直流電機電樞繞組電動勢電磁轉(zhuǎn)矩

關(guān)于直流電機電樞繞組電動勢電磁轉(zhuǎn)矩作用：是直流電機的核心部分；在磁場中旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢、通過電流產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩；電動勢與電流的乘積就是電磁功率；電磁轉(zhuǎn)矩與電樞旋轉(zhuǎn)機械角速度的乘積就是電磁功率，是實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的重要部分。組成:

由許多形狀完全一樣的單匝繞組元件（或多匝元件）以一定的規(guī)律嵌放在電樞鐵心的槽內(nèi)。繞組元件稱為線圈或元件。一、電樞繞組的常用概念

圖1電樞繞組1—上層邊；2—下層邊；3—端接部分；4—首、末端第2頁,共35頁，2024年2月25日，星期天一、電樞繞組的常用概念

元件（線圈）：構(gòu)成繞組的線圈稱為繞組元件，分單匝和多匝兩種。一個元件由兩條元件邊和端接線組成，元件邊放在槽內(nèi)，能切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，叫“有效邊”，端接線放在槽外，不切割磁力線，僅作為連接線用。每個元件的一個元件邊放在某一個槽的上層，另一個元件邊則放在另一槽的下層。元件的首末端：每一個元件均引出兩根線與換向片相連，其中一根稱為首端，另一根稱為末端。每一個元件的兩個端點分別接在不同的換向片上，每個換向片接兩個不同的線圈端頭,由此可見，整個電樞的元件數(shù)S等于換向片數(shù)K，即S=K。第3頁,共35頁，2024年2月25日，星期天實槽：電機電樞上實際開出的槽叫實槽。實槽數(shù)用Z表示。虛槽：即單元槽(每層元件邊的數(shù)量等于虛槽數(shù))，每個虛槽的上、下層各有一個元件邊。虛槽數(shù)用表示。設(shè)槽內(nèi)每層有u個虛槽，虛槽數(shù)和實槽的關(guān)系：

極軸線：磁極的中心線。幾何中性線：是指主磁極N極和S極的機械分界線。物理中性線：把N極與S極磁場為零處的分界線稱為物理中性線。一、電樞繞組的常用概念第4頁,共35頁，2024年2月25日，星期天

圖2

a)元件b)繞組元件在槽內(nèi)的放置c）實槽與虛槽

b）1—上層邊；2—下層邊；3—端接部分；4—首、末端

c）1—槽楔；2—線圈絕緣；3—導線；4—層間絕緣；

5—槽絕緣；6—槽底絕緣一、電樞繞組的常用概念第5頁,共35頁，2024年2月25日，星期天極距：相鄰兩個主磁極軸線沿電樞表面之間的距離，用表示為（距離）若用槽數(shù)表示為（槽數(shù)）式中：D—電樞外徑(m)；

p—磁極對數(shù)。一、電樞繞組的常用概念

圖3極距位置示意圖第6頁,共35頁，2024年2月25日，星期天繞組節(jié)距：

指被連接起來的兩個元件邊或換向片之間的距離，通常用虛槽數(shù)或換向片數(shù)表示。(1)第一節(jié)距y1：

同一個元件的兩個有效邊在電樞表面跨過的距離。(2)第二節(jié)距y2：

連至同一換向片上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間的距離。一、電樞繞組的常用概念第7頁,共35頁，2024年2月25日，星期天(3)合成節(jié)距y：

連接同一換向片上的兩個元件對應(yīng)邊之間的距離。

(4)換向器節(jié)距yK：

同一元件首末端連接的換向片之間的距離。單疊繞組單波繞組一、電樞繞組的常用概念第8頁,共35頁，2024年2月25日，星期天一、電樞繞組的常用概念單疊繞組單波繞組第9頁,共35頁，2024年2月25日，星期天電樞繞組主要分為兩類：

二、電樞繞組分類(1)疊繞組：單疊復疊(2)波繞組：單波復波第10頁,共35頁，2024年2月25日，星期天疊繞組：串聯(lián)的兩個元件總是后一個元件的端接部分緊疊在前一個元件端接部分，整個繞組成折疊式前進。當把每一個元件連接成繞組時，連接的順序是從左向右進行，稱為右行繞組。反之，稱為左行繞組。二、電樞繞組分類第11頁,共35頁，2024年2月25日，星期天波繞組：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，象波浪式的前進。直接相連的兩個單波繞組不是在同一個磁極下，而是分別處于相鄰的兩對主磁極下。兩個元件的對應(yīng)邊在電樞表面的距離合成節(jié)距y約等于兩個極距。也就是說這兩個元件在磁場中相對位置基本相同，因此，電動勢方向相同，電磁轉(zhuǎn)矩方向也相同。二、電樞繞組分類第12頁,共35頁，2024年2月25日，星期天設(shè)電機有p對磁極，單波電樞繞組一周串聯(lián)了p個元件，第p+1個元件的位置不能與第一元件重疊，只能放在第一個元件相鄰的電樞槽里。因此，同樣，從換向器上看，第p個元件的末端不能直接連到與第一個元件始端相連的換向片上，只能連到與起始換向片商，即由上面兩式得：二、電樞繞組分類第13頁,共35頁，2024年2月25日，星期天式中正負號的選擇，應(yīng)首先滿足換向器節(jié)距yk或合成節(jié)距y等于整數(shù)。當取正號時，第p個元件的末端落在起始換向片的右邊稱為右行繞組；若取負號，第p個元件的末端落在換向片的左邊稱為左行繞組，左行繞組短接線不交叉，制造工藝簡單，用得較多。二、電樞繞組分類第14頁,共35頁，2024年2月25日，星期天單疊繞組：

指相鄰元件(線圈)相互疊壓，第一元件的出線端接到相鄰的換向片上，第一個元件的下層邊（虛線）連接著第二個元件的上層邊，第二個元件的上層邊放在第一元件上層邊相鄰的第二個槽內(nèi)。合成節(jié)距與換向節(jié)距均為1，即：y=yk=1

繞組展開圖

繞組展開圖就是把放在電樞鐵心里的、由元件構(gòu)成的電樞繞組單獨取出來，畫在一張圖里，以表示槽里各元件彼此在電路上的連接情況。只是原理圖，并非實際電樞繞組的結(jié)構(gòu)圖，有助于理解電樞繞組在電路上的連接情況。電樞繞組分類第15頁,共35頁，2024年2月25日，星期天下面通過例子說明單疊繞組如何連接，有何特點？

例:已知某直流發(fā)電機的極對數(shù)2p=4，電樞槽數(shù)Z=16，極距，元件數(shù)S等于及換向片數(shù)K也等于電樞槽數(shù)Ze，S=K=Ze=16，試畫出右行單疊繞組展開圖。解:1．計算繞組數(shù)據(jù)

選擇Y1的依據(jù)是盡量讓元件里感應(yīng)電動勢最大，即Y1應(yīng)接近與或等于極距，有：

單疊電樞繞組連接第16頁,共35頁，2024年2月25日，星期天

是使Y1為整數(shù)的小數(shù)，如果，該線圈為整距線圈（繞組）；若，線圈為短距線圈（繞組）

；若，線圈為長距線圈（繞組）。2．畫繞組展開圖:（1）畫元件邊。先畫16根等長、等距的實線，代表各槽上層元件邊，再畫16根等長等距的虛線，代表各槽下層元件邊。單疊電樞繞組連接第17頁,共35頁，2024年2月25日，星期天（2）根據(jù)y1，畫出第一個元件的上下層邊（1～5槽），令上層邊所在的槽號為元件號。（3）接上換向片，1、2片之間對準元件中心線，之后等分換向器，定出換向片號；（4）畫出第二個元件，上層邊在第2槽，與第一個元件的下層邊聯(lián)接；下層邊在第6槽與3號換向聯(lián)接。按此規(guī)律，一直把16個元件全部聯(lián)起來。（5）放磁極：磁極應(yīng)均勻分布在圓周上，N極磁力線垂直向里（進入紙面），S極向外（從紙面穿出）；單疊電樞繞組連接第18頁,共35頁，2024年2月25日，星期天（6）放電刷：對準在磁極軸線下，畫一個換向片寬（實際上K很多，電刷寬＝2～3片寬）。并把相同極性下的電刷并聯(lián)起來。實際運行時，電刷是靜止不動的，電樞在旋轉(zhuǎn)，但是被電刷所短路的元件，永遠都是處于電機的幾何中性線，其感應(yīng)電動勢是接近零的。為使正、負電刷間引出的電動勢最大，我們已知被電刷所短路的元件電動勢為零，在元件端接線對稱的情況下，電刷的實際位置應(yīng)在磁極中性線下，所以習慣上稱為“電刷放在幾何中性線位置”。單疊電樞繞組連接第19頁,共35頁，2024年2月25日，星期天NSNSn1612345678910111213141513111234567891012141516單疊電樞繞組展開圖第20頁,共35頁，2024年2月25日，星期天NSNS1516123456789101112131415

n13111234567891012141516AB+_B2B1A2A1單疊電樞繞組展開圖第21頁,共35頁，2024年2月25日，星期天

繞組展開圖比較直觀，但畫起來比較麻煩，為簡便起見，繞組連接規(guī)律也可用連接順序表來表示。本例連接順序表如下。上排數(shù)字同時代表上層元件邊的元件號、槽號和換向片號，下排數(shù)字代表下層元件邊所在的槽號。單疊繞組連接順序表第22頁,共35頁，2024年2月25日，星期天單疊電樞繞組并聯(lián)支路圖

如圖，如第一虛槽上層元件邊經(jīng)y1=4接到第5虛槽的下層元件邊，構(gòu)成第一個元件，它的首、末端分別接到第1、2兩個換向片上。第5虛槽的下層元件經(jīng)y2=3接到第2虛槽的上層元件邊，這樣就把第1、2元件連接起來了。依此類托。從第1元件開始，繞電樞一周，把全部原件邊都串聯(lián)起來，之后回到第1元件的起始點1?？梢姡麄€繞組是一個閉合回路。取一瞬間（上圖），將此瞬間不與電刷接觸的換向片省去不畫，可以得到下圖的并聯(lián)支路圖?？梢钥闯鰡委B繞組的連接規(guī)律是將同一磁極下的各個元件串聯(lián)起來組成一條支路。所以，單疊繞組的并聯(lián)支路對數(shù)a總等于極對數(shù)p，即a=p。第23頁,共35頁，2024年2月25日，星期天A1AB-15913A2B2B1+12109131465234876101112141516單疊電樞繞組并聯(lián)支路圖第24頁,共35頁，2024年2月25日，星期天

單疊繞組的特點：

1）同一主磁極下的元件串聯(lián)成一條支路，主磁極數(shù)與并聯(lián)支路數(shù)相同。

2）電刷數(shù)等于主磁極數(shù)，電刷位置應(yīng)使感應(yīng)電動勢最大，電刷間電動勢等于并聯(lián)支路電動勢。

3）電刷個數(shù)等于極數(shù)。單疊電樞繞組特點第25頁,共35頁，2024年2月25日，星期天單波繞組例1-2直流電機2p=4，Ze=S=K=15，繞成單波繞組。（1）計算繞組數(shù)據(jù)第26頁,共35頁，2024年2月25日，星期天單波繞組展開圖（2）畫繞組展開圖第27頁,共35頁，2024年2月25日，星期天本例連接順序表如下。上排數(shù)字同時代表上層元件邊的元件號、槽號和換向片號，下排數(shù)字代表下層元件邊所在的槽號。單波繞組連接順序表第28頁,共35頁，2024年2月25日，星期天單波繞組并聯(lián)支路圖第29頁,共35頁，2024年2月25日，星期天單波繞組的特點：

1）上層邊位于同一極性磁極下的所有元件串聯(lián)起來組成一條支路，并聯(lián)支路對數(shù)恒等于1，與磁極對數(shù)無關(guān)；

2）當元件的幾何形狀左右對稱，電刷在換向器表面上的位置對準主磁極中心線時，支路電動勢最大；

3）電刷數(shù)等于磁極數(shù)（全額電刷）。

4）電樞電動勢等于支路感應(yīng)電動勢；

5）電樞電流等于兩條支路電流之和。

單波繞組特點第30頁,共35頁，2024年2月25日，星期天單疊繞組與單波繞組的主要區(qū)別:

1、在于并聯(lián)支