直流电机的电枢绕组简介共27页文档

第1章 直流电机
1.4 直流电机的电枢电动势和电磁转矩
1.4.1
直流电机的电枢电动势
产生:电枢旋转时,主磁场在电枢绕组中感应的电动势简称为电
枢电动势。
pN Φn C e Φn 大小: Ea 60 a pN 其中C e 为电机的结构常数 (电动势常数 ) 60 a
可见,直流电机的感应电动势与电机结构、气隙磁通及转速有关。
第1章 直流电机
如果认为直流电机电枢上 有无穷多整距元件分布，则电 枢磁动势在气隙圆周方向空间 分布呈三角波，如图中 Fax 所 示。
由于主磁极下气隙长度基 本不变，而两个主磁极之间， 气隙长度增加得很快，致使电 枢磁动势产生的气隙磁通密度 为对称的马鞍型，如图中Bax 所示。
Bax
Fax
第1章 直流电机
转子
第1章 直流电机
1.1 直流电机的基本工作原理和结构
1.1.2 直流电机的工作原理
一、直流发电机工作原理 直流发电机是将机械能转变成电能的旋转机械。 右图为直流发电机的物理模型， N、S为定子磁极，abcd是固定在可 旋转导磁圆柱体上的线圈，线圈连 同导磁圆柱体称为电机的转子或电 枢。线圈的首末端a、d连接到两个 相互绝缘并可随线圈一同旋转的换 向片上。转子线圈与外电路的连接 是通过放臵在换向片上固定不动的 电刷进行的。
第1章 直流电机
二、直流电动机工作原理 在磁场作用下，N极性下导体 直流电动机是将电能转变 ab受力方向从右向左，S 极下导 成机械能的旋转机械。 体cd受力方向从左向右。该电磁 把电刷A、B接到直流电源上， 力形成逆时针方向的电磁转矩。 电刷A接正极，电刷B接负极。此 当电磁转矩大于阻转矩时，电机 时电枢线圈中将电流流过。 转子逆时针方向旋转。

指把相隔约为一对极距的同极性磁场下的相应元件串联起来，象波浪式的前进。
电枢绕组示意图有单波绕组和复波绕组。单波绕组的特点是将同极性下的所有线圈按一定规律全部串联起来， 形成一条并联支路。所以整个电枢绕组只有两条并联支路。波绕组线圈的换向器节距式中P为磁极对数;k为换向 片数；a为使Ys等于整数的正整数，它等于波绕组的并联支路对数。单波绕组的a=1，而a=2的复波绕组称双波绕 组,它可以看成是由两个单波绕组并联而成的复波绕组,故有4条并联支路；a>2者可类推，但用得很少。
波绕组从并联电路连接原理上说,只需两组电刷,即一组正电刷和一组负电刷。然而，通常直流电机中波绕组 的电刷组数仍然等于其极数，这是为了减轻电刷和换向片接触面上的电流负荷，从而可以缩短换向器的长度。此 外，对线圈电流的换向也有好处。
直流电枢绕组常由于某种原因造成各并联支路的电流不均匀分配,使铜耗增加,电枢绕组过热；有时也会使电 刷下发生有害的火花，给电机运行带来不利影响。将电枢绕组内部理论上的等电位点用导线直接连接，就可以改 善电机的运行条件。专门为此而设置的连接导线称为均压线。
电枢绕组
电机的电枢中按一定规律绕制和连接起来的线圈组
01 简介
03 交流
目录
02 直流 04 的演变
电枢绕组由一定数目的电枢线圈按一定的规律连接组成，他是直流电机的电路部分，也是感生电动势，产生 电磁转矩进行机电能量转换的部分。线圈用绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成，分上下两层嵌放在电枢铁心槽内， 上下层以及线圈与电枢铁心之间都要妥善地绝缘，并用槽楔压紧。大型电机电枢绕组的端部通常紧扎在绕组支架 上。
笼式绕组是异步电机中应用最广的一类交流电枢绕组。它的结构和定子绕组很不相同。在异步电机转子铁心 的槽内各有一根导体条。铁心两端槽口外有两个端环分别将所有导体条的两端都连接起来，成一短接的回路。如 果去掉磁路部分的铁心，只考虑导电的电路部分，则此绕组的形状像一个笼子（见三相异步电动机），故得名。 笼式绕组的每根导体条就是一相。它可以和任意极数的旋转磁场相配合，在其中感生电流。笼式绕组中的感应电 动势很小，所以一般不需要绝缘。

y1 = τ 为整距元件 y1 > τ 为长距元件 y1 < τ 为短距元件
有关电枢绕组名词、术语
第二节距y2 通过同一个换向片串联的两个元件中第一个元 件的下层边到第二个元件的上层边的距离，用 所跨虚槽数表示。叠绕组y2 <0， 波绕组y2 >0
合成节距y： 紧接着串联的两个元件的对 应边之间在电枢表面所跨的 距离，称为合成节距，用虚 槽数表示。
单叠绕组：先串联所有上元件边在同一极下的元 件， 形成一条支路。 每增加一对主极就增加一对 支路。 2a＝2p
叠绕组并联的支路数多， 每条支路中串联元件数 少，适应于较大电流、较低电压的电机
单波绕组：把全部上元件边在相同极性下的元件 相连，形成一条支路。 整个绕组只有一对支路， 极数的增减与支路数无关。 2a＝2
Ia = 2aia
作业
右行单叠绕组， Zu = S = K = 20
绘制绕组展开图和电路图。
二、单波绕组
波绕组：首末端所接的两换 向片相隔很远， 两个元件相 串联后形似波浪。
为了使串联起来的元件所产生的电势同向相加， 元件边应 处于相同磁极极性下， 即合成节距 y ≈ 2τ , y ≠ 2τ
为了使绕组从某一换向片出发， 沿电枢铁心一周后回到原 来出发点相邻的一片上， 则可由此再绕下去
有关电枢绕组名词、术语
主极轴线：主磁极中心线
几何中心线：磁极之间的平分线 主极轴线
N
S
12
S B1
N
主极轴线
N
几何中性线
A1
B2
S
A2
τ 极距：铁心表面一个极所占的距离，用
表示。τ
=
πD
2p
在直流电机中，常在每个槽的上、下层各放置若干个 元件边。为了确切地说明每个元件边所处的具体位 置，引入了“虚槽”的概念。 设槽内每层有u个元件边，则每个实际槽包含u个“虚 槽”，每个虚槽的上、下层各有一个元件边。若用Z代

12′13′14′15′16′1′2′3′4′
两元件之间得虚线,表示通过换向器上得同一
片换向片把两元件串联起来。
绕电枢一周,所有元件互相串联构成一闭合回
路。
单叠绕组某一瞬间并联支路图
A1
2 1
2
3
4
8
7
6
A2
9
1
9
10
11
12
10
16
15
14
B1
6 5
5
B2
13 13
14
每个极下得元件组成一条支路,即单叠绕组得 并联支路数正好等于电机得极数。
直流电机的磁路和电枢绕组
§7-2 直流电机得磁路和磁化特性
一、空载时磁场分布 Φ0
· Φσ
Φ0
·
图1 直流电机空载时的磁场分布
电机中磁场得分布就是对称得,由励磁动势所建 立得主极磁通分两部分:主磁通Φ0和漏磁通Φσ。
磁通和磁路
磁路从气隙1出发经－电枢齿－电枢轭－电枢 齿2－气隙2－主磁极2－定子轭－主磁极1,最后又 回到气隙1。
单波绕组得特点
• 同极性下各元件串联起来组成一条支路, 支 路对数a＝1,与磁极对数p无关。 • 当元件得几何尺寸对称时,电刷在换向器表 面上得位置对准主磁极中心线,支路电动势最 大。 • 电刷组数应等于极数; • 电枢电流 Ia＝2ia 。
单叠绕组和单波绕组得区别
• 单叠绕组:先串联所有上元件边在同一极下得元件, 形成一 条支路。 每增加一对主极就增加一对支路。2a＝2p。
a
c
a′
c′
同一槽放了两个不同元件得有效边,因此电枢得 槽数Q也等于元件数S。
二、实槽与虚槽

第1章 直流电机
1.2.3
单波绕成一条支路，支 路对数为1，与磁极对 数无关；
2）当元件的几何形 状对称时，电刷在 换向器表面上的位 置对准主磁极中心 线，支路电动势最 大；
3）电刷数等于磁极数； 4）电枢电动势等于支路感应电动势； 5）电枢电流等于两条支路电流之和。
元件的首末端：每一个元件均引出两根线与换向片相连，其中 一根称为首端，另一根称为末端。
极距：相邻两个主磁极轴线沿电枢表面之间的距离，用 表示。
D 或 Z
2P
2P
叠绕组：指串联的两个元件总是后一个元件的端接部分紧叠在前一
个元件端接部分，整个绕组成折叠式前进。
波绕组：指把相隔约为一对极距的同极性磁场下的相应元件串联起 来，象波浪式的前进。
【例1.2.1】 已知一 台直流电机的极对 数p=2， Z=S=k=16,试画出 其右行单叠绕组展 开图。
y1

Z 2p


16 4

4
y yk 1 y2 y1 y 4 1 3
第1章 直流电机
单叠绕组元件的连接顺序图
第1章 直流电机
1.2.2
单叠绕组的展开图
第1章 直流电机
第一节距 y1 ：一个元件的两个有效边在电枢表面跨过的距离。
第1章 直流电机
1.2.1
第1章 直流电机
1.2.1
第1章 直流电机
1.2.1
第二节距 y2 ：连至同一换向片上的两个元件中第一个元件的下
层边与第二个元件的上层边间的距离。
y 合成节距 ：连接同一换向片上的两个元件对应边之间的距离。
单叠绕组
3）电枢电流等于各支路 电流之和。
第1章 直流电机

•
2a＝2
•
或
a＝1
• 当电枢旋转时，各元件的位置随时间变化，构成支路的元件 交替更换，但从电刷外面看绕组时，仍然是一个有两条并联 支路的电路。
• 正因为如此，在元件数相同的情况下，波绕组每条支路的串 联元件数就可能比叠绕组多，支路电压也就会比较高。这也 是波绕组的基本特点。
• 波绕组增加并联支路数的方法是采用复波绕组。由m个单波 绕组构成的波绕组叫做m波绕组，其特点是 。m y yK (K m)/ p 波绕组通过电刷实现并联(电刷宽度等于或大于m个换向片宽 度)，其并联支路数增至2m。
2020年3月2日 第2页
• 分类：直流电枢绕 组有叠绕组、波绕 组和混合绕组等三 种类型。
• 本节主要说明单叠 和单波绕组的组成 和连接规律。
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§2.1电枢绕组的一般知识
• 一、直流电枢绕组的构成 • 二、直流电枢绕组的节距
2020年3月2日 第4页
一、直流电枢绕组的构成
边与第二个元件的上层边在电枢表面上所跨 的距离，称为第二节距。第二节距用y2表示， 也用虚槽数计算。
2020年3月2日 第10页
• 3．合成节距y
• 相串联的两个元件的对应边在电枢表面所跨的距离， 称为合成节距。合成节距用y表示，也用虚槽数计 算。波绕和叠绕、单绕组和复绕组之间的差别，主 要表现在合成节距上。所谓叠绕组是指：各磁极下 的元件依次相连，后一个元件总是“叠”在前一个 元件上。波绕组是指把相隔约为一对极距的同极性 磁场下的相应元件串联起来，像波浪一样向前延伸。 叠挠和波绕这两种联法，都能保证相串联的元件其 电动势方向相同而不互相抵消。
• 现举例说明单波绕组的绕法、支路电动势和 支路数等问题。

1.2 直流电机的电枢绕组简介
1.2.1 电枢绕组的基本知识 电枢绕组是直流电机的一个重要部分，电机 中能量的变换就是通过电枢绕组而实现的，直流 电机的转子也称为电枢。电枢绕组的结构对电机 基本参数和性能都有影响，因此对电枢绕组提出 了一定的要求，这就是在允许通过规定的电流和 产生足够的电动势的前提下，尽可能地节省材料 并且要结构简单、运行可靠。
图1.13 单叠绕组元件串联顺序
1.2.2 单叠绕组（续3）
（3）放置磁极和电刷 在绕组展开图上均匀 放置4个磁极（2p＝4）。设N极的磁通是进入纸 面，S极的磁通是从纸面穿出，电枢自右向左运 动，根据右手定则就可判定各元件边的感应电动 势的方向。在图1.12所示这一瞬间，1, 5, 9, 13四 个元件正处于磁极几何中性线上，感应电动势为 零，这四个元件把整个绕组分成四段，每段有三 个电动势方向相同的元件相串联。由于每段电路 中对应元件所处的磁场位置相同，所以每段电路 的电动势大小相等，但方向两两相反，因此在整 个闭合回路内互相抵消，总电动势为零，不会产 生环流。
绕组故障判断（续2）
解：根据单叠绕组的嵌放规律，两相邻换向片之 间有一个线圈，若线圈无断线故障，则电枢线圈、 可变电阻R与电源形成闭合回路，如图1.16所示。 由于线圈电阻较小，故电源电压大部分降落在可 变电阻R上，毫伏表指示的绕组压降值较小。若 线圈出现断路故障，所有电压均降落在线圈上， 毫伏表指示为电源电压值，比正常值大很多，故 能判断故障在线圈。
1.2.2 单叠绕组（续5）
从图上可以看到，由于电刷和主磁极在空间 上是固定的，所以当用原动机带动电枢旋转时， 虽然每条支路中的元件连同与电刷接触的换向片 在不断地变化，但每条支路中各元件在磁场中所 处的位置以及各支路的元件总数并没有改变，因 此在电刷A，B之间的电动势其方向和大小不变， 是一个直流电动势。由此再次展示了换向器和电 刷装置在直流发电机中的作用。对于直流电动机， 也是由于换向器和电刷装置的作用，使处于N极 下和S极下的元件受到电磁力的方向和大小始终 不变，从而形成一个恒定的电磁转矩。

• 对电枢绕组的要求
• 通过规定的电流 • 产生足够的电势和电磁转矩 • 消耗的有效材料最省 • 强度高（机械、电、气、热） • 运转可靠 • 结构简单
绕组实物图
3
第一部分 电机原理 第二章 直流电机
第二节 直流电机的电枢绕组
一、电枢绕组的基本知识—名词、术语
1、磁极中心线：极轴线 2、几何中心线：磁极之间的平分线
二、单叠绕组
5、画绕组电路图（并联支路图） • 特点：每个极下的元件组成一条支路
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第一部分 电机原理 第二章 直流电机
第二节 直流电机的电枢绕组
二、单叠绕组
• 整个电枢绕组为一个闭合回路，无头无尾 - 感应电动势总和为零
• 元件的两个出线端要连接于相邻两个换向片上 • 并联支路数等于磁极数， 2a=2p; • 电刷数等于磁极数，每条支路由不相同的电刷引出 • 电枢电压等于每一个支路的电压 • 由正负电刷引出的电枢电流Ia为各支路电流之和
• 单叠：电刷数=磁极数
• 原则： - 引出来的电势最大 （2，3，4） - 被电刷短路的元件电势最小（1，5）
• 规律： - 端部对称时，一部分 电机原理 第二章 直流电机
第二节 直流电机的电枢绕组
二、单叠绕组
4、安放电刷，完成连线
τ
τ
τ
τ
1 2 N3 4 5 6 S7 8 9 10 N11 12 13 14 S15 16
τ
τ
τ
τ
1 2 N3 4 5 6 S 7 8 9 10 N11 12 13 14 S 15 16
15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
第一部分 电机原理 第二章 直流电机

单波绕组的特点
（1）yyk
K1Z1 pp
（2）a=1；
（3）电枢电动势等于支路感应电动势；
（4）正负电刷间电动势最大。
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2p
2 ．第一节距y1 第一节距是指一个线圈两有效边之间在电枢表面上的跨距， 以槽数表示，如图1—10所示。由于线圈边要放入槽内，所以应是整数。而为
了让组能感应出最大的电动势，应使接近或等于极距。
为了节省铜线及其工艺的方便，一般采用短距或整距绕组。y1
Z 2p
3．第二节距y2 它是指相串联的两个相邻线圈中，第一个线圈的下层边与相 邻的第二个线圈的上层边之间的距离，用槽数表示。