电机学：直流机 2章 直绕组

1、第一篇 直流机第1章 直流机概述第2章 直流机的电枢绕组第3章 直流机原理第4章 直流机特性第5章 直流电动机的起调制各章简称：概述、绕组、原理、特性、三项（电动机三项）。第2章 直流机的电枢绕组2.1 电枢绕组的构成2.2 单叠绕组2.3 单波绕组 不要求2.4 复合绕组 不要求2.1 电枢绕组的构成2.1.1 电枢绕组的线圈2.1.2 电枢绕组的节距2.1.1 电枢绕组的线圈1 线圈结构2 两匝线圈示例3 线圈连接规律4 虚槽的概念1 线圈结构线圈是构成绕组的基本单元，可以是单匝也可以是多匝。本章以单匝为例。 图示是一个单匝的单叠线圈。每个线圈都有两个出线端，分别连接到不同的换向片上。 2

2、 两匝线圈示例3 线圈连接规律 线圈连接规律：后一个线圈的首端（即双层边的端子）与前一个线圈的末端（即下层边的端子），通过换向片相连。因而，所有线圈连成一个闭合回路（详见后面实例）。 从电刷看进去，线圈接成若干条并联支路。 并联支路多，则电枢电流大，电枢电压小。 并联支路少，则电枢电流小，电枢电压大。4 虚槽的概念绕组所含线圈很多。由于工艺原因，电枢铁心不便开太多的槽，无法做到多少线圈开多少槽。总体来看，无法实现一圈一槽，而只能实现多圈一槽。即，在每个槽的上下层，各放若干个线圈边。 一槽一层中，放了几个线圈边，就说该槽含有几个虚槽。图示为一个实槽包含三个虚槽的情况。 4 续1线圈在电枢上布置时

3、，一律以虚槽来编号。 由于一个换向片与不同线圈的两个出线端相连，因此换向片数K等于线圈数S。一个虚槽有上下两层，一个线圈有上下两边。因而线圈数S等于虚槽数Qu，即S=K=Qu=uQ式中，Q为实槽数；u为单槽虚槽数。2.1.2 电枢绕组的节距1 电枢绕组的四个节距及其单位2 单叠绕组的四个节距3 单波绕组的四个节距4 第一节距5 第二节距6 合成节距7 换向器节距8 四种节距之间的关系1 电枢绕组的四个节距及其单位线圈有四个节距：第一节距y1 、第二节距y2、合成节距y、换向器节距yk。前三种节距的单位：虚槽。因此，统称之为虚槽节距。换向器节距的单位：换向片。因此，四个节距，必是整数。电枢绕组的

4、连接规律是通过线圈的节距来表征的。2单叠绕组的四个节距3 单波绕组的四个节距4 第一节距为了得到较大的感应电势和电磁转矩， y1最好等于或接近一个极距。极距相邻两极之间的距离，亦即一个磁极所占有的范围，以虚槽为单位。y1 =Qu /（2p）式中，是小于1的分数，用来把y1凑成整数。当=0时，y1=，称为整距绕组；当y1时称为短距绕组；当y1称为长距绕组。短距绕组的感应电势与长距绕组的相同，虽小于整距绕组，但有利于换向，故常采用。显然， y1恒正。同一线圈上下两边之间的距离，以虚槽为单位，称为第一节距，记为y1 。5 第二节距相串的两个线圈中，第一个线圈的下层边与第二个线圈的上层边，在电枢表面上

5、前进的距离，称为第二节距y2。单叠绕组第二节距为负。因为单叠绕组从上一线圈下边到下一线圈上边，是沿电枢表面倒退。单波绕组第二节距为正。因为单波绕组从上一线圈下边到下一线圈上边，是沿电枢表面前进。 6 合成节距 相串联两个线圈的对应边在电枢表面上的距离，称为合成节距，记为y。 合成节距表征每连接一个线圈时，绕组在电枢表面上前进的虚槽数。 单叠绕组的合成节距，可正可负，详后。 单波绕组的合成节距，均为正，亦详后。7 换向器节距一个线圈的两个出线端所接两个换向片在换向器表面上的距离，称为换向器节距yC。由于线圈数等于换向片数，每连一个线圈时，线圈边在电枢表面上前进了多少个虚槽的距离，其出线端在换向器

6、表面上就前进的了多少个换向片数，故合成节距等于换向器节距：y=yC。8 四种节距之间的关系由三种虚槽节距的定义可知：y = y1 + y2注意： y2对单叠绕组取负值，对单波绕组取正值。 前已述及，y=yC即合成节距=换向器节距。2.2 单叠绕组1 叠绕组概述2 展开图概念3 单叠绕组设计实例4 圆形绕组图5 圆形绕组图的变形6 单叠绕组的最大并联支路数7 单叠绕组对称条件1 叠绕组概述合成节距y=yC=1时为单叠绕组。合成节距y=yC =m时为复叠绕组，m=2,3,4。我们仅研究单叠绕组。如果y+1，则表示每串联一个线圈，绕组就向“右”移动一个虚槽，称为右行绕组。如果y-1，相应地，称为左行

7、绕组。左行绕组中线圈接到换向片的连接线相互交错，用铜较多，很少采用。叠绕组描述：相串联的线圈，总是后一个叠在前一个上面。2 展开图概念为方便起见，工程上常用展开图来表达电枢绕组的设计。展开图-把电枢绕组沿电枢母线切开，展开成平面，并画出磁极、换向片和电刷的绕组连接图。3 单叠绕组设计实例第一步 定节距 由于是右行绕组，故yyC1。而S=K=Qu=uQ=16，y1=Q/(2p)=16/4=4，=0,为整距绕组。于是y2=y-y1=1-4=-3。第二步 画虚槽 画出所有的虚槽，自左至右编号。槽内线圈的上层边用实线表示，下层边用虚线表示。 试画出：四极16槽，每槽只有1个虚槽的右行单叠绕组的展开图。

8、 3 续1第三步 画换向片 根据线圈号、线圈上层边所嵌放的虚槽号以及该边所连接的换向片号圈虚换三号同一原则和每一线圈所连两换向片紧邻(yC=1)且分界线与该线圈轴线界轴两线同一原则，以1号线圈为基准，确定1号、2号换向片位置。为画图方便，换向片节距与槽距相等。画出所有的换向片，也自左至右编号。 请见下页图。3 续2 第一步 定节距；第二步 画虚槽；第三步 画换向片； 3 续3放在2号虚槽内，其引出线连到2号换向片；由于y14，故其下层边嵌放于5号虚槽内；又因yC1，故其引出线连到3号换向片。然后嵌放3号线圈，其上层边嵌放在3号虚槽内，引出线连到3号换向片；下层边则嵌放于7号虚槽内，引出线连到4

9、号换向片。其它线圈依此类推。把各个线圈通过相应的换向片从左到右依次串联，直至全部线圈连完后回到1号线圈，构成了一个闭合回路。第四步 画其余线圈 1号线圈前已画出。现画2号线圈。将其上层边嵌3 续4对于各线圈的位置是不断变动的。应选一典型瞬间来画。 本例选择磁极N1的轴线与1号线圈轴线重合的瞬间来画。按极距均匀画出其它磁极的轴线。磁极宽度约为极距的0.7倍。 请见下页图。第五步 画磁极 磁极位于电枢绕组的上方。由于电枢是旋转的，磁极相 续5 第一步 定节距；第二步 画虚槽；第三步 画换向片；第四步 画其余线圈；第五步 画磁极； 3 续6 在电枢表面上，相邻磁极之间的中线称为电枢几何中性线，简称几

10、何中线。空载时，几何中线处的主极磁通密度为零。位于此处的两个线圈边的感应电势为零，从而线圈电势也为零。 设线圈端部接线对称。无论线圈是整距还是短距、长距，当线圈轴线与主极轴线重合时，线圈两边左右对称地位于同一主极下，其中的感应电势大小相等、方向相同、互相抵消，线圈电势为零。称轴线与主极轴线重合的线圈为零电势线圈，简称零线圈。第六步 分析线圈电势 3 续7 零线圈所接两换向片的分界线称为换向器几何中线。在前图所示瞬间，线圈1、5、9和13都是零线圈。若电枢转速为n，转向如前图所示。据右手定则，线圈2、3、4和10、11、12都处在N极下，其中电势方向都是从线圈的尾端指向首端；而线圈6、7、8和1

11、4、15、16都处在S极下，电势方向相反。整个闭合回路被分成四段，每段电势大小相等、方向两两相反。故从整个闭合回路来看，恰好互相抵消。故不装电刷时，整个回路没有环流。 第六步 分析线圈电势 续13 续8 电刷定位原则：1）正、负电刷间引出电势最大；2）被电刷短路的都是零线圈。因此，电刷应放在换向器几何中线上，即磁极轴线下。 将零线圈短路，使每极下的其余线圈构成一条支路，正、负电刷间引出的是一条支路的电势，保证了其值为最大。电刷A1A2为正，电刷B1B2为负。 请见下页图。第七步 画电刷 续9 步1 定节距；步2 画虚槽；步3 画换向片；步4 画其余线圈；步5 画磁极； 步6 分析电势；步 7 画电刷。 设计完毕。 4 圆形绕组图 为了更形象地理解单叠绕组，把展开图简化成圆形绕组图。 简化：去掉展开图中的虚槽、换向片、主极，用小圈代替线圈，保留电刷和连线，并画成圆形。 如果电刷偏离了几何中性线，正负电刷间的电势将减小，被电刷短路的线圈，电势不为零，将产生短路电流，引起不良后果：如换向恶化、损耗增加、甚至线圈烧毁。4 续15 圆形绕组图的变形 圆形绕组图可以拉直变形，变成平直绕组图。此略。请参见课本第19页上部。6 单叠绕组的最大并联支路数有几个磁极，放几套电刷，就有几条支路。在前述设计实例中，有四个磁极，放四套电刷，因而有四条支