直流電機(jī)繞組

直流電機(jī)直流電機(jī)（directcurrentmachine）是指能將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能（直流電動機(jī)）或?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)換成直流電能（直流發(fā)電機(jī)）的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。它是能實(shí)現(xiàn)直流電能和機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換的電機(jī)。當(dāng)它作電動機(jī)運(yùn)行時(shí)是直流電動機(jī)，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；作發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)是直流發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。組成:直流電機(jī)電樞繞組：通常采用雙層繞組。線圈的有效部分包含左、右兩個(gè)有效邊。放在槽內(nèi)且靠近槽口的有效邊叫上層邊，靠近槽底的有效邊叫下層邊。同一槽中上下層間用絕緣紙隔開。同一線圈上下兩有效邊沿圓周方向的距離即為線圈的跨距，通常用槽距（兩相鄰槽間距離）的倍數(shù)表示?？缇嗉s等于一個(gè)極距（相鄰兩磁極的距離，也常用槽距的倍數(shù)表示）。JbBimII篇耳費(fèi)卻Yr虐B電樞繞組斷路的檢查直流電樞繞組分疊繞組、波繞組和蛙繞組3種。每個(gè)線圈的兩個(gè)出線端連接到換向器的兩個(gè)換向片上，兩者在換向器圓周表面上相隔的距離稱為換向器節(jié)距，用Ys表示。不同形式的繞組具有不同的換向器節(jié)距。有單疊繞組和復(fù)疊繞組之分。單疊繞組是將同一磁極下相鄰的線圈依次串聯(lián)起來，構(gòu)成一條并聯(lián)支路，所以對應(yīng)一個(gè)磁極就有一條并聯(lián)支路。單疊繞組的基本特征是并聯(lián)支路數(shù)等于磁極數(shù)。各條支路間通過電刷并聯(lián)。單疊繞組線圈的換向器節(jié)距Ys=1。Ys>1者稱復(fù)疊繞組。比較常用的是Ys=2的復(fù)疊繞組，又稱雙疊繞組。雙疊繞組在一個(gè)磁極下有兩條并聯(lián)支路。例如一臺四極直流電機(jī)，采用雙疊繞組時(shí)，共有8條并聯(lián)支路。各條支路間也是通過電刷并聯(lián)。電刷組數(shù)等于電機(jī)的極數(shù)。其中一半為正電刷組，另一半為負(fù)電刷組。疊繞組的并聯(lián)支路數(shù)較多，它等于極數(shù)或?yàn)闃O數(shù)的整倍數(shù)，所以又叫并聯(lián)繞組。②波繞組有單波繞組和復(fù)波繞組。單波繞組的特點(diǎn)是將同極性下的所有線圈按一定規(guī)律全部串聯(lián)起來，形成一條并聯(lián)支路。所以整個(gè)電樞繞組只有兩條并聯(lián)支路。波繞組線圈的換向器節(jié)距式中P為磁極對數(shù);k為換向片數(shù)；a為使Ys等于整數(shù)的正整數(shù)，它等于波繞組的并聯(lián)支路對數(shù)。單波繞組的a=1,而a=2的復(fù)波繞組稱雙波繞組，它可以看成是由兩個(gè)單波繞組并聯(lián)而成的復(fù)波繞組，故有4條并聯(lián)支路；a>2者可類推，但用得很少。電樞繞組示意圖波繞組從并聯(lián)電路連接原理上說，只需兩組電刷,即一組正電刷和一組負(fù)電刷。然而，通常直流電機(jī)中波繞組的電刷組數(shù)仍然等于其極數(shù)，這是為了減輕電刷和換向片接觸面上的電流負(fù)荷，從而可以縮短換向器的長度。此外，對線圈電流的換向也有好處。直流電樞繞組常由于某種原因造成各并聯(lián)支路的電流不均勻分配，使銅耗增加，電樞繞組過熱；有時(shí)也會使電刷下發(fā)生有害的火花，給電機(jī)運(yùn)行帶來不利影響。將電樞繞組內(nèi)部理論上的等電位點(diǎn)用導(dǎo)線直接連接，就可以改善電機(jī)的運(yùn)行條件。專門為此而設(shè)置的連接導(dǎo)線稱為均壓線。由適當(dāng)配合的疊繞組和波繞組混合而成的一種直流電樞繞組。疊繞組和波繞組的線圈接在同一換向器上并聯(lián)工作。由于其線圈組合的外形很像青蛙而得名。這種繞組因波繞組線圈和疊繞組線圈之間互相起著均壓線作用，故無需另外加接均壓線。采用蛙繞組的直流電機(jī)有良好的運(yùn)行性能，故其應(yīng)用日益廣泛。電樞繞組是直流電機(jī)的核心部分.當(dāng)電樞在磁場中旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞繞組中會感應(yīng)電動勢.當(dāng)電樞繞組中有電流流過時(shí)，會產(chǎn)生電樞磁動勢，它與氣隙磁場相互作用，又產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩.電動勢與電流相互作用，吸收或放出電磁功率.電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相互作用，吸收或放出機(jī)械功率.二者同時(shí)存在，構(gòu)成電磁能量與機(jī)械能量的相互轉(zhuǎn)換，完成直流電機(jī)的基本功能.因此，電樞繞組在直流電機(jī)中起著重要的作用。其他分類根據(jù)不同的聯(lián)結(jié)方法，電樞繞組可分為：（1）單疊繞組，（2）單波繞組；（3）復(fù)疊繞組；（4）復(fù)波繞組；（5）混合繞組等.它們的主要差別在于從電刷外看進(jìn)去，電樞繞組聯(lián)結(jié)成了不同數(shù)目的并聯(lián)支路，以滿足不同額定電壓和電流的要求，其中單疊繞組和單波繞組是兩種基本的型式.由于篇幅的限制，本書主要介紹單疊和單波繞組。特點(diǎn)電樞繞組雖然有不同類型，但在結(jié)構(gòu)上有其共同的特點(diǎn)：它們都是由結(jié)構(gòu)形狀相同的繞組元件（簡稱元件）按一定的規(guī)律聯(lián)結(jié)而成.繞組元件又叫線圈，一臺電機(jī)的總元件數(shù)用s表示，每一元件有兩個(gè)放在槽中能切割磁通感生電動勢的有效邊稱元件邊.元件在槽外的部分不切割磁通，不感生電動勢，稱為端部.元件可分為單匝元件和多匝元件，前者的元件邊只有一根導(dǎo)體，后者元件邊則有多根導(dǎo)體串聯(lián)繞制而成，元件匝數(shù)以N。表示，每個(gè)元件有兩根引出線，一根為首端，一根為尾端，它們接到不同的換向片上。繞組的各個(gè)元件之間通過換向片相互聯(lián)結(jié)起來，這樣就必須在同一換向片上，既連有一個(gè)元件的首端，又連有另一個(gè)元件的尾端，使整個(gè)電樞繞組的元件數(shù)S和換向片數(shù)X相等，即S=K。繞組元件被嵌放在電樞鐵心的槽內(nèi)，如第七章圖7—8（a）所示，它的一個(gè)元件邊被放在槽的上層，稱為上層邊，另一邊被嵌放在另一槽的下層，稱為下層邊，同一槽上下二層放置了不同元件的有效邊，而一個(gè)元件也只有兩個(gè)邊，這樣電樞的槽數(shù)Q就應(yīng)該等于元件數(shù)J。

為了正確地把繞組嵌放在槽內(nèi)并與換向片相聯(lián)結(jié)，首先應(yīng)了解電樞和換向器上各種繞組元件的節(jié)距.所謂節(jié)距是指相關(guān)的兩個(gè)元件邊之間的距離，通常以所跨過的槽數(shù)或換向片數(shù)來表示。直流無刷電動機(jī)的繞組概述同其他類型電動機(jī)一樣，直流無刷電動機(jī)本體也是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部件構(gòu)成。轉(zhuǎn)子是指電動機(jī)在運(yùn)行時(shí)可以轉(zhuǎn)動的部分，通常由轉(zhuǎn)軸、永久磁鋼及磁軛等部件組成。其主要作用是在電動機(jī)的氣隙內(nèi)產(chǎn)生足夠的磁感應(yīng)強(qiáng)度，并同通電后的定子繞組相互作用產(chǎn)生感應(yīng)電勢，以驅(qū)動自身運(yùn)轉(zhuǎn)。定子是指電動機(jī)在運(yùn)行時(shí)不動的部分，主要由硅鋼沖片同分布在它們槽內(nèi)的繞組以及機(jī)殼、端蓋、軸承等部件組成。所謂“繞組”，是指一些按一定的規(guī)律連接起來的

線圈的總和。繞組通電后，與轉(zhuǎn)子磁鋼所產(chǎn)生的磁場相互作用，產(chǎn)生力或感應(yīng)電勢驅(qū)使轉(zhuǎn)子帶動負(fù)載一塊轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)子磁鋼轉(zhuǎn)動后，其磁力線反過來又切割定子繞組，在定子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，反過來又影響了電動機(jī)內(nèi)電動勢的平衡關(guān)系?？梢娡娎@組和磁場之間的相互作用，是電動機(jī)內(nèi)部機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的主要媒介。只有搞清電動機(jī)內(nèi)磁場的分布和作用情況，才能確切地分析繞組所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢和感生電動勢的大小及方向，以便導(dǎo)出電動機(jī)的感應(yīng)電勢平衡方程和電動勢平衡方程。然而離開了繞組的具體結(jié)構(gòu)及聯(lián)接方式，很難講清楚電動機(jī)內(nèi)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的基本過程，對感應(yīng)電動勢、電路參數(shù)和電磁感應(yīng)電勢等基本問題，也會感到空洞或不著邊際。在無刷直流電機(jī)中，來自位置傳感器的驅(qū)動信號，在無刷直流電機(jī)中，來自位置傳感器的驅(qū)動信號，按照定的邏輯使某些功率開關(guān)器件在某一瞬間導(dǎo)通或截止，電樞繞組內(nèi)的電流發(fā)生跳變，從而改變了主定子的磁狀態(tài)，把電樞繞組內(nèi)的這種電流變化過程的物理現(xiàn)象稱為換相。每換相一次，磁狀態(tài)就發(fā)生一次改變，這樣在工作氣隙內(nèi)會產(chǎn)生一個(gè)跳躍式的旋轉(zhuǎn)磁場。為了使無刷直流電機(jī)可靠運(yùn)行，就應(yīng)該正確地進(jìn)行換相。由于換相是無刷直流電機(jī)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵所在，故有必要對此作較詳細(xì)的分析。」您」性幡」◎a)圖1三相星形非橋式聯(lián)結(jié)的換相線路下面以磁電式位置傳感器為例，來說明無刷直流電機(jī)的幾種典型的電樞繞組的換相過程。圖1所示為三相星形非橋式聯(lián)結(jié)的換相線路的原理圖。在換相過程中，會在工作氣隙內(nèi)形成跳躍式的旋轉(zhuǎn)磁場。這種旋轉(zhuǎn)磁場在360°電角度范圍內(nèi)有三個(gè)磁狀態(tài)，每個(gè)磁狀態(tài)持續(xù)120°電角度。所以，稱這種換相過程為，一相導(dǎo)通星形三相三狀態(tài)”。這種狀態(tài)的各相繞組電流與主轉(zhuǎn)子磁場的相互關(guān)系如圖2所示。

圖2各相繞組電流與主轉(zhuǎn)子磁場的相互關(guān)系小巧的無刷直流風(fēng)扇微型直流電機(jī)在家用電器中應(yīng)用很廣，尤其在計(jì)算機(jī)中廣泛采用直流電機(jī)進(jìn)行排風(fēng)降溫，這種新型的直流風(fēng)扇采用無刷結(jié)構(gòu)，克服了傳統(tǒng)換向器式（有刷）電機(jī)易磨損、噪音大、壽命短等缺點(diǎn)。據(jù)實(shí)物繪制的幾種風(fēng)扇電路，如附圖所示。其中圖1為電源風(fēng)扇電路；圖2為顯卡風(fēng)扇電路；圖3為CPU風(fēng)扇電路。圖1中L1、L2為風(fēng)扇無刷電動機(jī)的電樞繞組。Ic為霍爾器件，其①腳為電源正端；②腳為電源負(fù)端；③腳為輸出端；當(dāng)其③腳輸出高電平時(shí)，三板管TR1導(dǎo)通，L1被接通（同時(shí)TR1c極呈低電平，TR2截止）；當(dāng)Ic③腳輸出低電平時(shí)，TR1截止，其c極呈高電平，TR2導(dǎo)通，L2被接通。如此循環(huán)不已，L1