第1章直流电机的原理与结构 因此一般不采用。 原()第二节距。第一个元件的下层边与直接相连的第二个元件的上层边之间在电枢圆 的距离,用槽数表示,称为第二节距y2,如图1.13所示。 (3)合成节距。直接相连的两个元件的对应边在电枢圆周上的距离,用槽数表示,称 为合成节距y,如图1.13所示 (4)换向器节距。每个元件的首、末两端所连接的两片换向片在换向器圆周上所跨的 距离,用换向片数表示,称为换向器节距ν。由图1.13可见,换向器节距y4与合成节距 总是相等的,即 单叠绕组 后一元件的端接部分紧叠在前一元件的端接部分上,这种绕组称为叠绕组。当叠绕组 的换向器节距y=1时称为单叠绕组,如图1.13(a所示 1)单叠绕组的连接规律 有一台直流电机,z=S=K=16,2p=4,现要接成单叠绕组。 第一节距 换向器节距和合成节距 V=y 第二节距,由图1.13(a)可见,对于单叠绕组 4-1=3 假想把电枢从某一齿的中间沿轴向切开展成平面,所得绕组连接图称为绕组展开图, 如图1.14所示。 6■■6■"8 910111214ns 图114单叠绕组展开图(z=S=K(=16,2p=4) 绘制直流电机单叠绕组展开图的步骤如下。 (1)画16根等长等距的平行实线代表16个槽的上层,在实线旁画16根平行虚线代表 16个槽的下层。一根实线和一根虚线合起来代表一个槽,按顺序编上槽号,如图1.14所示。 (2)按节距y连接一个元件。例如将1号元件的上层边放在1号槽的上层,其下层边
第 1 章 直流电机的原理与结构 ·15· ·15· 因此一般不采用。 (2) 第二节距。第一个元件的下层边与直接相连的第二个元件的上层边之间在电枢圆 周上的距离，用槽数表示，称为第二节距 2 y ，如图 1.13 所示。 (3) 合成节距。直接相连的两个元件的对应边在电枢圆周上的距离，用槽数表示，称 为合成节距 y，如图 1.13 所示。 (4) 换向器节距。每个元件的首、末两端所连接的两片换向片在换向器圆周上所跨的 距离，用换向片数表示，称为换向器节距 k y 。由图 1.13 可见，换向器节距 k y 与合成节距 y 总是相等的，即 k y y = (1.3) 2. 单叠绕组 后一元件的端接部分紧叠在前一元件的端接部分上，这种绕组称为叠绕组。当叠绕组 的换向器节距 k y =1 时称为单叠绕组，如图 1.13(a)所示。 1) 单叠绕组的连接规律 有一台直流电机，Z=S=K=16，2p＝4，现要接成单叠绕组。 第一节距 1 16 4 2 4 Z y p = == ∓ ε 换向器节距和合成节距 k y = y = 1 第二节距，由图 1.13(a)可见，对于单叠绕组 2 y = 1 y -y = 4-1=3 假想把电枢从某一齿的中间沿轴向切开展成平面，所得绕组连接图称为绕组展开图， 如图 1.14 所示。 图 1.14 单叠绕组展开图(Z=S=K=16，2p＝4) 绘制直流电机单叠绕组展开图的步骤如下。 (1) 画 16 根等长等距的平行实线代表 16 个槽的上层，在实线旁画 16 根平行虚线代表 16 个槽的下层。一根实线和一根虚线合起来代表一个槽，按顺序编上槽号，如图 1.14 所示。 (2) 按节距 1 y 连接一个元件。例如将 1 号元件的上层边放在 1 号槽的上层，其下层边
电机与拖动 应放在1+y1=1+4=5号槽的下层。由于一般情况下,元件是左右对称的,因此可把1号 槽的上层(实线)和5号槽的下层(虚线)用左右对称的端接部分连成1号元件。注意首端和末 端之间相隔一片换向片宽度(ν=1)。为使图形规整起见,取换向片宽度等于一个槽距,从 而画出与1号元件首端相连的1号换向片和与末端相连的2号换向片,并依次画出3至16 号换向片。显然,元件号、上层边所在槽号和该元件首端所连换向片的编号相同 (3)画1号元件的平行线,可以依次画出2至16号元件,从而将16个元件通过16片 换向片连成一个闭合的回路。 化=(4)画磁极,该电机有4个主磁极,在绕组展开图圆周上应该均匀分布,即相邻磁极 线之间相隔4个槽。设某一瞬间,4个磁极中心分别对准3、7、11、15槽,并让磁极 宽度约为极距的0.6~0.7,画出4个磁极,如图1.14所示。依次标上极性N1、S1、N2、S 般假设磁极在电枢绕组上面。 (5)画电刷。电刷组数也就是刷杆数目等于极数。本电机中2p为4,必须均匀分布在 换向器表面圆周上,相互间隔164=4片换向片。为使被电刷短路的元件中感应电动势最 小、正负电刷之间引出的电动势最大,由图分析可以看出:当元件左右对称时,电刷中心 线应对准磁极中心线。图中设电刷宽度等于一片换向片的宽度 设此电机工作在电动机状态,并欲使电枢绕组向左移动,根据左手定则可知电枢绕组 各元件中电流的方向应如图114所示,为此应将电刷A1、A2并联起来作为电枢绕组的“+ 端,接电源正极,将电刷B1、B2并联起来作为“一”端,接电源负极。如果工作在发电机 状态,设电枢绕组的转向不变,则电枢绕组各元件中感应电动势的方向用右手定则确定可 知,与电动机状态时电流方向相反,电刷的正负极性不变。 绕组展开图虽然比较直观,但绘制起来比较麻烦。为简便起见,绕组连接规律也可用 连接顺序表表示。本例的连接顺序表如图1.15所示。表中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 23456789101112131415161 上元件边 下元件边 1213|4′1516′1234 图1.15单叠绕组连接顺序表 保持图1.14中各元件的连接顺序不变,将此瞬间不与电刷接触的换向片省去不画,可 以得到图1.16所示的并联支路图。对照图1.16和图1.14,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 2)单叠绕组的特点 (1)位于同一磁极下的各元件串联起来组成一条支路,并联支路对数等于极对数,即 (2)当元件形状左右对称、电刷在换向器表面的位置对准磁极中心线时,正、负电刷 间的感应电动势最大,被电刷短路元件中的感应电动势最小。 (3)电刷杆数等于磁极数
·16· 电机与拖动 ·16· 应放在 1+ 1 y ＝1+4＝5 号槽的下层。由于一般情况下，元件是左右对称的，因此可把 1 号 槽的上层(实线)和 5 号槽的下层(虚线)用左右对称的端接部分连成 1 号元件。注意首端和末 端之间相隔一片换向片宽度( k y ＝1)。为使图形规整起见，取换向片宽度等于一个槽距，从 而画出与 1 号元件首端相连的 1 号换向片和与末端相连的 2 号换向片，并依次画出 3 至 16 号换向片。显然，元件号、上层边所在槽号和该元件首端所连换向片的编号相同。 (3) 画 1 号元件的平行线，可以依次画出 2 至 16 号元件，从而将 16 个元件通过 16 片 换向片连成一个闭合的回路。 (4) 画磁极。该电机有 4 个主磁极，在绕组展开图圆周上应该均匀分布，即相邻磁极 中心线之间相隔 4 个槽。设某一瞬间，4 个磁极中心分别对准 3、7、11、15 槽，并让磁极 宽度约为极距的 0.6～0.7，画出 4 个磁极，如图 1.14 所示。依次标上极性 N1、S1、N2、S2， 一般假设磁极在电枢绕组上面。 (5) 画电刷。电刷组数也就是刷杆数目等于极数。本电机中 2p 为 4，必须均匀分布在 换向器表面圆周上，相互间隔 16/4＝4 片换向片。为使被电刷短路的元件中感应电动势最 小、正负电刷之间引出的电动势最大，由图分析可以看出：当元件左右对称时，电刷中心 线应对准磁极中心线。图中设电刷宽度等于一片换向片的宽度。 设此电机工作在电动机状态，并欲使电枢绕组向左移动，根据左手定则可知电枢绕组 各元件中电流的方向应如图 1.14 所示，为此应将电刷 A1、A2 并联起来作为电枢绕组的“+” 端，接电源正极，将电刷 B1、B2 并联起来作为“－”端，接电源负极。如果工作在发电机 状态，设电枢绕组的转向不变，则电枢绕组各元件中感应电动势的方向用右手定则确定可 知，与电动机状态时电流方向相反，电刷的正负极性不变。 绕组展开图虽然比较直观，但绘制起来比较麻烦。为简便起见，绕组连接规律也可用 连接顺序表表示。本例的连接顺序表如图 1.15 所示。表中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。 图 1.15 单叠绕组连接顺序表 保持图 1.14 中各元件的连接顺序不变，将此瞬间不与电刷接触的换向片省去不画，可 以得到图 1.16 所示的并联支路图。对照图 1.16 和图 1.14，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。 2) 单叠绕组的特点 (1) 位于同一磁极下的各元件串联起来组成一条支路，并联支路对数等于极对数，即 a＝p。 (2) 当元件形状左右对称、电刷在换向器表面的位置对准磁极中心线时，正、负电刷 间的感应电动势最大，被电刷短路元件中的感应电动势最小。 (3) 电刷杆数等于磁极数
第1章直流电机的原理与结构 图1.16图114所示瞬间绕组电路图 单波绕组 单波绕组的元件如图113(b)所示,元件首、末端之间的距离接近两个极距,y>y 两个元件串联起来形成波浪形,故称波绕组。P个元件串联后,其末尾应该落在起始换向 片1前一片的位置,才能继续串联其余元件,为此,换向器节距应满足以下关系 Pv=K-1 换向器节距 K一1≥整 数 合成节距 第二节距 V2=y-y1 第一节距υ的确定原则与单叠绕组相同。 1)单波绕组的结构 有一台直流电机,z=S=K=15,2p=4,欲接成单波绕组。 (1)计算节距 153 =2DB=44=3 K V=VA y2=y-y1=7-3=4 (2)绘制展开图。绘制单波绕组展开图的步骤与单叠绕组相同。本例的展开图如图1.17 所示。电刷在换向器表面上的位置也是在主磁极的中心线上。因为本例的极距 =2p=4=34不是整数,所以相邻主磁极中心线之间的距离不是整数,相邻电刷中心线 之间的距离用换向片数表示时也不是整数
第 1 章 直流电机的原理与结构 ·17· ·17· 图 1.16 图 1.14 所示瞬间绕组电路图 3. 单波绕组 单波绕组的元件如图 1.13(b)所示，元件首、末端之间的距离接近两个极距， k y > 1 y ， 两个元件串联起来形成波浪形，故称波绕组。p 个元件串联后，其末尾应该落在起始换向 片 1 前一片的位置，才能继续串联其余元件，为此，换向器节距应满足以下关系： Pyk ＝K－1 换向器节距 1 k K y p − = = 整数 合成节距 y＝ k y 第二节距 2 y ＝y－ 1 y 第一节距 1 y 的确定原则与单叠绕组相同。 1) 单波绕组的结构 有一台直流电机，Z=S=K=15，2p＝4，欲接成单波绕组。 (1) 计算节距。 1 15 3 ε 3 2 44 Z y p = = −= ∓ 1 15 1 7 2 k K y y p − − == = = 2 1 y yy = − =−= 7 3 4 (2) 绘制展开图。绘制单波绕组展开图的步骤与单叠绕组相同。本例的展开图如图 1.17 所示。电刷在换向器表面上的位置也是在主磁极的中心线上。因为本例的极距 Z 15 3 τ = = =3 244 p 不是整数，所以相邻主磁极中心线之间的距离不是整数，相邻电刷中心线 之间的距离用换向片数表示时也不是整数
电机与拖动 12345678910|1112314|15 图117单波绕组展开图(z=S=K=15,2p=4) (3)单波绕组的连接顺序表。按图1.17所示的连接规律可得相应的连接顺序表,如 图1.18所示。 上元件边1815 146135124310291 下元件边124131o29181s:714613 图1.18单波绕组连接顺序表 按图1.17中各元件的连接顺序,将此刻不与电刷按触的换向片省去不画,可以得此单 波绕组的并联支路图,如图L.19所示。将并联支路图与展开图对照分析可知,单波绕组是 将同一极性磁极下所有元件串联起来组成一条支路,由于磁极极性只有N和S两种,所以 单波绕组的并联支路数总是2,并联支路对数恒等于1,即a=1。 图1.19图1.17所示瞬间绕组电路图 2)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,与极对数无关。 (2)当元件形状左右对称、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)单从支路对数来看,单波绕组可以只要两根刷杆,但在实际电机中,为缩短换向 器长度,以降低成本,仍使电刷杆数等于极数,亦即所谓采用全额电刷
·18· 电机与拖动 ·18· 图 1.17 单波绕组展开图(Z=S=K=15，2p＝4) (3) 单波绕组的连接顺序表。按图 1.17 所示的连接规律可得相应的连接顺序表，如 图 1.18 所示。 图 1.18 单波绕组连接顺序表 按图 1.17 中各元件的连接顺序，将此刻不与电刷按触的换向片省去不画，可以得此单 波绕组的并联支路图，如图 l.19 所示。将并联支路图与展开图对照分析可知，单波绕组是 将同一极性磁极下所有元件串联起来组成一条支路，由于磁极极性只有 N 和 S 两种，所以 单波绕组的并联支路数总是 2，并联支路对数恒等于 1，即 a＝1。 图 1.19 图 1.17 所示瞬间绕组电路图 2) 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，与极对数无关。 (2) 当元件形状左右对称、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) 单从支路对数来看，单波绕组可以只要两根刷杆，但在实际电机中，为缩短换向 器长度，以降低成本，仍使电刷杆数等于极数，亦即所谓采用全额电刷
第1章直流电机的原理与结构 设绕组每条支路的电流为ia,电怄电流为la,无论是单叠绕组还是单波绕组,均有 la=2a×ia (14) 单叠绕组与单波绕组的主要区别在于并联支路对数的多少。单叠绕组可以通过增加极 对数来增加并联支路对数,适用于低电压大电流的电机:单波绕组的并联支路对数a=1, 但每条并联支路串联的元件数较多,故适用于小电流较高电压的电机。 1.23直流电机的励磁方式 励磁绕组的供电方式称为励磁方式。按励磁方式的不同,直流电机可以分为以下4类 1)他励直流电机 励磁绕组由其他直流电源供电,与电枢绕组之间没有电的联系,如图1.20(a)所示。永 磁直流电机也属于他励直流电机,因其励磁磁场与电枢电流无关。图1.20中电流正方向是 以电动机为例设定的 2)并励直流电机 励磁绕组与电枢绕组并联。如图1.20(b)所示。励磁电压等于电枢绕组端电压。 以上两类电机的励磁电流只有电机额定电流的1%~5%,所以励磁绕组的导线细而匝 数多。 3)串励直流电机 励磁绕组与电枢绕组串联,如图1.20(c所示。励磁电流等于电枢电流,所以励磁绕组 的导线粗而匝数较少 4)复励直流电机 每个主磁极上套有两套励磁磁绕组,一个与电枢绕组并联,称为并励绕组。一个与电 枢绕组串联,称为串励绕组,如图1.20d所示。两个绕组产生的磁动势方向相同时称为积 复励,两个磁势方向相反时称为差复励,通常采用积复励方式 直流电机的励磁方式不同,运行特性和适用场合也不同 (a)他励电动机(b)并励电动机 (c)串励电动机d)复励电动机 图120直流电动机的分类 124直流电机的额定值 电机制造厂按照国家标准,根据电机的设计和试验数据而规定的每台电机的主要性能 指标称为电机的额定值。额定值一般标在电机的铭牌上或产品说明书上。 直流电机的额定值主要有下列几项 1)额定功率PA 额定功率是指电机按照规定的工作方式运行时所能提供的输出功率。对电动机来说
第 1 章 直流电机的原理与结构 ·19· ·19· 设绕组每条支路的电流为 ia，电怄电流为 Ia，无论是单叠绕组还是单波绕组，均有 Ia=2a×ia (1.4) 单叠绕组与单波绕组的主要区别在于并联支路对数的多少。单叠绕组可以通过增加极 对数来增加并联支路对数，适用于低电压大电流的电机；单波绕组的并联支路对数 a=1， 但每条并联支路串联的元件数较多，故适用于小电流较高电压的电机。 1.2.3 直流电机的励磁方式 励磁绕组的供电方式称为励磁方式。按励磁方式的不同，直流电机可以分为以下 4 类。 1) 他励直流电机 励磁绕组由其他直流电源供电，与电枢绕组之间没有电的联系，如图 1.20(a)所示。永 磁直流电机也属于他励直流电机，因其励磁磁场与电枢电流无关。图 1.20 中电流正方向是 以电动机为例设定的。 2) 并励直流电机 励磁绕组与电枢绕组并联。如图 1.20(b)所示。励磁电压等于电枢绕组端电压。 以上两类电机的励磁电流只有电机额定电流的 1%～5%，所以励磁绕组的导线细而匝 数多。 3) 串励直流电机 励磁绕组与电枢绕组串联，如图 1.20(c)所示。励磁电流等于电枢电流，所以励磁绕组 的导线粗而匝数较少。 4) 复励直流电机 每个主磁极上套有两套励磁磁绕组，一个与电枢绕组并联，称为并励绕组。一个与电 枢绕组串联，称为串励绕组，如图 1.20(d)所示。两个绕组产生的磁动势方向相同时称为积 复励，两个磁势方向相反时称为差复励，通常采用积复励方式。 直流电机的励磁方式不同，运行特性和适用场合也不同。 (a) 他励电动机 (b) 并励电动机 (c) 串励电动机 (d) 复励电动机 图 1.20 直流电动机的分类 1.2.4 直流电机的额定值 电机制造厂按照国家标准，根据电机的设计和试验数据而规定的每台电机的主要性能 指标称为电机的额定值。额定值一般标在电机的铭牌上或产品说明书上。 直流电机的额定值主要有下列几项： 1) 额定功率 PN 额定功率是指电机按照规定的工作方式运行时所能提供的输出功率。对电动机来说