解：（1）计算节距
左行单波
yykKp 1Kp 112 517
极距
第一节距 第二节距 （2）绕组联接表
Zi 1533
2p 4 4
y1
Zi 1533
2p
44
y2yy17 34
绕组的并联支路电路图
单波绕组是把所有处于相同极性下的元件都串联起来 构成一条支路,因此单波绕组的并联支路对数恒等于1。
总结： 直流电机电枢绕组是无头无尾的闭合绕组；通过电刷将
直流电动机工作原理示意图
直流电动机电枢绕组通过电刷与直流电源相联接，通过电 刷和换向器的逆变作用，将外电源的直流变为线圈中的交流， 使N极下的导体中的电流方向不变，S极下的导体电流方向不 变，而N、S极下导体中的电流方向始终相反，以保证电磁转 矩的方向不变。
同直流发电机相同，实际的直流电动机的电枢并非单一线 圈，磁极也并非一对。
第二章 直流电机
2.1 概述 2.2 直流电枢绕组 2.3 直流电机的磁场 2.4 直流发电机的基本特性 2.5 直流电动机的基本特性 2.6 直流电力传动 2.7 直流电机的换向
2.1 概述
一、直流电机的工作原理 1、直流发电机的工作原理 直流电机的物理模型
右图为直流发电机的物 理模型，N、S为定子磁极， abcd是导固体定ab在在可N旋极转下导时磁，圆根 柱据体右上手的定线则圈，，a线点圈为连高同电导位， 磁b圆点柱低体电称位为；电导机体的cd转在子S极或下， 电c枢点。高线电圈位的，首d点末低端电a、位d；连电 接刷到A两极个性相为互正绝，缘电并刷可B随极线性 圈为一负同。旋转的换向片上。转 子线圈与外电路的连接是通 过放置在换向片上固定不动 的电刷进行的。
B0(x)0F' (x)
Bx
气隙磁密分布
气隙磁密在一个极下的分布 如图所示，为一平顶波。
3、磁化曲线 磁化曲线指电机主磁通与励磁磁动势的关系曲线 0 f(Ff ) 饱和系数
kF0' F' 1FF ' eF'
k 1.1~1.35
三、直流电机的电枢磁场
直流电机带上负载后，电枢绕组中有电流，电枢电流产生 的磁动势称为电枢磁动势。电枢磁动势的出现使电机的磁场发 生变化。 1、电刷在几何中性线上
电机的线负荷
当电刷放在几何中性线上时，电枢磁动势沿空间的分布为
三角形，三角形最大幅值在电枢的几何中性线上，主极轴线
处电枢磁动势为0。最大幅值为
电枢磁密
Faq
Fa
Aτ 2
B a(x) 0H a(x) 0F a ((x x )) 0A x (x)
电枢磁密沿气隙分布为马鞍形分布。
2、电刷偏离几何中性线
16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141516
A1
B1
A2
B2
电刷放置的原则：
（1）空载时被电刷短 路的元件的感应电动势尽 可能为零。
（2）并联支路的电动 势尽可能大。
相邻两主极的中心线称为电枢上的几何的中性线。
不论是整距绕组还是短距或长距绕组，当元件的轴线与主 极的轴线重合时，该元件的感应电动势为0。
交轴电枢磁动势
τ
Faq
A( 2ห้องสมุดไป่ตู้
bβ)
直轴电枢磁动势
Fad Abβ
四、电枢反应
电枢磁场对励磁磁场的作用称为电枢反应。
1、交轴电枢反应
当电刷放置在几何中性线上 时，电枢磁场只有交轴分量， 电枢反应为交轴电枢反应。 此时气隙磁场如图所示。
主磁极磁密 分布曲线
气隙合成磁 密分布曲线
电枢磁密 分布曲线
交轴电枢反应对气隙磁场的影响：
2p
每个元件的两条元件边在电枢表面的跨距，用虚槽数表示。
y1
Zi 2p
y1 整距绕组； y1 短距绕组；
y1 长距绕组；
小于1的分数。
（5）第二节距y2 同一片换向片上相联的两个元件中的第一个元件的下元件 边到第二个元件的上元件边在电枢表面的跨距。
对于单叠绕组 y2 0 ，对于单波绕组 y2 0。
（硅钢片）
涂绝缘漆冲 片叠压而成
轴 端盖
电枢铁心
电枢绕组 和槽碶
电枢绕组 端部
换向器
直流电机的转子
轴承
5、电枢绕组 产生感应电动势和电磁转矩
6、換向器 将电枢绕组内的交流电动势用机械换向的方法转换为电
刷间的直流电动势。
No
Image
7、电刷装置 把转动的电枢与外电路 相连接； 与换向器配合作用获得 直流电压。
直流发电机工作原理图
可见，和电刷A接触的导体总是位于N极下，和电刷B接 触的导体总是位于S极下，因此电刷A的极性总是正的，电刷B 的极性总是负的，在电刷A、B两端可获得直流电动势。
如气隙磁场沿气隙的分布为平顶 波，如图所示，根据电动势的计 算公式
eBlv
可知感应电动势与气隙磁密成正 比。导体和电刷AB间的电动势e 和eAB如右图所示。
3、额定电流 IN
指电机在额定电压、额定功率时的负载电流值，以 “A” 为单位。 4、额定转速 nN 指额定状态下运行时转子的转速，以r/min为单位
5、额定励磁电流 IfN 指电机在额定状态时的励磁电流值，以“A”为单位。
对于直流发电机，PN 是指输出的电功率。
PN UNIN
对于直流电动机，PN 是指输出的机械功率。
当导体ab在N 极下时，根据左手定 则，N极性下导体ab 受力方向从右向左， S 极下导体cd受力方 向从左向右。该电磁 力形成逆时针方向的 电磁转矩。当电磁转 矩大于阻转矩时，电 机转子逆时针方向旋 转。
当转子旋转180°后，如下图所示
原N极性下导体ab 转到S极下，受力 方向从左向右，原 S 极下导体cd转到 N极下，受力方向 从右向左。该电磁 力形成逆时针方向 的电磁转矩。线圈 在该电磁力形成的 电磁转矩作用下继 续逆时针方向旋转。
右图为一台电刷放在几何中性 线的两极直流电机的电枢磁场分布 情况。
假设励磁电流为零，只有电枢 电流。如图所示为电枢磁动势产生 的气隙磁场在空间的分布情况，电 枢磁动势为交轴磁动势。
Fa(x)12(2xDNaaia)Ax
πDa 2p
A N aia πDa
Faq
Fa
Aτ 2
A N aia πDa
对于发电机来说， 如果电刷顺电枢旋转方向偏离一定角度， 直轴电枢反应起去磁作用，如果逆电枢旋转方向偏离一定角度， 则电枢反应起助磁作用，如图所示。
五、感应电动势和电磁转矩 1、感应电动势 一根导体的感应电动势
ek B(x)lv
电枢的总导体数为Na，则每条并联支路串联导体数为 Na 2a
支路的电动势为
二、直流电机的主要结构部件
定子机座
换向极铁心
换向极绕组 主磁极铁心
主磁极绕组 （励磁绕组）
励磁绕组和串换向极 后的电枢绕组出线
直流电机定子
换向极绕组与 励磁的串联接 线
1、主磁极
产生气隙磁场
主磁极铁心：1mm～1.5mm 厚的 低碳钢板
励磁绕组：铜导线
励磁绕组套在 主磁极极身上
主磁极钢板冲片 （1-1.5mm厚）
一个元件有两条边，而一个虚槽中放
置两条边，因此 S Zi
每个换向换向片联接两条不同的元
件边，因此 S K Zi uZSK
u 3
（3）极距
每个主磁极在电枢表面占据的距离或相邻两主磁距离， 用所跨弧长或该弧长所对应的虚槽表示。
D a 2p
或 Z i
（4）第一节距y1
PNUNINN
2.2 直流电机的电枢绕组
一、基本特点 1、基本要求
（1）能产生尽可能大的电动势，并具有良好的波形； （2）能通过尽可能大的电流，并承受由此产生的电磁力和
电磁转矩； （3）结构简单，连接可靠； （4）便于维护和检修； （5）换向良好。
2、电枢绕组的类型
（1）单叠绕组 （2）单波绕组 （3）蛙形绕组
后端接
元件边
前端接
换向片
换向片
后端接
元件边 前端接
3、有关直流电枢绕组的术语
（1）元件
两端分别与两片换向片联接的单匝或多匝线圈。 (2)实槽数Z、虚槽数Zi、元件数S和换向片数K
为了改善电机的性能，一个槽中一般放置不止一条上 层边和一条下层边，如图所示。
一条上层边和一条下层边即为一个虚槽，因此 Zi uZ
主磁极由钢板 冲片叠压而成
2、换向极
作用：改善换向 换向极铁心：1mm～ 1.5mm厚的低碳钢板 换向极绕组：与电枢绕组串联
3、机座
作用：固定主磁极和换向极；
主磁路的一部分。
N
S
铸钢或薄钢板
S
N
p=2 即4极电机
4、电枢铁心
作用：构成主磁路以及嵌放电 枢绕组
电枢铁心冲片 (0.35-0.5mm厚)
单叠绕组一般为右行绕组，y=yk=1。
例：已知电机的极数2p＝4，且Z=Zi＝S＝K＝16。试绕制一单
叠右行整距绕组。 解：（1）计算节距
由于是右行绕组
yyk 1
y1
Zi 2p
164（槽） 4
y2yy1143 （槽）
（2）绕组联接表
（3）绕组展开图
1 2N3 4 5 6 S7 8 910N11121314S15161
a=p
三、单波绕组
单波绕组是从一个元件出发，串联p个元件后，回到出发换 向片的相邻的左边换向片上（左行绕组）或右边换向片上 （右行绕组）。单波绕组一般采用左行绕组。因此
pkyK1
单波绕组的合成绕组节距为：
yyk Kp1y1y2整数
取“－”时为左行绕组，取 “＋”时为右行绕组。
例：已知电机的极数2p＝4，且Z=Zi＝S＝K＝15。试绕 制一单波左行绕组。