电机与拖动技术大连理工大学和答案

实际直流发电机的电枢是根据实际需要有多个线圈。线圈 分布在电枢铁芯表面的不同位置，按照一定的规律连接起来， 构成电机的电枢绕组。磁极也是根据需要N、S极交替旋转多 对。
2、直流电动机工作原理 直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。
在磁场作用下，N极性下导体 ab受力方向从右向左，S 极下导体 cd受力方向从左向右。该电磁力形 成逆时针方向的电磁转矩。当电磁 转矩大于阻转矩时，电机转子逆时 针方向旋转。
y1
Z 2p
8 2
4
合成节距 ： y=yk=1
按照上述步骤绘制单叠绕组的展开图，如图所示。
单叠绕组的并联支路图
画出元件的连接及有关的换向片和电刷，就成 了绕组的并联支路图。并联支路图，就是绕组 的电路简图
单叠绕组的特点
（1）y=yk=1 （2）2a=2p （3）同一个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； （4）电刷数等于主磁极数，电刷位置应使支路感应电 动势最大，电刷间电动势等于并联支路电动势； （5）电枢电流等于各并联支路电流之和
当原动机驱动电机转子逆时针
旋转1800 后 ，如右图。
导体ab在S极下，a点低电 位，b点高电位；导体cd在N极 下，c点低电位，d点高电位； 电刷A极性仍为正，电刷B极 性仍为负。
可见，和电刷A接触的导体总 是位于N极下，和电刷B接触的导 体总是位于S极下。
可见，和电刷A接触的导体总是位于N极下，和电刷B接触 的导体总是位于S极下，因此电刷A的极性总是正的，电刷B的 极性总是负的，在电刷A、B两端可获得直流电动势。
第六步：安放电刷。在展开图中，直流电机的电刷置于磁极中心线下， 电刷大小与换向片相同，电刷数与主磁极数相同。在实际生产过程中， 直流电机电刷的位置是通过实验方法确定的。
〔例〕 已知一台直流电机，2p=2，S=K=Z=8，画出单叠绕 组展开图。
解：计算绕组的各节距：
极距：
Z
8 4
2p 2
第一节距 ：
把电刷A、B接到直流电源上， 电刷A接正极，电刷B接负极。此时 电枢线圈中将电流流过。如右图。
当电枢旋转到右图所示位置时
原N极性下导体ab转到S极下，受 力方向从左向右，原S 极下导体cd 转到N极下，受力方向从右向左。 该电磁力形成逆时针方向的电磁转 矩。线圈在该电磁力形成的电磁转 矩作用下继续逆时针方向旋转。
第三步：画换向片，按顺序编号。用小方块代表各换向片，换向片与电 枢同周长，换向片的编号也是按顺序从左向右并以第一元件上层边所连 接的换向片作为第一换向片号。
第四步：排列、连接绕组。根据各节距按规律排列连接。
第五步：放置主磁极。主磁极应N、S极交替地、均匀地放置在各槽之上， 每个磁极的宽度约为0.7倍的极距。
图1-3 换向极结构 1．换向极铁芯 2．换向极绕组
图1-4 电刷盒装配 1．刷盒 2．电刷 3．铜丝辫 4．压紧弹簧
图1-5 电枢铁芯冲片
图1-6 直流电机换向器
图1-6 直流电机换向器
1.1.2 直流电机的基本原理
1、直流发电机工作原理
右图为直流发电机的物理模型， N、S为定子磁极，abcd是固定在 可旋转导磁圆柱体上的线圈，线圈 连同导磁圆柱体称为电机的转子或 电枢。线圈的首末端a、d连接到 两个相互绝缘并可随线圈一同旋转 的换向片上。转子线圈与外电路的 连接是通过放置在换向片上固定不 动的电刷进行的。
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
y1
y2 y
1.2.3单叠绕组
单叠绕组是指元件的首端和末端分别接到相邻的两片换 向片上，下一个元件叠在前一个元件之上。
绘制展开图的步骤是：
第一步：计算绕组的各节距。包括、y、y1。 第二步：画槽、画元件，按顺序编号。每槽用两条短线表示，实线表示 上层，虚线表示下层。注意：实线上的标号既表示槽号又表示元件号， 同时还表示该元件的上层边所在的位置。
同直流发电机相同，实际的 直流电动机的电枢并非单一线圈， 磁极也并非一对。
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1.2直流电机的电枢绕组
1.2.1基本知识 电枢绕组是直流电机的核心部分。无论是发电机还 是电动机，感应电动势和电磁转矩都在电枢绕组中 产生，电枢绕组是实现机电能量转换的枢纽，电枢 绕组的名称由此而来，并为此把直流电机的转子称 为电枢。
y1 y2
y
12 3 yk
单叠绕组
123
7
yk
单波绕组
电枢绕组和节距
1.2.2电枢绕组的节距
1．极距 极距就是一个磁极在电枢表面的空间距离
Z
2p
2 ．第一节距y1 第一节距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—10所示。由于线圈边要放入槽内，所以应是整数。而为
了让组能感应出最大的电动势，应使接近或等于极距。
1.1直流电机的结构与工作原理
1.1.1直流电机的主要结构
定子 转子
主磁极 换向磁极 电刷装置 机座 端盖
电枢铁芯 电枢绕组 换向器 转轴 轴承
图1-2 直流电机的正剖面图 1．极靴 2．电枢齿 3．电枢槽 4．主磁极 5．励磁绕组 6．机座（磁轭） 7．换向极 8．换向极绕组 9．电枢绕
组 10．电枢铁芯 11．底脚
绕组元件 称构成绕组的线圈为绕组元件，是用绝缘铜线 绕制的。元件的开始端头称首端，终了端头称末端。嵌 放在电枢铁芯槽中的直线部分称有效边，连接两个有效 边的部分称为端接部分。一个元件可以是单匝或多匝。
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
为了节省铜线及其工艺的方便，一般采用短距或整距绕组。y1
Z 2p
3．第二节距y2 它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，用槽数表示。
4．换向片节距yk 线圈的两端所连接的换向片之间距离，用该线圈跨过的换向 片数来表示。
5．合成节距y 它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 数表示。