電機第二章直流電機1

2.1.2直流電機的主要結構

普通直流電機由定子（靜止部分）和轉子（轉動部分）兩大部分組成，定子和轉子之間有一定大小的間隙（稱氣隙）。2.1.2直流電機的主要結構2.1.2直流電機的主要結構1）定子部分

包括主磁極、換向極、機座和電刷裝置等。

（1）主磁極

主磁極包括主磁極鐵心和套在鐵心上的勵磁繞組兩部分。

主磁極鐵心用1～1.5mm厚的低碳鋼板沖片疊壓而成。2.1.2直流電機的主要結構1）定子部分（2）換向極:又稱附加極或間極，其作用

是用以改善換向。

換向極裝在相鄰兩主極之間，它也是由鐵心和繞組構成。

換向極的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)，由于需要通過較大電流而用截面大、匝數少的矩形截面導線繞制。（3）機座

機座有兩個作用：一是作為電機磁路系統(tǒng)中的一部分，這部分稱磁軛；二是用來固定主磁極、換向極及端蓋等，起機械支承的作用。

要求機座有好的導磁性能及足夠的機械強度與剛度。機座通常用鑄鋼或厚鋼板焊成。2.1.2直流電機的主要結構（4）電刷裝置

電刷裝置由電刷、刷握、壓緊彈簧和銅絲辮組成。2）轉子部分

直流電機的轉子稱為電樞，包括電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉軸等。（1）電樞鐵心

電樞鐵心也有兩個用處，一個是電機主磁路的一部分；另一個是用來嵌放電樞繞組。

為了減少電樞旋轉時電樞鐵心中因磁通變化而引起的磁滯及渦流損耗，電樞鐵心通常用0.5mm厚的兩面涂有絕緣漆的硅鋼片疊壓而成。2）轉子部分（2）電樞繞組

電樞繞組是由許多按一定規(guī)律聯(lián)接的元件組成，它是直流電機的主要電路部分，也是通過電流和感應電動勢，從而實現(xiàn)機電能量轉換的關鍵性部件。2）轉子部分（3）換向器

換向器由許多換向片組成，每片之間相互絕緣。常見的換向器型式的換向片下部為燕尾形。2）轉子部分2.2直流電機的銘牌與勵磁方式2.2.1直流電機的銘牌電機廠家根據國家標準及電機的設計數據，對每臺電機在運行中的電壓、電流、功率、轉速等規(guī)定了保證值，這些保證值稱為電機的額定值。若電機運行時，各數據符合額定值，這樣的運行情況稱為額定工況。（1）額定功率PN（kW）：指電機在銘牌規(guī)定的額定狀態(tài)

下運行時，電機的輸出功率。

對電動機：額定功率是指輸出的機械功率；

對發(fā)電機：額定功率是指輸出的電功率。（2）額定電壓UN（V）：指額定狀態(tài)下電樞出線

端的電壓。（3）額定電流IN（A）：指電機運行在U=UN、P=PN電機的電流。（4）額定轉速nN（r/min）：指額定狀態(tài)下運行時轉子的轉速。（5）額定勵磁電壓UfN（V）（僅對他勵電機）。（6）額定勵磁電流IfN（A）。2.2直流電機的銘牌與勵磁方式例2-1：已知某直流電動機銘牌數據如下：PN

=75kW，UN=220V，nN=1500r/min，ηN=88.5%，試求：該電機的輸入功率及額定電流各是多少？

解：對于直流電動機：

故額定運行時輸入的電功率：

故該電機的額定電流:

2.2直流電機的銘牌與勵磁方式勵磁方式：指給直流電機勵磁繞組的供電方式。

分為他勵和自勵式兩大類。自勵式又分為并勵、串勵、復勵三種電機。圖中：I為電源電流，If為勵磁電流，Ia為電樞電流。

（a）他勵

（b）并勵

（c）串勵

（d）復勵2.2.2直流電機勵磁方式1）他勵式

他勵式是指勵磁繞組由其他電源供電，勵磁繞組與電樞繞組不相連。永磁直流電機也屬于他勵直流電機，因勵磁磁場與電樞電流無關。2.2.2直流電機勵磁方式2）自勵式

（1）并勵式：勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)，勵磁電壓等于電樞繞組端電壓。

對于直流電動機：

對于直流發(fā)電機：

（此時I

稱為負載電流）

2.2.2直流電機勵磁方式2.2.2直流電機勵磁方式2）自勵式

（2）串勵式：勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)；勵磁電流等于電樞電流，所以勵磁繞組的導線粗而匝數較少。

2）自勵式（3）復勵式：每個主磁極上套兩個勵磁繞組，一為與電樞并聯(lián)的并勵繞組，二為與電樞串聯(lián)的串勵繞組。兩個繞組產生的磁動勢方向相同稱為積復勵，兩個繞組產生的磁動勢方向相反稱為差復勵。通常采用積復勵方式。

2.2.2直流電機勵磁方式2.3直流電機電樞繞組

電樞繞組就是直流電機轉子繞組，是直流電機的電路部分，也是直流電機的核心部分，是實現(xiàn)機電能量轉換的樞紐。。

電樞繞組的構成應能產生足夠的感應電勢，并允許通過一定的電樞電流，此外還要節(jié)省有色金屬和絕緣材料，結構簡單，運行可靠。

電樞繞組組成原則:2.3.1電樞繞組的基本概念

按其繞組元件和換向器的聯(lián)接方式不同，可以分為疊繞組（單疊和復疊）、波繞組（單波和復波）和混合繞組。

元件:

首尾兩端分別與兩個換向片相連接的線圈，稱為元件，是組成繞組的基本單元。直流電機電樞繞組的型式：

元件可為單匝，也可為多匝，一個元件由兩條導體邊和端接線組成，元件的兩個出線端分別接到兩片換向片上，并與其它元件相連。單疊繞組元件：單匝元件兩匝元件元件相連2.3.1電樞繞組的基本概念

波繞組元件：單匝元件兩匝元件思考:疊繞組元件和波繞組元件的特點？單匝元件2.3.1電樞繞組的基本概念2.3.1電樞繞組的基本概念

元件嵌入槽內的規(guī)律：

置于槽內稱為有效邊，端接線置于鐵心外，不切割磁場，僅起連接線作用。

一個槽里總有上下層兩個線圈邊，稱為雙層繞組。2.3.1電樞繞組的基本概念

虛槽：大型電機為了避免開過多槽，往往電樞每槽上、下層有多個元件邊，

說明元件的空間安排時，就一律以虛槽來編號，用虛槽數為計算單位，u=2即表明一個實槽Q包含2個虛槽Qu，則：

由于一個換向片與不同元件的兩個出線端相連接，換向片數K。則有：

假如電機中每槽上、下層分別包含u個元件，u為槽內一層嵌放的元件邊數，圖u=2。2.3.1電樞繞組的基本概念

4極（）直流電機結構示意圖：

幾何中性線：磁極之間的平分線

極距

：在電樞鐵心表面上，一個極所占的距離。用虛槽數表示為：

主極軸線：磁極的中心線2.3.2直流電樞繞組的節(jié)距

電樞繞組的連接規(guī)律是通過繞組的節(jié)距來表征。

一個元件的兩條有效邊在電樞表面上所跨的距離稱為第一節(jié)距。如以虛槽數計，總是整數。即：

整距繞組

；短距繞組

；長距繞組

。

（1）第一節(jié)距y12.3.2直流電樞繞組的節(jié)距

（2）第二節(jié)距y2

相串連的兩個元件中，第一個元件的下層邊與第二個元件的上層邊在電樞表面上所跨的距離，稱為第二節(jié)距。也用虛槽數計算。

（3）合成節(jié)距y

相串連（相鄰）的兩個元件對應邊在電樞合成節(jié)距y。對于疊繞組：對于波繞組：2.3.2直流電樞繞組的節(jié)距

（4）換向器節(jié)距yk

一個元件的兩個出線端所連接的兩個換向片之間所跨的距離，稱換向器節(jié)距yk。

其大小用換向片數計算，則有yk=y。2.3.3單疊繞組和單波繞組

疊繞組：

疊繞組是指各極下元件依次連接，后一個元件總是疊在前一個元件上

單疊元件在電樞上的聯(lián)接

取正號則繞行換向片一周后，比出發(fā)時的換向片前進一片，稱為右行繞組；取負號則后退一片，稱為左行繞組。一般采用右行繞組。2.3.3單疊繞組和單波繞組

波繞組：

波繞組是指把相隔約為一對極下的同極性磁場下的相應元件串連起來，像波浪一樣向前延伸。主要內容：（用實例說明）繞組聯(lián)結規(guī)律及節(jié)距；繞組展開圖；元件聯(lián)結圖；并聯(lián)支路圖。1）單疊繞組單疊繞組分析實例解：節(jié)距計算：y＝y(tǒng)k＝1計算節(jié)距y、y1和y2畫繞組展開圖安放電刷和磁極例2-3：

2p＝4，Qu＝S＝K＝16，試繪制單疊右行繞組展開圖。1）單疊繞組1單疊繞組展開圖1.槽展開2.繞組放置3.安放磁極電刷123456789101112131416152345678910111213141615槽展開繞組放置安放磁極、電刷NSNSττττ+－++－－1）單疊繞組繞組放置元件1：上元件邊在1槽上層，下元件邊放在相距y1=4即5槽下層。元件2：上元件邊在2槽上層，下元件邊放在相距y1=4即6槽下層。以此類推放置其他元件。

虛槽中的上層元件邊用實線表示，下層元件邊用虛線表示，元件邊上下的斜線表示端接。1）單疊繞組某一瞬間磁極、電刷放置磁極：磁極寬度約0.7τ，均勻分布，N、S極交替安排。電刷：為了在正負電刷間獲得最大直流電勢以及產生最大的電磁轉矩，電刷放在被電刷短路的元件電勢為零的位置。在磁極的幾何中性線上的元件電勢為零，在同一極性主極下的元件邊電勢具有相同的方向。電刷放置：電刷放置在使電刷的中心線與主極軸線對準的換向片上。

1）單疊繞組單疊繞組元件聯(lián)結圖

繞電樞一周，所有元件互相串聯(lián)構成一閉合回路。

5′6′7′8′9′10′11′

12′13′14′15′16′1′2′3′4′123456789101112

131415161

y2yy1

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。

元件、上元件邊及其所在的虛槽，與其聯(lián)結的換向片都具有相同的號碼，下元件邊用它所在的虛槽的號碼上標加一撇表示。1）單疊繞組單疊繞組某一瞬間并聯(lián)支路圖每個極下的元件組成一條支路，即單疊繞組的并聯(lián)支路數正好等于電機的極數。

23478610111214161551391A1A2B1B2121095613141）單疊繞組單疊繞組的特點元件的兩個出線端連接于相鄰兩個換向片上。并聯(lián)支路數等于磁極數，2a=2p；整個電樞繞組的閉合回路中，感應電動勢的總和為零，繞組內部無環(huán)流；每條支路由不相同的電刷引出，電刷不能少，電刷數等于磁極數;正負電刷引出的電動勢即為每一支路的電動勢，電樞電壓等于支路電壓;由正負電刷引出的電樞電流Ia為各支路電流之和，即1）單疊繞組單疊繞組的聯(lián)結示意圖：位于對稱位置的電刷將閉合的6個線圈分成兩條并聯(lián)支路。兩個電刷位于換向器內圓對稱位置(實際放置在外圓上)。1）單疊繞組思考題？答：取掉B1，A2，四條支路變?yōu)閮蓷l。1、直流電機電樞繞組取掉相鄰一個或兩個電刷，直流電機會怎樣運行？2、取掉相對（B1，B2）電刷會怎樣？答：整個回路被A1和A2短接，電機不能工作。3、電樞繞組閉合回路是否有環(huán)流？答：各支路電勢數值相等，電樞繞組回路總電勢為零。不出現(xiàn)環(huán)流。1）單疊繞組思考題？答：主極數越多，電樞電流越大，故選用8磁極。4、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，應增加并聯(lián)支路數，即增加主極數。但主極數受電機結構的限制，不能任意增加?？梢圆捎脧童B繞組，使支路數成倍增加。1）單疊繞組主要內容：繞組聯(lián)結規(guī)律及節(jié)距繞組展開圖元件聯(lián)結圖并聯(lián)支路圖2）單波繞組

yk

N

Sy1y2對照單疊繞組y=y1+y2≈2τyk=

y

把相隔約一對極距的同極性的元件串聯(lián)。

N

S

N

S11515yk左行繞組單波繞組的聯(lián)結規(guī)律及節(jié)距2）單波繞組單波繞組的聯(lián)結規(guī)律及節(jié)距首末端所接的兩換向片相隔很遠，兩個元件緊相串聯(lián)后形似波浪。為了使緊相串聯(lián)的元件所產生的電勢同向相加，這兩個元件邊應處于相同磁極極性下，即合成節(jié)距

。2）單波繞組單波繞組的聯(lián)結規(guī)律及節(jié)距沿電樞鐵心一周后，必須回到原來起始換向片相鄰的一換向片上，這樣繞組才能繼續(xù)往下繞。

因此，換向片節(jié)距yk應滿足，即：

。

yk為一整數，取正號時，繞組聯(lián)結成右行繞組，取負號時，可得左行繞組。一般取負號，這時端接稍短。2）單波繞組單波繞組分析實例例2-4：2p＝4，Qu=S＝K＝15，試繞左行單波繞組。節(jié)距計算:計算節(jié)距y、y1和y2畫繞組展開圖安放電刷和磁極2）單波繞組元件、磁極、電刷放置原則元件、換向片的放置：

1號元件上層邊放1號槽，下層邊放4號槽；首末端所連的換向片相距yk＝7；為了端部對稱，首末端所連的兩換向片之間的中心線與1號元件的軸線重合。1號元件上層邊所連的換向片定為1號，依此依次聯(lián)接。

磁極放置：

N、S極磁極均勻交替的排列。電刷的放置：放在與主極軸線對準的換向片上。

2）單波繞組單波繞組展開圖334567891110121314152145678910111213141512NSSNττττ槽展開繞組放置安放磁極、電刷2）單波繞組單波繞組元件聯(lián)結圖

從繞組展開圖可以看出，全部15個元件串聯(lián)而構成一個閉合回路的順序是：1815714613512411310291聯(lián)結圖如下：

4′11′3′10′2′9′1′

8′15′7′14′6′13′5′12′18157146135124113

10291y2yy12）單波繞組單波繞組某一瞬間并聯(lián)支路圖單波繞組把相同極性下的全部元件串聯(lián)起來組成一條支路。由于磁極只有N、S之分，所以單波繞組的支路對數a與極對數多少無關，永遠為1，即a＝1。

234761011121415A1A2B1B21158954139128