直流电机绕组

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电机学-直流电机原理与绕组

几何中性线
15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
+－
+
－
N
+S
－N
S
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
+
－
整理课件
－
电路图
结合电刷的放置，得到该瞬时的电路图
每个极下的元件组成一条支路。即单迭绕组的并联支路数正好等于电机的极数。这是单整迭理课绕件组的重要特点之一。
D a (弧长)
2p
Z （槽数）
2p
（电角度）
整理课件
有关电枢绕组名词、术语
元件（线圈）：
第一节距y1 y1
每一个元件的两个元件边在电枢表面所跨的距离，常用槽数来表示
第二节距y2（y2<0）
联接在同一个换向片上两个不同元件的元件边在电枢表面跨过的距离
合成节距y： y=y1+y2
0
整理课件
A
If0 If
I fN F f 0 IN
直流电机的空载磁场
空载时，励磁磁动势主要消
耗在气隙上。当忽略铁磁材料的
极靴
磁阻时，主磁极下气隙磁通密度
极身
的分布就取决于气隙的大小和形状。
磁极中心及附近的气隙小且
几何中性线
均匀，磁通密度较大且基本为常数，靠近极尖处，气隙逐渐变大，
（a）气隙形状
整理课件
三、直流电机的额定值
额定容量PN：输出功率额定电压UN：额定状态下出线端电压；额定电流IN：额定状态下出线端电流；额定转速n：额定状态下的电机转速
★
直流发电机：电功率PN＝UN·IN 直流电动机：机械功率PN＝UN·IN ·

直流电机的绕组

直流电机的绕组一、前言直流电机是一种常见的电动机，广泛应用于各种领域，如工业、交通、家电等。

直流电机的绕组是直流电机的核心部件之一，它决定了直流电机的性能和特点。

本文将详细介绍直流电机的绕组。

二、直流电机的基本结构直流电机由定子和转子两部分组成。

其中，定子是不动的部分，包括磁极、线圈等；转子则是旋转的部分，包括轴、磁极等。

在工作时，定子中的线圈通过外部供电产生磁场，使转子旋转。

三、直流电机的绕组类型根据线圈排列方式不同，直流电机的绕组可以分为串联式绕组和并联式绕组两种类型。

1. 串联式绕组串联式绕组是将多个线圈依次串联起来，在两端接上外部供电。

串联式绕组可以增加线圈总匝数，提高输出功率和扭矩。

但同时也会增加线路阻抗和损耗。

2. 并联式绕组并联式绕组是将多个线圈并联起来，在两端接上外部供电。

并联式绕组可以减小线路阻抗和损耗，但输出功率和扭矩相对较小。

四、直流电机的绕组结构直流电机的绕组结构包括定子绕组和转子绕组两部分。

1. 定子绕组定子绕组是直流电机中最重要的部分之一。

它由若干个线圈依次排列而成，每个线圈都有若干匝。

线圈的匝数和排列方式不同，可以影响电机的性能和特点。

2. 转子绕组转子绕组是直流电机中另一个重要部分。

它通常由导体材料制成，包括铜、铝等。

转子绕组通常采用环形排列方式，以便在旋转时产生磁场。

五、直流电机的绕组材料直流电机的绕组材料通常有铜、铝等两种材料。

其中，铜具有良好的导电性能和高温耐受性能，适用于高功率、高速度等场合；而铝则适用于低功率、低速度等场合。

六、直流电机的绕制工艺直流电机的绕制工艺包括手工制绕和机器制绕两种方式。

手工制绕通常适用于小功率、小批量的电机，而机器制绕则适用于大功率、大批量的电机。

七、直流电机的绕组保护直流电机的绕组保护通常采用绝缘材料来实现。

常见的绝缘材料有纸板、胶带、漆等。

这些材料可以有效地防止线圈短路和断路等故障。

八、总结直流电机的绕组是直流电机中最重要的部分之一，它决定了直流电机的性能和特点。

直流电机的电枢绕组简介

Z 2p
（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1.11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 Z y1 （1-6） 2p 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。
采用整距绕组，因为是单叠右行，故 y y K 1
y2 y1 y 4 1 3 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y＝yk＝1，所以1号元件的末端应连接在2号换向片上（1+yk＝2）。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。
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电动势。（5）电枢电流等于两条支路电流之和。

第四章直流电机电枢绕组

1）同一主磁极下的元件串联成一条支路，主磁极数与支路数相同。 2）电刷数等于主磁极数，电刷位置应使感应电动势最大，电刷间电动势等于并联支路电动势。 3）电枢电流等于各支路电流之和。
一、节距计算
y1
Z 2p
y= =1yk
y2 y1 y
二、绕组展开图
Z为电枢槽数 P为电机的极对数
三、元件连接顺序及并联支路图
空载时气隙磁磁通密度的分布图形
返回
如果不计铁磁材料中的磁压降，则在气隙中各处所消耗的磁通势均
为励磁磁通势。
在极靴下，气隙小，气隙中沿电枢表面上各点磁密较大；在极靴范
围外，气隙增加很多，磁密显著减小，至两极间的几何中性线处磁密为
零。
为一平顶波
直流电机空载磁场的磁密分布
直流电机的空载磁化特性
0
考虑到电机的运行性能和经济性，直流电机额定运行的磁通额定值的大小取在磁化曲线开始弯曲的地方图中的a点（称为膝部）。
磁电流作用下建立的，这一点与他励发电机不同。并励发电机建立电压的过程称为自励过程，满足建压的条件称为自励条件。
1、自励条件
曲线1为空载特性曲线，曲线2为励磁回路总电阻R f 特性曲线，也称场阻线 U f I f R f 。
增大R f ，场阻线变为曲线3时，R f 称为临界电阻Rcr 。如图所示。
N pN Ea 2a e 60a n Cen
Ce为电动势常数。上式表明直流电机的感应电动势与电机结构、气隙磁通和电机转速有关。当电机制造好以后，与电机结构有关的常数
Ce不在变化，因此电枢电动势仅与气隙磁通和转速有关，改变转速和磁通均可改变电枢电动势的大小。
三，直流电机的电磁转矩定义：根据电磁力定律，当电枢绕组中有电枢电流

直流电机的电枢绕组

之间的对应弧长的距离，或者指某一磁极N极或S极所占槽数。用槽数表示时（不一定是整数）：
z (槽)
2p
3
§1-2 直流电机的电枢绕组
3、极轴线，几何中心线（补充说明）极轴线：磁极中心线几何中心线：磁极间的平分线
4
§1-2 直流电机的电枢绕组
2、绕组节距☆
(1)第一节距(线圈节距 )y1
一个元件的两条有效边在电枢表面上所跨的距离称为
（ｙ1＝4），末端接在换向片2上（ｙk＝ 1）；第二元件的首端接到换向片2上，它的一边放在2号槽的上层，另一边放在6号槽的下层，末端接到换向片3 上；依次连接第三，四等，直到第十六元件。第十六元件的末端又接到换向片1上，组成一个闭合回路。
9
§1-2 直流电机的电枢绕组
将电枢表面展开成平面，并将电枢槽、电枢元件及换向片编号。其中元件及换向片号与其上层边所在槽号相同。
由于几何中心线处的磁密为零，故此元件边中电势为零，即1、 5、9、13 号元件中电势为零。☆
11
§1-2 直流电机的电枢绕组
4.电刷放置位置分析
（1）电刷：连接内外电路，为了在正负电刷间获得最大直流电势以及产生最大的电磁转矩，电刷放在被电刷短路的元件电势为零的位置。
（2）电势为零的元件：在一个主磁极下的元件边电势具有相同的方向，在磁极的几何中心线上电势为零。
p yk k 1
或
yk
y
k
1 p
整数
当采用K＋1时，p个元件串联后，接到换向片2上，称右行绕组，此时端接交叉，很少采用。一般采用K－1，称为左行绕组。
17
§1-2 直流电机的电枢绕组
下面以Z＝S＝K＝15，2p=4为例，绕制一单波左行绕组。

2[1].2直流电机绕组详解

y
1 2 2 2
2.2.2 单叠绕组 • 电枢绕组中任何两个串联元件都是后一个叠在前一个上面的称为叠绕组，整个绕组成折叠式前进，若y=yK=±1则称之为单叠。 • 现举例说明单叠绕组的连接方法与特点。
例：已知电机极数2p=4，且Z=S=K=16。试绕制一单叠右行整距绕组。解： (1)节距计算。
(4) 绕组并联支路
可知，经B到A，有四条支路与负载并联。当电枢旋转时，虽然各元件的位置随之移动，构成各支路的元件循环替换，但任意瞬间，每个主极下的串联元件总是构成一条电动势方向相同的支路，总的并联支路数不变，即恒等于主极数。这也是单叠绕组的基本特点。设a为并联支路对数，对单叠绕组，并联支路数和主极数的关系就是 2a=2p 或 a=p 这就是说，要增加并联支路数(使电枢通过较大电流)，就要求增加主极数。若希望主极数不变，但又要求增加并联支路数，实际的做法就是把多个单叠绕组嵌放在同一个电枢上，再借助电刷并联方法构成复叠绕组。若相串联的两元件对应边相距m个虚槽(即y=m)，则称该复叠绕组为m叠绕组(要求电刷宽度大于m个换向片宽度),其并联支路数增加为2mp。
• S=K=Zi
电枢绕组在槽内的放置
2、节距
• 极距 τ ----每个主磁极在电枢表面占据的距离或相邻两主极间的距离，用所跨弧长或该弧长所对应的槽数来表示)。设电机的极对数为p,电枢外径为Da，则
τ = π Da /2p
或(弧长)τ 来自 Z / 2p (槽数)• 第一节距y1----每个元件的两个元件边在电枢表面的跨距，用槽数表示。如下页图所示，设上元件边在第1槽，下元件边在第5槽，则y1=5-1=4。为使元件中的感应电动势最大，y1所跨的距离应接近一个极距τ。由于y1必须要为整数，否则无法嵌放，因此有

直流电机绕组

直流电机直流电机（direct current machine）是指能将直流电能转换成机械能（直流电动机）或将机械能转换成直流电能（直流发电机）的旋转电机。

它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。

当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。

组成：直流电机电枢绕组：通常采用双层绕组。

线圈的有效部分包含左、右两个有效边。

放在槽内且靠近槽口的有效边叫上层边，靠近槽底的有效边叫下层边。

同一槽中上下层间用绝缘纸隔开。

同一线圈上下两有效边沿圆周方向的距离即为线圈的跨距，通常用槽距（两相邻槽间距离）的倍数表示。

跨距约等于一个极距（相邻两磁极的距离，也常用槽距的倍数表示）。

电枢绕组断路的检查直流电枢绕组分叠绕组、波绕组和蛙绕组3种。

每个线圈的两个出线端连接到换向器的两个换向片上，两者在换向器圆周表面上相隔的距离称为换向器节距，用Ys表示。

不同形式的绕组具有不同的换向器节距。

①叠绕组有单叠绕组和复叠绕组之分。

单叠绕组是将同一磁极下相邻的线圈依次串联起来，构成一条并联支路，所以对应一个磁极就有一条并联支路。

单叠绕组的基本特征是并联支路数等于磁极数。

各条支路间通过电刷并联。

单叠绕组线圈的换向器节距Ys=1。

Ys>1者称复叠绕组。

比较常用的是Ys=2的复叠绕组，又称双叠绕组。

双叠绕组在一个磁极下有两条并联支路。

例如一台四极直流电机，采用双叠绕组时,共有8条并联支路。

各条支路间也是通过电刷并联。

电刷组数等于电机的极数。

其中一半为正电刷组，另一半为负电刷组。

叠绕组的并联支路数较多，它等于极数或为极数的整倍数，所以又叫并联绕组。

②波绕组有单波绕组和复波绕组。

单波绕组的特点是将同极性下的所有线圈按一定规律全部串联起来，形成一条并联支路。

所以整个电枢绕组只有两条并联支路。

波绕组线圈的换向器节距式中P为磁极对数;k为换向片数；a为使Ys等于整数的正整数，它等于波绕组的并联支路对数。

直流电机的电枢绕组

3.单波绕组连接顺序表 3.单波绕组连接顺序表
y2 = y− y =7−3=4 1
换向片
上层边
下层边
换向片
上层边
下层边
1 15 14 13 12 11 10 9
1 15 14 13 12 11 10 9
4′ 3′ 2′ 1′ 15′ 14′ 13′ 12′
8 7 6 5 4 3 2 1
8 7 6 5 4 3 2 1
*.本课程只讨论：一个槽内共放置2个元件边本课程只讨论：一个槽内共放置个元件边本课程只讨论 *. 元件数换向片数，即S=K 元件数S=换向片数换向片数K， *.换向片数 =槽数换向片数K 槽数槽数Z 换向片数 *. S=K=Z
1片换向片总接个元件的片换向片总接1个元件的片换向片总接上层元件边和另1个元件的下上层元件边和另个元件的下层元件边。个元件有个元件有2个元件层元件边。1个元件有个元件个槽放2个元件边边。1个槽放个元件边。个槽放个元件边。
电枢绕组须满足以下要求： • 电枢绕组须满足以下要求：
• 在能通过规定的电流和产生足够的电动势或电磁力）前提下，（或电磁力）前提下，尽可能节省有色金属和绝缘材料；属和绝缘材料； • 结构简单、运行可靠。结构简单、运行可靠。
名词术语介绍
磁极轴线：主磁极的中心线；磁极轴线：主磁极的中心线；几何中性线：相邻两个主磁极之间的平分线；几何中性线：相邻两个主磁极之间的平分线；极对数：极对数： p ；极距τ 在电枢铁心表面上，一个极所占的距离。极距：在电枢铁心表面上，一个极所占的距离。可用槽数表示，式中Z 可用槽数表示， τ =Z / 2 p（槽），式中为电枢（），式中总槽数；总槽数； • 元件（线圈）：是绕组的一个基本单元，可为单元件（线圈）：是绕组的一个基本单元，）：是绕组的一个基本单元匝，也可为多匝； • • • •

直流电机的电枢绕组

卧式镗铣床运行速度越来越高，快速移动速度达
到25～30m/min，镗杆最高转速6000r/min。而卧式加工中心的速度更高，快速移动高达50m/min，加速度5m/s2，位置精度0.008～0.01m m，重复定位精度 0.004～ 0.005mm。
落地式铣镗床铣刀
由于落地式铣镗床以加工大型零件为主，铣削工艺范围广，尤其是大功率、强力切削是落地铣镗床的一大加工优势，这也是落地铣镗床的传统工艺概念。而当代落地铣镗床的技术发展，正在改变传统的工艺概念与加工方法，高速加工的工艺概念正在替代传统的重切削概念，以高速、高精、高效带来加工工艺方法的改变，从而也促进了落地式铣镗床结构性改变和技术水平的提高。
直流电机电枢绕组是双层的，即每个槽分上下两层嵌放元件有效边。每个元件的一个边嵌放在一个槽子的上层，另一个边嵌放在另一个槽子的下层
线圈数、槽数、换向片数的关系：
元件数等于换向片数等于槽数，
即
式中
S=K=Z S —元件数； K—换向片数； Z—电枢实际槽数。
叠绕组和波绕组叠绕组是指相串联的后一个元件端接部分紧叠在前一个元件端接部分的上面，整个绕组成褶叠式前进；波绕组是指相串联的两个元件像波浪式的前进如图所示
现在，又开发了一种可更换式主轴系统，具有一机两用的功效，用户根据不同的加工对象选择使用，即电主轴和镗杆可相互更换使用。这种结构兼顾了两种结构的不足，还大大降低了成本。是当今卧式镗铣床的一大创举。电主轴的优点在于高速切削和快速进给，大大提高了机床的精度和效率。

4.3-直流电机原理-电枢绕组

直流电机的电枢绕组简要回顾直流电机重点内容：（1）直流电机的工作原理（2）直流电机的基本概念（3）电枢感应电势和电磁转矩（4）基本方程难点：（1）电枢绕组及电路图（2）电刷位置放置（3）电枢反应简要回顾简要回顾主磁极定子电刷装置换向磁极机座端盖电枢铁心转子电枢绕组换向器转轴风扇Ø电枢绕组作用：直流电机的电路部分。

构成：用绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成，上下层以及线圈与电枢铁心间要妥善地绝缘，并用槽楔（xiē ）压紧。

直流电机的电枢绕组Ø直流电枢绕组的构成原则：(1)产生足够的感生电势； (2)允许一定的电流； (3)节省有色金属和绝缘材料； (4)结构简单，运行可靠。

Ø直流电枢绕组的基本概念元件电枢绕组由许多形状完全相同的元件（也称为线圈）按一定规律排列和连接而成。

每一个元件均引出两根线与换向片相连，其中一根称为前端，另一根称为后端。

每个元件有两个元件边，一个元件边放在某一个槽的上层(上层边)，另一个元件边放在另一个槽的下层(下层边)。

绕组元件在槽中的位置 1-上元件边 2-后端接线 3-下元件边 4-前端接线有效部分:元件钳放在槽内部分，切割气隙磁通，感生电动势。

同一个元件的首端和末端分别接到两个不同的换向片上。

同一个换向片上，连有一个元件的首端和另一个元件的末端。

因此，电枢绕组的元件数等于换向片数，即S=K，其中 K为换向片数，S为元件数。

虚槽• 为了确切地说明每个元件边所处的具体位置，引入“虚槽” 的概念。

设槽内每层有u个元件边，则把每个实际槽看作包含有u个 “虚槽”，每个虚槽的上、下层各有一个元件边，如图表示u=3时，元件边的布置情况。

若实槽数为 Z ，虚槽数为 Ze ，则Ze =uZ。

• 因为每一个元件有两个元件边，而每一换向片连接一个元件的始端和另一个元件的末端；又因为每一个虚槽包含着两个元件边，所以绕组的元件数 S、换向片数K和虚槽数Ze三者应相等，即S=K= Ze =uZ1—槽楔 2—线圈绝缘 3—导体 4—层间绝缘 5—槽绝缘 6—槽底绝缘电枢槽内的绝缘l 极距：沿电枢圆周表面相邻两磁极之间的距离，用表示。

直流电机绕组的基本型式

直流电机绕组的基本型式1、单迭绕组：元件的两个出线端连接于相邻的两个换向片上；相邻元件依次串联，后一元件的首端与前一元件的尾端连在一起，并接到同一个换向片上，最终一个元件的尾端与第一个元件的首端连在一起，形成一个闭合回路。

紧相串联的两个元件的端接部分紧"'叠"在一起。

举例说明联接特点和支路组成状况：例一极对数p=2，槽数Z＝16，元件数S＝K＝16，y1=4，yk=1，绘制一单迭绕组绽开图。

（一）、节距计算单迭：y1=yk=1，整距：y1=16/4=4，y2=y－y1=1－4=－3。

（二）、绕组连接表（带箭头线表示元件本身的连接，红线表示通过换向片的连接）（三）、绕组连接图：（四）、安放主极和电刷：主极匀称放置。

为获得最大电动势，电刷应放置在元件几何轴线与主极轴线重合的元件所接的两换向片的分界线上。

电刷的中心线与该分界线重合。

（五）、单迭绕组的瞬间电路图：（六）、绕组的并联支路数：单迭绕组的并联支路数等于电机极数。

并联支路对数等于极对数，即：a=p 。

电刷数目＝支路数＝极数2、单波绕组：每元件的两端所接两换向片相隔较远，yky1，元件串联后形成波浪形。

Y1应接近于极距，yk满意下式：，绕行一周后，比动身时的换向片前进（＋，右行〕或退后（－，左行）一个换向片。

例2、绘制一左行短距单波绕组绽开图，2p=4，Z＝S＝K＝15。

绘制步骤：(二）、绕组连接表：上元件边在槽数：下元件边在槽数：带箭头的连线表示元件本身的联接，红线表示不同元件经过换向片的连接。

（三）、绕组连接图：（四）、安放主极和电刷：主极匀称放置。

为获得最大电动势，电刷应放置在元件几何轴线与主极轴线重合的元件所接的两换向片的分界线上。

电刷的中心线与该分界线重合。

电刷数目＝电机极数（五）、单波绕组的瞬间电路图：（六）、绕组并联支路数：单波绕组的并联支路数恒等于2，与主极数无关。

电机绕组除单迭、单波两种基本型式外，还有其它型式，如：复迭，复波，混合绕组，同心式绕组等。

直流电机单叠绕组

直流电机单叠绕组
直流电机单叠绕组是一种常见的电动机类型，用于将直流电能转化为机械能。

以下是关于直流电机单叠绕组的详细介绍：
1. 定义：直流电机单叠绕组是一种由一个组绕的绕组构成的电机。

它的原理是在磁场中旋转的导体会感受到一个电动势，并通过电流产生转矩。

2. 组成：直流电机单叠绕组由定子和转子两部分组成。

定子是由电磁铁芯和线圈组成的，线圈环绕在电磁铁芯上。

转子则是由永磁体或者电磁铁芯组成的。

3. 工作原理：当电流通过定子线圈时，会产生一个磁场。

当这个磁场与转子上的磁场相互作用时，转子就开始旋转。

此时，电源会不断地改变电流的方向来保持电机的旋转。

4. 特点：直流电机单叠绕组具有转速可调、转矩平稳、启动扭矩大等优点。

这些特点使得直流电机单叠绕组被广泛应用于工业生产、家用电器等各个领域。

5. 应用：直流电机单叠绕组广泛应用于机床、风力发电、电动车辆等需要启动扭矩大，转速可调的场合。

此外，它也被广泛应用于家用电器如吸尘器、搅拌器、风扇等。

6. 维护：直流电机单叠绕组需要定期维护和保养，以确保其正常运行。

维护时需要清洗定子表面的污垢，检查绕组的绝缘性能是否良好，以
及检查电刷是否磨损。

7. 未来发展：随着科学技术的不断进步，直流电机单叠绕组的技术也
在不断发展。

未来，它有望实现更高的转速和更大的扭矩输出，以更
好地满足工业和家庭需求。

总之，直流电机单叠绕组是一种重要的电机类型，具有广泛的应用和
发展前景。

在未来的发展过程中，其技术将会更加成熟和完善。