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電樞繞組
電機的核心電路部分
電樞繞組由一定數目的電樞線(xiàn)圈按一定的規律連接組成，是電機的核心電路部分，也是感生電動(dòng)勢，產(chǎn)生電磁轉矩進(jìn)行機電能量轉換的部分。線(xiàn)圈用絕緣的圓形或矩形截面的導線(xiàn)繞成，分上下兩層嵌放在電樞鐵心槽內，上下層以及線(xiàn)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(xiàn)圈 |
| 學(xué)科 | 電力工程 |
簡(jiǎn)介
圖1 電樞繞組斷路的檢查
電樞繞組設計要求：電樞繞組的構成，應能產(chǎn)生足夠的感應電動(dòng)勢，并允許通過(guò)一定的電樞電流，從而產(chǎn)生所需的電磁轉矩和電磁功率，此外，還要節省有色金屬和絕緣材料，結構簡(jiǎn)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(lèi)，分別用于直流電機和交流電機。
相關(guān)術(shù)語(yǔ)
1）元件（線(xiàn)圈）
繞組線(xiàn)圈稱(chēng)為繞組元件，分單匝和多匝。一個(gè)元件由兩條元件邊和端接線(xiàn)組成，元件邊放在槽內，能切割磁力線(xiàn)而產(chǎn)生感應電動(dòng)勢，叫“有效邊”，端接線(xiàn)放在槽外，不切割磁力線(xiàn)，僅作為連接線(xiàn)用。每個(gè)元件的一個(gè)元件邊放在某一個(gè)槽的上層，另一個(gè)元件邊則放在另一槽的下層。
2）元件的首末端
每一個(gè)元件均引出兩根線(xiàn)與換向片相連，其中一根稱(chēng)為首端，另一根稱(chēng)為末端。每一個(gè)元件的兩個(gè)端點(diǎn)分別接在不同的換向片上，每個(gè)換向片接兩個(gè)不同的線(xiàn)圈端頭。
3）實(shí)槽
電機電樞上實(shí)際開(kāi)出的槽叫實(shí)槽。實(shí)槽數用Q表示。
4）虛槽
即單元槽(每層元件邊的數量等于虛槽數)，每個(gè)虛槽的上、下層各有一個(gè)元件邊。虛槽數用
表示。設槽內每層有μ個(gè)虛槽，若實(shí)槽數為Q，虛槽數為，則
。
5）極軸線(xiàn)
磁極的中心線(xiàn)。
6）幾何中性線(xiàn)
7）物理中性線(xiàn)
直流電樞繞組
通常采用雙層繞組。線(xiàn)圈的有效部分包含左、右兩個(gè)有效邊。放在槽內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(kāi)。同一線(xiàn)圈上下兩個(gè)有效邊沿圓周方向的距離即為線(xiàn)圈的跨距，通常用槽距（兩相鄰槽間距離）的倍數表示?？缇嗉s等于一個(gè)極距。注：相鄰兩磁極的距離，也常用槽距的倍數表示。
直流電樞繞組分疊繞組、波繞組和蛙繞組3種。每個(gè)線(xiàn)圈的兩個(gè)出線(xiàn)端連接到換向器的兩個(gè)換向片上，兩者在換向器圓周表面上相隔的距離稱(chēng)為換向器節距，用
表示。不同形式的繞組具有不同的換向器節距。
疊繞組
指串聯(lián)的兩個(gè)元件總是后一個(gè)元件的端接部分緊疊在前一個(gè)元件端接部分，整個(gè)繞組成折疊式前進(jìn)。
有單疊繞組和復疊繞組之分。單疊繞組是將同一磁極下相鄰的線(xiàn)圈依次串聯(lián)起來(lái)，構成一條并聯(lián)支路，所以對應一個(gè)磁極就有一條并聯(lián)支路。單疊繞組的基本特征是并聯(lián)支路數等于磁極數。各條支路間通過(guò)電刷并聯(lián)。
單疊繞組線(xiàn)圈的換向器節距
。
者稱(chēng)復疊繞組。比較常用的是
的復疊繞組，又稱(chēng)雙疊繞組。雙疊繞組在一個(gè)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(shí)，共有8條并聯(lián)支路。各條支路間也是通過(guò)電刷并聯(lián)。電刷組數等于電機的極數。其中一半為正電刷組，另一半為負電刷組。疊繞組的并聯(lián)支路數較多，它等于極數或為極數的整倍數，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(chǎng)下的相應元件串聯(lián)起來(lái)，象波浪式的前進(jìn)。
有單波繞組和復波繞組。單波繞組的特點(diǎn)是將同極性下的所有線(xiàn)圈按一定規律全部串聯(lián)起來(lái)，形成一條并聯(lián)支路。所以整個(gè)電樞繞組只有兩條并聯(lián)支路。波繞組線(xiàn)圈的換向器節距式中p為磁極對數；k為換向片數；a為使等于整數的正整數，它等于波繞組的并聯(lián)支路對數。單波繞組的a=1，而a=2的復波繞組稱(chēng)雙波繞組，它可以看成是由兩個(gè)單波繞組并聯(lián)而成的復波繞組，故有4條并聯(lián)支路；a>2者可類(lèi)推，但用得很少。
波繞組從并聯(lián)電路連接原理上說(shuō)，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仍然等于其極數，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(cháng)度。此外，對線(xiàn)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(xiàn)圈接在同一換向器上并聯(lián)工作。由于其線(xiàn)圈組合的外形很像青蛙而得名。這種繞組因波繞組線(xiàn)圈和疊繞組線(xiàn)圈之間互相起著(zhù)均壓線(xiàn)作用，故無(wú)需另外加接均壓線(xiàn)。采用蛙繞組的直流電機有良好的運行性能，故其應用日益廣泛。
電樞繞組是直流電機的核心部分。當電樞在磁場(chǎng)中旋轉時(shí)，電樞繞組中會(huì )感應電動(dòng)勢。當電樞繞組中有電流流過(guò)時(shí)，會(huì )產(chǎn)生電樞磁動(dòng)勢，它與氣隙磁場(chǎng)相互作用，又產(chǎn)生電磁轉矩．電動(dòng)勢與電流相互作用，吸收或放出電磁功率。電磁轉矩與轉子轉速相互作用，吸收或放出機械功率。二者同時(shí)存在，構成電磁能量與機械能量的相互轉換，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(zhù)重要的作用。
其他分類(lèi)
根據不同的聯(lián)結方法，電樞繞組可分為：?jiǎn)委B繞組、單波繞組、復疊繞組、復波繞組、混合繞組等。它們的主要差別在于從電刷外看進(jìn)去，電樞繞組聯(lián)結成了不同數目的并聯(lián)支路，以滿(mǎn)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(diǎn)
電樞繞組雖然有不同類(lèi)型，但在結構上有其共同的特點(diǎn)：它們都是由結構形狀相同的繞組元件(簡(jiǎn)稱(chēng)元件)按一定的規律聯(lián)結而成。繞組元件又叫線(xiàn)圈，一臺電機的總元件數用s表示，每一元件有兩個(gè)放在槽中能切割磁通感生電動(dòng)勢的有效邊稱(chēng)元件邊。元件在槽外的部分不切割磁通，不感生電動(dòng)勢，稱(chēng)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體，后者元件邊則有多根導體串聯(lián)繞制而成，元件匝數以N表示，每個(gè)元件有兩根引出線(xiàn)，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(gè)元件之間通過(guò)換向片相互聯(lián)結起來(lái)，這樣就必須在同一換向片上，既連有一個(gè)元件的首端，又連有另一個(gè)元件的尾端，使整個(gè)電樞繞組的元件數S和換向片數X相等，即S=K。
繞組元件被嵌放在電樞鐵心的槽內，它的一個(gè)元件邊被放在槽的上層，稱(chēng)為上層邊，另一邊被嵌放在另一槽的下層，稱(chēng)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(gè)元件也只有兩個(gè)邊，這樣電樞的槽數Q就應該等于元件數J。
為了正確地把繞組嵌放在槽內并與換向片相聯(lián)結，應先了解電樞和換向器上各種繞組元件的節距。所謂節距是指相關(guān)的兩個(gè)元件之間的距離，通常以所跨過(guò)的槽數或換向片數來(lái)表示。
2）第二節距:
為元件的下層邊與其相聯(lián)結的元件上層邊之間的距離，以虛槽數計。
3）合成節距y和換向片節距:
y是相串聯(lián)的兩個(gè)元件的對應邊的距離，以虛槽數計。
的關(guān)系為
單疊繞組的
；單波繞組的很大，但它們都是將感應電動(dòng)勢同方向的元件串聯(lián)起來(lái)。
交流電樞繞組
交流電樞繞組可分為卷線(xiàn)式和籠式兩大類(lèi)。其中，卷線(xiàn)式繞組又有以下幾種分類(lèi)方法。
按相數分類(lèi)
有單相繞組和三相繞組。如果是三相的，三相繞組在磁場(chǎng)空間位置上要對稱(chēng)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(gè)線(xiàn)端都引出來(lái)，則可根據需要接成Y或△形。例如為了降低起動(dòng)電流，使異步電動(dòng)機起動(dòng)時(shí)接成Y形，而運轉時(shí)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。
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(shí)際上采用的以串聯(lián)混接為多。
按相帶分類(lèi)
按每相繞組在圓周上連續占有空間的電角度（相位角）分類(lèi)：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)導體數下,60°相帶繞組感應電動(dòng)勢約比120°相帶繞組的感應電動(dòng)勢大15%以上。30°相帶繞組雖然可以進(jìn)一步提高繞組利用率，但由于其繞組制造復雜，而感應電動(dòng)勢提高不多，故僅用在一些有特殊要求的場(chǎng)合，例如用于高效率電動(dòng)機中。
按槽內線(xiàn)圈邊的層數分類(lèi)
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(xiàn)圈數減半，故繞線(xiàn)及嵌線(xiàn)工作量較少。雙層繞組可以任意選擇繞圈跨距以改善電動(dòng)勢和磁通勢波形，或用來(lái)削弱某一特定的有害諧波。它的所有線(xiàn)圈幾何尺寸一致，便于制造，并且端部結構整齊，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都得到了廣泛應用。單雙層繞組是雙層短距繞組的一種變形，其性能和對應的雙層短距繞組相同，但端部接線(xiàn)較短。線(xiàn)圈的幾何尺寸不等是它的一個(gè)缺點(diǎn)。
按每極每相槽數分類(lèi)
有整數槽和分數槽兩種。整數槽繞組應用最為廣泛。
分數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(dòng)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。與整數槽繞組相比，分數槽繞組的磁通勢中諧波較多，必須防范可能引起的振動(dòng)和噪聲。
其它分類(lèi)法
按線(xiàn)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用最廣的一類(lèi)交流電樞繞組。它的結構和定子繞組很不相同。在異步電機轉子鐵心的槽內各有一根導體條。鐵心兩端槽口外有兩個(gè)端環(huán)分別將所有導體條的兩端都連接起來(lái)，成一短接的回路。如果去掉磁路部分的鐵心，只考慮導電的電路部分，則此繞組的形狀像一個(gè)籠子，故而得名?；\式繞組的每根導體條就是一相。它可以和任意極數的旋轉磁場(chǎng)相配合，在其中感生電流?；\式繞組中的感應電動(dòng)勢很小，所以一般不需要絕緣。
演變
環(huán)形電樞繞組
優(yōu)點(diǎn)：繞組不受極數的限制，即同樣的繞組可供不同極數的電機使用。
缺點(diǎn)：中空鐵心內側導體無(wú)法切割磁極磁通（無(wú)磁通可切）以產(chǎn)生電勢，即只有一半導體產(chǎn)生電動(dòng)勢，浪費材料且增加電樞電阻須手工繞制，制造費時(shí)，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(diǎn)：導體利用率較環(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(diǎn)：不能適用於不相同極數的電機，有可能電動(dòng)勢方向或電磁力方向會(huì )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
周伯通是是金庸所著(zhù)武俠小說(shuō)《射雕英雄傳》和《神雕俠侶》中的人物，他天性純真，愛(ài)捉弄別人，故有“老頑童”之稱(chēng)，在《射雕英雄傳》第十六回首次出場(chǎng)，在小說(shuō)中，周伯通為王重陽(yáng)（書(shū)中為“天下五絕”之首，有“中神通”之號）的師弟，全真七子的師叔，是為全真教創(chuàng )始人之一。為金庸小說(shuō)中武功絕頂的高手之一。
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這家伙太懶了，什么都沒(méi)寫(xiě)！
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