图 3-3
3.绕组的形式
直流电机有五种：单叠、复叠、单波、复波、蛙绕组。 1）单叠绕组
y合成节距，yk是换向器节距，y1是第一节距，y2是第二节距。
y1yy2123yk图 3-4
单叠绕组：绕制时，任何两个串联的元件都是后一个紧叠在前一个的上面。每绕一个元件便在电枢表面移过一个虚槽。
例题2.3（p49） 已知电机极数2p=4, 且Z=Zi=S=K=16。绕制一个单叠右行整距绕组。 单叠绕组特点：
（1）电枢绕组是一个自行闭合绕组
（2）单叠绕组并联支路数=极数=电刷数 （双叠绕组极数=电刷数=并联支路数/2） （3）电枢电势就是支路电势，电枢电流是2p 个支路电流的和。 （4）电刷放在换向器上的几何中性线上。
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（5）电刷和磁极是静止的，必须把它们的相对位置合理对称的分布在圆周上。电枢和换向器旋转。
（6）适合于大电流的电机 2）单波绕组
选择yk时，应使相趾联的元件感应电动势同方向。因此，得把两个相串联的元件放在同极性磁极的下面，让它们在空间位置上相距约两个极距。
右图 3-5
y1y22τyy合成节距，向器节距，y1节距，y2是第
单波绕组特点：
（1）电枢绕组是一个自行闭合绕组 （2）电刷放在主磁极轴线下的换向片上
（3）单波绕组的支路数与极数无关，总有两个支路，即 a=1 or 2a=2 （4）电刷数等于极数（是为了减低电刷下的电流密度） （5）电枢电势就是支路电势，电枢电流是2个支路电流的和。
ykyk是换
是第一二节距。
（6）因为每条支路元件数多，可以获得高电势，适合于小电流高电压的电机。 （7）单波绕组连接规律 4.绕组总结
1）要根据电机额定电压或电流要求选择绕组形式。（叠--大电流，波--高电压， 蛙绕组--大型电机）
2）电枢闭合
3）电枢电势就是支路电势 4）电枢电流是各支路电流的总和。
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5）电刷放在换向器上的几何中性线上（电刷放在主磁极轴线下的换向片上----对端接对称的绕组）
6）单叠绕组将每个极下的所有元件串联形成一个支路，2p=2a 7）单波绕组将所有同极性磁极下的所有元件串联形成一个支路， 2a=2 5.电枢绕组的均压线
为了避免由于电、磁不平衡、不对称导致支路间的环流，将理论上电位相等的点用均压线连接起来。
二、直流电机的磁场
1.空载磁场
直流电机空载是指电枢绕组电流为零或很小，电机几乎无功率输出。空载磁场是由励磁绕组的励磁磁动势单独建立的磁场。励磁绕组电流的方向与磁场极性符合右手螺旋定则。
空载磁场也叫主磁场，是当电枢电流为零，仅由励磁电流建立的磁场。（挂图） 1) 磁通与磁动势
主磁通：经过气隙，且同时与励磁绕组和电枢绕组交链的磁通，亦称为工作磁通。 漏磁通：不经过气隙，仅与绕组自身交链的磁通，其不参与机电能量转换。 则每极总磁通为： υm=υ0+υσ=υ0(1+υσ/υ0)=kσυ
0
(3-1） kσ为主磁极漏磁系数， 其值范围：1.15~1.25
假设每极磁通为υ0, 则每对极所需要的磁势为
? F ? 2 F F0 ? H ? dl ? 2 I f N f ? 2 F? ? F j ? 2 F m a Z
? (3-2）
式中各量依次为：气隙磁势、定子轭、定子齿、转子轭、转子齿。（见图2. 28） 2）主磁场分布
B0(x)??0H0(x)??0F?'?(x)根据 知 气隙磁密与气隙长度成反比。根据磁极形状可
以知道磁场分布。气隙磁密在一个极下分布规律为平顶波。
3）磁化曲线：指电机的主磁通υ0与励磁磁动势F0的关系曲线。它与铁磁材料的磁化曲线形状相类似。主磁通υ0与气隙磁动势Fσ的关系曲线称为气隙线性磁化曲线。
电机磁路的饱和程度用饱和系数反映。它是空载额定转速下运行产生额定电枢电压时所需要的磁动势与气隙磁动势之比。过饱和，浪费铜节省铁磁材料，电阻损耗增加； 饱和系
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数小，浪费铁省铜材料，铁耗增加。合适的额定工作点应该设计在“膝点”附近 2.电枢反应
直流电机在主极建立了主磁场，当电枢绕组中通过电流时，产生电枢磁动势，也在气隙中建立丐电枢磁场。这时电机的气隙中形成由主磁极磁场和电枢磁场共同作用的合成磁场。这种由电枢磁场引起主磁场畸变的现象称为电枢反应
当电枢电流Ia不是零时，绕组中的电流也会产生磁场，称其为电枢磁场。 电刷在几何中性线上（图2．33） 电枢磁势
1Fa(x)??2xA??Ax2 (3-3）
Fa(x)??A2?2 称其为交轴电枢磁势，另记为Faq=Aτ/2 电枢磁场产生的磁通密度沿着气隙的分布为：
Ba(x)??0Ha(x)??0Fa(x)Ax??0?(x)?(x) （B与x成反比） (3-4）
偏离几何中性线，电枢电流除了产生交轴电枢磁动势外，同时还出现了直轴电枢磁动势。电机负载后，电枢电流不是零，产生电枢磁场。此时气隙磁场由直流励磁磁场和电枢磁场共同建立。并且把电枢磁场对励磁磁场的作用称为电枢反应。电枢磁场的交轴分量对励磁磁场的作用与影响称为交轴电枢反应。电枢磁场的直轴分量对励磁磁场的作用与影响称为直轴电枢反应。
3.交轴电枢反应
结合空载时的磁场分布（几何中性线）和负载时的磁场分布（物理中性线），交轴电枢反应对气隙磁场的影响：
1）使物理中性线偏离几何中性线一个角度（见笔记上的图）考虑饱和影响时，每个主极下的磁场一半被削弱，另一半被加强，每极下总磁通变。考虑饱和时，由于交轴电枢反应的作用，对被削弱的一半磁场影响不大，而被加强的另一半的磁场出现了饱和的情况，曲线的尖顶部分被削弱了使得每个磁极下的磁通减少了并且磁场波形发生畸变。即饱和时磁场畸变且有去磁作用。通过增加主极磁势补偿电枢反应的去磁影响。 2）直轴电枢反应（以电动机为例）
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（1）电动机时，（2）电刷逆着电枢转向移动，（3）直轴电枢反应磁势与主极磁势相反，（4）是去磁的；顺转向移动助磁。（5）发电机时，（6）电刷逆着电枢转向移动一个角度，（7）助磁的电枢反应；逆转则去磁。
三、直流电机的励磁方式
按励磁绕组的供电方式不同，可把直流电机会成四种：即他励直流电机、并励直流电机、串励直流电机、复励直流电机。
第三节 电枢绕组感应电动势和电磁转矩
一、电枢绕组感应电动势
电枢绕组感应电动势是指直流电机电枢上正、负电刷间产生的感应电动势，电刷间感应电动势波形如同一个交流正弦电压经过整流以后的波形，这说明直流电机电枢上产生的是交流电，经过电刷换向后才变为直流电。 1.感应电动势
设电枢绕组在电枢表面连续分布，总导体数为Na,支路数为2a，则每个支路有导体个数为Na/2a。图中某点x处，气隙磁密为Bδ(x)，单根导体感应电动势为：
ek= Bδ(x)lv (3-5）
电枢电动势（电刷上引出（入））为：
N a 2 a
E ?
?
? N a N a n ? N a pN a ? lv ? ? ? ? ? ? e B ( x ) lvB lv l ( 2 p ) n ? C E ? n av k ? ? 2 a ? 2 2 a l 60 l a 60 a ?1 ?1 k k
N a 2 a
?
(3-6）
上式就是直流电机电枢绕组感应电动势的一般计算公式。CE=pNa/60a电动势常数。 2.另有在电刷间产生的平均感应电动势为：
Ea?1???02N??esin?etd(?et)??eN? (3-7）
?由电枢转动的机械角速度?与感应电动势角频率?e的关系
?e?np? (3-8）
式中 np——极对数。
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