電機(jī)學(xué)：直流機(jī) 2章 直繞組

1、第一篇 直流機(jī)第1章 直流機(jī)概述第2章 直流機(jī)的電樞繞組第3章 直流機(jī)原理第4章 直流機(jī)特性第5章 直流電動(dòng)機(jī)的起調(diào)制各章簡(jiǎn)稱：概述、繞組、原理、特性、三項(xiàng)（電動(dòng)機(jī)三項(xiàng)）。第2章 直流機(jī)的電樞繞組2.1 電樞繞組的構(gòu)成2.2 單疊繞組2.3 單波繞組 不要求2.4 復(fù)合繞組 不要求2.1 電樞繞組的構(gòu)成2.1.1 電樞繞組的線圈2.1.2 電樞繞組的節(jié)距2.1.1 電樞繞組的線圈1 線圈結(jié)構(gòu)2 兩匝線圈示例3 線圈連接規(guī)律4 虛槽的概念1 線圈結(jié)構(gòu)線圈是構(gòu)成繞組的基本單元，可以是單匝也可以是多匝。本章以單匝為例。 圖示是一個(gè)單匝的單疊線圈。每個(gè)線圈都有兩個(gè)出線端，分別連接到不同的換向片上。 2

2、 兩匝線圈示例3 線圈連接規(guī)律 線圈連接規(guī)律：后一個(gè)線圈的首端（即雙層邊的端子）與前一個(gè)線圈的末端（即下層邊的端子），通過(guò)換向片相連。因而，所有線圈連成一個(gè)閉合回路（詳見后面實(shí)例）。 從電刷看進(jìn)去，線圈接成若干條并聯(lián)支路。 并聯(lián)支路多，則電樞電流大，電樞電壓小。 并聯(lián)支路少，則電樞電流小，電樞電壓大。4 虛槽的概念繞組所含線圈很多。由于工藝原因，電樞鐵心不便開太多的槽，無(wú)法做到多少線圈開多少槽?？傮w來(lái)看，無(wú)法實(shí)現(xiàn)一圈一槽，而只能實(shí)現(xiàn)多圈一槽。即，在每個(gè)槽的上下層，各放若干個(gè)線圈邊。 一槽一層中，放了幾個(gè)線圈邊，就說(shuō)該槽含有幾個(gè)虛槽。圖示為一個(gè)實(shí)槽包含三個(gè)虛槽的情況。 4 續(xù)1線圈在電樞上布置時(shí)

3、，一律以虛槽來(lái)編號(hào)。 由于一個(gè)換向片與不同線圈的兩個(gè)出線端相連，因此換向片數(shù)K等于線圈數(shù)S。一個(gè)虛槽有上下兩層，一個(gè)線圈有上下兩邊。因而線圈數(shù)S等于虛槽數(shù)Qu，即S=K=Qu=uQ式中，Q為實(shí)槽數(shù)；u為單槽虛槽數(shù)。2.1.2 電樞繞組的節(jié)距1 電樞繞組的四個(gè)節(jié)距及其單位2 單疊繞組的四個(gè)節(jié)距3 單波繞組的四個(gè)節(jié)距4 第一節(jié)距5 第二節(jié)距6 合成節(jié)距7 換向器節(jié)距8 四種節(jié)距之間的關(guān)系1 電樞繞組的四個(gè)節(jié)距及其單位線圈有四個(gè)節(jié)距：第一節(jié)距y1 、第二節(jié)距y2、合成節(jié)距y、換向器節(jié)距yk。前三種節(jié)距的單位：虛槽。因此，統(tǒng)稱之為虛槽節(jié)距。換向器節(jié)距的單位：換向片。因此，四個(gè)節(jié)距，必是整數(shù)。電樞繞組的

4、連接規(guī)律是通過(guò)線圈的節(jié)距來(lái)表征的。2單疊繞組的四個(gè)節(jié)距3 單波繞組的四個(gè)節(jié)距4 第一節(jié)距為了得到較大的感應(yīng)電勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩， y1最好等于或接近一個(gè)極距。極距相鄰兩極之間的距離，亦即一個(gè)磁極所占有的范圍，以虛槽為單位。y1 =Qu /（2p）式中，是小于1的分?jǐn)?shù)，用來(lái)把y1湊成整數(shù)。當(dāng)=0時(shí)，y1=，稱為整距繞組；當(dāng)y1時(shí)稱為短距繞組；當(dāng)y1稱為長(zhǎng)距繞組。短距繞組的感應(yīng)電勢(shì)與長(zhǎng)距繞組的相同，雖小于整距繞組，但有利于換向，故常采用。顯然， y1恒正。同一線圈上下兩邊之間的距離，以虛槽為單位，稱為第一節(jié)距，記為y1 。5 第二節(jié)距相串的兩個(gè)線圈中，第一個(gè)線圈的下層邊與第二個(gè)線圈的上層邊，在電樞表面上

5、前進(jìn)的距離，稱為第二節(jié)距y2。單疊繞組第二節(jié)距為負(fù)。因?yàn)閱委B繞組從上一線圈下邊到下一線圈上邊，是沿電樞表面倒退。單波繞組第二節(jié)距為正。因?yàn)閱尾ɡ@組從上一線圈下邊到下一線圈上邊，是沿電樞表面前進(jìn)。 6 合成節(jié)距 相串聯(lián)兩個(gè)線圈的對(duì)應(yīng)邊在電樞表面上的距離，稱為合成節(jié)距，記為y。 合成節(jié)距表征每連接一個(gè)線圈時(shí)，繞組在電樞表面上前進(jìn)的虛槽數(shù)。 單疊繞組的合成節(jié)距，可正可負(fù)，詳后。 單波繞組的合成節(jié)距，均為正，亦詳后。7 換向器節(jié)距一個(gè)線圈的兩個(gè)出線端所接兩個(gè)換向片在換向器表面上的距離，稱為換向器節(jié)距yC。由于線圈數(shù)等于換向片數(shù)，每連一個(gè)線圈時(shí)，線圈邊在電樞表面上前進(jìn)了多少個(gè)虛槽的距離，其出線端在換向器

6、表面上就前進(jìn)的了多少個(gè)換向片數(shù)，故合成節(jié)距等于換向器節(jié)距：y=yC。8 四種節(jié)距之間的關(guān)系由三種虛槽節(jié)距的定義可知：y = y1 + y2注意： y2對(duì)單疊繞組取負(fù)值，對(duì)單波繞組取正值。 前已述及，y=yC即合成節(jié)距=換向器節(jié)距。2.2 單疊繞組1 疊繞組概述2 展開圖概念3 單疊繞組設(shè)計(jì)實(shí)例4 圓形繞組圖5 圓形繞組圖的變形6 單疊繞組的最大并聯(lián)支路數(shù)7 單疊繞組對(duì)稱條件1 疊繞組概述合成節(jié)距y=yC=1時(shí)為單疊繞組。合成節(jié)距y=yC =m時(shí)為復(fù)疊繞組，m=2,3,4。我們僅研究單疊繞組。如果y+1，則表示每串聯(lián)一個(gè)線圈，繞組就向“右”移動(dòng)一個(gè)虛槽，稱為右行繞組。如果y-1，相應(yīng)地，稱為左行

7、繞組。左行繞組中線圈接到換向片的連接線相互交錯(cuò)，用銅較多，很少采用。疊繞組描述：相串聯(lián)的線圈，總是后一個(gè)疊在前一個(gè)上面。2 展開圖概念為方便起見，工程上常用展開圖來(lái)表達(dá)電樞繞組的設(shè)計(jì)。展開圖-把電樞繞組沿電樞母線切開，展開成平面，并畫出磁極、換向片和電刷的繞組連接圖。3 單疊繞組設(shè)計(jì)實(shí)例第一步 定節(jié)距 由于是右行繞組，故yyC1。而S=K=Qu=uQ=16，y1=Q/(2p)=16/4=4，=0,為整距繞組。于是y2=y-y1=1-4=-3。第二步 畫虛槽 畫出所有的虛槽，自左至右編號(hào)。槽內(nèi)線圈的上層邊用實(shí)線表示，下層邊用虛線表示。 試畫出：四極16槽，每槽只有1個(gè)虛槽的右行單疊繞組的展開圖。

8、 3 續(xù)1第三步 畫換向片 根據(jù)線圈號(hào)、線圈上層邊所嵌放的虛槽號(hào)以及該邊所連接的換向片號(hào)圈虛換三號(hào)同一原則和每一線圈所連兩換向片緊鄰(yC=1)且分界線與該線圈軸線界軸兩線同一原則，以1號(hào)線圈為基準(zhǔn)，確定1號(hào)、2號(hào)換向片位置。為畫圖方便，換向片節(jié)距與槽距相等。畫出所有的換向片，也自左至右編號(hào)。 請(qǐng)見下頁(yè)圖。3 續(xù)2 第一步 定節(jié)距；第二步 畫虛槽；第三步 畫換向片； 3 續(xù)3放在2號(hào)虛槽內(nèi)，其引出線連到2號(hào)換向片；由于y14，故其下層邊嵌放于5號(hào)虛槽內(nèi)；又因yC1，故其引出線連到3號(hào)換向片。然后嵌放3號(hào)線圈，其上層邊嵌放在3號(hào)虛槽內(nèi)，引出線連到3號(hào)換向片；下層邊則嵌放于7號(hào)虛槽內(nèi)，引出線連到4

9、號(hào)換向片。其它線圈依此類推。把各個(gè)線圈通過(guò)相應(yīng)的換向片從左到右依次串聯(lián)，直至全部線圈連完后回到1號(hào)線圈，構(gòu)成了一個(gè)閉合回路。第四步 畫其余線圈 1號(hào)線圈前已畫出。現(xiàn)畫2號(hào)線圈。將其上層邊嵌3 續(xù)4對(duì)于各線圈的位置是不斷變動(dòng)的。應(yīng)選一典型瞬間來(lái)畫。 本例選擇磁極N1的軸線與1號(hào)線圈軸線重合的瞬間來(lái)畫。按極距均勻畫出其它磁極的軸線。磁極寬度約為極距的0.7倍。 請(qǐng)見下頁(yè)圖。第五步 畫磁極 磁極位于電樞繞組的上方。由于電樞是旋轉(zhuǎn)的，磁極相 續(xù)5 第一步 定節(jié)距；第二步 畫虛槽；第三步 畫換向片；第四步 畫其余線圈；第五步 畫磁極； 3 續(xù)6 在電樞表面上，相鄰磁極之間的中線稱為電樞幾何中性線，簡(jiǎn)稱幾

10、何中線?？蛰d時(shí)，幾何中線處的主極磁通密度為零。位于此處的兩個(gè)線圈邊的感應(yīng)電勢(shì)為零，從而線圈電勢(shì)也為零。 設(shè)線圈端部接線對(duì)稱。無(wú)論線圈是整距還是短距、長(zhǎng)距，當(dāng)線圈軸線與主極軸線重合時(shí)，線圈兩邊左右對(duì)稱地位于同一主極下，其中的感應(yīng)電勢(shì)大小相等、方向相同、互相抵消，線圈電勢(shì)為零。稱軸線與主極軸線重合的線圈為零電勢(shì)線圈，簡(jiǎn)稱零線圈。第六步 分析線圈電勢(shì) 3 續(xù)7 零線圈所接兩換向片的分界線稱為換向器幾何中線。在前圖所示瞬間，線圈1、5、9和13都是零線圈。若電樞轉(zhuǎn)速為n，轉(zhuǎn)向如前圖所示。據(jù)右手定則，線圈2、3、4和10、11、12都處在N極下，其中電勢(shì)方向都是從線圈的尾端指向首端；而線圈6、7、8和1

11、4、15、16都處在S極下，電勢(shì)方向相反。整個(gè)閉合回路被分成四段，每段電勢(shì)大小相等、方向兩兩相反。故從整個(gè)閉合回路來(lái)看，恰好互相抵消。故不裝電刷時(shí)，整個(gè)回路沒有環(huán)流。 第六步 分析線圈電勢(shì) 續(xù)13 續(xù)8 電刷定位原則：1）正、負(fù)電刷間引出電勢(shì)最大；2）被電刷短路的都是零線圈。因此，電刷應(yīng)放在換向器幾何中線上，即磁極軸線下。 將零線圈短路，使每極下的其余線圈構(gòu)成一條支路，正、負(fù)電刷間引出的是一條支路的電勢(shì)，保證了其值為最大。電刷A1A2為正，電刷B1B2為負(fù)。 請(qǐng)見下頁(yè)圖。第七步 畫電刷 續(xù)9 步1 定節(jié)距；步2 畫虛槽；步3 畫換向片；步4 畫其余線圈；步5 畫磁極； 步6 分析電勢(shì)；步 7 畫電刷。 設(shè)計(jì)完畢。 4 圓形繞組圖 為了更形象地理解單疊繞組，把展開圖簡(jiǎn)化成圓形繞組圖。 簡(jiǎn)化：去掉展開圖中的虛槽、換向片、主極，用小圈代替線圈，保留電刷和連線，并畫成圓形。 如果電刷偏離了幾何中性線，正負(fù)電刷間的電勢(shì)將減小，被電刷短路的線圈，電勢(shì)不為零，將產(chǎn)生短路電流，引起不良后果：如換向惡化、損耗增加、甚至線圈燒毀。4 續(xù)15 圓形繞組圖的變形 圓形繞組圖可以拉直變形，變成平直繞組圖。此略。請(qǐng)參見課本第19頁(yè)上部。6 單疊繞組的最大并聯(lián)支路數(shù)有幾個(gè)磁極，放幾套電刷，就有幾條支路。在前述設(shè)計(jì)實(shí)例中，有四個(gè)磁極，放四套電刷，因而有四條支