電機學：直流機 2章 直繞組

1、第一篇 直流機第1章 直流機概述第2章 直流機的電樞繞組第3章 直流機原理第4章 直流機特性第5章 直流電動機的起調(diào)制各章簡稱：概述、繞組、原理、特性、三項（電動機三項）。第2章 直流機的電樞繞組2.1 電樞繞組的構(gòu)成2.2 單疊繞組2.3 單波繞組 不要求2.4 復合繞組 不要求2.1 電樞繞組的構(gòu)成2.1.1 電樞繞組的線圈2.1.2 電樞繞組的節(jié)距2.1.1 電樞繞組的線圈1 線圈結(jié)構(gòu)2 兩匝線圈示例3 線圈連接規(guī)律4 虛槽的概念1 線圈結(jié)構(gòu)線圈是構(gòu)成繞組的基本單元，可以是單匝也可以是多匝。本章以單匝為例。 圖示是一個單匝的單疊線圈。每個線圈都有兩個出線端，分別連接到不同的換向片上。 2

2、 兩匝線圈示例3 線圈連接規(guī)律 線圈連接規(guī)律：后一個線圈的首端（即雙層邊的端子）與前一個線圈的末端（即下層邊的端子），通過換向片相連。因而，所有線圈連成一個閉合回路（詳見后面實例）。 從電刷看進去，線圈接成若干條并聯(lián)支路。 并聯(lián)支路多，則電樞電流大，電樞電壓小。 并聯(lián)支路少，則電樞電流小，電樞電壓大。4 虛槽的概念繞組所含線圈很多。由于工藝原因，電樞鐵心不便開太多的槽，無法做到多少線圈開多少槽?？傮w來看，無法實現(xiàn)一圈一槽，而只能實現(xiàn)多圈一槽。即，在每個槽的上下層，各放若干個線圈邊。 一槽一層中，放了幾個線圈邊，就說該槽含有幾個虛槽。圖示為一個實槽包含三個虛槽的情況。 4 續(xù)1線圈在電樞上布置時

3、，一律以虛槽來編號。 由于一個換向片與不同線圈的兩個出線端相連，因此換向片數(shù)K等于線圈數(shù)S。一個虛槽有上下兩層，一個線圈有上下兩邊。因而線圈數(shù)S等于虛槽數(shù)Qu，即S=K=Qu=uQ式中，Q為實槽數(shù)；u為單槽虛槽數(shù)。2.1.2 電樞繞組的節(jié)距1 電樞繞組的四個節(jié)距及其單位2 單疊繞組的四個節(jié)距3 單波繞組的四個節(jié)距4 第一節(jié)距5 第二節(jié)距6 合成節(jié)距7 換向器節(jié)距8 四種節(jié)距之間的關系1 電樞繞組的四個節(jié)距及其單位線圈有四個節(jié)距：第一節(jié)距y1 、第二節(jié)距y2、合成節(jié)距y、換向器節(jié)距yk。前三種節(jié)距的單位：虛槽。因此，統(tǒng)稱之為虛槽節(jié)距。換向器節(jié)距的單位：換向片。因此，四個節(jié)距，必是整數(shù)。電樞繞組的

4、連接規(guī)律是通過線圈的節(jié)距來表征的。2單疊繞組的四個節(jié)距3 單波繞組的四個節(jié)距4 第一節(jié)距為了得到較大的感應電勢和電磁轉(zhuǎn)矩， y1最好等于或接近一個極距。極距相鄰兩極之間的距離，亦即一個磁極所占有的范圍，以虛槽為單位。y1 =Qu /（2p）式中，是小于1的分數(shù)，用來把y1湊成整數(shù)。當=0時，y1=，稱為整距繞組；當y1時稱為短距繞組；當y1稱為長距繞組。短距繞組的感應電勢與長距繞組的相同，雖小于整距繞組，但有利于換向，故常采用。顯然， y1恒正。同一線圈上下兩邊之間的距離，以虛槽為單位，稱為第一節(jié)距，記為y1 。5 第二節(jié)距相串的兩個線圈中，第一個線圈的下層邊與第二個線圈的上層邊，在電樞表面上

5、前進的距離，稱為第二節(jié)距y2。單疊繞組第二節(jié)距為負。因為單疊繞組從上一線圈下邊到下一線圈上邊，是沿電樞表面倒退。單波繞組第二節(jié)距為正。因為單波繞組從上一線圈下邊到下一線圈上邊，是沿電樞表面前進。 6 合成節(jié)距 相串聯(lián)兩個線圈的對應邊在電樞表面上的距離，稱為合成節(jié)距，記為y。 合成節(jié)距表征每連接一個線圈時，繞組在電樞表面上前進的虛槽數(shù)。 單疊繞組的合成節(jié)距，可正可負，詳后。 單波繞組的合成節(jié)距，均為正，亦詳后。7 換向器節(jié)距一個線圈的兩個出線端所接兩個換向片在換向器表面上的距離，稱為換向器節(jié)距yC。由于線圈數(shù)等于換向片數(shù)，每連一個線圈時，線圈邊在電樞表面上前進了多少個虛槽的距離，其出線端在換向器

6、表面上就前進的了多少個換向片數(shù)，故合成節(jié)距等于換向器節(jié)距：y=yC。8 四種節(jié)距之間的關系由三種虛槽節(jié)距的定義可知：y = y1 + y2注意： y2對單疊繞組取負值，對單波繞組取正值。 前已述及，y=yC即合成節(jié)距=換向器節(jié)距。2.2 單疊繞組1 疊繞組概述2 展開圖概念3 單疊繞組設計實例4 圓形繞組圖5 圓形繞組圖的變形6 單疊繞組的最大并聯(lián)支路數(shù)7 單疊繞組對稱條件1 疊繞組概述合成節(jié)距y=yC=1時為單疊繞組。合成節(jié)距y=yC =m時為復疊繞組，m=2,3,4。我們僅研究單疊繞組。如果y+1，則表示每串聯(lián)一個線圈，繞組就向“右”移動一個虛槽，稱為右行繞組。如果y-1，相應地，稱為左行

7、繞組。左行繞組中線圈接到換向片的連接線相互交錯，用銅較多，很少采用。疊繞組描述：相串聯(lián)的線圈，總是后一個疊在前一個上面。2 展開圖概念為方便起見，工程上常用展開圖來表達電樞繞組的設計。展開圖-把電樞繞組沿電樞母線切開，展開成平面，并畫出磁極、換向片和電刷的繞組連接圖。3 單疊繞組設計實例第一步 定節(jié)距 由于是右行繞組，故yyC1。而S=K=Qu=uQ=16，y1=Q/(2p)=16/4=4，=0,為整距繞組。于是y2=y-y1=1-4=-3。第二步 畫虛槽 畫出所有的虛槽，自左至右編號。槽內(nèi)線圈的上層邊用實線表示，下層邊用虛線表示。 試畫出：四極16槽，每槽只有1個虛槽的右行單疊繞組的展開圖。

8、 3 續(xù)1第三步 畫換向片 根據(jù)線圈號、線圈上層邊所嵌放的虛槽號以及該邊所連接的換向片號圈虛換三號同一原則和每一線圈所連兩換向片緊鄰(yC=1)且分界線與該線圈軸線界軸兩線同一原則，以1號線圈為基準，確定1號、2號換向片位置。為畫圖方便，換向片節(jié)距與槽距相等。畫出所有的換向片，也自左至右編號。 請見下頁圖。3 續(xù)2 第一步 定節(jié)距；第二步 畫虛槽；第三步 畫換向片； 3 續(xù)3放在2號虛槽內(nèi)，其引出線連到2號換向片；由于y14，故其下層邊嵌放于5號虛槽內(nèi)；又因yC1，故其引出線連到3號換向片。然后嵌放3號線圈，其上層邊嵌放在3號虛槽內(nèi)，引出線連到3號換向片；下層邊則嵌放于7號虛槽內(nèi)，引出線連到4

9、號換向片。其它線圈依此類推。把各個線圈通過相應的換向片從左到右依次串聯(lián)，直至全部線圈連完后回到1號線圈，構(gòu)成了一個閉合回路。第四步 畫其余線圈 1號線圈前已畫出?，F(xiàn)畫2號線圈。將其上層邊嵌3 續(xù)4對于各線圈的位置是不斷變動的。應選一典型瞬間來畫。 本例選擇磁極N1的軸線與1號線圈軸線重合的瞬間來畫。按極距均勻畫出其它磁極的軸線。磁極寬度約為極距的0.7倍。 請見下頁圖。第五步 畫磁極 磁極位于電樞繞組的上方。由于電樞是旋轉(zhuǎn)的，磁極相 續(xù)5 第一步 定節(jié)距；第二步 畫虛槽；第三步 畫換向片；第四步 畫其余線圈；第五步 畫磁極； 3 續(xù)6 在電樞表面上，相鄰磁極之間的中線稱為電樞幾何中性線，簡稱幾

10、何中線?？蛰d時，幾何中線處的主極磁通密度為零。位于此處的兩個線圈邊的感應電勢為零，從而線圈電勢也為零。 設線圈端部接線對稱。無論線圈是整距還是短距、長距，當線圈軸線與主極軸線重合時，線圈兩邊左右對稱地位于同一主極下，其中的感應電勢大小相等、方向相同、互相抵消，線圈電勢為零。稱軸線與主極軸線重合的線圈為零電勢線圈，簡稱零線圈。第六步 分析線圈電勢 3 續(xù)7 零線圈所接兩換向片的分界線稱為換向器幾何中線。在前圖所示瞬間，線圈1、5、9和13都是零線圈。若電樞轉(zhuǎn)速為n，轉(zhuǎn)向如前圖所示。據(jù)右手定則，線圈2、3、4和10、11、12都處在N極下，其中電勢方向都是從線圈的尾端指向首端；而線圈6、7、8和1

11、4、15、16都處在S極下，電勢方向相反。整個閉合回路被分成四段，每段電勢大小相等、方向兩兩相反。故從整個閉合回路來看，恰好互相抵消。故不裝電刷時，整個回路沒有環(huán)流。 第六步 分析線圈電勢 續(xù)13 續(xù)8 電刷定位原則：1）正、負電刷間引出電勢最大；2）被電刷短路的都是零線圈。因此，電刷應放在換向器幾何中線上，即磁極軸線下。 將零線圈短路，使每極下的其余線圈構(gòu)成一條支路，正、負電刷間引出的是一條支路的電勢，保證了其值為最大。電刷A1A2為正，電刷B1B2為負。 請見下頁圖。第七步 畫電刷 續(xù)9 步1 定節(jié)距；步2 畫虛槽；步3 畫換向片；步4 畫其余線圈；步5 畫磁極； 步6 分析電勢；步 7 畫電刷。 設計完畢。 4 圓形繞組圖 為了更形象地理解單疊繞組，把展開圖簡化成圓形繞組圖。 簡化：去掉展開圖中的虛槽、換向片、主極，用小圈代替線圈，保留電刷和連線，并畫成圓形。 如果電刷偏離了幾何中性線，正負電刷間的電勢將減小，被電刷短路的線圈，電勢不為零，將產(chǎn)生短路電流，引起不良后果：如換向惡化、損耗增加、甚至線圈燒毀。4 續(xù)15 圓形繞組圖的變形 圓形繞組圖可以拉直變形，變成平直繞組圖。此略。請參見課本第19頁上部。6 單疊繞組的最大并聯(lián)支路數(shù)有幾個磁極，放幾套電刷，就有幾條支路。在前述設計實例中，有四個磁極，放四套電刷，因而有四條支