2第二章 直流电机

= If Nf
Ff ：磁通势，即：场强 H ×长度 l 磁通势， Nf ：一个磁极上励磁绕组的串联砸数； 一个磁极上励磁绕组的串联砸数； If ：励磁电流
极身
（3）空载时气隙磁密 Bx分布波形 空载时气隙磁密 由:
极靴
Bx = µ0
Ff
气隙磁密分布波形
1—均匀气隙时的气隙磁密 2—不均匀气隙时的气隙磁密
（3）主磁路 主磁通Ф经过的路径。 主磁通Ф经过的路径。
主磁极 (×2) 定、转子间气隙(×2) 转子间气隙( 电枢齿 (×2) 电枢磁轭 定子磁轭
含:
（4）主磁极漏磁通Фσ 主磁极漏磁通Ф
◆
不进入电枢铁心， 不进入电枢铁心， 只连着励磁绕组本身 的磁通. 的磁通. 漏磁通不感应电动势， 只增加主磁路的饱和度。 漏磁通不感应电动势， 只增加主磁路的饱和度。
2.5 直流电机的电枢绕组
直流电机电枢绕组的重要性 2.5.1 直流电机电枢绕组的重要性 (1) 电枢绕组是直流电机的核心组成部分 发电机：电枢绕组在电机的磁场中旋转，感应出电动势； ◆ 发电机：电枢绕组在电机的磁场中旋转，感应出电动势； 电动机：电枢绕组通过电流时，产生电枢磁通势； ◆ 电动机：电枢绕组通过电流时，产生电枢磁通势； 该磁通势与气隙磁场相互作用,产生电磁转矩。 该磁通势与气隙磁场相互作用,产生电磁转矩。 与气隙磁场相互作用 在能量转换过程中， (2) 在能量转换过程中，电枢绕组发挥重要作用 电动势×电流 = 电磁功率 × 电磁转矩×电枢旋转机械角速度 = 机械功率 ×
◆
直观地表示： 绕组展开图作用 直观地表示：槽内各元件彼此在 电路上的连接情况。 电路上的连接情况。
◆
注意： 展开图系原理图，并非实际电枢绕组的结构图； 注意： 展开图系原理图，
展开图须考虑各元件在气隙磁场里的相对位置， 展开图须考虑各元件在气隙磁场里的相对位置， 否则无意义。
电枢转动方向
（6）单叠绕组的并联支路图 特点： 特点：
单叠绕组
单波绕组
2.5.4 单叠绕组 （1）第一节距 y1
虚槽数） 同一元件的两个元件边之间距离（虚槽数）。 N
τ
S
Ze y1 = ± ε = 整数 2p
说明: 说明:
Y1 ：第一节距 Ze ：虚槽数 P ：电机极对数 ε ：凑整分数
设：电枢圆周表面相邻两个磁极的距离为τ， 电枢圆周表面相邻两个磁极的距离为τ 应等于或接近于τ 则：为获得较大的线圈电动势,第一节距 y1应等于或接近于τ， 为获得较大的线圈电动势, 因：极距τ的计算公式为： 故：极距τ以虚槽数表示为： 极距τ的计算公式为： 极距τ以虚槽数表示为：
单叠绕组并联支路图
电枢电动势）。 的e 值（电枢电动势）。
2.5.5 单波绕组 （1）单波绕组连接特点 ）
每个元件同相距约2个极距的元件 每个元件同相距约 个极距的元件 相连接; 相连接 即同相邻一对磁极下所处磁场位置相近的元件连接; 即同相邻一对磁极下所处磁场位置相近的元件连接
（2）单波绕组展开图 ）
单波绕组的支路对数a与极对数 与极对数p无关 ◆ 单波绕组的支路对数 与极对数 无关
2.5.6
单叠绕组同单波绕组的比较
在电机的极对数（大于1）、元件数、导体截面积相同情况下， 在电机的极对数（大于1）、元件数、导体截面积相同情况下， 元件数 结果见下表。 结果见下表。 绕组类型 支路数 单叠绕组 并联支路数多 a = p 单波绕组 支路对数恒为 a =1 每个支路里元件较多 高电压、 高电压、小电流 [记住]
支路元件数 每个支路里元件少 适用电机 低电压、 低电压、大电流
2.6 2.6 直流电机的磁路与空载磁化特性
2.6.1 直流电机的磁路 （1）主磁场 主极产生的磁场； 主极产生的磁场；即： 由励磁绕组通以直流励磁 电流产生。 电流产生。 （2）主磁通Ф 主磁通Ф 同时连着励磁绕组和电枢 绕组的磁通。 绕组的磁通。 当电枢旋转时, 当电枢旋转时,能在电枢 绕组中感应电动势(电磁转矩) 绕组中感应电动势(电磁转矩)。
（4）元件嵌入电枢铁心的槽中 元件边置于电枢铁心的槽中， 有效边” ◆ 元件边置于电枢铁心的槽中，称“有效边”；
◆ 每槽分上下两层排列
如一个元件的一边放在某槽的上层， 如一个元件的一边放在某槽的上层， 则其另一边放于另一槽的下层； 则其另一边放于另一槽的下层；
◆ 元件之间的连接
每一个元件的末端（下层边） 每一个元件的末端（下层边）同 另一个元件的首端（上层边）相接； 另一个元件的首端（上层边）相接； 且共同接于同一换向片上。 且共同接于同一换向片上。
◆
（4）第二节距 y2
◆ ◆
定义：连至同一换向片的两个元件边之间的距离（虚槽数） 定义：连至同一换向片的两个元件边之间的距离（虚槽数） 。 对于单叠绕组， 对于单叠绕组，有 ： y2 = y1 - y
（5）单叠绕组的展开图
◆
绕组展开图内容 设：将电枢槽内的各元件构成的
电枢绕组取出， 电枢绕组取出， 单独画在同一张图里。 并：单独画在同一张图里。
（3）单波绕组的并联支路图
◆
单波绕组的支路对数a 恒为“ 单波绕组的支路对数 恒为“1”
单波绕组将所有N极下的全部元件串联起成一个支路； 单波绕组将所有 极下的全部元件串联起成一个支路；将所有 极下的全部元件串联起成一个支路 之分， S 极下的全部元件串联起成另一个支路；且磁极只有 、S之分， 极下的全部元件串联起成另一个支路；且磁极只有N 之分 所以， 恒为“ 所以，单波绕组的支路对数 a 恒为“1”，即： a =1。
（3）单匝元件与多匝元件
◆ ◆ ◆ ◆
一个元件有两个元件边。 一个元件有两个元件边。 单匝元件： 单匝元件：每个元件边里仅有一根导体 多匝元件：每个元件边里有 根导体 即多圈。 根导体， 表示。 多匝元件：每个元件边里有n根导体，即多圈。匝数以 Ny 表示。 无论单匝或多匝 引出线只有两根：首端，尾端。 单匝或多匝， 无论单匝或多匝，引出线只有两根：首端，尾端。
（5）元件数与换向片数的关系
◆
同一元件的首端和尾端两根引出线， 同一元件的首端和尾端两根引出线， 分别接于两个不同的换向片 ； 一个元件的尾端通过换向片同相邻的 另一元件的首端相连接； 另一元件的首端相连接； 因此，电枢绕组的元件数 因此，电枢绕组的元件数S 等于 换向片数K。 换向片数 。即： S =K
(二者相差匝数Nf 。) 二者相差匝数
（5）空载磁化特性计算
◆
空载磁化特性计算内容 空载磁化特性计算内容
已知气隙每极磁通为Ф， 已知气隙每极磁通为 ， 求出励磁磁通势F 求出励磁磁通势 f ； 对于不同的Ф计算出不同的 计算出不同的F 对于不同的 计算出不同的 f ； 于是得到： 于是得到： Ф = f（Ff） 磁化特性曲线。 磁化特性曲线。
直流电机电枢绕组的几个基本概念 2.5.2 直流电机电枢绕组的几个基本概念 （1）电枢绕组
由多个结构形状相同的绕组元件 以一定的规律连接而成。 以一定的规律连接而成。
（2）绕组元件（简称元件） 绕组元件（简称元件）
即线圈。一个元件就是一个线圈。 即线圈。一个元件就是一个线圈。 线圈 元件个数以 S 表示。 表示。
◆
◆ 漏磁通约为主磁通的20%。 漏磁通约为主磁通的20%
2.6.2 直流电机的磁场 （1）气隙磁场 主磁场、电枢磁场等共同作用形成的叠加磁场。 主磁场、电枢磁场等共同作用形成的叠加磁场。
气隙磁场的重要性：是最终直接作用于电枢绕组的磁场。 气隙磁场的重要性：是最终直接作用于电枢绕组的磁场。
（2）空载磁场
◆
源自文库
◆
（7）电枢绕组的全部导体数z
z = 2uZNy = 2NyZe
其中： 其中： z - 电枢绕组的全部导体数 u - 一个实槽中的虚槽数 Z - 电枢实槽数 Ny - 每个多匝元件匝数 Ze - 总虚槽数 2 - 每虚槽放置2层 每虚槽放置2
2.5.3 直流电机电枢绕组的基本形式 （1）两种最基本的电枢绕组形式 单叠绕组 单波绕组 （2）节距 指被联结起来的两个元件边 或换向片之间距离。 或换向片之间距离。 (以跨过的元件边数或虚槽数 以跨过的元件边数或虚槽数 或换向片数来表示。 或换向片数来表示。)
空载磁化特性
◆ 气隙线
磁管
较小时（ 较小时）， 当： Ф 较小时（或If 较小时）， 特性曲线近似直线； 有： 特性曲线近似直线； 原因： 原因：此时总磁位差主要由气隙 磁位差决定, 为常数， 磁位差决定,且μ0为常数， 故得一直线。称气隙线。 故得一直线。称气隙线。 ◆ 磁饱和 较大时（ 较大时）， 当： Ф 较大时（或If 较大时）， 特性曲线趋于饱和； 有： 特性曲线趋于饱和； 原因：铁磁材料的µ值非常数 值非常数， 原因：铁磁材料的 值非常数， 故表现为铁磁材料的磁饱和, 故表现为铁磁材料的磁饱和, 使曲线具饱和特点。 使曲线具饱和特点。
磁化特性曲线
◆
空载磁化特性计算方法 空载磁化特性计算方法 首先：对主磁路各段： 首先：对主磁路各段： 都由已知的Ф，求出磁密 ， 都由已知的 ，求出磁密B，
Φ = BS
B = µH
（S：截面积） ：截面积）
再求出磁场强度H， 再求出磁场强度 ，
（µ：各段磁导率）
空载磁化特性
以 H 乘以本段磁路长度 l ， H l 即为本段磁位差； 即为本段磁位差；
τ=
πDa
2p
Ze τ = 2p
（2）合成节距 y
◆
定义： 定义：相串联的两个元件的对应边之间 的距离（虚槽数） 的距离（虚槽数） 。 对于单叠绕组， 对于单叠绕组，有： y = 1
◆
（3）换向片节距 yk ）
◆
定义：每个元件首 定义：每个元件首、末端所连两个 换向片之间的距离（虚槽数）。 换向片之间的距离（虚槽数）。 对于单叠绕组， 对于单叠绕组，有： yk = y = 1
◆
◆
（6）实槽与虚槽
◆
实槽 电枢结构中的实际物理槽， 电枢结构中的实际物理槽， 称实槽。实槽数以 Z 表示。 称实槽。 表示。 虚槽 实槽中一组上下两层的元件， 实槽中一组上下两层的元件， 即构成一虚槽。 即构成一虚槽。 一个实槽中的虚槽数以 u ， 表示。 电机总虚槽数以 Ze 表示。 实槽与虚槽的关系 总虚槽数为： 总虚槽数为： Ze = u Z = S = K 虚槽
仅励磁绕组里有励磁电流， 仅励磁绕组里有励磁电流，电枢绕组 和其他绕组无电流时,形成的气隙磁场。 和其他绕组无电流时,形成的气隙磁场。 空载磁场特点： 空载磁场特点： 特点
◆ ◆ ◆
气隙磁场基本为主磁场； 气隙磁场基本为主磁场； 每对磁极的磁路相同； 每对磁极的磁路相同； 每极的励磁磁通势为： 每极的励磁磁通势为：F f
(b)
几何中 线 漏磁通
主磁 通
（4）空载磁化特性
◆ 定义
空载时气隙每极磁通Ф 空载时气隙每极磁通 与空载励磁磁通势F 与空载励磁磁通势 f 或 空载励磁电流I 的关系， 空载励磁电流 f 的关系， 称为直流电机的空载磁化特性。 称为直流电机的空载磁化特性。 即： Ф＝ f ( Ff ) 或 Ф ＝ f ( If )
① 每极下元件组成支路,故:支路
对数a 等于极对数p： 对数 等于极对数 ：a = p。 。
←电枢转向
←电动势方向 ←电动势方向 ←电动势方向 ←电动势方向
元件按序平移, ② 元件按序平移 各支路的组成
元件变化,但各支路的结构 元件变化, 不变, 不变,且各支路e的方向固 A。 定,B A。 支路时， ③ 元件处于不同支路时，元件 的方向将发生变化。 上e的方向将发生变化。 即为总电路 ④ 每一支路的e值, 即为总电路
然后：将各段磁位差求和， 然后：将各段磁位差求和，即得磁通势 Ff 。
Ff =∑Hi li
（6）讨论
◆空载磁化特性计算
磁管
的主磁路应包括： 的主磁路应包括：
◆Ф
– I 关系
2段气隙 2段电枢齿部 电枢磁轭 2段主磁极 定子磁轭
∆
因为： 因为：F=IN，即：磁通势为励磁 ， 电流与绕组匝数的乘积； 电流与绕组匝数的乘积； 所以： 所以：磁化特性曲线的横坐标也 可标注 为If ； 其与F 其与 f 值相差 N 倍。 工程上应用I 更为方便。 工程上应用 f 更为方便。
δ
(a)
与气隙长度δ成反比 成反比, 知:气隙磁密 Bx与气隙长度 成反比 对于均匀气隙磁密 均匀气隙磁密, 故: 对于均匀气隙磁密,有: 在主极下, 值均匀如图(a)虚线 值均匀如图(a)虚线, 在主极下,δ值均匀如图(a)虚线, 气隙磁密分布如图(b) 曲线1; (b)气隙磁密分布如图(b)-曲线1; 对于非均匀气隙磁密,有 非均匀气隙磁密 而: 对于非均匀气隙磁密 有: 在主极下, 值变化如图(a)实线, (a)实线 在主极下,δ值变化如图(a)实线, 气隙磁密分布如图(b) 曲线2; (b)气隙磁密分布如图(b)-曲线2; 图(c)为主磁通情况。 (c)为主磁通情况。 为主磁通情况