電樞繞組和勵磁方式

第1章直流電機1.1直流電機的工作原理1.2直流電機的結(jié)構(gòu)和額定值1.3直流電機的電樞繞組1.4電流電機的電磁場1.5直流電機的感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩1.6直流電動機1.7他勵直流電動機的機械特性1.8直流發(fā)電機直流電機的電樞繞組電樞繞組是直流電機產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢、實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的樞紐。通過換向片，6個元件依次串連構(gòu)成一個閉合回路。直流電機的電樞繞組幾個基本概念1.元件

定義：元件就是兩端分別與兩片換向片連接的單匝或多匝線圈。元件是構(gòu)成繞組的基本單元。電樞繞組元件疊繞組元件波繞組元件直流電機的電樞繞組每一個元件有兩個放在槽中切割磁力線、感應(yīng)電動勢的有效邊，稱為元件邊。元件在槽外(電樞鐵心兩端)的部分一般只作為聯(lián)接引線，稱為端接。與換向片相聯(lián)的一端為前端接，另一端叫后端接。直流電機的電樞繞組每片換向片又總是接一個元件的首段和另一個元件的末端，所以元件數(shù)S總等于換向片數(shù)K即

S=K直流電機的電樞繞組每個電樞槽分上、下兩層嵌放兩個元件邊，所以元件數(shù)又等于槽數(shù)，即

S=K=Z直流電機的電樞繞組引入“虛槽”概念，設(shè)槽內(nèi)每層有u個元件邊，則意味著一個實際的槽包含了u個“虛槽”，而每個虛槽的上、下層依然只有一個元件邊。圖示為u＝2，即一個實槽包含兩個虛槽的情況。一般情況下，實際槽數(shù)Z與虛槽數(shù)Zi的關(guān)系為直流電機的電樞繞組對于小容量電機，電樞直徑小，電樞鐵心外圓不宜開太多槽時，往往在一個槽的上層和下層各方u個元件邊，即把一個實槽當(dāng)成u個虛槽使用。虛槽數(shù)Zu與實槽數(shù)Z之間的關(guān)系為：

Zu=uZ=S=K為分析方便起見，設(shè)u=1直流電機的電樞繞組節(jié)距

表示元件幾何尺寸以及元件之間連接規(guī)律的數(shù)據(jù)為節(jié)距。1．第一節(jié)距y1

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，用y1表示。第一節(jié)距的大小通常用所跨的虛槽數(shù)來計算。因為元件邊置放在槽內(nèi)，所以y1必定是一個整數(shù)。為得到較大的感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩，y1最好等于或者接近于一個極距，即

直流電機的電樞繞組直流電機的電樞繞組

ε為使yl湊成整數(shù)的一個小數(shù)。通常，y1=τ稱為整距元件；相應(yīng)的，y1>τ為長距；y1<τ為短距。因為短距繞組有利于換向，對于疊繞組尚能節(jié)省部分端部用鋼，故常被采用。

2．第二節(jié)距y2

在相串聯(lián)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。第二節(jié)距用y2表示，也用虛槽數(shù)計算。

直流電機的電樞繞組直流電機的電樞繞組3．合成節(jié)距y相串聯(lián)的兩個元件的對應(yīng)邊在電樞表面所跨的距離，稱為合成節(jié)距。合成節(jié)距用y表示，也用虛槽數(shù)計算。波繞和疊繞、單繞組和復(fù)繞組之間的差別，主要表現(xiàn)在合成節(jié)距上。所謂疊繞組是指：各磁極下的元件依次相連，后一個元件總是“疊”在前一個元件上。波繞組是指把相隔約為一對極距的同極性磁場下的相應(yīng)元件串聯(lián)起來，像波浪一樣向前延伸。疊撓和波繞這兩種聯(lián)法，都能保證相串聯(lián)的元件其電動勢方向相同而不互相抵消。對疊繞組y=y1-y2對波繞組

y=y1+y2直流電機的電樞繞組4．換向器節(jié)距yk

在換向器表面上，同一個元件的兩個出線端所接的兩個換向片之間所跨的距離，稱為換向器節(jié)距。換向器節(jié)距用yk表示，其大小用換向片數(shù)計算．由于元件數(shù)等于換向片數(shù)，每連接一個元件時，元件邊在電樞表面前進的距離，應(yīng)當(dāng)?shù)扔谄涑鼍€端在換向器表面所前進的距離，所以換向器節(jié)距應(yīng)當(dāng)?shù)扔诤铣晒?jié)距，即yk=y規(guī)定yk>0為右行繞組，yk<0為左行繞組，左行繞組每一個元件接到換向片上的兩根端接線要相互交又，亦較長(用銅較多)，故較少采用。直流電機的電樞繞組直流電機的電樞繞組單疊繞組步驟：①近似的電機橫截面示意圖

②元件連接次序表

單疊繞組

元件連接次序表

1.槽展開2.繞組放置3.安放磁極電刷槽展開繞組放置安放磁極、電刷12345678910111213141615NSNS

+-+-+－單波繞組

單波繞組:順序相連的兩元件處在相鄰極對下相近位置。1、單波繞組的節(jié)距(1)

第一節(jié)距(2)

合成節(jié)距(3)

第二節(jié)距單波繞組單波繞組構(gòu)成實例單波繞組直流電機：

步驟：計算節(jié)距②近似的電機、橫截面示意圖

③元件連接次序表

單波繞組槽展開繞組放置安放磁極、電刷123456789101112131415

NSNS+-+-+－單波繞組

單波繞組把所有處于相同極性下的元件都串聯(lián)起來構(gòu)成兩條并聯(lián)支路。單波繞組的并聯(lián)支路對數(shù)與極對數(shù)無關(guān)，總等于1，即。單波繞組從理論上講，只需設(shè)兩組電刷。但一般仍采用2P

組電刷。它可以減少電刷的接觸面積，隨之可有效縮短換向器的長度以節(jié)省用銅量，還可平衡繞組支路電勢。單波繞組①所有的直流電機的電樞繞組是無頭無尾的閉

合繞組。②電樞繞組的支路數(shù)(2a)永遠是成對出現(xiàn)，這是由于磁極數(shù)(2p)是一個偶數(shù)。③電刷放置的一般原則是確?？蛰d時通過正、負電刷引出的電動勢最大，或者說，被電刷短路的元件中的電動勢為零或接近于零。④對于端接對稱的元件，電刷也就放置在主極軸線下的換向片上。直流電機繞組的總結(jié)直流電機的電磁場電機裝配圖勵磁方式

直流電動機按勵磁方式分類MIf+Ua－Ia+Uf－他勵并勵串勵復(fù)勵M+U－IIfIaM+U－IIaMIaIf+U－I直流電機空載和負載時的磁場

直流電機工作中，主磁極產(chǎn)生主磁極磁動勢，電樞電流產(chǎn)生電樞磁動勢。電樞磁動勢對主極磁動勢的影響稱為電樞反應(yīng)。

直流電機的空載磁場直流電機空載是指電機對外無功率輸出、不帶負載空轉(zhuǎn)的一種狀態(tài)。直流電機空載時，勵磁繞組內(nèi)有勵磁電流，電動機電樞電流很小可忽略而發(fā)電機電樞電流為零，這時電機的磁場由勵磁電流單獨建立。右圖為一臺四極直流電機空載時的磁場示意圖。當(dāng)勵磁繞組的串聯(lián)匝數(shù)為，流過電流為，每極的勵磁磁動勢為：直流電機空載和負載時的磁場磁力線由N極出來，經(jīng)氣隙、電樞齒部、電樞鐵心的鐵軛、電樞齒部、氣隙進入S極，再經(jīng)定子鐵軛回到N極主磁通主磁路磁力線不進入電樞鐵心，直接經(jīng)過氣隙、相鄰磁極或定子鐵軛形成閉合回路漏磁通漏磁路直流電機中，主磁通是主要的，它能在電樞繞組中感應(yīng)電動勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，而漏磁通沒有這個作用，它只是增加主磁極磁路的飽和程度。在數(shù)量上，漏磁通比主磁通小得多，大約是主磁通的20%。直流電機的空載磁場如果不考慮電樞表面齒槽效應(yīng)，假設(shè)電樞表面是光滑的，根據(jù)磁路定律可推出氣隙磁密反比于氣隙長度，即有Bδ∝1/δ。主磁極下的氣隙小，而且均勻，氣隙磁密分布均勻；在主磁極極靴尖，氣隙增大，磁阻增大，磁密下降；在極靴尖外，氣隙迅速增大，氣隙磁密急劇下降，在相鄰兩極的空間分界線上，磁密降為零。我們稱氣隙磁密沿電樞表面空間分布的波形為平頂波，也可稱之為鐘形曲線。為了感應(yīng)電動勢或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，直流電機氣隙中需要有一定量的每極磁通，空載時，氣隙磁通與空載磁動勢或空載勵磁電流的關(guān)系，稱為直流電機的空載磁化特性。如右圖所示。為了經(jīng)濟、合理地利用材料，一般直流電機額定運行時，額定磁通設(shè)定在圖中A點，即在磁化特性曲線開始進入飽和區(qū)的位置。直流電機的空載磁場負載時直流電機的磁場直流電機負載運行時，電樞電流Ia不為零，氣隙中的磁勢由勵磁電流If產(chǎn)生的勵磁磁勢Ff和電樞電流Ia產(chǎn)生的電樞磁勢Fa共同建立。右圖表示由電樞電流單獨產(chǎn)生的電樞磁場，根據(jù)電樞電流方向和右手螺旋定則，可判斷電樞磁勢的軸線與電刷軸線（也是幾何中心線）重合，并與主磁極軸線正交，故電刷位于幾何中心線上時的電樞磁勢也是交軸電樞磁勢。如果認為直流電機電樞上有無窮多整距元件分布，則電樞磁動勢在氣隙圓周方向空間分布呈三角波，如圖中所示。由于主磁極下氣隙長度基本不變，而兩個主磁極之間，氣隙長度增加得很快，致使電樞磁動勢產(chǎn)生的氣隙磁通密度為對稱的馬鞍型，如圖中所示。負載時直流電機的磁場圖b表示僅由勵磁電流產(chǎn)生的空載磁場。假設(shè)電機磁路不飽和，可利用疊加原理，得到負載時氣隙磁場如圖c所示。負載時直流電機的磁場負載時直流電機的磁場當(dāng)勵磁繞組中有勵磁電流，電機帶上負載后，氣隙中的磁場是勵磁磁動勢與電樞磁動勢共同作用的結(jié)果。電樞磁場對氣隙磁場的影響稱為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)與電刷的位置有關(guān)。1、當(dāng)電刷在幾何中性線上時，將主磁場分布和電樞磁場分布疊加，可得到負載后電機的磁場分布情況，如圖所示。主磁場的磁通密度分布曲線電樞磁場磁通密度分布曲線兩條曲線逐點疊加后得到負載時氣隙磁場的磁通密度分布曲線負載時直流電機的磁場由圖可知，電刷在幾何中性線時的電樞反應(yīng)的特點：

2)、對主磁場起去磁作用1)、使氣隙磁場發(fā)生畸變空載時電機的物理中性線與幾何中性線重合。負載后由于電樞反應(yīng)的影響，每一個磁極下，一半磁場被增強，一半被削弱，物理中性線偏離幾何中性線角，磁通密度的曲線與空載時不同。磁路不飽和時，主磁場被削弱的數(shù)量等于加強的數(shù)量，因此每極量的磁通量與空載時相同。電機正常運行于磁化曲線的膝部，主磁極增磁部分因磁密增加使飽和程度提高，鐵心磁阻增大，增加的磁通少些，因此負載時每極磁通略為減少。即電刷在