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電樞繞組
電機的核心電路部分
電樞繞組由一定數(shù)目的電樞線圈按一定的規(guī)律連接組成，是電機的核心電路部分，也是感生電動勢，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩進行機電能量轉(zhuǎn)換的部分。線圈用絕緣的圓形或矩形截面的導(dǎo)線繞成，分上下兩層嵌放在電樞鐵心槽內(nèi)，上下層以及線圈與電樞鐵心之間都要妥善地絕緣，并用槽楔壓緊。
基本信息
| 中文名 | 電樞繞組 |
| 外文名 | armature winding |
| 組成 | 電樞線圈 |
| 學(xué)科 | 電力工程 |
簡介
圖1 電樞繞組斷路的檢查
電樞繞組設(shè)計要求：電樞繞組的構(gòu)成，應(yīng)能產(chǎn)生足夠的感應(yīng)電動勢，并允許通過一定的電樞電流，從而產(chǎn)生所需的電磁轉(zhuǎn)矩和電磁功率，此外，還要節(jié)省有色金屬和絕緣材料，結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠。
電樞繞組分直流電樞繞組和交流電樞繞組兩大類，分別用于直流電機和交流電機。
相關(guān)術(shù)語
1）元件（線圈）
繞組線圈稱為繞組元件，分單匝和多匝。一個元件由兩條元件邊和端接線組成，元件邊放在槽內(nèi)，能切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，叫“有效邊”，端接線放在槽外，不切割磁力線，僅作為連接線用。每個元件的一個元件邊放在某一個槽的上層，另一個元件邊則放在另一槽的下層。
2）元件的首末端
3）實槽
電機電樞上實際開出的槽叫實槽。實槽數(shù)用Q表示。
4）虛槽
即單元槽(每層元件邊的數(shù)量等于虛槽數(shù))，每個虛槽的上、下層各有一個元件邊。虛槽數(shù)用
表示。設(shè)槽內(nèi)每層有μ個虛槽，若實槽數(shù)為Q，虛槽數(shù)為，則
。
5）極軸線
磁極的中心線。
6）幾何中性線
7）物理中性線
直流電樞繞組
通常采用雙層繞組。線圈的有效部分包含左、右兩個有效邊。放在槽內(nèi)且靠近槽口的有效邊叫上層邊，靠近槽底的有效邊叫下層邊。同一槽中上下層間用絕緣紙隔開。同一線圈上下兩個有效邊沿圓周方向的距離即為線圈的跨距，通常用槽距（兩相鄰槽間距離）的倍數(shù)表示?？缇嗉s等于一個極距。注：相鄰兩磁極的距離，也常用槽距的倍數(shù)表示。
直流電樞繞組分疊繞組、波繞組和蛙繞組3種。每個線圈的兩個出線端連接到換向器的兩個換向片上，兩者在換向器圓周表面上相隔的距離稱為換向器節(jié)距，用
表示。不同形式的繞組具有不同的換向器節(jié)距。
疊繞組
指串聯(lián)的兩個元件總是后一個元件的端接部分緊疊在前一個元件端接部分，整個繞組成折疊式前進。
有單疊繞組和復(fù)疊繞組之分。單疊繞組是將同一磁極下相鄰的線圈依次串聯(lián)起來，構(gòu)成一條并聯(lián)支路，所以對應(yīng)一個磁極就有一條并聯(lián)支路。單疊繞組的基本特征是并聯(lián)支路數(shù)等于磁極數(shù)。各條支路間通過電刷并聯(lián)。
單疊繞組線圈的換向器節(jié)距
。
者稱復(fù)疊繞組。比較常用的是
的復(fù)疊繞組，又稱雙疊繞組。雙疊繞組在一個磁極下有兩條并聯(lián)支路。例如一臺四極直流電機，采用雙疊繞組時，共有8條并聯(lián)支路。各條支路間也是通過電刷并聯(lián)。電刷組數(shù)等于電機的極數(shù)。其中一半為正電刷組，另一半為負電刷組。疊繞組的并聯(lián)支路數(shù)較多，它等于極數(shù)或為極數(shù)的整倍數(shù)，所以又叫并聯(lián)繞組。
波繞組
指把相隔約為一對極距的同極性磁場下的相應(yīng)元件串聯(lián)起來，象波浪式的前進。
有單波繞組和復(fù)波繞組。單波繞組的特點是將同極性下的所有線圈按一定規(guī)律全部串聯(lián)起來，形成一條并聯(lián)支路。所以整個電樞繞組只有兩條并聯(lián)支路。波繞組線圈的換向器節(jié)距式中p為磁極對數(shù)；k為換向片數(shù)；a為使等于整數(shù)的正整數(shù)，它等于波繞組的并聯(lián)支路對數(shù)。單波繞組的a=1，而a=2的復(fù)波繞組稱雙波繞組，它可以看成是由兩個單波繞組并聯(lián)而成的復(fù)波繞組，故有4條并聯(lián)支路；a>2者可類推，但用得很少。
波繞組從并聯(lián)電路連接原理上說，只需兩組電刷，即一組正電刷和一組負電刷。然而，通常直流電機中波繞組的電刷組數(shù)仍然等于其極數(shù)，這是為了減輕電刷和換向片接觸面上的電流負荷，從而可以縮短換向器的長度。此外，對線圈電流的換向也有好處。
蛙繞組
由適當配合的疊繞組和波繞組混合而成的一種直流電樞繞組。疊繞組和波繞組的線圈接在同一換向器上并聯(lián)工作。由于其線圈組合的外形很像青蛙而得名。這種繞組因波繞組線圈和疊繞組線圈之間互相起著均壓線作用，故無需另外加接均壓線。采用蛙繞組的直流電機有良好的運行性能，故其應(yīng)用日益廣泛。
電樞繞組是直流電機的核心部分。當電樞在磁場中旋轉(zhuǎn)時，電樞繞組中會感應(yīng)電動勢。當電樞繞組中有電流流過時，會產(chǎn)生電樞磁動勢，它與氣隙磁場相互作用，又產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩．電動勢與電流相互作用，吸收或放出電磁功率。電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相互作用，吸收或放出機械功率。二者同時存在，構(gòu)成電磁能量與機械能量的相互轉(zhuǎn)換，完成直流電機的基本功能。因此，電樞繞組在直流電機中起著重要的作用。
其他分類
根據(jù)不同的聯(lián)結(jié)方法，電樞繞組可分為：單疊繞組、單波繞組、復(fù)疊繞組、復(fù)波繞組、混合繞組等。它們的主要差別在于從電刷外看進去，電樞繞組聯(lián)結(jié)成了不同數(shù)目的并聯(lián)支路，以滿足不同額定電壓和電流的要求。其中，單疊繞組和單波繞組是兩種基本的形式。
特點
電樞繞組雖然有不同類型，但在結(jié)構(gòu)上有其共同的特點：它們都是由結(jié)構(gòu)形狀相同的繞組元件(簡稱元件)按一定的規(guī)律聯(lián)結(jié)而成。繞組元件又叫線圈，一臺電機的總元件數(shù)用s表示，每一元件有兩個放在槽中能切割磁通感生電動勢的有效邊稱元件邊。元件在槽外的部分不切割磁通，不感生電動勢，稱為端部。元件可分為單匝元件和多匝元件，前者的元件邊只有一根導(dǎo)體，后者元件邊則有多根導(dǎo)體串聯(lián)繞制而成，元件匝數(shù)以N表示，每個元件有兩根引出線，一根為首端，一根為尾端，它們接到不同的換向片上。
繞組的各個元件之間通過換向片相互聯(lián)結(jié)起來，這樣就必須在同一換向片上，既連有一個元件的首端，又連有另一個元件的尾端，使整個電樞繞組的元件數(shù)S和換向片數(shù)X相等，即S=K。
繞組元件被嵌放在電樞鐵心的槽內(nèi)，它的一個元件邊被放在槽的上層，稱為上層邊，另一邊被嵌放在另一槽的下層，稱為下層邊，同一槽上下二層放置了不同元件的有效邊，而一個元件也只有兩個邊，這樣電樞的槽數(shù)Q就應(yīng)該等于元件數(shù)J。
為了正確地把繞組嵌放在槽內(nèi)并與換向片相聯(lián)結(jié)，應(yīng)先了解電樞和換向器上各種繞組元件的節(jié)距。所謂節(jié)距是指相關(guān)的兩個元件之間的距離，通常以所跨過的槽數(shù)或換向片數(shù)來表示。
2）第二節(jié)距:
為元件的下層邊與其相聯(lián)結(jié)的元件上層邊之間的距離，以虛槽數(shù)計。
3）合成節(jié)距y和換向片節(jié)距:
y是相串聯(lián)的兩個元件的對應(yīng)邊的距離，以虛槽數(shù)計。
的關(guān)系為
單疊繞組的
；單波繞組的很大，但它們都是將感應(yīng)電動勢同方向的元件串聯(lián)起來。
交流電樞繞組
交流電樞繞組可分為卷線式和籠式兩大類。其中，卷線式繞組又有以下幾種分類方法。
按相數(shù)分類
有單相繞組和三相繞組。如果是三相的，三相繞組在磁場空間位置上要對稱分布，也就是各相間互差120°電位角。
三相繞組可接成星形(Y)或三角形
。如果把D1～D6等6個線端都引出來，則可根據(jù)需要接成Y或△形。例如為了降低起動電流，使異步電動機起動時接成Y形，而運轉(zhuǎn)時接成△形。
還有一種星－三角混合的接法。這種混接可有串聯(lián)和并聯(lián)兩種。利用星－三角混接可以從三相電源中獲得相當于十二相的電流系統(tǒng)。
并聯(lián)混接中星形繞組部分和三角形繞組部分之間容易產(chǎn)生環(huán)流，所以實際上采用的以串聯(lián)混接為多。
按相帶分類
按每相繞組在圓周上連續(xù)占有空間的電角度（相位角）分類：有120°相帶、60°相帶和30°相帶等繞組。通常三相交流電機采用60°相帶繞組。在相同串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)下,60°相帶繞組感應(yīng)電動勢約比120°相帶繞組的感應(yīng)電動勢大15%以上。30°相帶繞組雖然可以進一步提高繞組利用率，但由于其繞組制造復(fù)雜，而感應(yīng)電動勢提高不多，故僅用在一些有特殊要求的場合，例如用于高效率電動機中。
按槽內(nèi)線圈邊的層數(shù)分類
有單層繞組、雙層繞組和單雙層繞組。
單層繞組多用于小功率電機。和雙層繞組相比，它的線圈數(shù)減半，故繞線及嵌線工作量較少。雙層繞組可以任意選擇繞圈跨距以改善電動勢和磁通勢波形，或用來削弱某一特定的有害諧波。它的所有線圈幾何尺寸一致，便于制造，并且端部結(jié)構(gòu)整齊，有利于散熱，機械強度也高，因而，除了小型電機外，雙層繞組在所有容量范圍內(nèi)都得到了廣泛應(yīng)用。單雙層繞組是雙層短距繞組的一種變形，其性能和對應(yīng)的雙層短距繞組相同，但端部接線較短。線圈的幾何尺寸不等是它的一個缺點。
按每極每相槽數(shù)分類
有整數(shù)槽和分數(shù)槽兩種。整數(shù)槽繞組應(yīng)用最為廣泛。
分數(shù)槽繞組主要用以削弱同步電機中危害極大的諧波，改善電動勢波形和減少表面損耗。在低速多極的水輪發(fā)電機中用得很多。與整數(shù)槽繞組相比，分數(shù)槽繞組的磁通勢中諧波較多，必須防范可能引起的振動和噪聲。
其它分類法
按線圈端部的連接方法，單層繞組中還可分為同心式、鏈式和交叉式3種。
籠式繞組是異步電機中應(yīng)用最廣的一類交流電樞繞組。它的結(jié)構(gòu)和定子繞組很不相同。在異步電機轉(zhuǎn)子鐵心的槽內(nèi)各有一根導(dǎo)體條。鐵心兩端槽口外有兩個端環(huán)分別將所有導(dǎo)體條的兩端都連接起來，成一短接的回路。如果去掉磁路部分的鐵心，只考慮導(dǎo)電的電路部分，則此繞組的形狀像一個籠子，故而得名?；\式繞組的每根導(dǎo)體條就是一相。它可以和任意極數(shù)的旋轉(zhuǎn)磁場相配合，在其中感生電流?；\式繞組中的感應(yīng)電動勢很小，所以一般不需要絕緣。
演變
環(huán)形電樞繞組
優(yōu)點：繞組不受極數(shù)的限制，即同樣的繞組可供不同極數(shù)的電機使用。
缺點：中空鐵心內(nèi)側(cè)導(dǎo)體無法切割磁極磁通（無磁通可切）以產(chǎn)生電勢，即只有一半導(dǎo)體產(chǎn)生電動勢，浪費材料且增加電樞電阻須手工繞制，制造費時，且絕緣處理不易使自感及互感增大致?lián)Q向不良。
鼓形電樞繞組
優(yōu)點：導(dǎo)體利用率較環(huán)形繞組高可采用成形的繞組，繞置容易及易于絕緣自感及互感較環(huán)形繞組小，因此換向較環(huán)形繞組優(yōu)。
缺點：不能適用於不相同極數(shù)的電機，有可能電動勢方向或電磁力方向會相反而抵消一部分。
參考資料
[1]
戈寶軍、梁艷萍、陶大軍 . 《電機學(xué)》 : 高等教育出版社 ，2020-4
電樞繞組相關(guān)的文章
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