AutoCAD在电机与拖动技术教学中的应用

李远豪

【摘要】电枢绕组是直流电机的核心部分。而画绕组展开图是研究电枢绕组连接规律的重要方法。传统的绕组展开图是用手工绘制的，既耗时又费精力，很麻烦。本文利用AutoCAD（Autodesk Computer Aided Design）计算机辅助设计画图软件绘制直流电机电枢绕组的绕组展开图，通过实例介绍了该软件在“电机与拖动技术”课程教学中的应用。将AutoCAD软件引入绕组展开图的绘制将使学生从繁重的手工绘图解脱出来，有更多的时间用于理解电枢绕组的基本概念，还可提高学生的兴趣和课堂的教学效果。

【关键词】电机与拖动技术 AutoCAD软件 绕组展开图

【中圖分类号】TM1-4；TM921-4 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2017）09-0024-02

在“电机与拖动技术”这门课程中，会经常遇到分析电机绕组连接规律的问题。无论是直流电机还是交流电机，电机绕组是其组成极其重要的一部分，电机的感应电动势和电磁转矩都是在电枢绕组中产生的，电枢绕组是实现电机机电能量转换的枢纽，是电机的核心部分。计算电机感应电动势和电磁转矩，是离不开研究电机电枢绕组的连接规律的。对直流电机而言，我们可通过绘制直流电机电枢绕组的绕组展开图去研究直流电机里面绕圈连接的规律。在传统教学中，教师绘制绕组展开图都是用手工在黑板上画的。这样既耗费比较多的课堂时间和教师较多的精力，画出的绕组展开图也不够精确、美观和整齐，同时，教学效果也不太好。

随着计算机辅助设计软件AutoCAD在电气工程及其自动化等理工科专业的普及，笔者尝试将AutoCAD软件应用到电机与拖动技术的教学中。AutoCAD是美国公司Autodesk推出的，集二维绘图、三维设计、渲染及通用数据库和互联网通讯功能为一体的计算机辅绘图软件包。AutoCAD有丰富的二维绘图命令，如直线类命令、圆弧类命令、点命令、样条曲线命令和多线，还有丰富的编辑命令，如镜像命令、偏移命令、阵列命令、复制命令、移动命令，这样大大的提高了绘制的效率。此外，AutoCAD软件还有精确定位工具、对象捕捉、对象追踪和对象约束等精确绘制的功能，使绘制出的图形非常精确。本文试图利用AutoCAD软件绘制电枢绕组连接形式是单叠绕组的直流电机的绕组展开图。

一、单叠绕组

1.单叠绕组的概念

单叠绕组是指相串联的元件的首端和末端分别连接到相邻的两片换相上，后一个元件叠在前一个元件上，整个绕组成褶叠前进，元件的连接如图1所示。

2.单叠绕组的特点

直流电机电枢绕组连接形式为单叠绕组时，具有以下几个特点：

（1）y=yk=1，等式中的y是表示直流电机电枢绕组的合成节距，yk是表示直流电机电枢绕组的换向片节距。

（2）2a=2p，等式中a表示为单叠绕组并联支路图的支路对数，p是直流电机的磁极对数。

（3）电刷数等于主磁极数，电刷的位置应使支路的感应电动势最大，电刷间的电动势等并联支路电动势。

（4）电枢电流等于各并电流之和。

3.单叠绕组的展开图绘制步骤

单叠绕组的连接规律可用绕组展开图来表示。绘制绕组展开图的步骤如下：

（1）计算绕组的各个节距，极距τ，合成节距y和第一节距y1。

（2）画槽、元件，按顺序编号。电机有多少个槽，就有多少个标号，并且标号是连续的，但起始标号可从任意开始。由于直流电机电枢绕组是双层的，所以每槽用两条短线表示，实线表示上层，虚线表示下层。注意：实线上的标号既表示槽号也表示元件号，同时还表示该元件的上层边所在的位置。

（3）画换向片，按顺序编号。用小方块代表各换向片，换向器与电枢同周长，换向片的编号也是按顺序从左向右并以第一元件上层边所连接的换向片的编号作为第一换向片号。

（4）排列、连接绕组。根据各节距按规律排列连接。

（5）放置主磁极。主磁极应N、S极交替地、均匀地放置在各槽之上，每个磁极的宽度约为极距的70%。

（6）安放电刷。放置电刷时应使电刷间的感应电动势最大，或被电刷短路的元件感应电动势最小。在展开图中，直流电机的电刷置于磁极中心线下，电刷大小与换向片的大小相同，电刷数与主磁极相同。

二、应用举例

下面举例说明AutoCAD软件在绘制直流电机电枢绕组展开图中的应用。

【例1】 已知一台直流电机2p=2，S=K=Zu=8，画出单叠绕组展开图。其中S是元件数，K是换向片数，Zu是电枢虚槽数。按照上述步骤利用AutoCAD软件绘制单叠绕组的展开图，如下所示。本文是利用AutoCAD 2010-Simplified Chinese版本绘制的。

（1）计算绕组的各个节距，极距τ，合成节距y，第一节距y1和换向片节距yk

（2）画槽、元件，按顺序编号。用AutoCAD软件的绘图直线命令、偏移命令、文本编辑和复制命令。

（3）画换向片，按顺序编号。AutoCAD软件的直线命令绘制辅助线确定换向片离槽的距离，再用直线命令、偏移命令、文字编辑命令和复制命令，可画出直流电机的换向片。

（4）根据第一节距y1=4和换向片节距yk=1，把线圈的端接部分和首、末端绘制出来，连接成电枢绕组。根据第一节距y1和对称原则，用AutoCAD软件的直线命令

绘制辅助线确定线圈的端接部分的顶点；根据换向片节距yk=1，用AutoCAD软件的直线命令绘制辅助线确定线圈的端部位置，再用直线命令、偏移命令和复制命令依次绘制各个线圈的端接部分和首、末端，再结合延伸命令和裁剪命令进行后处理。

（5）根据极距τ=4计算出主磁极的长度占2.8个虚槽，再根据对称均匀放置原则，放置主磁极。

（6）安放电刷，引出出线端A、B。用AutoCAD软件的矩阵命令、图案填充命令、复制命令、移动命令再结合对象捕捉绘制出电刷A、B并放置好，电刷的中心线与相应主磁极的中心性重合。再用直线命令绘制出相应电刷的引出线。

三、结束语

本文讨论了AutoCAD软件应用到“电机与拖动技术”这门课程的教学中。利用AutoCAD软件绘制直流电机单叠绕组形式电枢绕组的绕组展开图。与手工绘制绕组展开（下转145页）

（上接24页）图相比，用AutoCAD软件绘制的更加美观、整齐、高效和精确；其次，AutoCAD软件绘制跟投影仪结合，学生在课堂上通过投影仪能够更清楚看到绘制绕组展开图的过程，学习效果更好；最后，还可以通过屏幕录像软件将用AutoCAD软件绘制绕组展开图的过程录制成视频，以供给学生课后观看，加以巩固所学的知识，提高了教学效果。此外，还可提高学生的学习兴趣，并进一步的巩固已学AutoCAD软件操作技能。

参考文献：

[1]耿国强，张红松，胡仁喜.AutoCAD 2010中文版入门与提高[M].北京：化学工业出版社，2009年9月.

[2]张晶，郑立平，王文一.电机与拖动技术（第四版）[M].大连理工大学出版社.2014年6月.