电机学 2.2 直流电机绕组.ppt

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1、2.2直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组教学目的了解直流电机电枢绕组的基本特点；了解单叠绕组；了解电刷的放置方法。设计制造电枢绕组的基本要求是：设计制造电枢绕组的基本要求是：(1)产生尽可能大的电动势，并有良好的产生尽可能大的电动势，并有良好的波形。波形。(2)能通过足够大的电流，以产生并承受能通过足够大的电流，以产生并承受所需要的电磁力和电磁转矩。所需要的电磁力和电磁转矩。(3)结构简单，连接可靠。结构简单，连接可靠。(4)便于维护和检修。便于维护和检修。(5)对直流电机，应保证换向良好。对直流电机，应保证换向良好。（1）叠绕组叠绕组，包括单叠绕组和复叠绕组。，包括单叠绕组和复叠绕组。（2

2、）波绕组波绕组，包括单波绕组和复波绕组。，包括单波绕组和复波绕组。（3）蛙绕组，即叠绕组和波绕组的混合。）蛙绕组，即叠绕组和波绕组的混合。电枢绕组是电机中电流通道的主体，也是电电枢绕组是电机中电流通道的主体，也是电磁力的载体，是实施机电能量转换的枢纽。磁力的载体，是实施机电能量转换的枢纽。根据绕组连接方式的不同，直流电机的电枢根据绕组连接方式的不同，直流电机的电枢绕组分为三种类型：绕组分为三种类型：2.2直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组直流枢绕组基本知识直流枢绕组基本知识元件元件-所谓元件是指两端分别与两片换向所谓元件是指两端分别与两片换向片连接的单匝或多匝线圈。电枢绕组由结构片连接的单匝

3、或多匝线圈。电枢绕组由结构形状相同的绕组元件形状相同的绕组元件(简称元件简称元件)构成。构成。元件边元件边-每一个元件有两个放在槽中切割每一个元件有两个放在槽中切割磁力线、感应电动势的有效边。磁力线、感应电动势的有效边。端接端接-元件在槽外元件在槽外(电枢铁心两端电枢铁心两端)的部分的部分一般只作为联接引线，称为一般只作为联接引线，称为端接端接。与换向片。与换向片相联的一端为前端接，另一端叫后端接相联的一端为前端接，另一端叫后端接1 1、元件、元件直流电机绕组元件直流电机绕组元件电枢绕组元件在槽内的放置电枢绕组元件在槽内的放置电枢绕组的特点常用槽数、元件数、换向电枢绕组的特点常用槽数、元件数、

4、换向片数及各种节距来表征。因为每一个元件片数及各种节距来表征。因为每一个元件有两个元件边，而每一片换向片同时接有有两个元件边，而每一片换向片同时接有一个上元件边和一个下元件边，所以元件一个上元件边和一个下元件边，所以元件数数S一定与换向片数一定与换向片数K相等；又由于每一个相等；又由于每一个虚槽亦包含上、下层两个元件边，即虚槽虚槽亦包含上、下层两个元件边，即虚槽数数Zi也与元件数相等，故有也与元件数相等，故有 S=K=Zi电枢绕组在槽内的放置电枢绕组在槽内的放置2 2、节距、节距极距极距 -每个每个主磁极主磁极在电枢表面占据在电枢表面占据的距离或相邻两主极间的距离，用所跨的距离或相邻两主极间的

5、距离，用所跨弧长或该弧长所对应的槽数来表示弧长或该弧长所对应的槽数来表示)。设。设电机的极对数为电机的极对数为p,电枢外径为电枢外径为Da，则，则 =Da/2p(弧长弧长)或或=Z/2p(槽数槽数)第一节距第一节距y y1 1-每个元件的两个元件边在电枢表每个元件的两个元件边在电枢表面的跨距，用槽数表示。如下页图所示，设上元面的跨距，用槽数表示。如下页图所示，设上元件边在第件边在第1槽，下元件边在第槽，下元件边在第5槽，则槽，则y1=5-1=4。为。为使元件中的感应电动势最大，使元件中的感应电动势最大，y1所跨的距离应接近所跨的距离应接近一个极距一个极距。由于。由于y1必须要为整数，否则无法嵌

6、放，必须要为整数，否则无法嵌放，因此有因此有 y1=Z/2p=整数整数通常，通常，y1=称为整距元件；称为整距元件；y1为长距；为长距；y1为短距。为短距。短距绕组端接联线较短，应用较广泛。短距绕组端接联线较短，应用较广泛。第二节距第二节距 y y2 2-与同一片换向片相联的两个元件与同一片换向片相联的两个元件中的第一个元件的下元件边到第二个元件的上元件中的第一个元件的下元件边到第二个元件的上元件边在电枢表面的跨距，也常用槽数来表示。对叠绕边在电枢表面的跨距，也常用槽数来表示。对叠绕组组y20，对波绕组，对波绕组y20。合成节距合成节距 y y-相串联的两个元件的对应边在电枢相串联的两个元件的

7、对应边在电枢表面的跨距。用槽数表示就是表面的跨距。用槽数表示就是 y=y1+y2换向器节距换向器节距 y yK K-与每个元件相联的两片换向片与每个元件相联的两片换向片在换向器表面的跨距，用换向片数表示。合成节距在换向器表面的跨距，用换向片数表示。合成节距与换向器节距在数值上总是相等的，即与换向器节距在数值上总是相等的，即 y=yK单叠绕组的连接单叠绕组的连接2.2.22.2.2单叠绕组单叠绕组单叠绕组单叠绕组电枢绕组中任何两个串联元件都是后一个叠在前一个上面的称为叠绕组叠绕组，整个绕组成折叠式前进，若y=yK=1则称之为单叠。现举例说明单叠绕组的连接方法与特点。例：已知电机极数2p=4，且，

8、且Z=S=K=16。试绕制一单叠右行整距绕组。解：(1)节距计算。单叠右行 y=yK=1 整距 y1=Z/2p=16/4=4(整数，可绕制)第二节距 y2=y-y1=-3(2)绕组连接表。规定元件编号与槽编号相同，上元件边直接用槽编号表示，下元件边用所在槽编号加撇以示区别。上元件边与下元件边之间用实线连接，两元件通过换向器串联用虚线表示。依次连接完16个元件后，又回到第1个元件，即直流电枢直流电枢绕组总是自行闭合的。绕组总是自行闭合的。2.2.2单叠绕组展开图单叠绕组展开图单单叠叠绕绕组组的的电电路路图图综上可知，电刷应固定放置在换向器的综上可知，电刷应固定放置在换向器的几何中性线上。对于端接

9、对称的元件，几何中性线上。对于端接对称的元件，元件轴线、主极轴线和换向器上的几何元件轴线、主极轴线和换向器上的几何中性线三线合一，故电刷也就放置在主中性线三线合一，故电刷也就放置在主极轴线下的换向片上。若端接不对称，极轴线下的换向片上。若端接不对称，则电刷应移过与换向器轴线偏离主极轴则电刷应移过与换向器轴线偏离主极轴线相同的角度，即电刷与换向器上的几线相同的角度，即电刷与换向器上的几何中性线总是保持重合。何中性线总是保持重合。对应于一个主极，换向器上便有一条几何中性对应于一个主极，换向器上便有一条几何中性线，因而可放一把线，因而可放一把(习惯上称组，因为可能是习惯上称组，因为可能是多个电刷组合

10、而成多个电刷组合而成)电刷。电机有电刷。电机有2p个主极，个主极，故换向器圆周上应放置故换向器圆周上应放置2p组电刷。本例组电刷。本例2p=4,即电刷组数为即电刷组数为4。实际电机中，一个主极下的。实际电机中，一个主极下的元件数和换向片数很多，电刷宽度通常为换向元件数和换向片数很多，电刷宽度通常为换向片宽的片宽的1.53.0倍，但画图时习惯上只画成一倍，但画图时习惯上只画成一个换向片宽度。个换向片宽度。(4)绕组并联支路绕组并联支路可知，经可知，经B到到A，有四条支路与负载并联。当电枢旋转时，有四条支路与负载并联。当电枢旋转时，虽然各元件的位置随之移动，构成各支路的元件循环替换，虽然各元件的位

11、置随之移动，构成各支路的元件循环替换，但任意瞬间，每个主极下的串联元件总是构成一条电动势方但任意瞬间，每个主极下的串联元件总是构成一条电动势方向相同的支路，总的并联支路数不变，即恒等于主极数。这向相同的支路，总的并联支路数不变，即恒等于主极数。这也是单叠绕组的基本特点。设也是单叠绕组的基本特点。设a为并联支路对数，对单叠绕组，为并联支路对数，对单叠绕组，并联支路数和主极数的关系就是并联支路数和主极数的关系就是2a=2p或或a=p这就是说，要增加并联支路数这就是说，要增加并联支路数(使电枢通过较大电流使电枢通过较大电流)，就要求增加主极数。若希望主极数不变，但又要求增加并联就要求增加主极数。若希

12、望主极数不变，但又要求增加并联支路数，实际的做法就是把多个单叠绕组嵌放在同一个电枢支路数，实际的做法就是把多个单叠绕组嵌放在同一个电枢上，再借助电刷并联方法构成复叠绕组。若相串联的两元件上，再借助电刷并联方法构成复叠绕组。若相串联的两元件对应边相距对应边相距m个虚槽个虚槽(即即y=m)，则称该复叠绕组为，则称该复叠绕组为m叠绕组叠绕组(要要求电刷宽度大于求电刷宽度大于m个换向片宽度个换向片宽度),其并联支路数增加为其并联支路数增加为2mp。单叠绕组总结根据单叠绕组的展开图可以得到绕组的并联支路电路图根据单叠绕组的展开图可以得到绕组的并联支路电路图(下图下图)。单叠绕组的的特点：单叠绕组的的特点

13、：1）同一主磁极下的元件同一主磁极下的元件串联成一条支路，主磁极串联成一条支路，主磁极数与支路数相同。数与支路数相同。2）电刷数等于主磁极数，）电刷数等于主磁极数，电刷位置应使感应电动势电刷位置应使感应电动势最大，电刷间电动势等于最大，电刷间电动势等于并联支路电动势。并联支路电动势。3）电枢电流等于各支路）电枢电流等于各支路电流之和。电流之和。2.2.3单波绕组单波绕组元件连接元件连接元件连接元件连接绕组展开图绕组展开图绕组展开图绕组展开图电路图电路图单波绕组特点1）同极下各元件串联起来组成一条支路，支路对）同极下各元件串联起来组成一条支路，支路对数为数为1，与磁极对数无关；，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）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；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；）电刷数等于磁极数；4）电枢电动势等于支路感应电动势；）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。）电枢电流等于两条支路电流之和。