第四章直流电机电枢绕组..

换向节距 ky ：同一元件首末端连接的换向片之间的距离。
叠绕组示意图
图 1.9 单叠绕组的节距
图 1.10 单波绕组的节距
波绕组示意图
二、单叠绕组
单叠绕组的特点是相邻元件(线圈)相互叠压,合成节距与换向节 y yk 1 。 距均为1，即： 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，主磁极数与支路 数相同。
单迭绕组并联支路图
单叠绕组的展开图是把放在铁心槽里、构成绕组的 所有元件取出来画在一张图里，展示元件相互间的电气 连接关系及主磁极、换向片、电刷间的相对位置关系。
三、单波绕组
单波绕组的合成节距与换向节距相等。
单波绕组的特点 1）同极下各元件串联起来组成一条支路，支路对数为1，与磁极对 数无关； 2）当元件的几何形状对称时，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； 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。
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。
32p
y= yk
=1
Z为电枢槽数 P为电机的极对数
y2 y1 y
二、绕组展开图
三、元件连接顺序及并联支路图
绕组元件联接顺序图用来表示电枢上所有元件边的串联次序。
直流电机的磁路
直流电机空载时的磁场分布示意图 1— 极靴；2—极身；3—元子磁轭； 4—励磁绕组；5—气隙；6—电枢齿；7—电枢磁轭
空载时气隙磁磁通密度的分布图形
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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。
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四个元件所产生的电枢磁通势
2.3.5直流电机的电枢电动势
定义：电枢绕组中的感应电动势。 一、运行时感应电动势始终存在
图1.22 电动机/发电机运行时电枢元件中的电势与电流方向
直流电机无论作电动机运行还是作发电机运行，电枢绕组内 都感应产生电动势,这个感应电动势是指一条支路的电动势。
二、感应电动势的计算

电刷
+
F N I
E
E
U I
–
F
S
换向片
第一节距 y1 ：一个元件的两个有效边在电枢表面跨过的距离。 第二节距 y2 ：连至同一换向片上的两个元件中第一个元件的下 层边与第二个元件的上层边间的距离。 合成节距 y ：连接同一换向片上的两个元件对应边之间的距离。 单叠绕组 单波绕组
y y1 y2 y y1 y2
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）。
N
A
0
I fN
If0 If F f 0 IN
电机的磁化曲线
2.3.3直流电机负载时的磁场
负载时的气隙磁场将由励磁磁通势和电枢磁通势共同 作用所建立。 一、电枢磁通势和电枢磁场
If Uf
Ia
MU U 他励
If
M
U
M
U
M 复励
并励
串励
2.3.2直流电机的空载磁场
直流电机中除主极磁场外，当电枢绕组中有电流流过时， 还将会产生电枢磁场。电枢磁场与主磁场的合成形成了电机中的 气隙磁场，它是直接影响电枢电动势和电磁转矩大小的。要了解 气隙磁场的情况，就要先分析清楚主磁场和电枢磁场的特性。 定义：直流电机的空载是指电枢电流等于零或者很小，且 可以不计其影响的一种运行状态，此时电机无负 载，即无功率输出。所以直流电机空载时的气隙磁 场可以看作就是主磁场，即由励磁磁通势单独建立 的磁场。
单叠绕组元件联接顺序图 从图中看出，从第1元件出发，绕完16个元件后又回到第1 元件。可见，整个绕组是一个闭路绕组。
单叠绕组有以下特点： （1）位于同一个磁极下的各元件 串联起来组成了一条支路，即支 路对数等于极对数 2a=2p 。 （2）电刷杆数等于极数2b=2p。 当元件的几何形状对称，电刷放 在换向器表面上的位置对准主磁 极中心线时，正、负电刷间感应 电动势为最大，被电刷所短路的 元件里感应电动势最小。 （3）电枢电流等于个并联支路电 流之和。
2.2 直流电机的电枢绕组
一、直流枢绕组基本知识
元件：构成绕组的线圈称为绕组元件，分单匝和多匝两种。
元件的首末端：每一个元件均引出两根线与换向片相连，其中 一根称为首端，另一根称为末端。 极距：相邻两个主磁极轴线沿电枢表面之间的距离，用 表示。 D 2p 叠绕组：指串联的两个元件总是后一个元件的端接部分紧叠在前 一个元件端接部分，整个绕组成折叠式前进。 波绕组：指把相隔约为一对极距的同极性磁场下的相应元件串 联起来，象波浪式的前进。
要计算支路电动势，可先求出每个元 件电动势的平均值，然后乘上每条支路串 联元件数，就可得出支路电动势。
N pN Ea e n Ce n 2a 60 a
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
假设励磁电流为零， 只有电枢电流。由图可 见电枢磁动势产生的气 隙磁场在空间的分布情 况，电枢磁动势为交轴 磁动势。
电刷在几何中性线上时的电枢磁场分布
二、电枢磁通势单独产生的气隙磁通密度波形 为一三角波（气隙是均匀）
如果气隙是均匀的， 则在极靴范围内，磁密 分布也是一条直线。但 在两极极靴之间的空间 内，因气隙长度大为增 加，磁阻急剧增加，虽 然此处磁通势较大，磁 密却反而减小，因此磁 密分布曲线是马鞍形 （见书中图形）
2.3直流电机的磁场
2.3.1直流电机的励磁方式
励磁的定义：磁极上的线圈通以直流电 产生磁通，称为励磁。
永磁铁磁场 电磁铁磁场
根据励磁线圈和转子绕组的联接关系，励磁式的 直流电机又可细分为：
他励电动机：励磁线圈与转子电枢的电源分开。 并励电动机：励磁线圈与转子电枢并联到同一电源上。 串励电动机：励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。 复励电动机：励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在 同一电源上。