直流电机的电枢绕组简介.ppt

1、1.2 直流电机的电枢绕组简介,1.2.1 电枢绕组的基本知识 电枢绕组是直流电机的一个重要部分，电机中能量的变换就是通过电枢绕组而实现的，直流电机的转子也称为电枢。电枢绕组的结构对电机基本参数和性能都有影响，因此对电枢绕组提出了一定的要求，这就是在允许通过规定的电流和产生足够的电动势的前提下，尽可能地节省材料并且要结构简单、运行可靠。,1.2 直流电机的电枢绕组简介（续1）,电枢绕组是由结构、形状相同的线圈组成，线圈有单匝、多匝之分，分别如图1.9（a）,（b）所示。,图1.9 绕组线圈结构,图1.10线圈在槽内安放示意图,不论单匝或多匝线圈，它的两个边分别安放在不同的槽中，如图1.10，用

2、来产生电动势和电磁转矩，故称为线圈的有效边。而处于槽外部分，仅起连接作用，称为端接部分。线圈的两个端头称为首端和尾端。,绕组画法和节距,电枢绕组大多做成双层绕组，将线圈的一个有效边放在槽的上层，称做上层边（画成实线）；另一个有效边放在有一定距离的另一槽的下层，称做下层边（画成虚线），如图1.11所示。,图1.11 绕组画法和节距,1.2 直流电机的电枢绕组简介（续2）,电枢绕组的线圈数和换向片数、槽数之间应有如下的关系：因为每一个线圈有两个边，而每一换向片总是把一个线圈的尾端与紧跟的另一个线圈的首端焊接在一起，因此，线圈数与换向片数相等；如果电枢铁心每个槽内只安排一个上层边和一个下层边（称为一

3、个单元槽），这样，线圈数又与单元槽数相等。由此可知，一台直流电机的线圈数S与换向片数K、槽数Z之间有如下关系 S=K=Z （1-3）,1.2 直流电机的电枢绕组简介（续3）,为了正确地把各元件安放入电枢槽内，并且和相应的换向片按一定规律连接起来，就必须先了解绕组和换向器的基本术语。 （1）极距 极距是一个磁极在电枢表面的空间距离，用D表示电枢直径，P表示磁极对数，则 （1-4） 通常又用一个磁极在电枢表面占多少个槽来计算极距，即 （1-5） 式中Z为电枢槽数。,1.2 直流电机的电枢绕组简介（续4）,（2）第一节距y1 第一节距y1是指一个线圈两有效边之间在电枢表面上的跨距，以槽数表示，如图1

4、.11所示。由于线圈边要放入槽内，所以y1应是整数。而为了让绕组能感应出最大的电动势，应使y1接近或等于极距，即 （1-6） 式中 正分数，是将y1补成整数的一个正分数。若 =0，则y1=，称为整距绕组。若取正号，则y1，称为长距绕组；若取负号，则y1，称为短距绕组。为了节省铜线及方便工艺，一般多采用短距或整距绕组。,1.2 直流电机的电枢绕组简介（续5）,（3）第二节距y2 第二节距y2是指相串联的两个相邻线圈中，第一个线圈的下层边与相邻的第二个线圈的上层边之间的距离，y2用槽数表示，如图1.11所示。 （4）换向片节距yk 换向片节距yk是线圈两端所连接的换向片之间的距离，用该线圈跨过的换

5、向片数来表示，如图1.11所示。,1.2 直流电机的电枢绕组简介（续6）,（5）合成节距y 合成节距y是指相串联的两个相邻线圈对应的有效边之间的距离，用槽数来表示，如图1.11所示。 下面以一个单叠绕组为例说明绕组的嵌放、连接方法。,1.2.2 单叠绕组,设 2p=4，S=K=Z=16，单叠右行绕组。 （1）计算极距和节距 采用整距绕组，因为是单叠右行，故 所以 （2）展开图如图1.12所示。作图步骤如下。,图1.12 单叠绕组的展开图,1.2.2 单叠绕组（续1）,先画16个槽和16个换向片，为了作图方便，令换向片宽度等于槽与槽之间的距离并将元件、槽和换向片按顺序编号。编号时要把元件号码、元

6、件上层边所在槽的号码以及与元件上层边相连接的换向片号码编得一致，即1号元件的上层边放在1号槽内并与l号换向片相连接。这样当1号元件的上层边放在1号槽内（上层边用实线表示）并与1号换向片相连后，因为y1=4，则1号元件的下层边应放在第5号槽（1+y1=5）的下层，下层边用虚线表示，编号为5；因yyk1，所以1号元件的末端应连接在2号换向片上（1+yk2）。一般应使元件左右对称，这样1号换向片与2号换向片的分界线正好与元件的中心线相重合。,1.2.2 单叠绕组（续2）,然后将2号元件的上层边放入2号槽的上层（1+y2），下层边放在6号槽的下层（2+y16），2号元件的上层边连在2号换向片上，下层边

7、连在3号换向片上。依次类推，最后第16号元件的下层边与1号换向片相连，整个绕组形成一个闭合回路，绕组连接完毕。绕组元件的连接顺序见图1.13。,图1.13 单叠绕组元件串联顺序,1.2.2 单叠绕组（续3）,（3）放置磁极和电刷 在绕组展开图上均匀放置4个磁极（2p4）。设N极的磁通是进入纸面，S极的磁通是从纸面穿出，电枢自右向左运动，根据右手定则就可判定各元件边的感应电动势的方向。在图1.12所示这一瞬间，1, 5, 9, 13四个元件正处于磁极几何中性线上，感应电动势为零，这四个元件把整个绕组分成四段，每段有三个电动势方向相同的元件相串联。由于每段电路中对应元件所处的磁场位置相同，所以每段

8、电路的电动势大小相等，但方向两两相反，因此在整个闭合回路内互相抵消，总电动势为零，不会产生环流。,1.2.2 单叠绕组（续4）,为了引出最大电动势，必须在换向片1和2, 5和6, 9和10, 13和14之间，也就是在磁极轴线位置，放置4组电刷A1, B1, A2, B2。因为这时A, B电刷之间所包含的元件，其电动势的方向都是相同的。为了清楚起见，将图1.12所示瞬间各元件的连接与电刷的关系整理、排列，可得到如图1.14所示的电路图。这时电刷A1, A2的极性为“+”， B1, B2的极性为“-”，而且A1与A 2，B1与B2电位相等，可以把它们连接起来，整个绕组就由4条并联支路组成，正负电刷

9、之间的电动势称为电枢电动势，也就是每条支路的电动势。,1.2.2 单叠绕组（续5）,从图上可以看到，由于电刷和主磁极在空间上是固定的，所以当用原动机带动电枢旋转时，虽然每条支路中的元件连同与电刷接触的换向片在不断地变化，但每条支路中各元件在磁场中所处的位置以及各支路的元件总数并没有改变，因此在电刷A，B之间的电动势其方向和大小不变，是一个直流电动势。由此再次展示了换向器和电刷装置在直流发电机中的作用。对于直流电动机，也是由于换向器和电刷装置的作用，使处于N极下和S极下的元件受到电磁力的方向和大小始终不变，从而形成一个恒定的电磁转矩。,1.2.2 单叠绕组（续6）,因为每条支路的元件都是处于同一

10、磁极下，因此每条支路就对应于一个磁极，本例2p4，所以支路数也等于4。由此可得出结论： （1）同一主磁极下的元件串联在一起组成一个支路，有几个主磁极就有几条支路。 （2）电刷数等于主磁极数，电刷位置应使支路感应电动势最大，电刷间电动势等于支路电动势。 （3）电枢电流等于各并联支路电流之和。,单波绕组特点,而单波绕组由于连接方法与单叠绕组不同，故特点也不同，主要有： （1）同极性下各元件串联起来组成一个支路，支路对数a=1，与磁极对数p无关。 （2）电刷在换向器表面上的位置对准主磁极中心线，支路电动势最大（即正、负电刷间电动势最大）。 （3）电刷杆数也应等于主极数。 （4）电枢电动势等于支路感应

11、电动势。 （5）电枢电流等于两条支路电流之和。,绕组故障判断,在直流电机中，电枢绕组是容易出故障的。电枢绕组常见故障有：断路、短路接地及绕组接反等故障，如何检查和修理，可参见相关书籍。下面举一例加以说明。,绕组故障判断（续1）,例1 若单叠电枢绕组的个别线圈断线或与换向片焊接不良，即出现断路故障，一般采用测量换向片片间电压降的方法来检查。如图1.15所示，在相邻换向片上接入低压直流电源，用直流毫伏表测量相邻两换向片间的电压降。若测得各换向片片间的电压降相同或电压平均值的偏差在5范围内，说明电路正常，若在相连接的换向片上，测得压降比平均值显著增大，则该处电枢绕组断线或焊接不良，试解释其中道理。,绕组故障判断（续2）,解：根据单叠绕组的嵌放规律，两相邻换向片之间有一个线圈，若线圈无断线故障，则电枢线圈、可变电阻R与电源形成闭合回路，如图1.16所示。由于线圈电阻较小，故电源电压大部分降落在可变电阻R上，毫伏表指示的绕组压降值较小。若线圈出现断路故障，所有电压均降落在线圈上，毫伏表指示为电源电压值，比正常值大很多，故能判断故