电枢绕组知识ppt课件

1、电枢绕组的一般知识,电枢绕组的常用术语,元件（线圈）：绕组线圈称为绕组元件，分单匝和多匝。一个元件由两条元件边和端接线组成，元件边放在槽内，能切割磁力线而产生感应电动势，叫“有效边”，端接线放在槽外，不切割磁力线，仅作为连接线用。每个元件的一个元件边放在某一个槽的上层，另一个元件边则放在另一槽的下层。 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。每一个元件的两个端点分别接在不同的换向片上，每个换向片接两个不同的线圈端头。,实槽：电机电枢上实际开出的槽叫实槽。实槽数用Q表示。 虚槽：即单元槽(每层元件边的数量等于虚槽数)，每个虚槽的上、下层各有一个元件边。

2、虚槽数用Q表示。设槽内每层有个虚槽，若实槽数为Q，虚槽数为Q，则Q= Q。 极轴线：磁极的中心线。 几何中性线：是指主磁极N极和S极的机械分界线。 物理中性线：把N极与S极磁场为零处的分界线称 为物理中性线。,电枢绕组的常用术语,a)元件 b)绕组元件在槽内的放置 c）实槽与虚槽 b）1上层边； 2下层边； 3端接部分； 4首、末端 c）1槽楔；2线圈绝缘；3导线；4层间绝缘；5 槽绝缘；6 槽底绝缘,电枢绕组的常用术语,极距：相邻两个主磁极轴线沿电枢表面之间的距离，用 表示为（距离）,电枢绕组的常用术语,极距位置示意图,绕组节距：绕组节距通常用虚槽数或换向片数表示，见图1-12。 (1)第一

3、节距Y1：同一个元件的两个有效边在电枢表面跨过的距离。 (2)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。 (3)合成节距Y：连接同一换向片上的两个元件对应边之间的距离。 (4)换向器节距YK：同一元件首末端连接的换向片之间的距离。,单叠绕组,单波绕组,电枢绕组的常用术语,电枢绕组的常用术语,绕组主要分类： 大的分类为环形和鼓形；环形绕组只曾在原始电机用过；现代直流电机均用鼓形绕组，它又分为叠绕组、波绕组和蛙形绕组。鼓形绕组比环形绕组制造容易，又节省导线，运行较可靠，经济性好，故现在均用鼓形绕组。,电枢绕组的常用术语,叠绕组：指串联的两个元件总是后

4、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。,电枢绕组的常用术语,单叠绕组：是指相邻元件(线圈)相互叠压, 元件的出线端接到相邻的换向片上，第一个元件的下层边（虚线）连接着第二个元件的上层边，它放在第一元件上层边相邻的第二个槽内。合成节距与换向节距均为1,即：Y=Yk=1 下面通过例子说明单叠绕组如何连接，有何特点。 例:已知某直流电机的极对数p=2 ，虚槽数Q，元件数S，及换向片数为K，S=K=Q=16,试画出单叠绕组展开图。,单叠绕组,解:1计算绕组数据: 因为是单叠，所以 Y=Yk=1

5、2画绕组展开图: 假想把电枢从某一槽的中间沿轴向切开展示成平面，所得绕组连接图称为绕组展开图。 （1）先画16根等长、等距的实线，代表各槽上层元件边，再画16根等长等距的虚线，代表各槽下层元件边。,单叠绕组,Q,（2）根据Y1，画出第一个元件的上下层边（15槽），令上层边所在的槽号为元件号。 （3）接上换向片，1、2片之间对准元件中心线，之后等分换向器，定出换向片号； （4）画出第二个元件，上层边在第2槽，与第一个元件的下层边联接；下层边在第6槽与3号换向联接。按此规律，一直把16个元件全部联起来。 （5）放磁极：磁极应均匀分布在圆周上，N极磁力线垂直向里（进入纸面），S极向外（从纸面穿出）；

6、,单叠绕组,（6）放电刷：对准在磁极轴线下，画一个换向片宽（实际上K很多，电刷宽23片宽）。并把相同极性下的电刷并联起来。实际运行时，电刷是静止不动的，电枢在旋转，但是被电刷所短路的元件，永远都是处于电机的几何中性线，其感应电动势是接近零的。为使正、负电刷间引出的电动势最大，我们已知被电刷所短路的元件电动势为零，在元件端接线对称的情况下，电刷的实际位置应在磁极中性线下，所以习惯上称为“电刷放在几何中性线位置”。,单叠绕组,单叠绕组,单叠绕组,单叠绕组连接顺序表 绕组展开图比较直观，但画起来比较麻烦，为简便起见，绕组连接规律也可用连接顺序表来表示。本例连接顺序表如下。上排数字同时代表上层元件边的

7、元件号、槽号和换向片号，下排数字代表下层元件边所在的槽号。,单叠绕组并联支路图,单叠绕组,取一瞬间（如图F1-16瞬间），将此瞬间不与电刷接触的换向片省去不画，可以得到图1-15的并联支路图。可以看出单叠绕组的连接规律是将同一磁极下的各个元件串联起来组成一条支路。所以，单叠绕组的并联支路对数a总等于极对数p，即a=p。,单叠绕组的特点： 1）同一主磁极下的元件串联成一条支路，主磁极数与并联支路数相同。 2）电刷数等于主磁极数，电刷位置应使感应电动势最大，电刷间电动势等于并联支路电动势。 3）电刷个数等于极数。,单叠绕组,单波绕组,单波绕组的特点： 1）上层边位于同一极性磁极下的所有元件串联起来

8、组成一条支路，并联支路对数恒等于1，与磁极对数无关； 2）当元件的几何形状左右对称，电刷在换向器表面上的位置对准主磁极中心线时，支路电动势最大； 3）电刷数等于磁极数（全额电刷）。 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。 单叠绕组与单波绕组的主要区别在于并联支路对数的多少。单叠绕组可以通过增加极对数来增加并联支路对数。适用于低电压大电流的电机；单波绕组的并联支路对数a=1，但每条支路串联的元件数较多，适用于小电流较高电压的电机。,单波绕组,环形电枢绕组,(2) 电枢绕组的演变,优点 绕组不受极数的限制,即同样 的绕组可供不同极数的电机使用 缺点 中空铁心内侧导体

9、无法切割磁极磁通（无磁通可切）以产生电势,即只有一半导体产生电动势，浪费材料且增加电枢电阻 须手工绕制,制造费时,且绝缘处理不易 使自感及互感增大致换向不良,鼓形电枢绕组,优点 导体利用率较环形绕组高 可采用成形的绕组,绕置容易及易于绝缘 自感及互感较环形绕组小,因此换向较环形绕组优 缺点 不能适用於不相同极数的电机,有可能电动势方向或电磁力方向会相反而 抵消一部分。,小结 直流电机电枢绕组是无头无尾的闭合绕组； 直流电机电枢绕组至少有2条并联支路。 单叠绕组 a = p即并联支路对数恒等于电机极对数 单波绕组 a = 1即并联支路对数恒等于1,电刷放置的一般原则是确保空载时通过正、负电刷引出

10、的电动势最大，或者说，被电刷短路的元件中的电动势为零。 对于端接对称的元件，电刷放置在主极轴线下的换向片上。,除单叠、单波绕组外 复叠绕组：两个单叠绕组互相间隔嵌入槽内 复波绕组：两个单波绕组互相间隔潜入槽内 混合绕组：一个单叠和一个单波绕组（蛙型） 应用 单波绕组支路最少，用于小容量电机和电压较高或转速较低的电机 复波绕组可用于多极数、低速的大中型电机 单叠绕组的支路数比波绕组多，主要用于中等容量、正常电压和转速的电机 复叠绕组用于大容量或低压、大电流的电机 蛙型绕组常用在转速较高、换向困难的大型直流电机,各种绕组的应用范围,电枢绕组的一般知识,绕组放在电枢中既要通电流又要能在磁场中感应电动

11、势。,双层绕组，每个线圈的一边嵌放在某一槽内的上层，另一边放在另 一槽的下层。,c,a,a,c,a 线圈并不和 c 线圈直接串联,注意: 虚线表示下元件边 实线表示上元件边,通常电机绕组需要用较多的元件组成，但电枢铁心周围表面有时不能冲太多的槽，因此每个槽的上、下层可嵌放多个线圈边。,同一槽内每个上、下元件边所占的槽的位置 为一个虚槽。,虚槽数,如一个实槽中嵌放3个元件边。,一个实槽中有3个虚槽,如实槽数 :,虚槽数：,元件数：,一个绕组元件两端分别与两片换向片连接，元件之间同过换向片相互串联起来。,注意：一个换向片与两个线圈边连接。,换向片数：,一、绕组节距,（一）、第一节距y1 每一元件的

12、两元件边在电枢表面上所跨越的距离用虚槽数来表示，称为绕组的第一节距y1。,说明上元件边嵌放在第1 槽的上 层，下元件边嵌放在第 9 槽下层中。,为了使元件中的感应电动势最大， 各种绕组的 都应等于一个极距。,磁极距,磁极距,（槽）,N 极感应电势和 S 极感应电势大小相同，方向不同。,N 极感应电势和 S 极感应电势大小相同，方向不同。,整距线圈电动势最大,整距,短距,长距,（三）合成节距y 相邻联接的两个元件的对应边间隔的虚槽数，称为绕组的合成节距 y。,y,叠绕组:,(四）换向器节距 yk 每一元件的两端所联接的两换向片之间的距离，单位是换向片，称为换向器节距 yk.,例题：一单叠绕组直流

13、电机，磁极数为 4，电机实槽 为 10，每个槽中放四对元件边（上、下层），怎样设计绕组的节距？,（片）,解： u=4 Q=10,单叠和复叠绕组,一、单叠绕组节距和绕组连接表,依次相串联的绕组错开 y = yk= 1的距离相叠，直到最后一个元件的末端与第一元件的首端相接形成闭合绕组。,单叠和复叠绕组,例题：一台直流电机数据 2p=4， 试绕制一单叠右行整距绕组？,解释： 整距 y1=,右行指相邻右边的线圈交叠在左边线圈上。 yk=+1,左行指相邻左边的线圈交叠在右边线圈上。 yk=-1,（一） 节距计算,线圈（元件）1 上层边 1 槽 线圈2 上层边 2 槽 下层边 6 槽 下层边 7 槽,（二

14、）绕组连接表 绕组连接表可看出连接顺序 ，在y1 、y2, 、yk 确定后就可以画出绕组连接表， 参照连接表，可使绕组连接方便。,首先把元件和换向片自左向右编号，元件号，对应的换向片号，元件上层边所在槽具有相同的号码，而下元件边用它所在槽的号码上加一撇。 如1表示1号元件，1号槽，1号换相向片，6 表示1号元件的下层边在6号槽中，把1和6用实线连接。,两元件之间的虚线，表示通过换向器上的同一片换向片把两元件串联起来。,（16号）,67 8 9101112,131415161718192012345,1 2 3 4,5 6 7 8 9 10 11 12,A1+,B1-,A2+,B2-,13 14

15、 15 16 17 18,19 20 1,y2,y,y1,问 ：1号槽下层边是几号线圈的。,1,2,3,4,6,5,7,13,12,11,10,9,8,1,4,3,2,15,14,13,12,11,10,9,8,7,6,5,14,15,16,单叠绕组展开图 2p=4;Z=K=S=20,通过绕组展开图，注意以下几方面：,1、电刷摆放的位置,电刷短路换向元件,几何中性线,换向元件中几乎不感应电动 势，电刷短接它不会出现因为释放电能引起的过大的换向火花。,1,2,3,电刷短接有效感应电势元件，电刷会出现换向火花。,电刷应对准磁极轴线。,相邻刷间串联各串联元件电动势相加，正确摆放电刷，才能使电刷间感应

16、电动势最大。,1、电刷摆放的位置,电刷应对准磁极轴线。,2、正，负电刷间构成一支路,3、单叠绕组，支路数等于磁极数,支路对数,4、电刷数量？,电刷数量等于磁极数,5线圈1，6，11，16 被电刷短路，但它们是几乎无感应电动势的换向元件。 6电枢旋转时绕组中的感应电动势和电流是交变的。 7每元件两端与两个换向片连接，每个换向片连接两个元件边。,8、从线圈120是个完整的回路， 但又由电刷分为四个支路。,单叠绕组并联支路图,电枢总电流等于各支路电流之和,电枢总电动势等于一条支路电动势,问：电枢绕组为何不能开路？,问1、直流电动机电枢绕组任一支路断开一个元件会怎样？,？,因为电磁转矩,剩下的三条支路

17、要承担原来四条支路的电流，支路电流增加，直流电机容易烧坏。,问2：电枢绕组为何不能开路？,问3、直流电机电枢绕组取掉相邻一个或两个电刷，会怎样？,正负电刷总是交替摆放的,取掉 ，四条支路变为两条。,问4、取掉相对（B1，B2）电刷会怎样？,整个回路被A1和A2短接，电机不能工作。,问5、电枢绕组闭合回路是否有环流？,20个元件串联，构成一个闭合回路，每个元件随电机旋转，位置瞬间变化。,只要各磁极电磁量均衡,各支路电势数值相等，电枢绕组回路总电势为零。不出现环流。,问6、直流电机电枢为叠绕组 p = 3，有多少支路 ？,有6条支路,叠绕组支路对数,问8、p=4，Qu=32，电刷数量为多少？,电刷

18、数量为8。,问9、元件数？,问10、支路数？,问11、换向片数？,32个元件。,8个支路数。,换向片数为32。,问13、有多少元件被电刷短接？,8个。,问12、每条支路有多少元件串联？,3个元件。,问14：大电流直流电机，选用2磁极还是8磁极？,为了增大电枢电流 Ia ，应增加并联支路数，即增加主极数。但主极数受电机结构的限制，不能任意增加。,可以采用复叠绕组，使支路数成倍增加。,1,2,3,4,6,5,7,13,12,11,10,9,8,14,15,17,16,A,B,B2,B1,A2,A1,（+）,（-）,+,+,-,-,双闭路双叠绕组展开图 2p=4;Z=K=S=20,单叠和复叠绕组,单

19、波和复波绕组,教学目的及要求： 了解电枢绕组的第二种基本形式；,重点难点：单波绕组的连接表、瞬间并联电路 图、支路对数的确定，电刷放置的位置。,单波和复波绕组,一、单波绕组节距和绕组展开图,为了分布,m,对照单叠绕组： 形状像波浪； 第一节距y1与单叠类似； yk比单叠大。,单波相串联的元件是空间位置不同却同性磁极相对应的元件。而单叠相串联的元件位于同一 磁极相邻处。 若单波 yk 不大就不可能与另一同性磁极下的元件串联。, 同极性磁极下的所有元件串联形成一支路,N,S,N,S, 计算 不同,波绕组 y k 计算：,本例 p=2, S=Z =k=15,15个元件串联，一周是不够，多周才能把所有

20、元件串联完。,第一周 2个N 级下元件串联,下周起点15换向片，恰好回到原出发换向片的相邻处。,N,S,N,S,1,若 p=3 第一周有 3 个元件串联,为了使下一周起点与上一周不重合。,整数,取负号，绕行换向器一周后，比出发时的换向片后退一片，称为左行绕组。 取正号，前进一片，称为右行绕组。一般采用左行绕组，可省铜材料。,整数,1、节距计算,单波绕组展开图及连接表：,已知一台直流电机数据如下：2p=4，S=Qu=k=15，绕制一单波左行短矩绕组。,2、画绕组连接表 注意：槽数、上元件边号、换向片用实数表示， 下元件边所在槽用数字加撇表示。,8号换向片上连接1号元件下层边和8号元件上层边。,1

21、,2,3,4,6,5,7,13,12,11,10,9,8,14,15,单波绕组展开图 2p=4;Z=K=S=15,10,3,1815714 6 13 5 12 4 11 3 10 2 9 1,2个S极下元件串联,2个N极下元件串联,一周,两周,三周,每周 p 个元件串联，此例 p=2,元件串联的顺序：,与叠绕组相同，是端接线对称的绕组，电刷应放置在主极轴线处的换向片上，电刷数仍等于2p。,二、电刷的放置和支路数,p=2 p=3 p=4 2N、2S 3N、3S 4N、4S 一周两绕组 一周三绕组 一周四绕组 串联 串联 串联,波绕组的特点：上元件在同极性下的元件按一定的顺序全部串联组成一支路。因

22、为磁极只有两种N、S，所以支路对数 a=1，与极数 2p无关。,处于 2 个N 极下的各元件中电动势方向相同，串联起来组成一条支路；而处于 2 个 S 极下的各元件中电动势方向相同，串联成另一支路。,单波绕组可获得比单叠绕组更大的电枢电动势，因为在相同元件数的情况下，如 p=2，单叠为四支路，而单波为两支路，单波每支路元件数多，每支路电枢电动势为 。,1、既然一对正、负电刷可构成一对支路，单波绕组是否只需要一对正、负电刷？,不能，这样会使电刷下的平均电流密度增大，容易损坏电刷。,2、单波绕组 p=3，则一周有几个绕组串联？,3个,？,3、大电流电机选用什么绕组形式的直流电机？高电压电机选用什么

23、绕组形式的直流电机呢？,前者选用单叠、复叠 (a=2p)绕组，后者选单波绕组。,？,所以采用双叠绕组。,若双叠：,直流电机单叠绕组,例题：一台直流发电机，2p=4，PN=10千瓦，UN=6伏，若每一支路电流不超过300安，则电枢绕组应采用何种绕法？,解：,若单叠：,1、 取去相邻两电刷电机能否工作？ 2、取去相对两只电刷时，电机能 否工作？ 3、若一元件断线，电机电流和功 率为多少？,?,直流电机的电枢绕组,电枢绕组要求：在导体数量一定的条件下，应能够产生尽可能大的电势和电磁转矩，并要力求结构简单，运行可靠，维护方便。 种类：单叠绕组、单波绕组、复叠绕组、复波绕组、混合绕组等。 重点讲授：绕制

24、规律、并联电路、电刷位置及性能特点。,一、电枢绕组的一般知识,2、绕组的元件,两端分别连接到 两个换向片上的 单匝或多匝线圈,1、电枢绕组,在电枢上，由一些形状相同的绕组元件按 一定规律连接成“电枢绕组”。,一、电枢绕组的一般知识,2、绕组的元件,(1) 元件边：元件放在电枢槽中的线段 (有效导体) 。,端部：元件在电枢槽以外的连接部分。,(2) 双层绕组：上层边、下层边。,现代直流电机为双层绕组，元件一个边放在某一槽的上层，称为上层边，它的另一个边则放在另一槽的下层，称为下层边。,(3) 实际槽数Z、虚槽数Z1：,3、电枢绕组和换向片,通过换向片，6个元件依次串联构成一个闭合回路,一、电枢绕

25、组的一般知识,位于对称位置的电刷将闭合的6个线圈分成 两条对称的并联支路,4、电枢绕组、换向片与电刷连接,两个电刷位于换向器内圆对称位置（实际放置在外圆上）,一、电枢绕组的一般知识,5、几个基本概念 (1) 元件数S，换向片数K，槽数Z,一、电枢绕组的一般知识,对于 , 即实际槽数虚槽数的双绕组情况。,(2) 节距,电枢绕组的连接规律用节距表示(详见下面的单叠绕组),二、单叠绕组,1、绕组的节距,单叠绕组：将相邻位置的元件顺序串联。,1、第一节距,2、第二节距,定义：元件下层边与其 相连接的元件上层边之 间的跨距。,定义：一个元件两个边 的之间的跨距。,3、合成节距 和换向片节距,为紧相连接的

26、两元件对应边之间的跨距。,为元件的首尾端所连接的两个换向片之间的跨距。,二、单叠绕组,第一节距：元件的跨度；,第二节距和合成节距：元件之间的连接关系和绕组型式。,直观表示出元件的连接规律、元件与换相器的连 接方式、电刷的位置和个数。 (2) 实例 步骤： 计算节距,二、单叠绕组,2、绕组辐射图,直流电机：,单叠绕组构成实例,步骤：, 近似的电机横截面示意图, 元件连接次序表,绕组连接,1,2,15,13,14,16,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,1号元件的上层边放置在1号槽，并起于1号换向片。,相隔4个槽(即5号槽)放置1号元件的下层边。然后将1号元件下层边连接在与1号换向片相

27、隔1个换向片的2号换向片上。,画辐射图,1,2,15,13,14,16,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,选择电刷位置原则,为使正、负电刷间引出的电动势最大，电刷应放在不同支路的交界处；在元件的端接线左、右对称的情况下，此位置恰好在磁极中心线下，所以有“电刷位于磁极轴线上”之说。(从实际电机空间观察电刷位置的表述),选择电刷位置原则,由于被电刷短路的4个元件的边恰好位于两个主级中间的几何中线位置，如忽略元件和换向片的连线长度时，电刷就直接与旋转到几何中线上的元件边相接触了。所以还有“电刷位于几何中线上”之说。,该处的磁通密度为零，故被电刷短路的元件电势等于零，被电刷短路时不会产生环

28、流，又对换向有利。,3、电枢绕组展开图,槽展开,二、单叠绕组,4、并联支路符号图,二、单叠绕组,单叠绕组的特点 并联支路对数等于磁极对数，即 。 电刷组数等于磁极数。,4、并联支路符号图,二、单叠绕组,5、讨论,磁极宽度、电刷宽度、支路元件数,三、单波绕组,1、单波绕组的节距,单波绕组:顺序相连的两元件处在相邻极对下相近位置。,(1) 第一节距,(2) 合成节距,(3) 第二节距,2、单波绕组构成实例,直流电机：,步骤：, 计算节距, 近似的电机 横截面示意图, 元件连接次序表,3、单波绕组展开图,槽展开,4、并联支路符号图,单波绕组把所有处于相同极性下的元件都串联起来构成两条并联支路。单波绕

29、组的并联支路对数与极对数无关，总等于1，即 。 单波绕组从理论上讲，只需设两组电刷。但一般仍采用2P 组电刷。它可以减少电刷 的接触面积，随之可有效 缩短换向器的长度以节省 用铜量，还可平衡绕组支 路电势。,特别注意,上述讲解的绕组辐射图、绕组展开图和绕组并联支路符号图等只是为了讲述方便给出了一个特例。随着电枢旋转，各元件的位置随着时间变化，构成支路的元件（包括数目）在交替更换，另外磁极和电刷的宽度也随着设计要求也有所变化，上述各图具有许多不同的形式，但总体来讲，各类图中其形式是类似的，计算结果也是相近的，而基本原理是完全一致的。,直流电机绕组的总结, 所有的直流电机的电枢绕组是无头无尾的闭 合绕组。 电枢绕组的支路数(2a)永远是成对出现， 这是由于磁极数(2p)是一个偶数。 电刷放置的一般原则是确保空载时通过正、负 电刷引出的电动势最大，或者说，被电刷短路 的元件中的电动势为零或接近于零。 对于端接对称的元件，电刷也就放置在主极轴 线下的换向片上