第二章直流电机1

1、第第2 2章章 直流电机直流电机 直流电机是将直流电能和机械能相互转换的电机。直流电机是将直流电能和机械能相互转换的电机。 分为分为直流电动机和直流发电机。直流电动机和直流发电机。 第第2 2章章 直流电机直流电机 直流直流电动机电动机把电能转化为机械能；把电能转化为机械能； 直流直流发电机发电机把机械能转化为电能。把机械能转化为电能。 直流电机的特点直流电机的特点： n直流发电机的电势波形较好，对电磁干扰的影响直流发电机的电势波形较好，对电磁干扰的影响 小。小。 n直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。 n直流电动机过载能力较强，启动和制动转矩较大。

2、直流电动机过载能力较强，启动和制动转矩较大。 n调速时的能量损耗较小。调速时的能量损耗较小。 n易于控制，可靠性高。易于控制，可靠性高。 n换向困难，使直流电机容量受到限制。换向困难，使直流电机容量受到限制。 第第2 2章章 直流电机直流电机 直流电机直流电机使用场合：使用场合： 第第2 2章章 直流电机直流电机 直流电动机具有过载能力强、起动和调速性能直流电动机具有过载能力强、起动和调速性能 好、易于控制等优点，因此被广泛地应用在对起动好、易于控制等优点，因此被广泛地应用在对起动 性能及调速性能要求高的场合，如电力机车、性能及调速性能要求高的场合，如电力机车、重型重型 机械及轧钢机等动力装置

3、中。机械及轧钢机等动力装置中。 直流发电机主要做直流电源用直流发电机主要做直流电源用。 电源电源 励磁机励磁机 测速测速 伺服伺服 直流电机的直流电机的使用场合：使用场合： （1 1）直流电动机的工作原理）直流电动机的工作原理 2.1 2.1 直流电机的基本工作原理和基本结构直流电机的基本工作原理和基本结构 说明说明直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理的模型的模型。 N S N S U U 电刷电刷 线圈边切割磁感线会产生什么线圈边切割磁感线会产生什么？ 换向片换向片 （1 1）直流电动机的工作原理）直流电动机的工作原理 2.1 2.1 直流电机的基本工作原理和基本结构直流电机的基本工作原

4、理和基本结构 工作原理工作原理：电刷外部的是直流电，通过电刷和电刷外部的是直流电，通过电刷和 换向片的作用使换向片的作用使元件中的电流成交变元件中的电流成交变的，从而产生的，从而产生 的的电磁转矩的方向是恒定电磁转矩的方向是恒定的，也可以说直流电动机的，也可以说直流电动机 实质上是带有换向器装置的交流电动机。实质上是带有换向器装置的交流电动机。 （1 1）直流电动机的工作原理）直流电动机的工作原理 2.1 2.1 直流电机的基本工作原理和基本结构直流电机的基本工作原理和基本结构 直流直流 电流电流 交流交流 电流电流 电磁转矩电磁转矩 (拖动转矩拖动转矩) 机械机械 负载负载 克克 服服 反电

5、反电 动势动势 换向换向 旋转旋转 （1 1）直流电动机的工作原）直流电动机的工作原 理理直流电动机运行时的几点结论 直流电动机运行时的几点结论 外施电压、电流是直流，电枢线圈内电流外施电压、电流是直流，电枢线圈内电流 是交流；是交流； 线圈中感应电势与电流方向相反；线圈中感应电势与电流方向相反； 线圈是旋转的，电枢电流是交变的。电枢线圈是旋转的，电枢电流是交变的。电枢 电流产生的磁场在空间上是恒定不变的；电流产生的磁场在空间上是恒定不变的； 产生的电磁转矩产生的电磁转矩Tem与转子转向相同，是驱与转子转向相同，是驱 动性质；动性质； 2.1 2.1 直流电机的基本工作原理和基本结构直流电机的

6、基本工作原理和基本结构 电电 枢枢 换向器换向器 N S电枢绕组与换向片焊接电枢绕组与换向片焊接 电电 枢枢 绕绕 组组 电电 动动 机机 工工 作作 原原 理理 （2 2）直流发电机的工作原理）直流发电机的工作原理 说明说明直流发电机的工作原理直流发电机的工作原理的模型的模型 N S N S E E 2.1 2.1 直流电机的基本工作原理和基本结构直流电机的基本工作原理和基本结构 （2 2）直流发电机的工作原理）直流发电机的工作原理 工作原理工作原理：元件中的电动势及电流的方向是元件中的电动势及电流的方向是交交 变变的，只是经过电刷和换向片的整流作用，才使的，只是经过电刷和换向片的整流作用，

7、才使 外电路得到方向不变的外电路得到方向不变的直流直流电电。直流发电机实质直流发电机实质 上是带有上是带有换向器换向器的交流发电机的交流发电机。 2.1 2.1 直流电机的基本工作原理和基本结构直流电机的基本工作原理和基本结构 a a）元件电动势）元件电动势 b b）电刷电动势）电刷电动势 2.1 2.1 直流电机的基本工作原理和基本结构直流电机的基本工作原理和基本结构 （2 2）直流发电机的工作原理）直流发电机的工作原理 （2 2）直流发电机的工作原理）直流发电机的工作原理 输出输出 直流电直流电 原动机原动机感应电动感应电动 势、电流势、电流 电磁转矩电磁转矩 （阻转矩）（阻转矩） 做功做

8、功 换向换向 电磁电磁 关系关系 直流发电机运行时的几点结论直流发电机运行时的几点结论: : （2 2）直流发电机的工作原理）直流发电机的工作原理 电枢线圈内电势、电流方向是交流电；电枢线圈内电势、电流方向是交流电； 电刷间为直流电势。线圈中感应电势与电流电刷间为直流电势。线圈中感应电势与电流 方向一致；方向一致； 从空间看，电枢电流产生的磁场在空间上是从空间看，电枢电流产生的磁场在空间上是 恒定不变的磁场；恒定不变的磁场； 产生的电磁转矩产生的电磁转矩Tem与转子转向相反，是制动与转子转向相反，是制动 性质性质。 （3 3）电机的可逆原理）电机的可逆原理 指指同一台电机能作电动机或作发电机运

9、同一台电机能作电动机或作发电机运 行的原理，在电机理论中称为可逆原理。行的原理，在电机理论中称为可逆原理。 2.1 2.1 直流电机的基本工作原理和基本结构直流电机的基本工作原理和基本结构 2.1.22.1.2直流电机的主要结构直流电机的主要结构 普通直流电机由定子（静止部分）和转子普通直流电机由定子（静止部分）和转子 （转动部分）两大部分组成，定子和转子之间（转动部分）两大部分组成，定子和转子之间 有一定大小的间隙（称气隙）。有一定大小的间隙（称气隙）。 2.1.22.1.2直流电机的主要结构直流电机的主要结构 2.1.22.1.2直流电机的主要结构直流电机的主要结构 2.1.22.1.2直

10、流电机的主要结构直流电机的主要结构 2.1.22.1.2直流电机的主要结构直流电机的主要结构 1 1）定子部分）定子部分 包括主磁极、换向极、机座和电刷装置等。包括主磁极、换向极、机座和电刷装置等。 （1 1）主磁极）主磁极 主磁极包括主磁主磁极包括主磁 极铁心和套在铁心上的极铁心和套在铁心上的 励磁绕组两部分励磁绕组两部分。 主磁极铁心用主磁极铁心用1 1 1.5mm1.5mm厚的低碳钢板冲厚的低碳钢板冲 片叠压而成。片叠压而成。 1 1）定子部分）定子部分 （2 2）换向极）换向极: :又称附加极或间极，其作用又称附加极或间极，其作用 是用以改善换向是用以改善换向。 换向极装在相邻两主换向

11、极装在相邻两主 极之间，它也是由铁心和极之间，它也是由铁心和 绕组构成。绕组构成。 换向极的铁心一般用整换向极的铁心一般用整 块钢或钢板加工而成，换向块钢或钢板加工而成，换向 极绕组与电枢绕组串联，由极绕组与电枢绕组串联，由 于需要通过较大电流而用截于需要通过较大电流而用截 面大、匝数少的矩形截面导面大、匝数少的矩形截面导 线绕制。线绕制。 1 1）定子部分）定子部分 （3 3）机座）机座 机座有两个作用：一是作为电机磁路系统中机座有两个作用：一是作为电机磁路系统中 的一部分，这部分称磁轭；二是用来固定主磁极、的一部分，这部分称磁轭；二是用来固定主磁极、 换向极及端盖等，起机械支承的作用。换向

12、极及端盖等，起机械支承的作用。 要求机座有要求机座有 好的导磁性能及好的导磁性能及 足够的机械强度足够的机械强度 与刚度。机座通与刚度。机座通 常用铸钢或厚钢常用铸钢或厚钢 板焊成。板焊成。 1 1）定子部分）定子部分 （4 4）电刷装置）电刷装置 电刷装置由电刷、刷握、压紧弹簧和铜丝辫组成。电刷装置由电刷、刷握、压紧弹簧和铜丝辫组成。 2 2）转子部分）转子部分 直流电机的转子称为电枢，包括电枢铁心、直流电机的转子称为电枢，包括电枢铁心、 电枢绕组、换向器、转轴等。电枢绕组、换向器、转轴等。 2 2）转子部分）转子部分 （1 1）电枢铁心）电枢铁心 电枢铁心也有两个用处，一个是电机主磁电枢铁

13、心也有两个用处，一个是电机主磁 路的一部分；另一个是用来嵌放电枢绕组。路的一部分；另一个是用来嵌放电枢绕组。 为了减少电枢旋转时电枢铁心中因磁通为了减少电枢旋转时电枢铁心中因磁通 变化而引起的磁滞及涡流损耗，电枢铁心通变化而引起的磁滞及涡流损耗，电枢铁心通 常用常用0.5mm厚的两面涂有绝缘漆的硅钢片叠压厚的两面涂有绝缘漆的硅钢片叠压 而成。而成。 2 2）转子部分）转子部分 （2 2）电枢绕组）电枢绕组 电枢绕组是由许多按一定规律联接的元件组电枢绕组是由许多按一定规律联接的元件组 成，它是直流电机的主要电路部分，也是通过电成，它是直流电机的主要电路部分，也是通过电 流和感应电动势，从而实现机

14、电能量转换的关键流和感应电动势，从而实现机电能量转换的关键 性部件。详细分析见性部件。详细分析见2.32.3节。节。 2 2）转子部分）转子部分 （3 3）换向器）换向器 换向器由许多换向片组成，每片之间相互绝缘。换向器由许多换向片组成，每片之间相互绝缘。 常见的换向器型式的换向片下部为燕尾形常见的换向器型式的换向片下部为燕尾形。 2.2 2.2 直流电机的铭牌与励磁方式直流电机的铭牌与励磁方式 2.2.12.2.1直流电机的铭牌直流电机的铭牌 电机厂家根据国家标准及电机的设计数据，对电机厂家根据国家标准及电机的设计数据，对 每台电机在运行中的电压、电流、功率、转速等规每台电机在运行中的电压、

15、电流、功率、转速等规 定了保证值，这些保证值称为电机的额定值。若电定了保证值，这些保证值称为电机的额定值。若电 机运行时，各数据符合额定值，这样的运行情况称机运行时，各数据符合额定值，这样的运行情况称 为额定工况。为额定工况。 直流电机的直流电机的额定值额定值： （1）额定功率额定功率PN（kW）：指电机在铭牌规定的额定状态：指电机在铭牌规定的额定状态 下运行时，电机的输出功率。下运行时，电机的输出功率。 对电动机：额定功率是指输出的机械功率；对电动机：额定功率是指输出的机械功率； 对发电机：额定功率是指输出的电功率。对发电机：额定功率是指输出的电功率。 2.2.12.2.1直流电机的铭牌直流

16、电机的铭牌 直流电机的额定值直流电机的额定值： （2）额定电压额定电压UN（V）：指额定状态下电枢出线：指额定状态下电枢出线 端的电压。端的电压。 （3 3）额定电流）额定电流IN（A）：指电机运行在：指电机运行在U=UN、 P=PN电机的电流。电机的电流。 （4 4）额定转速）额定转速nN（r/min）：指额定状态下运行指额定状态下运行 时转子的转速。时转子的转速。 （5 5）额定励磁电压）额定励磁电压UfN（V）（仅对他励电机）。（仅对他励电机）。 （6 6）额定）额定励磁电流励磁电流IfN（A）。）。 2.2 2.2 直流电机的铭牌与励磁方式直流电机的铭牌与励磁方式 2.2.12.2.1

17、直流电机的铭牌直流电机的铭牌 对发电机额定功率为：对发电机额定功率为： NNN IUP 对发电机额定功率为：对发电机额定功率为： NNNN IUP 2.2 2.2 直流电机的铭牌与励磁方式直流电机的铭牌与励磁方式 例例2-12-1：已知某直流电动机铭牌数据如下：已知某直流电动机铭牌数据如下： PN =75kW，UN =220V，nN =1500r/min，N =88.5%， 试求试求：该电机的输入功率及额定电流各是多少？该电机的输入功率及额定电流各是多少？ 解：对于直流电动机：解：对于直流电动机： 故额定运行时输入的电功率：故额定运行时输入的电功率： 故该电机的额定电流故该电机的额定电流: :

18、 NNNNNN PIUP 1 kW P P N N N 75.84 %5 .88 75 1 A U P I NN N N 385 %5 .88220 1075 3 2.2.22.2.2直流电机励磁方式直流电机励磁方式 励磁方式：指给直流电机励磁绕组的供电方式。 分为他励和自励式两大类。自励式又分为并 励、串励、复励三种电机。 图中：I为电源电流，If为励磁电流，Ia为电枢电流。 （a）他励 （b）并励 （c）串励 （d）复励 2.2.22.2.2直流电机励磁方式直流电机励磁方式 1 1）他励式）他励式 他励式是指励磁绕组由其他电源供电，励磁他励式是指励磁绕组由其他电源供电，励磁 绕组与电枢绕组

19、不相连。永磁直流电机也属于他绕组与电枢绕组不相连。永磁直流电机也属于他 励直流电机，因励磁磁场与电枢电流无关。励直流电机，因励磁磁场与电枢电流无关。 2.2.22.2.2直流电机励磁方式直流电机励磁方式 2 2）自励式）自励式 （1 1）并励式）并励式：励磁绕组与电枢绕组并联，励：励磁绕组与电枢绕组并联，励 磁电压等于电枢绕组端电压磁电压等于电枢绕组端电压。 对于直流电动机：对于直流电动机： 对于直流发电机：对于直流发电机： （此时此时I I 称称为负载电流）为负载电流） fa III fa III 2.2.22.2.2直流电机励磁方式直流电机励磁方式 2 2）自励式）自励式 （2 2）串励式

20、）串励式：励磁绕组与电枢绕组串联；励：励磁绕组与电枢绕组串联；励 磁电流等于电枢电流，所以励磁绕组的导线粗而磁电流等于电枢电流，所以励磁绕组的导线粗而 匝数较少。匝数较少。 2.2.22.2.2直流电机励磁方式直流电机励磁方式 2 2）自励式）自励式 （3 3）复励式）复励式：每个主：每个主 磁极上套两个励磁绕磁极上套两个励磁绕 组，一为与电枢并联组，一为与电枢并联 的并励绕组，二为与的并励绕组，二为与 电枢串联的串励绕组。电枢串联的串励绕组。 两个绕组产生的磁动两个绕组产生的磁动 势方向相同称为积复势方向相同称为积复 励，两个绕组产生的励，两个绕组产生的 磁动势方向相反称为磁动势方向相反称为

21、 差复励。通常采用积差复励。通常采用积 复励方式。复励方式。 2.3 2.3 直流电机电枢绕组直流电机电枢绕组 什么称什么称电枢绕组电枢绕组？ 电枢绕组电枢绕组就是就是直流电机直流电机转子绕组，转子绕组，是是直流电机直流电机 的电路部分，也是直流电机的核心部分，是实现机的电路部分，也是直流电机的核心部分，是实现机 电能量转换的枢纽电能量转换的枢纽。 。 电枢绕组的构成应能产生足够的感应电势，并电枢绕组的构成应能产生足够的感应电势，并 允许通过一定的电枢电流，此外还要节省有色金属允许通过一定的电枢电流，此外还要节省有色金属 和绝缘材料，结构简单，运行可靠。和绝缘材料，结构简单，运行可靠。 电枢绕

22、组电枢绕组组成原则组成原则: : 2.3.12.3.1电枢绕组的基本概念电枢绕组的基本概念 按其绕组元件和换向器的联接方式不同，可以按其绕组元件和换向器的联接方式不同，可以 分为叠绕组（单叠和复叠）、波绕组（单波和复波）分为叠绕组（单叠和复叠）、波绕组（单波和复波） 和混合绕组。和混合绕组。 元件元件: : 首尾两端分别与首尾两端分别与 两个换向片相连接的两个换向片相连接的 线圈，称为元件线圈，称为元件，是，是 组成绕组的基本单元。组成绕组的基本单元。 直流电机电枢绕组的型式直流电机电枢绕组的型式： 2.3.12.3.1电枢绕组的基本概念电枢绕组的基本概念 元件可为单匝，也可为多匝，一个元件由

23、两条元件可为单匝，也可为多匝，一个元件由两条 导体边和端接线组成，元件的两个出线端分别接到导体边和端接线组成，元件的两个出线端分别接到 两片换向片上，并与其它元件相连。两片换向片上，并与其它元件相连。 单单叠绕组元件叠绕组元件： 单匝单匝元件元件两匝两匝元件元件元件相连元件相连 2.3.12.3.1电枢绕组的基本概念电枢绕组的基本概念 波波绕组元件绕组元件： 单匝单匝元件元件两匝两匝元件元件 思考思考:叠绕组元件和波绕组元件的特点？叠绕组元件和波绕组元件的特点？ 单匝单匝元件元件 2.3.12.3.1电枢绕组的基本概念电枢绕组的基本概念 元件嵌入槽内的规律：元件嵌入槽内的规律： 置于槽内称为有

24、效边，端接线置于铁心外，置于槽内称为有效边，端接线置于铁心外， 不切割磁场，仅起连接线作用。不切割磁场，仅起连接线作用。 一个槽里总有上下层两个线圈边，称为双一个槽里总有上下层两个线圈边，称为双 层绕组。层绕组。 2.3.12.3.1电枢绕组的基本概念电枢绕组的基本概念 虚槽虚槽：大型电机为了避免开过：大型电机为了避免开过 多槽，往往电枢每槽上、下层有多槽，往往电枢每槽上、下层有 多个元件边，多个元件边， 说明元件的空间安排时，就一律以虚槽来编号，说明元件的空间安排时，就一律以虚槽来编号， 用虚槽数为计算单位用虚槽数为计算单位，u=2即表明一个实槽即表明一个实槽Q包含包含2个个 虚槽虚槽Qu，

25、则：，则： 由于一个换向片与不同元件的两个出线端相连由于一个换向片与不同元件的两个出线端相连 接，换向片数接，换向片数K。则有：。则有： 假如电机中每槽上、下层假如电机中每槽上、下层分别分别包包 含含u个元件，个元件，u为槽内一层嵌放的元件为槽内一层嵌放的元件 边数边数，图，图u=2。 uQSQu u QSK 2.3.12.3.1电枢绕组的基本概念电枢绕组的基本概念 4极（极（ ）直流电机结构示意图：）直流电机结构示意图： 几何中性线几何中性线：磁极之间的平分线：磁极之间的平分线 极距极距 ：在电枢铁心表面上，：在电枢铁心表面上， 一个极所占的距离一个极所占的距离。用虚槽数表。用虚槽数表 示为

26、：示为： 主极轴线主极轴线：磁极的中心线：磁极的中心线 2p )( 2 虚槽 p Qu 2.3.22.3.2直流电枢绕组的节距直流电枢绕组的节距 电枢绕组的连接规律是通过绕电枢绕组的连接规律是通过绕 组的节距来表征。组的节距来表征。 一个元件的两条有效一个元件的两条有效 边在电枢表面上所跨的距边在电枢表面上所跨的距 离称为第一节距离称为第一节距。如以虚。如以虚 槽数计，总是整数。即：槽数计，总是整数。即： 整距绕组整距绕组 ；短距绕组短距绕组 ；长距绕组长距绕组 。 （1 1）第一节距）第一节距y y1 1 p Q y u 2 1 1 y 1 y 1 y 2.3.22.3.2直流电枢绕组的节距

27、直流电枢绕组的节距 （2 2）第二节距）第二节距y y2 2 相串连的两个元件中，第相串连的两个元件中，第 一个元件的下层边与第二个元一个元件的下层边与第二个元 件的上层边在电枢表面上所跨件的上层边在电枢表面上所跨 的距离，称为第二节距。也用的距离，称为第二节距。也用 虚槽数计算。虚槽数计算。 （3 3）合成节距）合成节距y y 相串连（相邻）的两个元相串连（相邻）的两个元 件对应边在电枢合成节距件对应边在电枢合成节距y y。 对于叠绕组：对于叠绕组： 对于波绕组：对于波绕组： 21 yyy 21 yyy 2.3.22.3.2直流电枢绕组的节距直流电枢绕组的节距 （4 4）换向器节距）换向器节

28、距yk 一个元件的两个出线端所一个元件的两个出线端所 连接的两个换向片之间所跨连接的两个换向片之间所跨 的距离，称换向器节距的距离，称换向器节距yk。 其大小用换向片数计算，其大小用换向片数计算， 则有则有yk=y。 2.3.32.3.3单叠绕组和单波绕组单叠绕组和单波绕组 叠绕组：叠绕组： 叠绕组是指各极下元件依次连接，后一个元件总叠绕组是指各极下元件依次连接，后一个元件总 是叠在前一个元件上是叠在前一个元件上 单叠元件在电枢上的联接单叠元件在电枢上的联接 1 k yy 取正号则绕行换向片一周后，比出发时的换取正号则绕行换向片一周后，比出发时的换 向片前进一片，称为右行绕组；取负号则后退一向

29、片前进一片，称为右行绕组；取负号则后退一 片，称为左行绕组。一般采用片，称为左行绕组。一般采用右行绕组右行绕组。 2.3.32.3.3单叠绕组和单波绕组单叠绕组和单波绕组 波绕组波绕组： 波绕组是指把相隔约为一对极下的同极性磁场下波绕组是指把相隔约为一对极下的同极性磁场下 的相应元件串连起来，像波浪一样向前延伸的相应元件串连起来，像波浪一样向前延伸。 单波绕组元件在电枢上的联单波绕组元件在电枢上的联 接接 p K yy k 1 主要内容：主要内容：（用（用实实例说明）例说明） 绕组联结规律及节距绕组联结规律及节距； 绕组展开图绕组展开图； 元件联结图元件联结图； 并联支路图并联支路图。 1 1

30、）单叠绕组）单叠绕组 单叠绕组分析实例单叠绕组分析实例 解：解：节距计算：节距计算： yyk1 计算节距计算节距y、y1和和y2 画绕组展开图画绕组展开图 安放电刷和磁极安放电刷和磁极 例例2-3： 2p4，QuSK16，试绘制单试绘制单 叠右行绕组展开图。叠右行绕组展开图。 4 4 16 2 1 p u Q y 341 12 yyy 1 1）单叠绕组）单叠绕组 1 单叠绕组展开图单叠绕组展开图 1.槽展开2.绕组放置3.安放磁极电刷 12345678910111213141615 234567891011121314 1615 槽展开槽展开绕组放置绕组放置安放磁极、电刷安放磁极、电刷 NSN

31、S + + 1 1）单叠绕组）单叠绕组 绕组放置绕组放置 n元件元件1 1：上元件边在上元件边在1 1槽上层，下元件边放在相槽上层，下元件边放在相 距距y y1 1=4=4即即5 5槽下层。槽下层。 n元件元件2 2：上元件边在上元件边在2 2槽上层，下元件边放在相槽上层，下元件边放在相 距距y y1 1=4=4即即6 6槽下层。槽下层。 以此类推放置其他元件。以此类推放置其他元件。 虚槽中的上层元件边用实线表示，下层元件虚槽中的上层元件边用实线表示，下层元件 边用虚线表示，元件边上下的斜线表示端接。边用虚线表示，元件边上下的斜线表示端接。 1 1）单叠绕组）单叠绕组 某一瞬间某一瞬间磁极、电

32、刷放置磁极、电刷放置 n磁极：磁极：磁极宽度约磁极宽度约0.7，均匀分布，均匀分布，N、S极交替极交替 安排。安排。 n电刷：电刷：为了在正负电刷间获得最大直流电势以及为了在正负电刷间获得最大直流电势以及 产生最大的电磁转矩，电刷放在被电刷短路的元产生最大的电磁转矩，电刷放在被电刷短路的元 件电势为零的位置。件电势为零的位置。 在磁极的几何中性线上的元件电势为零，在在磁极的几何中性线上的元件电势为零，在 同一极性主极下的元件边电势具有相同的方向。同一极性主极下的元件边电势具有相同的方向。 n电刷放置：电刷放置：电刷放置在使电刷的中心线与主极轴电刷放置在使电刷的中心线与主极轴 线对准的换向片上。

33、线对准的换向片上。 1 1）单叠绕组）单叠绕组 单叠绕组元件联结图单叠绕组元件联结图 绕电枢一周，所有元件互相串联构成一闭合回绕电枢一周，所有元件互相串联构成一闭合回 路。路。 56 7 891011 12131415161234 1 2 3 45 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 y2 y y1 两元件之间的虚线，表示通过换向器上的同两元件之间的虚线，表示通过换向器上的同 一片换向片把两元件串联起来。一片换向片把两元件串联起来。 元件、上元件边及其所在的虚槽，与其联结元件、上元件边及其所在的虚槽，与其联结 的换向片都具有相同的号码，下元件边用它所在的换向片都具有相

34、同的号码，下元件边用它所在 的虚槽的号码上标加一撇表示。的虚槽的号码上标加一撇表示。 1 1）单叠绕组）单叠绕组 单叠绕组单叠绕组某一瞬间某一瞬间并联支路图并联支路图 每个极下的元件组成一条支路，即单叠绕组每个极下的元件组成一条支路，即单叠绕组 的并联支路数正好等于电机的极数。的并联支路数正好等于电机的极数。 234 786 101112 14 16 15 5 13 91 A1 A2 B1 B2 1 2 10 9 5 6 13 14 1 1）单叠绕组）单叠绕组 单叠绕组的特点单叠绕组的特点 n元件的两个出线端连接于相邻两个换向片上。元件的两个出线端连接于相邻两个换向片上。 n并联支路数等于磁极

35、数，并联支路数等于磁极数，2a=2p； n整个电枢绕组的闭合回路中，感应电动势的总整个电枢绕组的闭合回路中，感应电动势的总 和为零，绕组内部无环流；和为零，绕组内部无环流； n每条支路由不相同的电刷引出，电刷不能少，每条支路由不相同的电刷引出，电刷不能少， 电刷数等于磁极数电刷数等于磁极数; n正负电刷引出的电动势即为每一支路的电动势，正负电刷引出的电动势即为每一支路的电动势， 电枢电压等于支路电压电枢电压等于支路电压; n由正负电刷引出的电枢电流由正负电刷引出的电枢电流Ia为各支路电流之为各支路电流之 和，即和，即 aaaiI2 1 1）单叠绕组）单叠绕组 单单叠绕组的联结示意图叠绕组的联结

36、示意图： 位于对称位置的电刷将闭合的位于对称位置的电刷将闭合的6 6个线圈分成两条并联支路。个线圈分成两条并联支路。 两个电刷位于换向器内圆对称位置两个电刷位于换向器内圆对称位置( (实际放置在外圆实际放置在外圆 上上) )。 1 1）单叠绕组）单叠绕组 思考题思考题 ？ 答：取掉答：取掉 B1，A2，四条支路变为两条。，四条支路变为两条。 1、直流电机电枢绕组取掉相邻一个或两个电刷，、直流电机电枢绕组取掉相邻一个或两个电刷， 直流电机会怎样运行？直流电机会怎样运行？ 2、取掉相对（、取掉相对（ B1，B2 ）电刷会怎样？）电刷会怎样？ 答：整个回路被答：整个回路被A1 和和A2 短接，电机不

37、能工作。短接，电机不能工作。 3、电枢绕组闭合回路是否有环流？、电枢绕组闭合回路是否有环流？ 答：各支路电势数值相等，电枢绕组回路总电势答：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。为零。不出现环流。 1 1）单叠绕组）单叠绕组 思考题思考题 ？ 答：主极数越多，电枢电流越大，故选用答：主极数越多，电枢电流越大，故选用8磁极。磁极。 4、大电流直流电机，选用、大电流直流电机，选用2磁极还是磁极还是8磁极？磁极？ 为了增大电枢电流 为了增大电枢电流Ia，应增加并联支路数，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，即增加主极数。但主极数受电机结构的限制， 不能任意

38、增加。可以采用复叠绕组，使支路数不能任意增加。可以采用复叠绕组，使支路数 成倍增加。成倍增加。 1 1）单叠绕组）单叠绕组 主要内容：主要内容： 绕组联结规律及节距绕组联结规律及节距 绕组展开图绕组展开图 元件联结图元件联结图 并联支路图并联支路图 2 2）单波绕组）单波绕组 yk N S y1 y2 对照单叠绕组对照单叠绕组 y = y1 +y2 2 yk= y 把相隔约一把相隔约一 对极距的同极性对极距的同极性 的元件串联。的元件串联。 N S N S 11515 y k左行绕组左行绕组 1 y 2 y 单波绕组的联结规律及节距单波绕组的联结规律及节距 2 2）单波绕组）单波绕组 单波绕组

39、的联结规律及节距单波绕组的联结规律及节距 首末端所接的两换向片相首末端所接的两换向片相 隔很远，两个元件紧相串联后隔很远，两个元件紧相串联后 形似波浪。形似波浪。 为了使紧相串联的元件所产生的电势同向相为了使紧相串联的元件所产生的电势同向相 加，这两个元件边应处于相同磁极极性下，即加，这两个元件边应处于相同磁极极性下，即 合成节距合成节距 。2,2yy 2 2）单波绕组）单波绕组 单波绕组的联结规律及节距单波绕组的联结规律及节距 沿电枢铁心一周后，必须回到原来起始换向片沿电枢铁心一周后，必须回到原来起始换向片 相邻的一换向片上，这样绕组才能继续往下绕。相邻的一换向片上，这样绕组才能继续往下绕。

40、 1Kyp k C p K yk 1 因此，换向片节距因此，换向片节距 yk 应满足应满足 ， 即：即： 。 yk为一整数，取正号时，绕组联结成右行绕组，为一整数，取正号时，绕组联结成右行绕组， 取负号时，可得左行绕组。一般取负号，取负号时，可得左行绕组。一般取负号， 这时端这时端 接稍短。接稍短。 2 2）单波绕组）单波绕组 单波绕组分析实例单波绕组分析实例 例例2-4：2p4，Qu=SK15，试绕左行单波绕组。，试绕左行单波绕组。 节距计算节距计算: 3 4 3 4 15 2 1 p Q y u 7 2 1151 p K yy k 437 12 yyy 计算节距计算节距y、y1和和y2 画

41、绕组展开图画绕组展开图 安放电刷和磁极安放电刷和磁极 2 2）单波绕组）单波绕组 元件、磁极、电刷放置原则元件、磁极、电刷放置原则 元件、换向片的放置：元件、换向片的放置： 1号元件上层边放号元件上层边放1号槽，下层边放号槽，下层边放4号槽；号槽； 首末端所连的换向片相距首末端所连的换向片相距yk7； 为了端部对称，首末端所连的两换向片之间为了端部对称，首末端所连的两换向片之间 的中心线与的中心线与1号元件的轴线重合。号元件的轴线重合。 1号元件上层边号元件上层边 所连的换向片定为所连的换向片定为1号，依此依次联接。号，依此依次联接。 磁极放置：磁极放置： N、S极磁极均匀交替的排列。极磁极均

42、匀交替的排列。 电刷的放置：电刷的放置：放在与主极轴线对准的换向片上。放在与主极轴线对准的换向片上。 2 2）单波绕组）单波绕组 单波绕组展开图单波绕组展开图 3 345678911101213 141521 4567891011 1213 14 1512 NSSN 槽展开槽展开绕组放置绕组放置安放磁极、电刷安放磁极、电刷 2 2）单波绕组）单波绕组 单波绕组元件联结图单波绕组元件联结图 从绕组展开图可以看出，从绕组展开图可以看出， 全部全部15个元件串联个元件串联 而构成一个闭合回路的顺序是：而构成一个闭合回路的顺序是： 1815 714 6 13 5 124 11 310 291 联结图如

43、下：联结图如下： 4113 10291 815714613512 1 8 15 714 6 13 5 12 4 11 3 10 2 9 1 y2 y y1 2 2）单波绕组）单波绕组 单波绕组单波绕组某一瞬间某一瞬间并联支路图并联支路图 单波绕组把单波绕组把相同极性相同极性下的全部元件串联起来下的全部元件串联起来 组成一条支路。由于磁极只有组成一条支路。由于磁极只有N、S之分，所以单之分，所以单 波绕组的支路对数波绕组的支路对数a与极对数多少无关，永远为与极对数多少无关，永远为1， 即即a1。 234 76 1011 12 1415 A1A2B1 B2 1 15 8 9 5 4 13 9 12

44、 8 1 5 2 2）单波绕组）单波绕组 单波绕组的特点单波绕组的特点 同极性下各元件串联起来组成一条支路，同极性下各元件串联起来组成一条支路， 支路对数支路对数a1，与磁极对数，与磁极对数p无关。无关。 当元件的几何尺寸对称时，电刷在换向器当元件的几何尺寸对称时，电刷在换向器 表面上的位置对准主磁极中心线，支路电动表面上的位置对准主磁极中心线，支路电动 势最大。势最大。 电刷组数应等于极数；电刷组数应等于极数； 电枢电流电枢电流 Ia2ia 。 2 2）单波绕组）单波绕组 思考题思考题 ？ 答：答：不能，这样会使电刷下的平均电流密度增大，不能，这样会使电刷下的平均电流密度增大， 容易损坏电刷。容易损坏电刷。 1 1、既然一对正、负电刷可构成一对支路，单波绕、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？组是否只需要一对正、负电刷？ 答：答：3个个