第7章 直流电机的磁路和电枢绕组

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1、7-1 概概 述述7-2 直流电机的磁路和磁化特性直流电机的磁路和磁化特性7-3 电枢绕组的一般知识电枢绕组的一般知识7-4 单叠绕组单叠绕组7-5 单波绕组单波绕组7-6 其他型式电枢绕组简介其他型式电枢绕组简介7-7 直流电机电枢绕组的感应电势直流电机电枢绕组的感应电势7-8 直流电机电枢绕组的电磁转矩直流电机电枢绕组的电磁转矩第七章 直流电机的磁路和电枢绕组第七章 直流电机的磁路和电枢绕组 基本要求：基本要求：1.了解直流电机空载气隙磁场的分布了解直流电机空载气隙磁场的分布2.了解直流电机的磁化曲线了解直流电机的磁化曲线 3.了解单叠绕组和单波绕组的特点了解单叠绕组和单波绕组的特点4.掌

2、握单叠绕组节距的计算方法掌握单叠绕组节距的计算方法5.掌握直流电机的感应电动势和电磁转矩公式掌握直流电机的感应电动势和电磁转矩公式7-1 概 述1.磁场磁场是电机实现机电能量转换的媒介。磁场是电机实现机电能量转换的媒介。主极磁场由永久磁铁或在励磁绕组中通入直流电流产生。主极磁场由永久磁铁或在励磁绕组中通入直流电流产生。直流电机的磁化特性对电机的运行性能有很大影响。直流电机的磁化特性对电机的运行性能有很大影响。2.电枢绕组电枢绕组是电机实现机电能量转换的枢纽。电枢绕组是电机实现机电能量转换的枢纽。电枢绕组的构成应能产生足够的感应电动势，并允许通过一电枢绕组的构成应能产生足够的感应电动势，并允许通

3、过一定的电枢电流，此外还要节省有色金属和绝缘材料，结构简定的电枢电流，此外还要节省有色金属和绝缘材料，结构简单，运行可靠。单，运行可靠。7-2 直流电机的磁路和磁化特性1.直流电机的空载磁场空载磁场可视为由励磁磁动势建立的励磁磁场（主磁场）。空载磁场可视为由励磁磁动势建立的励磁磁场（主磁场）。空载磁场的分布是对称的，磁通分为主磁通和漏磁通。空载磁场的分布是对称的，磁通分为主磁通和漏磁通。 主磁通主磁通 定义：定义：经过气隙进入电枢，同时与励磁绕组和电枢绕组相交经过气隙进入电枢，同时与励磁绕组和电枢绕组相交链的磁通。链的磁通。 作用：作用：能在旋转的电枢绕组中感应电动势、并和电枢电流相能在旋转的

4、电枢绕组中感应电动势、并和电枢电流相互作用产生电磁转矩，实现机电能量转换。互作用产生电磁转矩，实现机电能量转换。 每极总磁通每极总磁通0m 漏磁通漏磁通： 定义：定义：不进入电枢，而是直接经过相邻主极间或定子磁轭闭不进入电枢，而是直接经过相邻主极间或定子磁轭闭合的磁通。合的磁通。 作用：作用：只增加主极和定子磁轭磁路的饱和程度，不参与机电只增加主极和定子磁轭磁路的饱和程度，不参与机电能量转换。能量转换。2.直流电机的主磁路 主磁路的组成部分：主磁路的组成部分：定子磁轭、主磁极、气隙、定子磁轭、主磁极、气隙、电枢齿和电枢磁轭。电枢齿和电枢磁轭。N极极(主磁极主磁极)气隙气隙定子磁轭定子磁轭电枢磁

5、轭电枢磁轭电枢齿电枢齿S极极(主磁极主磁极)电枢齿电枢齿气隙气隙 每对主极的励磁磁动势每对主极的励磁磁动势xxlHdlHF0ysysyryrttpplHlHlHlHlH222ysyrtpFFFFF22222fffFN i3. 空载时气隙磁密的分布曲线空载时，励磁磁动势主要消耗在气隙上。当忽略铁磁材料空载时，励磁磁动势主要消耗在气隙上。当忽略铁磁材料的磁阻和电枢表面的齿槽效应时，主磁极下气隙磁通密度的磁阻和电枢表面的齿槽效应时，主磁极下气隙磁通密度的分布取决于气隙的大小和形状。的分布取决于气隙的大小和形状。022ffH lFN i 气隙磁压降气隙磁压降磁场强度磁场强度ffN iHl磁通密度磁通密

6、度00ffN ibHl磁通密度磁通密度00ffN ibHlBib每极磁通每极磁通00b ldx 0lb dx空载时直流电机的气隙磁密分布空载时直流电机的气隙磁密分布lB b2aDp式中，电机的极距，；iavbBB极弧系数，。avB气隙线气隙线4.磁化特性曲线 直流电机的磁化曲线直流电机的磁化曲线是指电机的是指电机的每极主磁通每极主磁通 0与每对极励磁磁动势与每对极励磁磁动势F0之间的关系曲线之间的关系曲线 0=f(F0)。 气隙线：气隙线：把磁化曲线的起始直把磁化曲线的起始直线延长，即为电机的气隙磁化线延长，即为电机的气隙磁化曲线曲线0=f(2F)，简称气隙线。，简称气隙线。 磁化曲线磁化曲线

7、0( )fF I00空载磁场的分布情况空载磁场的分布情况 饱和系数：饱和系数：电机额定转速下空载电机额定转速下空载运行时产生额定电枢电压所需要的运行时产生额定电枢电压所需要的磁动势磁动势2Ff与气隙磁动势气隙磁动势2F 之比，之比，用用k 来表示，即来表示，即22fFackFab一般，一般，k =1.11.35。fNIaNbc气隙线气隙线磁化曲线磁化曲线0( )fF I00电枢绕组的作用是什么？电枢绕组的作用是什么？产生感应电动势、通过电流并产生电磁力或电磁转矩，使产生感应电动势、通过电流并产生电磁力或电磁转矩，使电机能够实现机电能量转换。电机能够实现机电能量转换。直流电机电枢绕组的分类：直流

8、电机电枢绕组的分类：叠绕组：叠绕组：单叠绕组、复叠绕组。单叠绕组、复叠绕组。波绕组：波绕组：单波绕组、复波绕组。单波绕组、复波绕组。混合绕组：混合绕组：叠绕和波绕混合的绕组。叠绕和波绕混合的绕组。7-3 电枢绕组的一般知识1.元件 定义：定义：元件就是两端分别与两片换向片连接的单匝或多匝元件就是两端分别与两片换向片连接的单匝或多匝线圈。元件是构成绕组的基本单元。线圈。元件是构成绕组的基本单元。元件边元件边前端接前端接后端接后端接末端末端(a)单叠绕组元件单叠绕组元件(b)单波绕组元件单波绕组元件直流电机电枢绕组元件直流电机电枢绕组元件换向片换向片首端首端前端接前端接后端接后端接上层边上层边下层

9、边下层边 电枢绕组电枢绕组的特点常用的特点常用槽数槽数、元件数元件数、换向片数换向片数及及各种节距各种节距来表征。来表征。 当电枢每槽上、下层只有一个元件边时，当电枢每槽上、下层只有一个元件边时，电机的元件数电机的元件数S、换向片数换向片数K、槽数槽数Q 之间的关系为：之间的关系为： S=K=Q 123122.虚槽 在大型在大型电机电机中，中，每槽的上下层各每槽的上下层各放置若干个元件边。放置若干个元件边。 假设每个实槽包含假设每个实槽包含u个虚槽，则电机的虚槽数个虚槽，则电机的虚槽数与实槽数与实槽数之间的关系为：之间的关系为：Qu=uQ Qu=S=K 虚槽数虚槽数 与元件数与元件数S、换向片

10、数、换向片数 K之间的关系为：之间的关系为：虚槽虚槽实槽实槽3.直流电机电枢绕组的节距 节距：节距：相关的两个元件边之间的距离，通常以所跨过的槽相关的两个元件边之间的距离，通常以所跨过的槽数或换向片数来表示。数或换向片数来表示。 极距极距 ：相邻两个主磁极沿电枢表面之间的距离，用所跨相邻两个主磁极沿电枢表面之间的距离，用所跨弧长或虚槽数表示。弧长或虚槽数表示。设电机的极对数为设电机的极对数为p，电枢外径为，电枢外径为Da，则，则 2aDp或或 2uQp12312NS811515NSNS1）第一节距）第一节距y1：同一元件的两个元件同一元件的两个元件边在电枢圆周表面跨过的距离，用虚边在电枢圆周表

11、面跨过的距离，用虚槽数计算。槽数计算。 12uQyp 整数式中：式中： 小于小于1的分数，用的分数，用来把来把y1凑成整数。凑成整数。1yy1= 整距绕组整距绕组y1 长距绕组长距绕组1y2）第二节距）第二节距y2：相串联的两个元相串联的两个元件中，第一个元件的下层边与第件中，第一个元件的下层边与第二个元件的上层边在电枢表面上二个元件的上层边在电枢表面上所跨的距离，用虚槽数计算。所跨的距离，用虚槽数计算。 2y叠绕组：叠绕组：y20波绕组：波绕组：y20 节距的正方向：节距的正方向：从换向器端观从换向器端观察电枢时，从左至右的行进方向察电枢时，从左至右的行进方向为正。为正。2y12312NS8