1-4 直流电机的电枢绕组

τ=
Zµ 2p
5．绕组的型式 单叠绕组： 这种绕组相邻两个线圈 的对应边在电枢表面仅 相差1个虚槽，同时每 个线圈的两个出线端 与相邻的两个换向片相连接。
单波绕组：
这种绕组相邻 两个线圈的对 应边在电枢表 面相隔约为两个极距的距离，所以相邻的两个线圈处 在相同极性的两个磁极下，如果电机有P对磁极，则 连接P个线圈后才回到出发线圈的附近，并相差一个虚 槽，以便第二周继续绕下去，直到所有的线圈均串联起 来为止。
图1.12 电枢线圈 (a)叠绕组线圈；(b)波绕组线圈 1—端接部分；2—有效边；3—末端；4—换向片；5—始端
3．实槽与虚槽 为了改善电机的性能，希望 用较多的线圈来组成电枢绕组。 由于工艺等原因，电枢铁心上 不便开太多的槽，有些电机在 每个槽内的上下层各并列放置若干个线圈边。为了确 切的说明这些线圈边的具体位置，引人“虚槽”的概 念。 每个虚槽由一个上层线圈边和一个下层线圈边组成。 设每个实际槽内每层有µ个线圈边，则每个实际槽等 同于µ个“虚槽”，如图所示。
6、节距 所谓节距就是线圈的两边或相连的两个线圈 边之间的距离，用虚槽数表示。节距主要包 括以下几种：
（1）前节距y1(第一节距) （2）合成节距y （3）换向器节距yK （4）后节距y2（第二节距）
（1）前节距（第一节距 ） 同一线圈的两个线圈边在电枢圆周上所跨 的距离，用虚槽数来表示，称为第一节距y1。 为使每个元件的感应电动势最大,第一节距y1 应等于一个极距τ，但τ不一定是整数，
（2）合成节距y 互相串联的两个线圈对应边之间的距离称为 合成节距，用虚槽数表示。 对单叠绕组： y = +1 表示相串联的两个线圈对应边右移一个 虚槽，称为右行绕组； 对单叠绕组： y = −1 表示相串联的两个线圈对应边左移一个 虚槽，称为左行绕组。 直流电机的电枢绕组多用单叠右行绕组。 对单波绕组： y ≈ 2τ
而y1必须是整数，为此，一般取第一节距
y1 = zµ 2p m ε = 整数
式中ε——小于1的分数。 若 若
y1 = τ = 整数
称为整距绕组；
y 1 ＜τ，称为短距绕组，
反之则为长距绕组。
整距绕组可获得最大的感应电势，短距和长 距绕组感应电势略小，由于短距绕组比长距 绕组节省端部材料，同时短距绕组对换向有 利，所以一般采用短距绕组。
设电枢铁心的实槽数为Z， 虚槽数为 Z µ 对于双层绕组，则构成电枢绕组的总 线圈数 S = Zµ 因一个换向片上连接两个出线端， 则换向片的个数
K = Zµ
4．极距 沿电枢表面相邻磁极对应位置之间 的圆周距离称为极距τ，极距按线 性长度表示为：
τ= πD a
2p
极距一般用虚槽数表示， 极距按虚槽数表示为：
2．电枢绕组的构成 电枢绕组是由结构、形状相同的线圈构成。 线圈有单匝、多匝之分。
线圈的直线部分放置在电枢槽中，称为有效 边；连接有效边的部分称为端部。线圈在槽 内分两层放置，放在槽的上层的线圈边，称 为上层边；放在下层的线圈边，称为下层边。 与上层边相连的出线端称为始端，与下层边 相连的出线端称为末端。一个线圈的两个出 线端与两个不同的换向片相接。
单波绕组连接顺序表
瞬间绕组的并联支路图
单波绕组是将所有的上层边在N极下的线圈串联成 一条支路，将上层边在S极下的线圈串联成另一条 支路，可见，单波绕组的支路数与主极数目无关， 恒等于2，即并联支路对数a=1。 由于单波绕组只有两条并联支路，理论上只需一正 一负两组电刷即可工作。但考虑到电刷下的平均电 流密度不能过大，因此，单波绕组仍采用与极数相 等的电刷组数（全额电刷）。 单波绕组的电枢电势仍为一条支路电势，电枢电流 为两条支路电流之和。
三、单波绕组展开图
由于线圈连接呈波浪形，所以称作波绕组。 单波绕组线圈的第一节距和上述单叠绕组相 同，但其端接部分的形状和连接规律与单叠 绕组就不同了。单波绕组的每个线圈的始末 端要接到相距约两个极距的换向片上，每安 放一个线圈，其相应线圈边在电枢表面上移 动约为两个极距的槽，所以yK= y ≈ 2τ 。这样， 两个相邻线圈在磁场中的相对位置基本上是 相同的，使得两者产生的感应电势方向相同， 可以相加。
单波绕组的特点 1）同极下各元件串联 起来组成一条支路， 起来组成一条支路，支 路对数为1 路对数为1，与磁极对 数无关； 数无关； 2）当元件的几何形 状对称时， 状对称时，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； 3）电刷数等于磁极数； 电刷数等于磁极数； 4）电枢电动势等于支路感应电动势； 电枢电动势等于支路感应电动势； 5）电枢电流等于两条支路电流之和。 电枢电流等于两条支路电流之和。
例1-5 已知一台直流电机的极对数P=2， Z µ = S = K = 15 ，试画出单波左行绕组。 解：1. 计算绕组的节距
15 3 y1 = mε = − =3 2p 4 4
k − 1 15 − 1 y = yk = = =7 p 2 y 2 = y − y1 = 7 − 3 = 4
zµ
2．根据算出的各种节距，可画出单波绕组的展 开图如图所示。（因与单叠绕组相似，步骤 略）
单叠绕组连接顺序表
⑸ 放置电刷 电刷放置的原则是正负电刷间得到最大的 感应电势。 根据电刷放置的原则，电刷应放在主磁极 轴线下的换向片上，此时，被电刷短接的 线圈感应电势为零，而正负电刷之间所有 线圈的感应电势方向相同，且电势最大。
⑹ 电刷的连接 假定电枢旋转方向，通过右手定则画出线圈中 感应电势的方向，从而确定电刷的极性，并把 同极性电刷并联引出，作为电源输出端。
第四节 直流电机的电枢绕组
一、电枢绕组的一般概念 二、单叠绕组展开图 三、单波绕组展开图 四、单叠与单波绕组的应用
一、电枢绕组的一般概念
1．电枢绕组的作用、分类及要求 电枢绕组是直流电机中最重要的部件之一， 实现机电能量的相互转换。 在实际电机中，电枢绕组是由许多分布在电 枢铁心表面的线圈按一定的规律连接而成的 闭合回路。 根据连接规律的不同，电枢绕组可分为单叠 绕组、复叠绕组、单波绕组、复波绕组及混 合绕组五种型式。
I a = 2a ⋅ i a
单叠绕组的的特点： 单叠绕组的的特点 1）同一主磁极下的元件 串联成一条支路， 串联成一条支路，主磁极 数与支路数相同。 数与支路数相同。 电刷数等于主磁极数， 2）电刷数等于主磁极数， 电刷位置应使感应电动势 最大， 最大，电刷间电动势等于 并联支路电动势。 并联支路电动势。 3）电枢电流等于各支路 电流之和。 电流之和。
图1.30 Z=16、2p=4单叠绕组展开图
2、单叠绕组的电路图 从图1-30单叠绕组展开图，便可得到如图 所示的瞬间电路图。
瞬间绕组的并联支路图
பைடு நூலகம்
从图中看出： 有四条支路并联于正负电刷之间。每一支路 都是由上层边处在同一主极下的线圈串联而 成，因此一个主极对应一条支路，则单叠绕 组的并联支路数恒等于电机的主极数，若以 a表示并联支路对数，则2a=2p。
解：1. 计算绕组的节距
16 y1 = mε = =4 2p 4 zµ
y = y k = +1
y 2 = y1 − y = 4 − 1 = 3
2．画绕组展开图的步骤 ⑴ 画线圈边 用实线代表上层线圈边，用虚线代表下层线 圈边，实线（虚线）数等于线圈数S，从左向 右为实线编号，分别为1号至16号。 注意，上层线圈边的编号代表该线圈编号， 亦代表该槽的编号。
⑵ 放置主磁极 两对主磁极应均匀的、交替的放置在各槽 之上，每个磁极的宽度约为0．7倍的极距。 ⑶ 画换向片 用带有编号的小方块（与槽等宽）代表各 换向片，换向片的编号也是从左向右顺序 编排并且第一号线圈上层边所连接的换向 片为第一号换向片。
⑷ 连接绕组 第一号线圈上层边的出线端连接第一号换 向片，根据第一节距找到第一号线圈的下层 边（5号的虚线），下层边的一端连接上层边 未连接换向片的那一端，另一端根据换向节 距yK=1连接到第二号换向片上。 根据合成节距y =1，第二号线圈上层边的 y =1 出线端连接到第二号换向片上，其下层边的 出线端连接第三号换向片，依次类推，构成 展开图。 从图中可知，它们的连接次序如图所示，从 第一号线圈上层边开始，绕电枢一周后，把 所有线圈串联起来，最后又回到第一号线圈 的上层边，构成一个闭合回路。
电枢旋转时，各线圈的位置随着移动，构成 各支路的线圈在交替更换，由于电刷位置是 固定的，所以组成一条支路的线圈数不变， 感应电势大小不变。从电刷外面看绕组时， 永远是一个具有2a条并联支路的电路。
电刷两端接通负载或电源时，产生电枢电流， 由于电刷两侧的感应电势方向相反，则电刷 两侧的电流方向相反，所以电枢电流的分界 线是电刷。 单叠绕组的电枢电势Ea等于一条支路的电势， 电枢电流Ia等于各支路电流ia之和，即
四、单叠与单波绕组的应用
单叠与单波绕组是直流电机基本的绕组型式， 两者的根本差别在于它们的换向器节距和合 成节距不同，所以在相同的极数下，两者绕 组的支路数不相同。
y 2 = y1 − y
y 2 = y − y1
二、单叠绕组展开图
1、绕组展开图的绘制 将电枢表面某处沿轴向剖开，展开成一个平 面，就得到绕组展开图。绕组展开图可清楚 地表示构成绕组的线圈之间的连接规律。 实线表示上层线圈边，虚线表示下层线圈边。 一个虚槽中的上、下线圈边用紧邻的一条实 线和一条虚线表示，每个方格表示一片换向 片。
py k = k ± 1
可得
k ± 1 zu ± 1 y = yk = = p p
上式应满足y或yK为整数的条件。 当取正号时，第P号线圈的末端将置于第1号换向片 的右边，称为右行绕组； 当取负号时，第P号线圈的末端将置于第1号换向片 的左边，称为左行绕组。 左行绕组端接线较短，易于制做，故得到广泛应用。
（3）换向器节距yK 一个线圈的两个出线端分别连接在两片换 向片上，这两片换向片之间的距离称为换 向器节距，用换向片的个数表示。
yK = y
（4）后节距y2（第二节距） 相串联的两个线圈，第一个线圈的下层边与 第二个线圈的上层边之间的距离称为第二节 距（即连接在同一换向片上的两个线圈边之 间的距离）。 对单叠绕组 对单波绕组
设电机有P对极，单波绕组的线圈沿电枢表面 绕行一周后，串联P个线圈，第P十1号线圈 的位置不能与第1号线圈相重合，只能放在第 一号线圈相邻的电枢槽中，因此，一定满足 下列条件 P ⋅ y = Zµ ±1
从换向器上看，第P个线圈的末端，不能接 到与第1号线圈的首端相连的第1号换向片上， 只能连接到与第1号换向片相邻的换向片上。 显然，也应该满足下列条件
为分析方便，使换向片宽度与槽宽相等。 画展开图时，要先对电枢槽、电枢线圈和换 向片进行编号，一个线圈的上层边所在的槽 与上层边所连接的换向片和该线圈标号相同。 例如1号线圈上层边放在1号槽，并与1号换向 片连接。
例1-4
已知一台直流电机的极对数P＝2，Z µ = S = K = 16 试画出右行单叠绕组展开图。