直流電機電樞繞組

1、直流電機電樞繞組,國產直流電機產品的型號： 電機產品的型號用大寫印刷體的漢語拼音字母和阿拉伯數(shù)字表示。例如， ZA—112/2—1其中，Z—直流電動機； A—設計系列號； 112—中心高112mm 2—極數(shù)； 1—1號鐵心Z2系列是一般用途的中、小型直流電機，包括發(fā)電機和電動機及調壓發(fā)電機。Z和ZF系列是一般用途的大、中型直流電機系列。Z是直流電動機系列；ZF是直流發(fā)電機系列。

2、ZQ系列是電力機車、工礦電機車和蓄電池供電電車用的直流牽引電動機。ZH系列是船舶上各種輔助機械用的船用直流電動機。ZU系列是用于龍門刨床的直流電動機。,國產直流電機主要系列產品,Z2系列 一般用途 中小型 Z和ZF系列 一般用途 大中型 電動、發(fā)電ZT系列 恒功調速范圍廣 拖動ZZJ系列 冶金起重ZQ系列 直流牽引ZH系列 船用ZA系列 防爆安全ZU

3、系列 龍門刨床ZKJ系列 冶金、礦山挖掘機用,直流電機基本工作原理,直流電機的物理模型如圖所示。 線圈在磁場中旋轉，線圈的兩條邊分別與兩個彼此絕緣而且與線圈同軸旋轉的銅片連接，銅片上又各壓著一個固定不動的電刷。,電刷,換向片,,直流電動機原理,1. 電源正接換向片A，電源負接換向片B,電流：由A流進，由B流出；電磁轉矩：方向逆時針；線圈感應電動勢：A為高電位，B為低電位。,2. 線圈逆時針旋轉—

4、—電源正接換向片B，電源負接換向片A,電流：由B流進，由A流出；電磁轉矩：方向逆時針；線圈感應電動勢：B為高電位，A為低電位。,結論：線圈內部電流 Ia交變，感應電動勢 Ea交變，且與電流方向相反，電磁轉矩T方向不變。,直流發(fā)電機原理,1. 原動機提供機械轉矩T1，帶動線圈逆時針旋轉，當換向片A接電刷A’，換向片B接電刷B’時,線圈感應電動勢：A為高電位，B為低電位；電流：由A流出，由B流入；電磁轉矩：方向順時針；,2. 原動機

5、提供機械轉矩T1，帶動線圈逆時針旋轉，當換向片A接電刷B’，換向片B接電刷A’時,線圈感應電動勢：B為高電位，A為低電位；電流：由B流出，由A流入；電磁轉矩：方向順時針；,結論：線圈內部電流 I 交變，感應電動勢 Ea交變，但電刷電動勢方向不變，電磁轉矩T方向與T1相反。,定子部分,1. 機座——起到機械支撐作用，同時，又是構成直流電機磁路的一部分。因此，需要好的導磁性能和富余的機械強度，一般用鑄鋼或厚鋼板制成。,定子部分主要包括機

6、座、主磁極、換向極和電刷裝置。,2. 主磁極 在 主磁極鐵心 上固定 勵磁繞組，產生磁場并使電樞表面的氣隙磁密按一定形狀在空間分布。主磁極鐵心是由1~1.5mm的 低碳鋼板 疊成。,極身,極靴,機座,主磁極,勵磁繞組,3. 換向極 一般用于1kW以上的直流電機中，位置在兩主極之間，幫助電樞換向并消除或減弱電樞反應。換向極鐵心用整塊鋼或鋼板絕緣后疊裝而成，換向繞組一般由粗的扁銅線繞成，且與電樞繞組相串聯(lián)。,

7、主極,換向極,4. 電刷裝置電刷：由 石墨 做成的導電塊；刷握（刷盒）；刷桿支臂；刷辮：將電動勢或電流引出或引入電機，由細銅絲編成。,具有恒壓彈簧的刷握和電刷,轉子部分,轉子部分主要包括電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉軸及軸承、風扇等部件。轉子主體如圖所示。,1. 電樞鐵心 通常用0.5mm厚的低硅硅鋼片或冷軋硅鋼片疊成，片間用絕緣漆以減少損耗(渦流和磁滯損耗)。,槽,齒,軸向通風孔,軸孔,2. 電樞繞組

8、 用帶絕緣的銅導線繞成一個一個的N匝線圈元件，嵌放在電樞鐵心的槽中，各元件按一定的規(guī)律聯(lián)結到相應的換向片上，全部這些元件就組成了電樞繞組。 電樞繞組是直流電機的主要電路部分，是實現(xiàn)機電能量轉換的關鍵部件。,3. 換向器 由許多 換向片（由銅料組成）組成。換向片之間彼此以云母片相互絕緣，全部又以云母環(huán)對地絕緣。,端蓋,端蓋把定子和轉子連為一個整體，兩個端蓋分別固定在定子機座的兩端，并支撐著轉子，端蓋也

9、有保護電機內部的作用。,直流電機整體結構圖,一臺直流電機既可作為發(fā)電機運行，也可作為電動機運行，只是輸入輸出條件不同。如用原動機拖動直流電機的電樞，將機械能從軸上輸入，則從電刷端可以引出直流電動勢作為直流電源，輸出電能，成為發(fā)電機；如在電刷上加直流電壓，將電能輸入電樞，則從電機軸上輸出機械能，成為電動機。這種既能作發(fā)電機又能作電動機運行的原理，稱為電機的可逆原理。,電機可逆原理,電樞繞組的常用術語,元件（線圈）：繞組線圈稱為繞組元件，分

10、單匝和多匝。一個元件由兩條元件邊和端接線組成，元件邊放在槽內，能切割磁力線而產生感應電動勢，叫“有效邊”，端接線放在槽外，不切割磁力線，僅作為連接線用。每個元件的一個元件邊放在某一個槽的上層，另一個元件邊則放在另一槽的下層。元件的首末端：每一個元件均引出兩根線與換向片相連，其中一根稱為首端，另一根稱為末端。每一個元件的兩個端點分別接在不同的換向片上，每個換向片接兩個不同的線圈端頭。,實槽：電機電樞上實際開出的槽叫實槽。實槽數(shù)用Q表示。

11、虛槽：即單元槽(每層元件邊的數(shù)量等于虛槽數(shù))，每個虛槽的上、下層各有一個元件邊。虛槽數(shù)用Qμ表示。設槽內每層有μ個虛槽，若實槽數(shù)為Q，虛槽數(shù)為Qμ，則Qμ= μQ。極軸線：磁極的中心線。幾何中性線：是指主磁極N極和S極的機械分界線。物理中性線：把N極與S極磁場為零處的分界線稱 為物理中性線。,電樞繞組的常用術語,a)元件 b)繞組元件在槽內的放置 c）實槽與虛槽 b）1—上層

12、邊； 2—下層邊； 3—端接部分； 4—首、末端 c）1—槽楔；2—線圈絕緣；3—導線；4—層間絕緣；5 —槽絕緣；6 —槽底絕緣,電樞繞組的常用術語,極距：相鄰兩個主磁極軸線沿電樞表面之間的距離，用 表示為（距離）,電樞繞組的常用術語,,,,極距位置示意圖,繞組節(jié)距：繞組節(jié)距通常用虛槽數(shù)或換向片數(shù)表示，見圖1-12。(1)第一節(jié)距Y1：同一個元件的兩個有效邊在電樞表面跨過的距離。(2)第二節(jié)距Y2：連至同一換向片上

13、的兩個元件中第一個元件的下層邊與第二個元件的上層邊間的距離。(3)合成節(jié)距Y：連接同一換向片上的兩個元件對應邊之間的距離。 (4)換向器節(jié)距YK：同一元件首末端連接的換向片之間的距離。,單疊繞組,單波繞組,電樞繞組的常用術語,電樞繞組的常用術語,繞組主要分類：    大的分類為環(huán)形和鼓形；環(huán)形繞組只曾在原始電機用過；現(xiàn)代直流電機均用鼓形繞組，它又分為疊繞組、波繞組和蛙形繞組。鼓形繞組比環(huán)

14、形繞組制造容易，又節(jié)省導線，運行較可靠，經濟性好，故現(xiàn)在均用鼓形繞組。,電樞繞組的常用術語,疊繞組：指串聯(lián)的兩個元件總是后一個元件的端接部分緊疊在前一個元件端接部分，整個繞組成折疊式前進。波繞組：指把相隔約為一對極距的同極性磁場下的相應元件串聯(lián)起來，象波浪式的前進。,電樞繞組的常用術語,單疊繞組：是指相鄰元件(線圈)相互疊壓, 元件的出線端接到相鄰的換向片上，第一個元件的下層邊（虛線）連接著第二個元件的上層邊，它放在第一元件上層邊相鄰

15、的第二個槽內。合成節(jié)距與換向節(jié)距均為1,即：Y=Yk=1 下面通過例子說明單疊繞組如何連接，有何特點。例:已知某直流電機的極對數(shù)p=2 ，虛槽數(shù)Qμ，元件數(shù)S，及換向片數(shù)為K，S=K=Qμ=16,試畫出單疊繞組展開圖。,單疊繞組,解:1．計算繞組數(shù)據:因為是單疊，所以 Y=Yk=1 2．畫繞組展開圖: 假想把電樞從某一槽的中間沿軸向切開展示成平面，所得繞組連接圖稱為繞組展開圖。（1）先畫1

16、6根等長、等距的實線，代表各槽上層元件邊，再畫16根等長等距的虛線，代表各槽下層元件邊。,單疊繞組,,Qμ,（2）根據Y1，畫出第一個元件的上下層邊（1～5槽），令上層邊所在的槽號為元件號。（3）接上換向片，1、2片之間對準元件中心線，之后等分換向器，定出換向片號；（4）畫出第二個元件，上層邊在第2槽，與第一個元件的下層邊聯(lián)接；下層邊在第6槽與3號換向聯(lián)接。按此規(guī)律，一直把16個元件全部聯(lián)起來。（5）放磁極：磁極應均勻分布在圓周上

17、，N極磁力線垂直向里（進入紙面），S極向外（從紙面穿出）；,單疊繞組,（6）放電刷：對準在磁極軸線下，畫一個換向片寬（實際上K很多，電刷寬＝2～3片寬）。并把相同極性下的電刷并聯(lián)起來。實際運行時，電刷是靜止不動的，電樞在旋轉，但是被電刷所短路的元件，永遠都是處于電機的幾何中性線，其感應電動勢是接近零的。為使正、負電刷間引出的電動勢最大，我們已知被電刷所短路的元件電動勢為零，在元件端接線對稱的情況下，電刷的實際位置應在磁極中性線下，所以習

18、慣上稱為“電刷放在幾何中性線位置”。,單疊繞組,單疊繞組,單疊繞組,單疊繞組連接順序表 繞組展開圖比較直觀，但畫起來比較麻煩，為簡便起見，繞組連接規(guī)律也可用連接順序表來表示。本例連接順序表如下。上排數(shù)字同時代表上層元件邊的元件號、槽號和換向片號，下排數(shù)字代表下層元件邊所在的槽號。,單疊繞組并聯(lián)支路圖,,單疊繞組,取一瞬間（如圖F1-16瞬間），將此瞬間不與電刷接觸的換向片省去不畫，可以得到圖1-15的并聯(lián)支路圖?？梢钥闯鰡委B繞組的

19、連接規(guī)律是將同一磁極下的各個元件串聯(lián)起來組成一條支路。所以，單疊繞組的并聯(lián)支路對數(shù)a總等于極對數(shù)p，即a=p。,單疊繞組的特點：1）同一主磁極下的元件串聯(lián)成一條支路，主磁極數(shù)與并聯(lián)支路數(shù)相同。2）電刷數(shù)等于主磁極數(shù)，電刷位置應使感應電動勢最大，電刷間電動勢等于并聯(lián)支路電動勢。 3）電刷個數(shù)等于極數(shù)。,單疊繞組,,單波繞組,單波繞組的特點：1）上層邊位于同一極性磁極下的所有元件串聯(lián)起來組成一條支路，并聯(lián)支路對數(shù)恒等于1，與磁極對數(shù)

20、無關；2）當元件的幾何形狀左右對稱，電刷在換向器表面上的位置對準主磁極中心線時，支路電動勢最大；3）電刷數(shù)等于磁極數(shù)（全額電刷）。4）電樞電動勢等于支路感應電動勢；5）電樞電流等于兩條支路電流之和。 單疊繞組與單波繞組的主要區(qū)別在于并聯(lián)支路對數(shù)的多少。單疊繞組可以通過增加極對數(shù)來增加并聯(lián)支路對數(shù)。適用于低電壓大電流的電機；單波繞組的并聯(lián)支路對數(shù)a=1，但每條支路串聯(lián)的元件數(shù)較多，適用于小電流較高電壓的電機。,單波繞組,,①

21、環(huán)形電樞繞組,(2) 電樞繞組的演變,優(yōu)點繞組不受極數(shù)的限制,即同樣的繞組可供不同極數(shù)的電機使用缺點中空鐵心內側導體無法切割磁極磁通（無磁通可切）以產生電勢,即只有一半導體產生電動勢，浪費材料且增加電樞電阻須手工繞制,制造費時,且絕緣處理不易使自感及互感增大致?lián)Q向不良,②鼓形電樞繞組,,,,,,,,,,,,,,,,,優(yōu)點導體利用率較環(huán)形繞組高可采用成形的繞組,繞置容易及易于絕緣自感及互感較環(huán)形繞組小,因此換向較環(huán)形繞

22、組優(yōu)缺點不能適用於不相同極數(shù)的電機,有可能電動勢方向或電磁力方向會相反而抵消一部分。,小結直流電機電樞繞組是無頭無尾的閉合繞組； 直流電機電樞繞組至少有2條并聯(lián)支路。單疊繞組 a = p即并聯(lián)支路對數(shù)恒等于電機極對數(shù) 單波繞組 a = 1即并聯(lián)支路對數(shù)恒等于1,電刷放置的一般原則是確?？蛰d時通過正、負電刷引出的電動勢最大，或者說，被電刷短路的元件中的電動勢為零。 對于端接對稱的元件，電刷放置在主極軸線下的

23、換向片上。,除單疊、單波繞組外復疊繞組：兩個單疊繞組互相間隔嵌入槽內復波繞組：兩個單波繞組互相間隔潛入槽內混合繞組：一個單疊和一個單波繞組（蛙型）應用單波繞組支路最少，用于小容量電機和電壓較高或轉速較低的電機復波繞組可用于多極數(shù)、低速的大中型電機單疊繞組的支路數(shù)比波繞組多，主要用于中等容量、正常電壓和轉速的電機復疊繞組用于大容量或低壓、大電流的電機蛙型繞組常用在轉速較高、換向困難的大型直流電機,各種繞組的應用范圍,,,