直流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)基本是相同的，即都有可旋轉(zhuǎn)部分和靜止部分。可旋轉(zhuǎn)部分稱(chēng)為轉(zhuǎn)子，靜止部分稱(chēng)為定子，在定子和轉(zhuǎn)子之間存在著空氣隙。小型直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1—3所示，其剖面結(jié)構(gòu)如圖1—4所示。

圖1—3 小型直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 圖1—4 小型直流電動(dòng)機(jī)的剖面結(jié)構(gòu)

一、定子部分

定子的作用，在電磁方面是產(chǎn)生磁場(chǎng)和構(gòu)成磁路，在機(jī)械方面是整個(gè)電機(jī)的支撐，定子由磁極、機(jī)座、換向極、電刷裝置、端蓋和軸承組成。

(一)主磁極

主磁極的作用是產(chǎn)生恒定、有一定的空間分布形狀的氣隙磁通密度。主磁極由主磁極鐵心和放置在鐵心上的勵(lì)磁繞組構(gòu)成。主磁極鐵心分成極身和極靴，極靴的作用是使氣隙磁通密度的空間分布均勻并減小氣隙磁阻，同時(shí)極靴對(duì)勵(lì)磁繞組也起支撐作用。為減小渦流損耗，主磁極鐵心是用1.0~1.5mm厚的低碳鋼板沖成一定形狀，用鉚釘把沖片鉚緊，然后再固定在機(jī)座上。主磁極上的線(xiàn)圈是用來(lái)產(chǎn)生主磁通的，稱(chēng)為勵(lì)磁繞組。主磁極的結(jié)構(gòu)如圖1—5a所示。

當(dāng)給勵(lì)磁繞組通入直流電時(shí)，各主磁極均產(chǎn)生一定極性，相鄰兩主磁極的極性是N、S交替出現(xiàn)的。

(二)機(jī)座

直流電機(jī)的機(jī)座有兩種形式，一種為整體機(jī)座，另一種為疊片機(jī)座。整體機(jī)座是用導(dǎo)磁率效果較好的鑄鋼材料制成的，該種機(jī)座能同時(shí)起到導(dǎo)磁和機(jī)械支撐作用。由于機(jī)座起導(dǎo)磁作用，因此機(jī)座是主磁路的一部分，成為定子鐵軛。主磁極、換向極及端蓋均固定在機(jī)座上，機(jī)座起支撐作用。一般直流電機(jī)均采用整體機(jī)座。疊片機(jī)座是用薄鋼板沖片疊壓成定子鐵軛，再把定子鐵軛固定在一個(gè)專(zhuān)起支撐作用的機(jī)座里，這樣定子鐵軛和機(jī)座是分開(kāi)的，機(jī)座只起支撐作用，可用普通鋼板制成。疊片機(jī)座主要用于主磁通變化快，調(diào)速范圍較高的場(chǎng)合。

(三)換向極

換向極又稱(chēng)為附加極，其結(jié)構(gòu)如圖1—5 b所示，換向極安裝在相鄰的兩主磁極之間，用螺釘固定在機(jī)座上，用來(lái)改善直流電機(jī)的換向，一般電機(jī)容量超過(guò)1kW時(shí)均應(yīng)安裝換向極。

換向極是由換向極鐵心和換向極線(xiàn)圈組成。換向極鐵心可根據(jù)換向要求用整塊鋼制成，也可用厚1~1.5mm厚鋼板或硅鋼片疊成，所有的換向極線(xiàn)圈串聯(lián)后稱(chēng)換向繞組，換向繞組與電樞繞組串聯(lián)。換向極數(shù)目一般與主極數(shù)目相同，但在功率很小的直流電機(jī)中，只裝主極數(shù)一半的換向極或不裝換向極。換向極極性根據(jù)換向要求確定。

(四)電刷

電刷裝置的作用是通過(guò)電刷和旋轉(zhuǎn)的換向器表面的滑動(dòng)接觸，把轉(zhuǎn)動(dòng)的電樞繞組與外電路連接起來(lái)。電刷裝置一般由電刷、刷握、刷桿、刷桿座和匯流條組成，電刷的結(jié)構(gòu)如圖1—6所示。電刷是用石墨制成的導(dǎo)電塊，放在刷握內(nèi)，用彈簧以一定的壓力將它壓在換向器的表面上。刷握用螺釘夾緊在刷桿上，刷桿裝在一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的刷桿座上，成為一個(gè)整體部件。刷桿與刷桿座之間是絕緣的，以免正、負(fù)電刷短路。

(五)端蓋

電機(jī)中的端蓋主要起支撐作用。端蓋固定在機(jī)座上，其上放置軸承支撐直流電機(jī)的轉(zhuǎn)軸，使直流電機(jī)能夠旋轉(zhuǎn)。

圖1—5 直流電機(jī)主磁極和換向極結(jié)構(gòu) 圖1—6 電刷的結(jié)構(gòu)

a)主磁極結(jié)構(gòu);b)換向極結(jié)構(gòu)

二、轉(zhuǎn)子部分

轉(zhuǎn)子又稱(chēng)電樞，是電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分，其作用是感應(yīng)電勢(shì)和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)子由電樞鐵心、換向器、電機(jī)轉(zhuǎn)軸、電樞繞組、軸承和風(fēng)扇組成。

(一)電樞鐵心

電樞鐵心的作用是通過(guò)磁通(電機(jī)磁路的一部分)和嵌放電樞繞組。為減小當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)鐵心中的磁通方向發(fā)生變化引起的磁滯損耗和渦流損耗，電樞鐵心用0.35mm或0.5mm厚的硅鋼片疊成，疊片兩面涂有絕緣漆。鐵心疊片沿軸向疊裝，中小型電機(jī)的電樞鐵心通常直接壓裝在軸上;在大型電機(jī)中，由于轉(zhuǎn)子直徑較大，電樞鐵心壓裝在套于軸上的轉(zhuǎn)子支架上。

電樞鐵心沖片上沖有放置電樞繞組的電樞槽、軸孔和通風(fēng)孔。圖1—7所示為小型直流電機(jī)的電樞沖片形狀和電樞鐵心裝配圖。

圖1—7 電樞沖片和電樞鐵心裝配圖

(二)換向器

換向器又稱(chēng)為整流子，對(duì)于發(fā)電機(jī)，換向器的作用是把電樞繞組中的交變電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妱?dòng)勢(shì)向外部輸出直流電壓，對(duì)于電動(dòng)機(jī)，它是把外界供給的直流電流轉(zhuǎn)變?yōu)槔@組中的交變電流以使電機(jī)旋轉(zhuǎn)。換向器結(jié)構(gòu)如圖1—8所示。換向器是由換向片組合而成，是直流電機(jī)的關(guān)鍵部件，也是最薄弱的部分。

換向器采用導(dǎo)電性能好、硬度大、耐磨性能好的紫銅或銅合金制成。換向片的底部做成燕尾形狀，換向片的燕尾部分嵌在含有云母絕緣的V型鋼環(huán)內(nèi)，拼成圓筒形套入鋼套筒上，相鄰的兩換向片間以0.6~1.2mm的云母片作為絕緣，最后用螺旋壓圈壓緊。換向器固定在轉(zhuǎn)軸的一端。換向片靠近電樞繞組一段的部分與繞組引出線(xiàn)相焊接。

圖1—8 換向器結(jié)構(gòu)

(a)換向片;(b)換向器

(三)轉(zhuǎn)軸

轉(zhuǎn)軸起轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的支撐作用，需有一定的機(jī)械強(qiáng)度和剛度，一般用圓鋼加工而成。

(四)電樞繞組

電樞繞組安放在電樞鐵心槽內(nèi)，隨著電樞旋轉(zhuǎn)，在電樞繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì);當(dāng)電樞繞組中通過(guò)電流時(shí)，能與磁場(chǎng)作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使電樞向一定的方向旋轉(zhuǎn)。在電機(jī)中每一個(gè)線(xiàn)圈稱(chēng)為一個(gè)元件，多個(gè)元件有規(guī)律地連接起來(lái)形成電樞繞組。繞制好的繞組放置在電樞鐵心上的槽內(nèi)，放置在鐵心槽內(nèi)的直線(xiàn)部分在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，稱(chēng)為元件的有效部分;在電樞槽兩端把有效部分連接起來(lái)的部分稱(chēng)為端接部分，端接部分僅起連接作用，在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

電樞繞組用圓銅線(xiàn)或矩形截面銅導(dǎo)線(xiàn)制成，銅線(xiàn)的截面積決定于線(xiàn)圈中通過(guò)電流的大小。在直流電機(jī)電樞槽的剖面圖中，除導(dǎo)線(xiàn)本身包有絕緣外，上下層線(xiàn)圈間及線(xiàn)圈和鐵心之間都必須妥善絕緣。為了防止線(xiàn)圈在離心力作用下甩出，在槽口處用槽楔將線(xiàn)圈邊封在槽內(nèi)，線(xiàn)圈伸出槽外的端接部分，用熱固性無(wú)緯玻璃絲帶或非磁性鋼絲扎緊。槽楔可用竹片或酚醛玻璃布板制成。

1.基本知識(shí)

電樞繞組根據(jù)連接規(guī)律的不同，繞組可分為單疊繞組、單波繞組、復(fù)疊繞組、復(fù)波繞組及混合繞組等幾種型式。下面介紹繞組的基本知識(shí)。

元件：線(xiàn)圈是構(gòu)成繞組的基本單元，又稱(chēng)繞組元件(線(xiàn)圈單元)，元件分為單匝和多匝繞組兩種。

元件的首末端：每一個(gè)元件不管是單匝還是多匝，均引出兩根線(xiàn)與換向片相連，其中一根稱(chēng)為首端，另一端稱(chēng)為末端。

實(shí)槽和虛槽：

直流電機(jī)的電樞繞組放置在電樞鐵心上的槽內(nèi)，通常采用雙層繞組，沿槽深方向每槽有兩個(gè)元件邊，為了避免各線(xiàn)圈互相交疊，每一元件有一個(gè)有效邊放在槽的上層，稱(chēng)為上層邊;另一有效邊放在另一槽的下層，稱(chēng)為下層邊。與上層邊相連的出線(xiàn)端稱(chēng)為始端，與下層邊相連的出線(xiàn)端稱(chēng)為末端。圖1-9表示元件在槽內(nèi)的放置情況。

為了改善電機(jī)性能，希望用較多的線(xiàn)圈來(lái)組成電樞繞組。由于工藝等原因，電樞鐵心上不便開(kāi)太多的槽，只能使每個(gè)線(xiàn)圈內(nèi)包含有若干個(gè)線(xiàn)圈單元，所以，每個(gè)槽內(nèi)的上下層各放置若干個(gè)線(xiàn)圈單元邊，這時(shí)，為了確切的說(shuō)明這些單元邊的具體位置，引入虛槽的概念。每一個(gè)虛槽由一個(gè)上層線(xiàn)圈單元邊和一個(gè)下層線(xiàn)圈單元邊組成。設(shè)電樞槽內(nèi)每層有μ個(gè)線(xiàn)圈單元邊，則把每一個(gè)實(shí)際的槽看作包含μ個(gè)虛槽。圖1-10表示一個(gè)實(shí)槽內(nèi)包含一個(gè)，兩個(gè)和三個(gè)虛槽的情況。實(shí)際槽數(shù)Z與虛槽數(shù)Zμ的關(guān)系為：

Zμ= μ Z

圖1-9 線(xiàn)圈元件邊在槽內(nèi)的放置情況

        圖1-10 實(shí)槽與虛槽

元件數(shù)S和換向片數(shù)K：

每個(gè)元件有兩個(gè)出線(xiàn)端，每個(gè)換向片又與兩個(gè)不同元件的兩個(gè)出線(xiàn)端相連接，因而元件數(shù)等于換向片數(shù)，即S=K。

當(dāng)一個(gè)線(xiàn)圈只有一個(gè)元件(μ=1)時(shí)，元件數(shù)等于槽數(shù)Z，這時(shí)，每槽上下層各放一個(gè)線(xiàn)圈單元邊，即S=Z=K;當(dāng)一個(gè)線(xiàn)圈中有μ個(gè)元件時(shí)，每槽上下層各放μ個(gè)元件邊，此時(shí)，元件數(shù)和虛槽數(shù)相等，即S=K= Zμ=μZ。

極距：相鄰兩個(gè)主磁極軸線(xiàn)沿電樞表面之間的距離稱(chēng)為極距，用 表示?？捎孟率接?jì)算

式中，D為點(diǎn)數(shù)鐵心外直徑，p為直流電機(jī)磁極對(duì)數(shù)。

疊繞組：指串聯(lián)的兩個(gè)元件總是后一個(gè)元件端接部分緊貼在前一個(gè)元件端接部分，整個(gè)繞組成折疊式進(jìn)行。

波繞組：指把相隔約為一對(duì)極距的同極性磁場(chǎng)下的相應(yīng)元件串聯(lián)起來(lái)，像波浪似的前進(jìn)。

直流電機(jī)的繞組如圖1—11所示。

圖1—11 直流電機(jī)的繞組

第一節(jié)距：一個(gè)元件的兩個(gè)有效邊在電樞表面跨過(guò)的元件邊數(shù)稱(chēng)為第一節(jié)距，第一節(jié)距用 表示。

第二節(jié)距：連至同一換向片上的兩個(gè)元件中的第一個(gè)元件的下層邊與第二個(gè)元件的上層邊間的距離。第二節(jié)距用 表示。

合成節(jié)距：連至同一換向片上兩個(gè)元件對(duì)應(yīng)邊之間的距離，即第一個(gè)元件的上層邊與第二個(gè)元件的上層邊間的距離或第一個(gè)元件的下層邊與第二個(gè)元件的下層邊間的距離。合成節(jié)距用y表示，合成節(jié)距與第一節(jié)距、第二節(jié)距的關(guān)系為

換向節(jié)距：同一元件首、末端連接的換向片之間的距離。換向節(jié)距用 表示。

單疊繞組和單波繞組的節(jié)距如圖1— 12所示。

圖1—12 繞組節(jié)距示意圖

(a)單疊繞組;(b)單波繞組

2.單疊繞組

單疊繞組的特點(diǎn)是相鄰元件相互疊壓，合成節(jié)距與換向節(jié)距均為1，即： 。

(1)單疊繞組的節(jié)距計(jì)算

第一節(jié)距 計(jì)算公式如下

式中，Z為電機(jī)槽數(shù); 為使 為整數(shù)而加的一個(gè)小數(shù)。當(dāng) 前面為負(fù)號(hào)時(shí)，線(xiàn)圈為短距線(xiàn)圈;當(dāng) 前面為正號(hào)時(shí)，線(xiàn)圈為長(zhǎng)距線(xiàn)圈。長(zhǎng)短距線(xiàn)圈的有效邊是一樣的，但由于長(zhǎng)距線(xiàn)圈連接部分比短距線(xiàn)圈要長(zhǎng)，使用銅導(dǎo)線(xiàn)較多，因此通常是用短距線(xiàn)圈。

單疊繞組的合成節(jié)距和換向節(jié)距相同，即 ，一般取 ，此時(shí)的單疊繞組稱(chēng)為右行繞組，元件的連接順序?yàn)閺淖笙蛴疫M(jìn)行。

單疊繞組的第二節(jié)距 由第一節(jié)距和合成節(jié)距之差計(jì)算到，第二節(jié)距 計(jì)算公式如下：

(2)單疊繞組的展開(kāi)圖

電機(jī)的繞組展開(kāi)圖是把放在鐵心槽里、構(gòu)成繞組的所有元件均取出來(lái)，畫(huà)在同一展開(kāi)圖里，其作用是展示元件相互間的電氣連接關(guān)系。除元件外，展開(kāi)圖中還包括主磁極、換向片及電刷以表示元件間、電刷與主磁極間的相對(duì)位置關(guān)系。在畫(huà)展開(kāi)圖前應(yīng)根據(jù)所給定的電機(jī)極對(duì)數(shù)p、槽數(shù)Z、元件數(shù)S和換向片K，算出各節(jié)距值，然后根據(jù)計(jì)算值畫(huà)出單疊繞組的展開(kāi)圖。

下面通過(guò)一個(gè)具體的例子說(shuō)明繞組展開(kāi)圖的畫(huà)法。

[例1] 已知一臺(tái)直流電機(jī)的極對(duì)數(shù)p=2，Z=S=K=16, 試畫(huà)出其右行單疊繞組展開(kāi)圖。

[解]

第一步：計(jì)算繞組的各節(jié)距

第二步：畫(huà)元件，用實(shí)線(xiàn)代表上層元件，虛線(xiàn)代表下層元件，虛線(xiàn)靠近實(shí)線(xiàn)，實(shí)線(xiàn)根數(shù)等于元件數(shù)S，從左向右為實(shí)線(xiàn)編號(hào)，分別為1至16。

第三步：放置主磁極。為了確定電樞繞組中感應(yīng)電勢(shì)的方向，需假定電樞的轉(zhuǎn)向，同時(shí)畫(huà)出主極的位置和極性。電機(jī)主極在圓周上是對(duì)稱(chēng)均勻、NS極交替分布的，每個(gè)磁極的寬度約為(0.6～0.7) 。在展開(kāi)圖上對(duì)稱(chēng)均勻的劃分極距并在每一極距內(nèi)畫(huà)上磁極并假設(shè)極性，N極表示磁力線(xiàn)方向進(jìn)入紙面，S極表示磁力線(xiàn)方向離開(kāi)紙面。根據(jù)右手定則，可以確定各導(dǎo)體中感應(yīng)電勢(shì)的方向，用單元邊上的箭頭表示，在N極下的單元邊中電勢(shì)方向均向下;在S極下單元邊中的電勢(shì)均向上，由于幾何中心線(xiàn)處的磁密為零，故此處單元邊中電勢(shì)為零，即1、5、9、13號(hào)線(xiàn)圈單元中電勢(shì)為零。因此，電樞電勢(shì)的分界線(xiàn)是磁場(chǎng)的分界線(xiàn)。

第四步：放置換向片，用帶有編號(hào)的小方塊代表各換向片，換向片的編號(hào)也是從左向右順序編排并以第一元件上層邊所連接的換向片為第一換向片號(hào)。

第五步：根據(jù)計(jì)算所的各節(jié)距值連接繞組，第一元件上層邊連接第一換向片，根據(jù)第一節(jié)距找到第一元件的下層邊，下層邊的一端連接上層邊未連換向片的那一端，另一端根據(jù)換向節(jié)距 連接到第二換向片上。根據(jù)合成節(jié)距 第二元件的上層邊連接到第二換向片，其下層邊連接第三換向片。其余元件與換向片的連接關(guān)系類(lèi)推。

第六步：放置電刷。在展開(kāi)圖中，直流電機(jī)的電刷與換向片的大小相同，電刷數(shù)與主磁極數(shù)相同，放置電刷時(shí)應(yīng)使正負(fù)電刷間的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，或被電刷短路的元件感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小。當(dāng)把電刷放置在主磁極的中心線(xiàn)處，被電刷短路元件的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，同時(shí)正負(fù)電刷間的電動(dòng)勢(shì)也最大。電樞按圖示方向轉(zhuǎn)動(dòng)，電刷間的電動(dòng)勢(shì)方向根據(jù)右手定則可判定為 為正， 為負(fù)。單疊繞組的完整展開(kāi)圖如圖1—13所示。

圖1—13 單疊繞組展開(kāi)圖

        圖1—14 單疊繞組元件連接順序

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，直流電機(jī)電刷的實(shí)際位置是電機(jī)制造好后通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法確定的。

(3)單疊繞組的元件連接順序及并聯(lián)支路圖

根據(jù)圖1—13可以直接看出繞組中各元件之間連接規(guī)律。在圖1—13中，根據(jù)第一節(jié)距值 可知第一槽元件1的上層邊，連接到第5槽的元件1的下層邊，構(gòu)成了第1個(gè)元件;根據(jù)換向節(jié)距 ，第一元件的首、末端分別接到第1、2兩個(gè)換向片上;根據(jù)合成節(jié)距求得 ，第5槽的元件1的下層邊連接到第2槽元件2的上層邊，這樣就把第1、2兩個(gè)元件連接起來(lái)。其余元件的連接依此類(lèi)推，如圖1—14所示。

從圖中可看出，從第一元件開(kāi)始，繞電樞一周，把全部元件邊都串聯(lián)起來(lái)之后，又回到第一元件的起始點(diǎn)1?？梢?jiàn)，整個(gè)繞組是一個(gè)閉路繞組。

根據(jù)圖1—13和圖1—14可得到繞組的并聯(lián)支路電路圖，見(jiàn)圖1—15。電刷短接元件為元件1、5、9和13，并聯(lián)支路對(duì)數(shù)a與主磁極對(duì)數(shù)相同，即a=p。

由此可見(jiàn)，單疊繞組具有以下特點(diǎn)：

①同一磁極下的元件串聯(lián)在一起組成一個(gè)支路，這樣有幾個(gè)主磁極就有幾條支路。

②電刷數(shù)等于主磁極數(shù)，電刷位置應(yīng)使支路感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，電刷間電動(dòng)勢(shì)等于并聯(lián)支路電動(dòng)勢(shì)。

③電樞電流等于各并聯(lián)支路電流之和。

應(yīng)當(dāng)指出，單疊繞組為保證兩電刷間感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為最大，被電刷所短路的元件里感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小，電刷應(yīng)放置在換向器表面主磁極的中心線(xiàn)位置上，雖然對(duì)準(zhǔn)主磁極的中心線(xiàn)，但被電刷所短路的元件邊仍然位于幾何中心線(xiàn)處(所謂幾何中心線(xiàn)是指電機(jī)空載時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度為零的線(xiàn)，即兩個(gè)主磁極之間的極間中心線(xiàn))。為了簡(jiǎn)單，今后稱(chēng)電刷放在幾何中心線(xiàn)上，就是指被電刷所短路的元件，它的元件邊位于幾何中心線(xiàn)處。

圖1—15 單疊繞組并聯(lián)支路圖

3.單波繞組

(1)單波繞組的節(jié)距計(jì)算

①第一節(jié)距 計(jì)算

單波繞組的第一節(jié)距 的計(jì)算方法與單疊繞組的計(jì)算相同。

②合成節(jié)距y和換向器節(jié)距 計(jì)算

選擇 時(shí)，應(yīng)使串聯(lián)的元件感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)同方向。為此，得把兩個(gè)串聯(lián)的元件放在同極性磁極的下面，此時(shí)他們?cè)诳臻g位置上相距約為兩個(gè)極距。其次，當(dāng)沿周?chē)蛞粋€(gè)方向繞了一周，經(jīng)過(guò)p個(gè)串聯(lián)的元件后，其末尾所連的換向片必須落在與起始的換向片相鄰的位置，這樣才能是第二周元件繼續(xù)往下連，此時(shí)換向總節(jié)距數(shù)為 ，即：

式中，K為換向片數(shù)。

由上式可得換向節(jié)距為：

在上式中，正負(fù)號(hào)的選擇首先應(yīng)滿(mǎn)足使 為整數(shù)，其次考慮選擇符號(hào)。選擇負(fù)號(hào)時(shí)的單波繞組稱(chēng)為左行繞組，左行繞組端部疊壓少。單波繞組的合成節(jié)距與換向節(jié)距相同，即 。

③第二節(jié)距 計(jì)算

(2)單波繞組的展開(kāi)圖

單波繞組的展開(kāi)圖見(jiàn)下例。

[例2] 已知主磁極極對(duì)數(shù)p=2， Z=S=K=15，繪制單波左行繞組展開(kāi)圖。

[解]

首先計(jì)算各節(jié)距

參照單疊繞組的展開(kāi)圖畫(huà)法、可畫(huà)出單波繞組的展開(kāi)圖如圖1—16所示。

圖1—16 單波繞組的展開(kāi)圖

(3)單波繞組的連接次序及并聯(lián)支路圖

根據(jù)繞組的節(jié)距可以畫(huà)出它的連接次序表，如圖1—17所示?？梢?jiàn)，單波繞組也是一個(gè)自身閉路的繞組。

圖1—17 單波繞組的連接次序表

單波繞組的的并聯(lián)支路圖如圖1—18所示。從圖中看出，單波繞組是把所有N極下的全部元件串聯(lián)起來(lái)形成一個(gè)支路，把所有S極下的元件串聯(lián)起來(lái)形成另外的一條支路。

單從支路對(duì)數(shù)看，單波繞組有兩個(gè)電刷就能進(jìn)行工作，實(shí)際使用中，仍然要裝上和主磁極數(shù)相同的全額電刷，這樣做有利于直流電機(jī)的換向以及減小換向器軸向尺寸。只有在特殊情況下可以少用電刷。

圖1—18 單波繞組的并聯(lián)支路

單波繞組具有以下的特點(diǎn)：

①同極性下的各元件串聯(lián)起來(lái)組成一個(gè)支路，支路對(duì)數(shù)a=1，與磁極對(duì)數(shù)p無(wú)關(guān)。

②當(dāng)元件的幾何形狀對(duì)稱(chēng)時(shí)，電刷在換向器表面上的位置對(duì)準(zhǔn)主磁極中心線(xiàn)，支路電動(dòng)勢(shì)最大(即正、負(fù)電刷間電動(dòng)勢(shì)最大)。

③電刷桿數(shù)也應(yīng)等于極數(shù)(采用全額電刷)。

④電刷電動(dòng)勢(shì)等于支路感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

⑤電樞電流等于兩條支路電流之和。

以上簡(jiǎn)單介紹了直流電機(jī)的單疊繞組和單波繞組。從上面分析可知，單疊繞組和單波繞組是直流電機(jī)基本的繞組形式，兩者的根本差別在于它們的換向器節(jié)距和合成節(jié)距不同，所以在相同的極數(shù)下，兩種繞組的支路對(duì)數(shù)不同。繞組的適用范圍，主要決定于繞組的并聯(lián)支路數(shù)，原則上，電流較大，電壓較低的電機(jī)，選用并聯(lián)支路數(shù)較多，串聯(lián)線(xiàn)圈數(shù)較少的單疊繞組;電流較小，電壓較高的電機(jī)選用并聯(lián)支路數(shù)較少，串聯(lián)線(xiàn)圈數(shù)較多的單波繞組。實(shí)際應(yīng)用中還有復(fù)疊、復(fù)波以及混合繞組等，這里不一一介紹。

三、空氣隙

主極極靴和電樞間的間隙稱(chēng)為空氣隙。氣隙既保證了電機(jī)的安全運(yùn)行，又是磁路的重要組成部分。由于空氣磁阻遠(yuǎn)大于鐵磁物質(zhì)的磁阻，而電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換是依靠氣隙磁通為媒介進(jìn)行的，所以氣隙的大小和形狀對(duì)電機(jī)的性能有很大影響。

直流電機(jī)的氣隙是不均勻的。極靴中部氣隙較小，兩側(cè)氣隙逐漸擴(kuò)大，極尖處氣隙最大。小型電機(jī)氣隙約為1~3mm;大型電機(jī)氣隙可達(dá)10~12mm。