电枢绕组和励磁方式

1、1.1 直流电机的工作原理直流电机的工作原理1.2 直流电机的结构和额定值直流电机的结构和额定值1.3 直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组1.4 电流电机的电磁场电流电机的电磁场1.5 直流电机的感应电动势和电磁转矩直流电机的感应电动势和电磁转矩1.6 直流电动机直流电动机1.7 他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性1.8 直流发电机直流发电机直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组电枢绕组是直流电机产生电枢绕组是直流电机产生电磁转矩电磁转矩和和感应电感应电动势动势、实现机电能量转换实现机电能量转换的枢纽。的枢纽。通过换向片，6个元件依次串连构成一个闭合回路。直流电机的电枢绕组直流电

2、机的电枢绕组几个基本概念1.元件元件定义定义：元件就是两端分别与两片换向片连接的单匝或多匝元件就是两端分别与两片换向片连接的单匝或多匝线圈。元件是构成绕组的基本单元。线圈。元件是构成绕组的基本单元。电枢绕电枢绕组元件组元件叠绕组元件叠绕组元件波绕组元件波绕组元件直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组每一个元件有两个放在槽每一个元件有两个放在槽中切割磁力线、感应电动中切割磁力线、感应电动势的有效边，称为势的有效边，称为元件边元件边。元件在槽外元件在槽外(电枢铁心两电枢铁心两端端)的部分一般只作为联的部分一般只作为联接引线，称为接引线，称为端接端接。与换。与换向片相联的一端为向片相联的一端为前端接前

3、端接，另一端叫另一端叫后端接后端接。直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组每片换向片又总是接一个元件的首段和另一个元件的末端，所每片换向片又总是接一个元件的首段和另一个元件的末端，所以元件数以元件数S总等于换向片数总等于换向片数K即即 S=K双匝元件元件边直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组每个电枢槽分上、下两层嵌放两个元件边，所以元件数又等于每个电枢槽分上、下两层嵌放两个元件边，所以元件数又等于槽数，即槽数，即 S=K=Z单匝元件元件边直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组引入引入“虚槽虚槽”概念，设槽内每层有概念，设槽内每层有u个元件边，则意味个元件边，则意味着一个实际的槽包含了着一个实际的槽

4、包含了u个个“虚槽虚槽”，而每个虚槽的上、，而每个虚槽的上、下层依然只有一个元件边。图示为下层依然只有一个元件边。图示为u2，即一个实槽包，即一个实槽包含两个虚槽的情况。一般情况下，实际槽数含两个虚槽的情况。一般情况下，实际槽数Z与虚槽数与虚槽数Zi的关系为的关系为 直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组对于小容量电机，电枢直径小，电枢铁心外对于小容量电机，电枢直径小，电枢铁心外圆不宜开太多槽时，往往在一个槽的上层和圆不宜开太多槽时，往往在一个槽的上层和下层各方下层各方u个元件边，即把一个实槽当成个元件边，即把一个实槽当成u个虚槽使用。虚槽数个虚槽使用。虚槽数Zu与实槽数与实槽数Z之间的关之间的

5、关系为：系为： Zu=uZ=S=K为分析方便起见，设为分析方便起见，设u=1直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组节距 表示元件几何尺寸以及元件之间连接规律的数据为节距。表示元件几何尺寸以及元件之间连接规律的数据为节距。1第一节距第一节距y1 元件的两条有效边在电枢表面上所跨的距离称元件的两条有效边在电枢表面上所跨的距离称为第一节距，用为第一节距，用y1表示。第一节距的大小通常用表示。第一节距的大小通常用所跨的虚槽数来计算。因为元件边置放在槽内，所跨的虚槽数来计算。因为元件边置放在槽内，所以所以y1必定是一个整数必定是一个整数。为得到较大的感应电动。为得到较大的感应电动势和电磁转矩，势和电磁转矩

6、，y1最好等于或者接近于一个极距，最好等于或者接近于一个极距，即即 整数pZyi21直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组NS12312y1yy2yk直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组 为使为使yl凑成整数的一个小数。通常，凑成整数的一个小数。通常，y1=称为称为整距元件；相应的，整距元件；相应的，y1为长距；为长距；y10为右行绕组，yk0为左行绕组，左行绕组每一个元件接到换向片上的两根端接线要相互交又，亦较长(用铜较多)，故较少采用。 直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组NS12312y1yy2yk单叠绕组单叠绕组步骤：步骤： 近似的电机横截面示意图近似

7、的电机横截面示意图 元件连接次序表元件连接次序表 单叠绕组单叠绕组 元件连接次序表元件连接次序表 1.槽展开2.绕组放置3.安放磁极电刷槽展开槽展开绕组放置绕组放置安放磁极、电刷安放磁极、电刷12345678910111213141615NSNS+-+-1A1B2A2B+AB 单波绕组:顺序相连的两元件处在相邻极对下相近位置。1 1、单波绕组的节距、单波绕组的节距 (1) 第一节距第一节距1y1ypZ2 (2) 合成节距合成节距2ypKpZyyk11 (3) 第二节距第二节距12yyy直流电机： 42p15KSZ步骤：步骤：计算节距计算节距34341521pZy71151ppZyyk43712

8、yyy 近似的电机、横截面示意图近似的电机、横截面示意图 元件连接次序表元件连接次序表 槽展开槽展开绕组放置绕组放置安放磁极、电刷安放磁极、电刷123456789101112131415NSNS+-+-+ 单单波绕组把所有处于相同极波绕组把所有处于相同极性下的元件都串联起来构成两性下的元件都串联起来构成两条并联支路。条并联支路。单单波绕组的并联波绕组的并联支路对数与极对数无关，总等支路对数与极对数无关，总等于于1，即，即 。 单单波绕组从理论上讲，只需波绕组从理论上讲，只需设两组电刷。但一般仍采用设两组电刷。但一般仍采用2P 组电刷。它可以减少电刷组电刷。它可以减少电刷 的接触面积，随之可有效

9、的接触面积，随之可有效 缩短换向器的长度以节省缩短换向器的长度以节省 用铜量，还可平衡绕组支用铜量，还可平衡绕组支 路电势。路电势。 所有的直流电机的电枢绕组所有的直流电机的电枢绕组是无头无尾的是无头无尾的闭闭 合绕组合绕组。 电枢绕组的支路数电枢绕组的支路数(2a)永远是成对出现，永远是成对出现， 这是由于磁极数这是由于磁极数(2p)是一个偶数。是一个偶数。 电刷放置的一般原则是确保空载时通过正、电刷放置的一般原则是确保空载时通过正、负负 电刷引出的电动势最大，或者说，被电电刷引出的电动势最大，或者说，被电刷短路刷短路 的元件中的电动势为零或接近于零。的元件中的电动势为零或接近于零。 对于端

10、接对称的元件，电刷也就放置在主对于端接对称的元件，电刷也就放置在主极轴线下的换向片上极轴线下的换向片上。直流电机绕组的总结直流电机绕组的总结直流电机的电磁场直流电机的电磁场 电机装配图电机装配图励磁方式励磁方式 直流电动机按励磁方式分类直流电动机按励磁方式分类MIf+UaIa+Uf他他励励并并励励串串励励复复励励M+UIIfIaM+UIIaMIaIf+UI直流电机空载和负载时的磁直流电机空载和负载时的磁场场 直流电机工作中，主磁极产生主磁极磁动势，电枢电直流电机工作中，主磁极产生主磁极磁动势，电枢电流产生电枢磁动势。电枢磁动势对主极磁动势的影响称为流产生电枢磁动势。电枢磁动势对主极磁动势的影响

11、称为 电枢反应电枢反应。 直流电机的空载磁场直流电机的空载磁场 直流电机空载是指电机对外无功率输出、不带负载空转的一种状态。直流电机空载时，励磁绕组内有励磁电流，电动机电枢电流很小可忽略而发电机电枢电流为零，这时电机的磁场由励磁电流单独建立。 右图为一台四极直流电机空载时的磁场示意图。当励磁绕组的串联匝数为 ，流过电流为 ，每极的励磁磁动势为：fNfIfffNIF 直流电机空载和负载时的磁直流电机空载和负载时的磁场场磁力线由N极出来，经气隙、电枢齿部、电枢铁心的铁轭、电枢齿部、气隙进入S极，再经定子铁轭回到N极主磁通主磁通主磁路磁力线不进入电枢铁心，直接经过气隙、相邻磁极或定子铁轭形成闭合回路

12、漏磁通漏磁通漏磁路 直流电机中，主磁通是主要的，它能在电枢绕组中感应电动势或产生电磁转矩，而漏磁通没有这个作用，它只是增加主磁极磁路的饱和程度。在数量上，漏磁通比主磁通小得多，大约是主磁通的20%。直流电机的空载磁场直流电机的空载磁场 如果不考虑电枢表面齿槽效应，假设电枢表面是光滑的，根据磁路定律可推出气隙磁密反比于气隙长度，即有B1/。主磁极下的气隙小，而且均匀，气隙磁密分布均匀；在主磁极极靴尖，气隙增大，磁阻增大，磁密下降；在极靴尖外，气隙迅速增大，气隙磁密急剧下降，在相邻两极的空间分界线上，磁密降为零。我们称气隙磁密沿电枢表面空间分布的波形为平顶波，也可称之为钟形曲线。 为了感应电动势或

13、产生电磁转矩，直流电机气隙中需要有一定量的每极磁通 ，空载时，气隙磁通 与空载磁动势 或空载励磁电流 的关系，称为直流电机的空载磁化特性。如右图所示。000fF0fI 为了经济、合理地利用材料，一般直流电机额定运行时，额定磁通 设定在图中A点，即在磁化特性曲线开始进入饱和区的位置。NfNI0fF0fIINfIA0N0直流电机的空载磁场直流电机的空载磁场负载时直流电机的磁场负载时直流电机的磁场 直流电机负载运行时，电枢电流Ia不为零，气隙中的磁势由励磁电流If产生的励磁磁势Ff和电枢电流Ia产生的电枢磁势Fa共同建立。 右图表示由电枢电流单独产生的电枢磁场，根据电枢电流方向和右手螺旋定则，可判断

14、电枢磁势的轴线与电刷轴线（也是几何中心线）重合，并与主磁极轴线正交，故电刷位于几何中心线上时的电枢磁势也是交轴电枢磁势。 如果认为直流电机电枢上有无穷多整距元件分布，则电枢磁动势在气隙圆周方向空间分布呈三角波，如图中 所示。axF 由于主磁极下气隙长度基本不变，而两个主磁极之间，气隙长度增加得很快，致使电枢磁动势产生的气隙磁通密度为对称的马鞍型，如图中 所示。axBaxBaxF负载时直流电机的磁场负载时直流电机的磁场 图b表示仅由励磁电流产生的空载磁场。假设电机磁路不饱和，可利用叠加原理，得到负载时气隙磁场如图c所示。负载时直流电机的磁场负载时直流电机的磁场负载时直流电机的磁场负载时直流电机的

15、磁场 当励磁绕组中有励磁电流，电机带上负载后，气隙中的磁场是励磁磁动势与电枢磁动势共同作用的结果。电枢磁场对气隙磁场的影响称为电枢反应电枢反应。电枢反应与电刷的位置有关。1、当电刷在几何中性线上时，将主磁场分布和电枢磁场分布叠加，可得到负载后电机的磁场分布情况，如图所示。xB0axBxB主磁场的磁通密度分布曲线电枢磁场磁通密度分布曲线两条曲线逐点叠加后得到负载时气隙磁场的磁通密度分布曲线负载时直流电机的磁场负载时直流电机的磁场由图可知，电刷在几何中性线时的电枢反应的特点：由图可知，电刷在几何中性线时的电枢反应的特点： 2)、对主磁场起去磁作用、对主磁场起去磁作用1)、使气隙磁场发生畸变、使气隙磁场发生畸变 空载时电机的物理中性线与几何中性线重合。负载后由于电枢反应的影响，每一个磁极下，一半磁场被增强，一半被削弱，物理中性线偏离几何中性线 角，磁通密度的曲线与空载时不同。 磁路不饱和时，主磁场被削弱的数量等于加强的数量，因此每极量的磁通量与空载时相同。电机正常运行于磁化曲线的膝部，主磁极增磁部分因磁密增加使饱和程度提高，铁心磁阻增大，增加的磁通少些，因此负载时每极磁通略为减少。即电刷在几何中性线时的电枢反应为交轴去磁性质。当当电刷电刷不在几何中