直流電機電樞繞組

1、直流電機電樞繞組,國產(chǎn)直流電機產(chǎn)品的型號： 電機產(chǎn)品的型號用大寫印刷體的漢語拼音字母和阿拉伯?dāng)?shù)字表示。例如， ZA—112/2—1其中，Z—直流電動機； A—設(shè)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(diào)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(chǎn)直流電機主要系列產(chǎn)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(diào)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(zhuǎn)，線圈的兩條邊分別與兩個彼此絕緣而且與線圈同軸旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩：方向逆時針；線圈感應(yīng)電動勢：A為高電位，B為低電位。,2. 線圈逆時針旋轉(zhuǎn)—

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(zhuǎn)矩：方向逆時針；線圈感應(yīng)電動勢：B為高電位，A為低電位。,結(jié)論：線圈內(nèi)部電流 Ia交變，感應(yīng)電動勢 Ea交變，且與電流方向相反，電磁轉(zhuǎn)矩T方向不變。,直流發(fā)電機原理,1. 原動機提供機械轉(zhuǎn)矩T1，帶動線圈逆時針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)換向片A接電刷A’，換向片B接電刷B’時,線圈感應(yīng)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(zhuǎn)矩：方向順時針；,2. 原動機

5、提供機械轉(zhuǎn)矩T1，帶動線圈逆時針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)換向片A接電刷B’，換向片B接電刷A’時,線圈感應(yīng)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(zhuǎn)矩：方向順時針；,結(jié)論：線圈內(nèi)部電流 I 交變，感應(yīng)電動勢 Ea交變，但電刷電動勢方向不變，電磁轉(zhuǎn)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(gòu)成直流電機磁路的一部分。因此，需要好的導(dǎo)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(chǎn)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(yīng)。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(dǎo)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(zhuǎn)子部分,轉(zhuǎn)子部分主要包括電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸及軸承、風(fēng)扇等部件。轉(zhuǎn)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(fēng)孔,軸孔,2. 電樞繞組

8、 用帶絕緣的銅導(dǎo)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(jié)到相應(yīng)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(zhuǎn)換的關(guān)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(zhuǎn)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(zhuǎn)子，端蓋也

9、有保護電機內(nèi)部的作用。,直流電機整體結(jié)構(gòu)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(shù)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(nèi)，能切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)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(shè)槽內(nèi)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(shù)語,a)元件 b)繞組元件在槽內(nèi)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(dǎo)線；4—層間絕緣；5 —槽絕緣；6 —槽底絕緣,電樞繞組的常用術(shù)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(shù)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(yīng)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(shù)語,電樞繞組的常用術(shù)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(dǎo)線，運行較可靠，經(jīng)濟性好，故現(xiàn)在均用鼓形繞組。,電樞繞組的常用術(shù)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(yīng)元件串聯(lián)起來，象波浪式的前進。,電樞繞組的常用術(shù)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(nèi)。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(jù):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(jù)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(zhǔn)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(yīng)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(zhǔn)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(zhuǎn)，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(yīng)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(yīng)在磁極中性線下，所以習(xí)

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(yīng)使感應(yīng)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(guān)；2）當(dāng)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(zhǔn)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(yīng)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(nèi)側(cè)導(dǎo)體無法切割磁極磁通（無磁通可切）以產(chǎn)生電勢,即只有一半導(dǎo)體產(chǎn)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(dǎo)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(jié)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保空載時通過正、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(fù)疊繞組：兩個單疊繞組互相間隔嵌入槽內(nèi)復(fù)波繞組：兩個單波繞組互相間隔潛入槽內(nèi)混合繞組：一個單疊和一個單波繞組（蛙型）應(yīng)用單波繞組支路最少，用于小容量電機和電壓較高或轉(zhuǎn)速較低的電機復(fù)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(zhuǎn)速的電機復(fù)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(zhuǎn)速較高、換向困難的大型直流電機,各種繞組的應(yīng)用范圍,,,