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1、直流电机电枢绕组直流电机电枢绕组国产直流电机产品的型号：国产直流电机产品的型号： 电机产品的型号用大写印刷体的汉语拼音字母和阿拉伯电机产品的型号用大写印刷体的汉语拼音字母和阿拉伯数字表示。例如，数字表示。例如， Z ZA A112/21112/21其中，其中，ZZ直流电动机；直流电动机； AA设计系列号；设计系列号； 112112中心高中心高112mm 2112mm 2极数；极数； 1111号铁心号铁心Z2Z2系列是一般用途的中、小型直流电机，包括发电机和电系列是一般用途的中、小型直流电机，包括发电机和电动机及调压发电机。动机及调压发电机。Z Z和和ZFZF系列是一般用途的大、中型直流电机系列
2、。系列是一般用途的大、中型直流电机系列。Z Z是直流是直流电动机系列；电动机系列；ZFZF是直流发电机系列。是直流发电机系列。ZQZQ系列是电力机车、工矿电机车和蓄电池供电电车用的直系列是电力机车、工矿电机车和蓄电池供电电车用的直流牵引电动机。流牵引电动机。ZHZH系列是船舶上各种辅助机械用的船用直流电动机。系列是船舶上各种辅助机械用的船用直流电动机。ZUZU系列是用于龙门刨床的直流电动机。系列是用于龙门刨床的直流电动机。国产直流电机主要系列产品Z2系列一般用途中小型Z和ZF系列一般用途大中型电动、发电ZT系列恒功调速范围广拖动ZZJ系列冶金起重ZQ系列直流牵引ZH系列船用ZA系列防爆安全ZU
3、系列龙门刨床ZKJ系列冶金、矿山挖掘机用直流电机基本工作原理直流电机基本工作原理AB直流电机物理模型直流电机物理模型 直流电机的物理模型直流电机的物理模型如图所示。如图所示。 线圈在磁场中旋转，线圈在磁场中旋转，线圈的两条边分别与两个线圈的两条边分别与两个彼此绝缘而且与线圈同轴彼此绝缘而且与线圈同轴旋转的铜片旋转的铜片连接，铜片上连接，铜片上又各压着一个又各压着一个固定不动的固定不动的电刷电刷。电刷电刷换换向向片片直流电动机原理直流电动机原理IaEaT1. 电源正接换向片电源正接换向片A，电源负接换向片，电源负接换向片B电流电流：由：由A流进，由流进，由B流出；流出；电磁转矩电磁转矩：方向逆时
4、针；：方向逆时针；线圈感应电动势线圈感应电动势：A为高电位，为高电位，B为低电位。为低电位。2. 线圈逆时针旋转线圈逆时针旋转电源正接换向片电源正接换向片B，电源负接换向片，电源负接换向片A电流电流：由：由B流进，由流进，由A流出；流出；电磁转矩电磁转矩：方向逆时针；：方向逆时针；线圈感应电动势线圈感应电动势：B为高电位，为高电位，A为低电位。为低电位。AB结论结论：线圈内部电流：线圈内部电流 Ia交变交变，感应电动势感应电动势 Ea交变交变，且与电，且与电流方向相反，电磁转矩流方向相反，电磁转矩T方向方向不变不变。直流发电机原理直流发电机原理IaEaT1T1. 原动机提供机械转矩原动机提供机
5、械转矩T1，带动线圈逆时针旋转，当换向片，带动线圈逆时针旋转，当换向片A接电刷接电刷A，换向片，换向片B接电刷接电刷B时时线圈感应电动势线圈感应电动势：A为高电位，为高电位，B为低电位；为低电位；电流电流：由：由A流出，由流出，由B流入；流入；电磁转矩电磁转矩：方向顺时针；：方向顺时针；2. 原动机提供机械转矩原动机提供机械转矩T1，带动线圈逆时针旋转，当换向片，带动线圈逆时针旋转，当换向片A接电刷接电刷B，换向片，换向片B接电刷接电刷A时时线圈感应电动势线圈感应电动势：B为高电位，为高电位，A为低电位；为低电位；电流电流：由：由B流出，由流出，由A流入；流入；电磁转矩电磁转矩：方向顺时针；：
6、方向顺时针；BA结论结论：线圈内部电流：线圈内部电流 I 交变交变，感应电动势感应电动势 Ea交变交变，但，但电刷电刷电动势方向不变电动势方向不变，电磁转矩，电磁转矩T方向与方向与T1相反相反。定子部分定子部分1. 机座机座起到机械支起到机械支撑作用，同时，又是构撑作用，同时，又是构成直流电机磁路的一部成直流电机磁路的一部分。因此，需要好的导分。因此，需要好的导磁性能和富余的机械强磁性能和富余的机械强度，一般用铸钢或厚钢度，一般用铸钢或厚钢板制成。板制成。定子部分主要包括机座、主磁极、换向极和电刷装置。定子部分主要包括机座、主磁极、换向极和电刷装置。2. 主磁极主磁极 在在 主磁极铁心主磁极铁
7、心 上固定上固定 励磁绕组励磁绕组，产生磁场并使电枢表，产生磁场并使电枢表面的气隙磁密按一定形状在空间分布。主磁极铁心是由面的气隙磁密按一定形状在空间分布。主磁极铁心是由11.5mm的的 低碳钢板低碳钢板 叠成。叠成。极身极身极靴极靴机座机座主磁极主磁极励磁绕组励磁绕组3. 换向极换向极 一般用于一般用于1kW以上的直流电机中，位置在以上的直流电机中，位置在两主极之间两主极之间，帮助电枢换向并消除或减弱电枢反应。换向极铁心用帮助电枢换向并消除或减弱电枢反应。换向极铁心用整块钢整块钢或或钢板绝缘后叠装钢板绝缘后叠装而成，换向绕组一般由粗的扁铜线绕成，而成，换向绕组一般由粗的扁铜线绕成，且且与电枢
8、绕组相串联与电枢绕组相串联。主主极极换换向向极极4. 电刷装置电刷装置电刷：由电刷：由 石墨石墨 做成的导电块；做成的导电块；刷握（刷盒）；刷握（刷盒）；刷杆支臂；刷杆支臂；刷辫：将电动势或电流引出或刷辫：将电动势或电流引出或引入电机，由细铜丝编成。引入电机，由细铜丝编成。具有恒压弹簧的刷握和电刷具有恒压弹簧的刷握和电刷转子部分转子部分 转子部分主要包括电枢转子部分主要包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、铁心、电枢绕组、换向器、转轴及轴承、风扇等部件。转轴及轴承、风扇等部件。转子主体如图所示。转子主体如图所示。1. 电枢铁心电枢铁心 通常用通常用0.5mm厚的低硅硅钢片或冷轧硅钢片厚的低硅硅钢片或
9、冷轧硅钢片叠成，片间叠成，片间用绝缘漆以减少损耗用绝缘漆以减少损耗(涡流和磁滞损耗涡流和磁滞损耗)。槽槽齿齿轴向通风孔轴向通风孔轴孔轴孔2. 电枢绕组电枢绕组 用带绝缘的铜导线绕成一个一个的用带绝缘的铜导线绕成一个一个的N匝线圈元件匝线圈元件，嵌放，嵌放在电枢铁心的槽中，各元件按一定的规律联结到相应的换向在电枢铁心的槽中，各元件按一定的规律联结到相应的换向片上，全部这些元件就组成了电枢绕组。片上，全部这些元件就组成了电枢绕组。 电枢绕组是直流电机的主要电路部分，是实现机电能量电枢绕组是直流电机的主要电路部分，是实现机电能量转换的关键部件。转换的关键部件。3. 换向器换向器 由许多由许多 换向片
10、换向片（由铜料组成）组成。换向片之间彼此以（由铜料组成）组成。换向片之间彼此以云母片相互绝缘，全部又以云母环对地绝缘。云母片相互绝缘，全部又以云母环对地绝缘。端盖端盖 端盖把定子和转子连为一个整体，两个端盖分别固定在端盖把定子和转子连为一个整体，两个端盖分别固定在定子机座的两端，并支撑着转子，端盖也有保护电机内部的定子机座的两端，并支撑着转子，端盖也有保护电机内部的作用。作用。直流电机整体结构图直流电机整体结构图一台直流电机既可作为发电机运行，也可一台直流电机既可作为发电机运行，也可作为电动机运行，只是输入输出条件不同。作为电动机运行，只是输入输出条件不同。如用原动机拖动直流电机的电枢，将如用
11、原动机拖动直流电机的电枢，将机械机械能从轴上输入能从轴上输入，则从电刷端可以引出直流，则从电刷端可以引出直流电动势作为直流电源，输出电能，成为发电动势作为直流电源，输出电能，成为发电机；如在电刷上加直流电压，将电机；如在电刷上加直流电压，将电能输电能输入电枢入电枢，则从电机轴上输出机械能，成为，则从电机轴上输出机械能，成为电动机。这种既能作发电机又能作电动机电动机。这种既能作发电机又能作电动机运行的原理，称为电机的运行的原理，称为电机的可逆原理可逆原理。电机可逆原理电机可逆原理电枢绕组的常用术语电枢绕组的常用术语 元件（线圈）：元件（线圈）：绕组线圈称为绕组元件，分单匝和绕组线圈称为绕组元件，
12、分单匝和多匝。一个元件由两条元件边和端接线组成，元件边多匝。一个元件由两条元件边和端接线组成，元件边放在槽内，能切割磁力线而产生感应电动势，叫放在槽内，能切割磁力线而产生感应电动势，叫“有有效边效边”，端接线放在槽外，不切割磁力线，仅作为连，端接线放在槽外，不切割磁力线，仅作为连接线用。每个元件的一个元件边放在某一个槽的上层，接线用。每个元件的一个元件边放在某一个槽的上层，另一个元件边则放在另一槽的下层。另一个元件边则放在另一槽的下层。元件的首末端：元件的首末端：每一个元件均引出两根线与换向片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。每一个相连，其中一根称为首端，另
13、一根称为末端。每一个元件的两个端点分别接在不同的换向片上，每个换向元件的两个端点分别接在不同的换向片上，每个换向片接两个不同的线圈端头。片接两个不同的线圈端头。 实槽：实槽：电机电枢上实际开出的槽叫实槽。实槽数用电机电枢上实际开出的槽叫实槽。实槽数用Q Q表示。表示。虚槽：虚槽：即单元槽即单元槽( (每层元件边的数量等于虚槽数每层元件边的数量等于虚槽数) )，每个虚槽的上、下层各有一个元件边。虚槽数用每个虚槽的上、下层各有一个元件边。虚槽数用Q Q表示。设槽内每层有表示。设槽内每层有个个虚槽，若实槽数为虚槽，若实槽数为Q Q，虚槽数为虚槽数为Q Q，则，则Q Q= Q= Q。极轴线：极轴线：磁
14、极的中心线。磁极的中心线。几何中性线：几何中性线：是指主磁极是指主磁极N N极和极和S S极的机械分界线。极的机械分界线。物理中性线：物理中性线：把把N N极与极与S S极磁场为零处的分界线称极磁场为零处的分界线称 为物理中性线。为物理中性线。电枢绕组的常用术语电枢绕组的常用术语 a)a)元件元件 b)b)绕组元件在槽内的放置绕组元件在槽内的放置 c c）实槽与虚槽实槽与虚槽 b b）11上层边；上层边； 22下层边；下层边； 33端接部分；端接部分； 44首、末端首、末端 c c）11槽楔；槽楔；22线圈绝缘；线圈绝缘；33导线；导线；44层间绝缘；层间绝缘；5 5 槽绝缘；槽绝缘；6 6
15、槽底绝缘槽底绝缘电枢绕组的常用术语电枢绕组的常用术语 极极距：距：相邻两个主磁极轴线沿电枢表面之间的距离，用相邻两个主磁极轴线沿电枢表面之间的距离，用 表示为（距离）表示为（距离）若用虚槽数表示为（槽数）若用虚槽数表示为（槽数）式中式中 D D电枢外径电枢外径(m)(m)； p p磁极对数。磁极对数。p2t=Q Q电枢绕组的常用术语电枢绕组的常用术语 极距位置示意图极距位置示意图绕组节距：绕组节距：绕组节距通常用虚槽数或换向片数表示，绕组节距通常用虚槽数或换向片数表示，见图见图1-1-1212。(1)(1)第一节距第一节距Y Y1 1：同同一个元件的两个有效边在电枢表面跨过的一个元件的两个有效
16、边在电枢表面跨过的距离。距离。(2)(2)第二节距第二节距Y Y2 2：连至同一换向片上的两个元件中第一个元件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。的下层边与第二个元件的上层边间的距离。(3)(3)合成节距合成节距Y Y：连接同一换向片上的两个元件对应边之间的连接同一换向片上的两个元件对应边之间的距离。距离。 (4)(4)换向器节距换向器节距Y YK K：同一元件首末端连接的换向片之间的距离。同一元件首末端连接的换向片之间的距离。单叠单叠绕组绕组单单波绕组波绕组电枢绕组的常用术语电枢绕组的常用术语 电枢绕组的常用术语电枢绕组的常用术语 电枢绕组的节距电枢绕
17、组的节距a)a)单叠绕组单叠绕组 b)b)单波绕组单波绕组a)a)b)b)绕组主要分类：绕组主要分类：大的分类为环形和鼓形；环形绕组只曾在原始电机用过；现大的分类为环形和鼓形；环形绕组只曾在原始电机用过；现代直流电机均用鼓形绕组，它又分为叠绕组、波绕组和蛙形绕代直流电机均用鼓形绕组，它又分为叠绕组、波绕组和蛙形绕组。鼓形绕组比环形绕组制造容易，又节省导线，运行较可靠，组。鼓形绕组比环形绕组制造容易，又节省导线，运行较可靠，经济性好，故现在均用鼓形绕组。经济性好，故现在均用鼓形绕组。环形绕组示意图环形绕组示意图鼓形绕组示意图鼓形绕组示意图电枢绕组的常用术语电枢绕组的常用术语 叠绕组：叠绕组：指串
18、联的两个元件总是后一个元件的端接部分紧叠在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。前一个元件端接部分，整个绕组成折叠式前进。波绕组：波绕组：指把相隔约为一对极距的指把相隔约为一对极距的同极性同极性磁场下的相应元件串磁场下的相应元件串联起来，象波浪式的前进。联起来，象波浪式的前进。波绕组示意图波绕组示意图叠绕组示意图叠绕组示意图电枢绕组的常用术语电枢绕组的常用术语 单叠绕组：单叠绕组：是指相邻元件是指相邻元件( (线圈线圈) )相互叠压相互叠压, , 元件的出线元件的出线端接到相邻的换向片上，第一个元件的下层边（虚线）连接端接到相邻的换向片上，第一
19、个元件的下层边（虚线）连接着第二个元件的上层边，它放在第一元件上层边相邻的第二着第二个元件的上层边，它放在第一元件上层边相邻的第二个槽内。合成节距与换向节距均为个槽内。合成节距与换向节距均为1,1,即：即：Y=YY=Yk k=1=1 下面通过例子说明单叠绕组如何连接，有何特点。下面通过例子说明单叠绕组如何连接，有何特点。例例: :已知某直流电机的极对数已知某直流电机的极对数p=2 p=2 ，虚槽数虚槽数Q Q，元件数元件数S S，及及换向片数为换向片数为K K，S=K=QS=K=Q=16,=16,试画出单叠绕组展开图。试画出单叠绕组展开图。单叠绕组单叠绕组解解:1:1计算绕组数据计算绕组数据:
20、 :因为是单叠，所以因为是单叠，所以 Y=YY=Yk k=1=1 2 2画绕组展开图画绕组展开图: : 假想把电枢从某一槽的中间沿轴向切开展示成平面，假想把电枢从某一槽的中间沿轴向切开展示成平面，所得绕组连接图称为所得绕组连接图称为绕组展开图绕组展开图。（1 1）先画）先画1616根等长、等距的实线，代表各槽上层元件边，根等长、等距的实线，代表各槽上层元件边，再画再画1616根等长等距的虚线，代表各槽下层元件边。根等长等距的虚线，代表各槽下层元件边。单叠绕组单叠绕组Q Q（2 2）根据）根据Y1Y1，画出第一个元件的上下层边（画出第一个元件的上下层边（1 15 5槽），令上层边所在的槽号为元件
21、号。槽），令上层边所在的槽号为元件号。（3 3）接上换向片，）接上换向片，1 1、2 2片之间对准元件中心线，片之间对准元件中心线，之后等分换向器，定出换向片号；之后等分换向器，定出换向片号；（4 4）画出第二个元件，上层边在第）画出第二个元件，上层边在第2 2槽，与第一槽，与第一个元件的下层边联接；下层边在第个元件的下层边联接；下层边在第6 6槽与槽与3 3号换向号换向联接。按此规律，一直把联接。按此规律，一直把1616个元件全部联起来。个元件全部联起来。（5 5）放磁极：磁极应均匀分布在圆周上，）放磁极：磁极应均匀分布在圆周上，N N极磁极磁力线垂直向里（进入纸面），力线垂直向里（进入纸面
22、），S S极向外（从纸面极向外（从纸面穿出）；穿出）；单叠绕组单叠绕组（6 6）放电刷：对准在磁极轴线下，画一个换向片）放电刷：对准在磁极轴线下，画一个换向片宽（实际上宽（实际上K K很多，电刷宽很多，电刷宽2 23 3片宽）。并把相片宽）。并把相同极性下的电刷并联起来。实际运行时，电刷是静同极性下的电刷并联起来。实际运行时，电刷是静止不动的，电枢在旋转，止不动的，电枢在旋转，但是被电刷所短路的元件，但是被电刷所短路的元件，永远都是处于电机的永远都是处于电机的几何中性线几何中性线，其感应电动势是，其感应电动势是接近零的。为使正、负电刷间引出的电动势最大，接近零的。为使正、负电刷间引出的电动势最
23、大，我们已知被电刷所短路的元件电动势为零，在元件我们已知被电刷所短路的元件电动势为零，在元件端接线对称的情况下，电刷的实际位置应在端接线对称的情况下，电刷的实际位置应在磁极中磁极中性线性线下，所以习惯上称为下，所以习惯上称为“电刷放在几何中性线位电刷放在几何中性线位置置”。单叠绕组单叠绕组单叠绕组单叠绕组单叠绕组单叠绕组单叠绕组连接顺序表单叠绕组连接顺序表 绕组展开图比较直观，但画起来比较麻烦，为简便起见，绕组展开图比较直观，但画起来比较麻烦，为简便起见，绕组连接规律也可用绕组连接规律也可用连接顺序表连接顺序表来表示。本例连接顺序表来表示。本例连接顺序表如下。上排数字同时代表上层元件边的元件号
24、、槽号和换如下。上排数字同时代表上层元件边的元件号、槽号和换向片号，下排数字代表下层元件边所在的槽号。向片号，下排数字代表下层元件边所在的槽号。单叠绕组并联支路图单叠绕组并联支路图单叠绕组单叠绕组 取一瞬间（如图取一瞬间（如图F1-16F1-16瞬间），将此瞬间不与电刷接触的换向片瞬间），将此瞬间不与电刷接触的换向片省去不画，可以得到图省去不画，可以得到图1-151-15的并联支路图。可以看出单叠绕组的连接的并联支路图。可以看出单叠绕组的连接规律是将同一磁极下的各个元件串联起来组成一条支路。所以，单叠规律是将同一磁极下的各个元件串联起来组成一条支路。所以，单叠绕组的并联支路对数绕组的并联支路对
25、数a a总等于极对数总等于极对数p p，即，即a=pa=p。单叠绕组的特点：单叠绕组的特点：1 1）同一主磁极下的元件串联成一条支路，主磁极）同一主磁极下的元件串联成一条支路，主磁极数与并联支路数相同。数与并联支路数相同。2 2）电刷数等于主磁极数，电刷位置应使感应电动）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。势最大，电刷间电动势等于并联支路电动势。 3 3）电刷个数等于极数。）电刷个数等于极数。单叠绕组单叠绕组单波绕组单波绕组单波绕组的特点：单波绕组的特点：1 1）上层边位于同一极性磁极下的所有元件串联起来组成一条支）上层边位于同一极性磁极下的所有元件
26、串联起来组成一条支路，并联支路对数恒等于路，并联支路对数恒等于1 1，与磁极对数无关；，与磁极对数无关；2 2）当元件的几何形状左右对称，电刷在换向器表面上的位置对）当元件的几何形状左右对称，电刷在换向器表面上的位置对准主磁极中心线时，支路电动势最大；准主磁极中心线时，支路电动势最大；3 3）电刷数等于磁极数（）电刷数等于磁极数（全额电刷全额电刷）。）。4 4）电枢电动势等于支路感应电动势；）电枢电动势等于支路感应电动势；5 5）电枢电流等于两条支路电流之和。）电枢电流等于两条支路电流之和。 单叠绕组与单波绕组的主要区别在于单叠绕组与单波绕组的主要区别在于并联支路对数的多少并联支路对数的多少。
27、单叠绕组可以通过增加极对数来增加并联支路对数。适用于低单叠绕组可以通过增加极对数来增加并联支路对数。适用于低电压大电流的电机；单波绕组的并联支路对数电压大电流的电机；单波绕组的并联支路对数a=1a=1，但每条支路但每条支路串联的元件数较多，适用于小电流较高电压的电机。串联的元件数较多，适用于小电流较高电压的电机。单波绕组单波绕组环形电枢绕组eeeeeeeeeeeeee(2) 电枢绕组的演变电枢绕组的演变优点优点绕组不受极数的限制,即同样的绕组可供不同极数的电机使用缺点缺点中空铁心内侧导体无法切割磁极磁通（无磁通可切）以产生电势,即只有一半导体产生电动势，浪费材料且增加电枢电阻须手工绕制,制造费
28、时,且绝缘处理不易使自感及互感增大致换向不良鼓形电枢绕组2e 2e 2e 2e 2e 2e 2e2e 2e 2e 2e 2e 2e 2e优点优点导体利用率较环形环形绕组高可采用成形的绕组,绕置容易及易于绝缘自感及互感较环形环形绕组小,因此换向较环形环形绕组优缺点缺点不能适用於不相同极数的电机,有可能电动势方向或电磁力方向会相反而抵消一部分。小结直流电机电枢绕组是无头无尾的闭合绕组； 直流电机电枢绕组至少有2条并联支路。单叠绕组 a = p即并联支路对数恒等于电机极对数 单波绕组 a = 1即并联支路对数恒等于1电刷放置的一般原则是确保空载时通过正、负电刷引出的电动势最大，或者说，被电刷短路的元件中的电动势为零。对于端接对称的元件，电刷放置在主极轴线下的换向片上。除单叠、单波绕组外复叠绕组：两个单叠绕组互相间隔嵌入槽内复波绕组：两个单波绕组互相间隔潜入槽内混合绕组：一个单叠和一个单波绕组（蛙型）应用单波绕组支路最少，用于小容量电机和电压较高或转速较低的电机复波绕组可用于多极数、低速的大中型电机单叠绕组的支路数比波绕组多，主要用于中等容量、正常电压和转速的电机复叠绕组用于大容量或低压、大电流的电机蛙型绕组常用在转速较高、换向困难的大型直流电机各种绕组的应用范围
