直流电机电枢绕组电动势电磁转矩

关于直流电机电枢绕组电动势电磁转矩作用：是直流电机的核心部分；在磁场中旋转产生感应电动势、通过电流产生电磁转矩；电动势与电流的乘积就是电磁功率；电磁转矩与电枢旋转机械角速度的乘积就是电磁功率，是实现能量转换的重要部分。组成:

由许多形状完全一样的单匝绕组元件（或多匝元件）以一定的规律嵌放在电枢铁心的槽内。绕组元件称为线圈或元件。一、电枢绕组的常用概念

图1电枢绕组1—上层边；2—下层边；3—端接部分；4—首、末端第2页,共35页，2024年2月25日，星期天一、电枢绕组的常用概念

元件（线圈）：构成绕组的线圈称为绕组元件，分单匝和多匝两种。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,由此可见，整个电枢的元件数S等于换向片数K，即S=K。第3页,共35页，2024年2月25日，星期天实槽：电机电枢上实际开出的槽叫实槽。实槽数用Z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。虚槽数用表示。设槽内每层有u个虚槽，虚槽数和实槽的关系：

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。一、电枢绕组的常用概念第4页,共35页，2024年2月25日，星期天

图2

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—槽底绝缘一、电枢绕组的常用概念第5页,共35页，2024年2月25日，星期天极距：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）若用槽数表示为（槽数）式中：D—电枢外径(m)；

p—磁极对数。一、电枢绕组的常用概念

图3极距位置示意图第6页,共35页，2024年2月25日，星期天绕组节距：

指被连接起来的两个元件边或换向片之间的距离，通常用虚槽数或换向片数表示。(1)第一节距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。一、电枢绕组的常用概念第7页,共35页，2024年2月25日，星期天(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。单叠绕组单波绕组一、电枢绕组的常用概念第8页,共35页，2024年2月25日，星期天一、电枢绕组的常用概念单叠绕组单波绕组第9页,共35页，2024年2月25日，星期天电枢绕组主要分为两类：

二、电枢绕组分类(1)叠绕组：单叠复叠(2)波绕组：单波复波第10页,共35页，2024年2月25日，星期天叠绕组：串联的两个元件总是后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。当把每一个元件连接成绕组时，连接的顺序是从左向右进行，称为右行绕组。反之，称为左行绕组。二、电枢绕组分类第11页,共35页，2024年2月25日，星期天波绕组：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。直接相连的两个单波绕组不是在同一个磁极下，而是分别处于相邻的两对主磁极下。两个元件的对应边在电枢表面的距离合成节距y约等于两个极距。也就是说这两个元件在磁场中相对位置基本相同，因此，电动势方向相同，电磁转矩方向也相同。二、电枢绕组分类第12页,共35页，2024年2月25日，星期天设电机有p对磁极，单波电枢绕组一周串联了p个元件，第p+1个元件的位置不能与第一元件重叠，只能放在第一个元件相邻的电枢槽里。因此，同样，从换向器上看，第p个元件的末端不能直接连到与第一个元件始端相连的换向片上，只能连到与起始换向片商，即由上面两式得：二、电枢绕组分类第13页,共35页，2024年2月25日，星期天式中正负号的选择，应首先满足换向器节距yk或合成节距y等于整数。当取正号时，第p个元件的末端落在起始换向片的右边称为右行绕组；若取负号，第p个元件的末端落在换向片的左边称为左行绕组，左行绕组短接线不交叉，制造工艺简单，用得较多。二、电枢绕组分类第14页,共35页，2024年2月25日，星期天单叠绕组：

指相邻元件(线圈)相互叠压，第一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，第二个元件的上层边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

绕组展开图

绕组展开图就是把放在电枢铁心里的、由元件构成的电枢绕组单独取出来，画在一张图里，以表示槽里各元件彼此在电路上的连接情况。只是原理图，并非实际电枢绕组的结构图，有助于理解电枢绕组在电路上的连接情况。电枢绕组分类第15页,共35页，2024年2月25日，星期天下面通过例子说明单叠绕组如何连接，有何特点？

例:已知某直流发电机的极对数2p=4，电枢槽数Z=16，极距，元件数S等于及换向片数K也等于电枢槽数Ze，S=K=Ze=16，试画出右行单叠绕组展开图。解:1．计算绕组数据

选择Y1的依据是尽量让元件里感应电动势最大，即Y1应接近与或等于极距，有：

单叠电枢绕组连接第16页,共35页，2024年2月25日，星期天

是使Y1为整数的小数，如果，该线圈为整距线圈（绕组）；若，线圈为短距线圈（绕组）

；若，线圈为长距线圈（绕组）。2．画绕组展开图:（1）画元件边。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。单叠电枢绕组连接第17页,共35页，2024年2月25日，星期天（2）根据y1，画出第一个元件的上下层边（1～5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）；单叠电枢绕组连接第18页,共35页，2024年2月25日，星期天（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＝2～3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”。单叠电枢绕组连接第19页,共35页，2024年2月25日，星期天NSNSn1612345678910111213141513111234567891012141516单叠电枢绕组展开图第20页,共35页，2024年2月25日，星期天NSNS1516123456789101112131415

n13111234567891012141516AB+_B2B1A2A1单叠电枢绕组展开图第21页,共35页，2024年2月25日，星期天

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。单叠绕组连接顺序表第22页,共35页，2024年2月25日，星期天单叠电枢绕组并联支路图

如图，如第一虚槽上层元件边经y1=4接到第5虚槽的下层元件边，构成第一个元件，它的首、末端分别接到第1、2两个换向片上。第5虚槽的下层元件经y2=3接到第2虚槽的上层元件边，这样就把第1、2元件连接起来了。依此类托。从第1元件开始，绕电枢一周，把全部原件边都串联起来，之后回到第1元件的起始点1。可见，整个绕组是一个闭合回路。取一瞬间（上图），将此瞬间不与电刷接触的换向片省去不画，可以得到下图的并联支路图。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。第23页,共35页，2024年2月25日，星期天A1AB-15913A2B2B1+12109131465234876101112141516单叠电枢绕组并联支路图第24页,共35页，2024年2月25日，星期天

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。单叠电枢绕组特点第25页,共35页，2024年2月25日，星期天单波绕组例1-2直流电机2p=4，Ze=S=K=15，绕成单波绕组。（1）计算绕组数据第26页,共35页，2024年2月25日，星期天单波绕组展开图（2）画绕组展开图第27页,共35页，2024年2月25日，星期天本例连接顺序表如下。上排数字同时代表上层元件边的元件号、槽号和换向片号，下排数字代表下层元件边所在的槽号。单波绕组连接顺序表第28页,共35页，2024年2月25日，星期天单波绕组并联支路图第29页,共35页，2024年2月25日，星期天单波绕组的特点：

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。

单波绕组特点第30页,共35页，2024年2月25日，星期天单叠绕组与单波绕组的主要区别:

1、在于并联支