直流单波绕组设计优化

1.单波绕组的特点和节距计算

（1）单波绕组的特点。同一元件首末两端分别接到相隔较远的换向片上，形如波浪，故称波绕组，如图5-17所示，yk＞y1；互相串联的两元件对应有效边在电枢表面所跨的距离约为2τ，即：y=yk≈2τ。这样，若电机的磁极对数为p，那么，绕电枢一周，便串联了p只元件，为了能继续绕下去，第p只元件的末端应接到起始换向片相邻的换向片上，因此要求

式中：取“+”为右行绕组；“-”为左行绕组。常用左行绕组。

图5-17　单波绕组元件

（a）左行绕组元件；（b）右行绕组元件

（2）单波绕组的节距计算。

1）第一节距y1计算。单波绕组的第一节距y1的计算方法与单叠绕组的计算相同。

2）合成节距和换向器节距yk的计算。选择yk时，应使串联的元件感应电动势同方向。为此，得把两个串联的元件放在同极性磁极的下面，此时它们在空间位置上相距约两个极距。其次，当沿圆周向一个方向绕了一周，经过p个串联的元件后（p为主磁极对数），其末尾所连的换向片必须落在与起始的换向片相邻的位置，这样才能使第二周元件继续往下连，此时换向总节距数为pyk，即

式中：K为换向片数。由上式可得换向节距为

在上式中，正负号的选择首先应满足使yk为整数，其次考虑选择负号。选择负号时的单波绕组称为左行绕组，左行绕组端部叠压少。单波绕组的合成节距与换向节距相同，即y=yk。

3）第二节距y2计算。

2.单波绕组展开图

为进一步分析单波绕组的连接规律和特点，现以一个具体例子进行说明。

【例5-2】 已知主磁极对数p=2，Z=S=K=15，要求绘制单波左行绕组展开图。

解：节距计算如下

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（1）单波绕组的连接。单波绕组的展开图的虚槽和换向片的编号与单叠绕组相同，其元件连接顺序如图5-18所示。

图5-18　单波绕组元件连接顺序表

将1号元件首端接在1号换向片上，元件上层边放在1号槽的上层（实线）。据y1=3，下层边放在4号槽（1+3=4）下层（虚线）；据yk=7，末端接到8号换向片上。第二只元件首端也接在8号换向片上，据y2=4，上层边应放在8号槽（4+y2=4+4=8）上层，下层边放在11号槽下层，末端回到1号换向片的相邻换向片的左边15号换向片上。可见两只元件串联后，在电枢表面跨距近2τ，按此规律将15只元件全部串联成一闭合回路。

（2）磁极和电刷的安放。磁极的安放与单叠绕组相同。在对称单波绕组中，电刷仍安放在主磁极轴线下的换向片上，且与几何中性线上的元件相连接，如图5-19所示。

图5-19　单波绕组展开图

3.单波绕组的并联支路图

从图5-18的连接次序表可以看出，单波绕组也是一个自身闭路的绕组。

单波绕组的并联支路如图5-20（a）所示，绕组内部是将所有元件串联起来形成一闭合回路；从外部看，它的连接规律是将同一极性下的所有上层元件边串联起来构成一条支路，如图5-20（b）。从图中看出，单波绕组是把所有N极下的全部元件串联起来形成一条支路，把所有S极下的元件串联起来形成另外的一条支路。

图5-20　单波绕组并联支路图

（a）单波绕组并联支路图；（b）单波绕组绕法示意

单从支路对数来看，单波绕组有两个电刷就能进行工作，实际使用中，仍然要装上和主磁极数相同的全额电刷，这样做有利于直流电机的换向以及减小换向器轴向尺寸。只有在特殊情况下可以少用电刷。

单波绕组有以下的特点：

（1）同极性下各元件串联起来组成一条支路，支路对数a=1，与磁极对数p无关。

（2）当元件的几何形状对称时，电刷在换向器表面上的位置对准主磁极中心线，支路电动势最大（即正、负电刷间电动势最大）。

（3）电刷杆数也应等于极数（采用全额电刷）。

（4）电枢电动势等于支路感应电动势。

（5）电枢电流等于两条支路电流之和。

4.单叠与单波绕组的区别

当电机的极对数、元件数以及导体截面积相同的情况下。单叠绕组并联支路数较多，每条支路里的元件数少，支路合成感应电动势较低；又由于单叠绕组并联支路数多，所以允许通过的总电枢电流就大，因此单叠绕组适合用于低电压、大电流的直流电机。而对于单波绕组，支路对数与主磁极对数无关永远等于1，每条支路里含的元件数较多，支路合成感应电动势较高；由于并联支路数少，在支路电流与单叠绕组支路电流相同的情况下，单波绕组能允许通过的总电枢电流就较小，所以单波绕组适用于较高电压、较小电枢电流的直流电机。