怎樣？整個回路被A1和A2短接，電機不能工作。4、電樞繞組閉合回路是否有環(huán)流？5、p=3，有多少支路？各支路電勢數(shù)值相等，電樞繞組回路總電勢為零。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個元件。8個支路數(shù)。換向片數(shù)為32。3個元件。11、有多少元件被電刷短接？8個。？電樞電流為各支路電流之和。并聯(lián)支路對數(shù)a=p

電刷實際應(yīng)怎樣放置？什么是磁極軸線？磁極幾何中性線？問：大電流直流電機，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；重點難點：單波繞組的連接表、瞬間并聯(lián)電路圖、支路對數(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)距和繞組展開圖

對照單疊繞組：

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計算不同若p=3第一周有3個元件串聯(lián)3yk=15=k為了使下一周起點與上一周不重合

波繞組y

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

取負號，繞行換向器一周后，比出發(fā)時的換向片后退一片，稱為左行繞組。取正號，前進一片，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)距計算單波繞組展開圖及連接表：已知一臺直流電機數(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、換向片用實數(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號換向片上連接1號元件下層邊和8號元件上層邊。

123465713121110981415單波繞組展開圖2p=4;Z=K=S=15451NNSS6111098715141312AB(+)(-)A1B1B2A2++--231→8→15→7→14→6→13→5→12→4→11→3→10→2→9→12個S極下元件串聯(lián)2個N極下元件串聯(lián)一周兩周三周每周p個元件串聯(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：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。因為磁極只有兩種N、S，所以支路對數(shù)a=1，與極數(shù)2p無關(guān)。

處于2個N極下的各元件中電動勢方向相同，串聯(lián)起來組成一條支路；而處于2個S極下的各元件中電動勢方向相同，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勢，因為在相同元件數(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，每支路電樞電動勢為。1、既然一對正、負電刷可構(gòu)成一對支路，單波繞組是否只需要一對正、負電刷？

不能，這樣會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，則一周有幾個繞組串聯(lián)？3個？3、大電流電機選用什么繞組形式的直流電機？高電壓電機選用什么繞組形式的直流電機呢？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：直流電機單疊繞組例題：一臺直流發(fā)電機，2p=4，PN=10千瓦，UN=6伏，若每一支路電流不超過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能否工作？2、取去相對兩只電刷時，電機能否工作？3、若一元件斷線，電機電流和功率為多少？?7-7電樞繞組的感應(yīng)電動勢

教學(xué)目的和要求：感應(yīng)電動勢計算公式推導(dǎo)及應(yīng)用。強調(diào)：是正負電刷之間一條支路的總電動勢；本節(jié)要點:1、電樞繞組感應(yīng)電動勢是指正、負電刷之間的支路感應(yīng)電動勢。3、是一對正、負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、對具體電機而言，是常數(shù)，稱為電動勢常數(shù)。2、Z是電機的總導(dǎo)體數(shù)S○○○○○○○○○○○○○○○○○○B(yǎng)ave1e2e3

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