电机第七章直流电机的电枢纽绕组和磁路

第七章直流电机的磁路和电枢绕组7-2直流电机的磁路和磁化特性1、磁通··ΦpΦoΦσ直流电机空载时的磁场分布电机中磁场的分布是对称的，由励磁动势所建立的主极磁通分两部分：主磁通Φo和漏磁通Φσ。一、直流电机的空载磁场和磁路计算（一）总磁通Φp，主磁通Φo，漏磁通Φσ（二）磁路计算

磁路计算的目的：对于每极主磁通Φo，求出每对主极所需的磁动势F。通常选取经过主极中心线底下的气隙和电枢齿所构成的一条闭合回路计算。2、主磁路

一台电机有几条主磁路？磁路计算时对若干条主磁路怎么？主极沿机座内圆按N、S交错排列，一对磁极有两条闭合的主磁路。故直流电机有几个主极就有几条闭合的主磁路。磁路计算的步骤：1、求出每极磁通Φo

即每磁极气隙中的主磁通，一般已知电枢电压U

Ljhmδ齿高hzha整个闭合回路分为5段为空载时感应电动势当主磁通很小时，磁路中的铁磁部分未饱和，磁路的总磁动势几乎全部消耗在气隙中，Φ0与Ff的关系几乎就是Φ0与Fδ的关系。与μ0成正比，是一线性关系。电机的磁化曲线

电机的磁化曲线指主磁通Φ0与励磁动势F0之间的关系。即0abc气隙线随着磁通Φ0的增大，铁芯开始饱和，μ减少，铁芯部分所需的总磁动势Ff将很快增加，进入饱和状态。

总磁动势Ff与气隙段所需的磁动势Fδ之比表示电机磁路的饱和程度。

气隙线表示不同Φ0值下消耗在气隙段的磁动势。0abc气隙线0abc气隙线饱和系数为了经济地利用材料，电机额定电压运行于膝点C附近，即磁化曲线开始弯曲处，否则励磁电流或匝数N要增大。即：膝点C处的磁通对应额定转速和额定电压时的磁通。0abc气隙线7-3电枢绕组的一般知识最后形成一个闭合通路。若干线圈连接成电路的通路。电流沿换向片导体端接线导体相邻换向片下个线圈单匝叠绕组元件

12L

绕组放在电枢中既要通电流又要能在磁场中感应电动势。

一个元件边只有一根导体称单匝绕组，有多根导体称多匝线圈。为了便于工艺制造，每个元件的一个元件边嵌放在某一槽内的上层（上层元件边），另一元件放在另一槽的下层（下元件边）c

a

a′c′

a

a′c′ca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。

为了改善电机的性能，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，因此多个槽的上、下层各嵌放一个、两个、三个边或n个边。同一槽内每个上、下元件边所占的槽的位置为一个虚槽。虚槽数左图所示一个实槽中嵌放3个元件边。一个实槽中有3个虚槽u=3如实槽数:虚槽数：元件数：（一个元件有两个元件边，一个虚槽有上下层元件边）换向片数：

一个绕组元件两端分别与两片换向片连接以便与下一个元件相连。12

3

45注意：一个换向片与两个线圈边连接。一、绕组节距（一）、第一节距y1

每一元件的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。y1=8，说明上元件边嵌放在第一槽的上层，下元件边嵌放在第9槽中。为了使元件中的感应电动势最大，各种绕组的y1都应等于一个极距。N极感应电势EN和S极感应电势ES大小相同，方向不同。极距NNSy1（槽）NSy1NNS短距长距短距元件端接线短，省铜，有利换向。整距线圈电势:（二）第二节距y2

同一换向片所串联的两个元件中，前一元件的下元件边与后一元件的上元件边之间在电枢表面以虚槽数表示的距离，称为绕组的第二节距y2。123y2yyk=+1右行y2是否能等于y1？

若节距

等于，不能使绕组在电枢中合理分布。（三）合成节距y

在相邻联接的两个元件的对应边之间在电枢表面上用虚槽数表示的距离，称为绕组的合成节距y。

叠绕组:123y2y(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.。合成节距y总与换向器节距yk相等。123y2y

例题：一单叠绕组直流电机，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？

可以确定绕组的形状及相连接元件的关系。（槽）（片）第一元件上层边1槽下层边11槽第二元件上层边2槽下层边12槽解：

u=4Q=10123y2y7-4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=τ

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=-12011223左行右行（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）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）

6′7′8′9′10′11′12′

13′14′15′16′17′18′19′20′1′2′3′4′5′123456789101112A1+B1-A2+B2-

13141516171819201y2yy1问：1号槽下层边是几号线圈的。

123465713121110982019NNSS14321514131211109876516171918201415181716ABB2B1A2A1（+）（-）++--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：①N极的磁力线方向指向纸面S极穿出纸面，根据右手定则N，S极下元件边感应电动势方向不同。②

正，负电刷间构成一支路③

支路数等于极数支路对数a=p④

电刷数量等于磁极数⑤电刷位于磁极轴线对应处单叠绕组展开图1223344556677891011A1+B1-单叠绕组部分展开图1NS1223344556677891011A1+B1-单叠绕组部分展开图1NS⑥

从线圈1～20是个完整的回路，但又由电刷分为四个支路。⑦

线圈1，6，11，16

被电刷短路，但它们无感应电动势。⑧

电枢旋转时绕组中的感应电动势和电流是交变的。⑨

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。

位于几何中性线处的元件边感应电动势为零，元件的轴线与主极轴线重合时，使被电刷短路的换向元件恰好是电动势为零的元件。电刷放置原则：电刷应放在当空载时正，负电刷之间能获得最大电动势的位置。电刷应放置在主极轴线处的换向片上与电动势为零的元件所连接的换向片接触。NS12主极轴线电枢几何中性线，空载时磁通密度为零位于几何中性线处的元件边感应电动势为零，元件的轴线与主极轴线重合时，元件电动势为零。位于一个主极下的4个电动势方向相同的元件串联构成一条支路，恰好由A1和B1，正、负电刷作为支路两个端点。

S2A1B21

2019181716A1B1N1123456N2A2B2121314151611S1B1A21098711单叠绕组瞬间并联支路图16161123451098712131415

20191817单叠绕组并联支路图B（-）A（+）A1B1A2B21661123451098712131415

201918171121112671617添加正、负电刷1616112345109871213141520191817A（+）A1B1A2B21661123451098712131415201918171B（-）121112671617添加正、负电刷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。正、负电刷间构成一支路。问：回路中是否有环流？没有。问：为何不是开路？电枢旋转。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要承担原来四条支路的电流，直流电机容易烧坏。2、直流电机电枢绕组取掉相邻一个或两个电刷，会怎样？取掉B1，A2，四条支路变为两条。3、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。4、电枢绕组闭合回路是否有环流？5、p=3，有多少支路？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。有6条支路。？6、p=4，Qu=32，电刷数量为多少？电刷数量为8。7、元件数？8、支路数？9、换向片数？10、每条支路有多少元件串联？32个元件。8个支路数。换向片数为32。3个元件。11、有多少元件被电刷短接？8个。？电枢电流为各支路电流之和。并联支路对数a=p

电刷实际应怎样放置？什么是磁极轴线？磁极几何中性线？问：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。

12346571312111098NNSS14151716ABB2B1A2A1（+）（-）++--双闭路双叠绕组展开图2p=4;Z=K=S=202345679101114811213

1520181618201719

917-4单叠和复叠绕组7-5单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

对照单叠绕组：

①形状像波浪；②第一节距y1与单叠类似；③yk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。为了分布N

SN

Sm④同极性磁极下的所有元件串联形成一支路⑤y

k计算不同若p=3第一周有3个元件串联3yk=15=k为了使下一周起点与上一周不重合

波绕组y

k计算：本例p=2,S=Z=k=15第一周2个元件（N级下串联2yk=15=k（1～15）15个元件串联，一周是不够，下周起点15换向片，恰好回到原出发换向片的相邻处。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。整数与单叠比较：整数合成节距：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。

4′11′3′10′2′9′1′8′15′7′14′6′13′5′12′18

157146135124113

10291y2yy18号换向片上连接1号元件下层边和8号元件上层边。

123465713121110981415单波绕组展开图2p=4;Z=K=S=15451NNSS6111098715141312AB(+)(-)A1B1B2A2++--231→8→15→7→14→6→13→5→12→4→11→3→10→2→9→12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=2p=3p=42N、2S3N、3S4N、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。124113102136147158195519812A1A2B1B2A（+）B（-）单波绕组并联支路图

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？?7-7电枢绕组的感应电动势

教学目的和要求：感应电动势计算公式推导及应用。强调：是正负电刷之间一条支路的总电动势；本节要点:1、电枢绕组感应电动势是指正、负电刷之间的支路感应电动势。3、是一对正、负电刷间的每极合成磁通量（主磁极与电枢电流共同产生，已考虑电枢反应）4、对具体电机而言，是常数，称为电动势常数。2、Z是电机的总导体数S○○○○○○○○○○○○○○○○○○Bave1e2e3

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