AutoCAD在電機與拖動技術教學中的應用

李遠豪

【摘要】電樞繞組是直流電機的核心部分。而畫繞組展開圖是研究電樞繞組連接規律的重要方法。傳統的繞組展開圖是用手工繪制的，既耗時又費精力，很麻煩。本文利用AutoCAD（Autodesk Computer Aided Design）計算機輔助設計畫圖軟件繪制直流電機電樞繞組的繞組展開圖，通過實例介紹了該軟件在“電機與拖動技術”課程教學中的應用。將AutoCAD軟件引入繞組展開圖的繪制將使學生從繁重的手工繪圖解脫出來，有更多的時間用于理解電樞繞組的基本概念，還可提高學生的興趣和課堂的教學效果。

【關鍵詞】電機與拖動技術 AutoCAD軟件 繞組展開圖

【中圖分類號】TM1-4；TM921-4 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）09-0024-02

在“電機與拖動技術”這門課程中，會經常遇到分析電機繞組連接規律的問題。無論是直流電機還是交流電機，電機繞組是其組成極其重要的一部分，電機的感應電動勢和電磁轉矩都是在電樞繞組中產生的，電樞繞組是實現電機機電能量轉換的樞紐，是電機的核心部分。計算電機感應電動勢和電磁轉矩，是離不開研究電機電樞繞組的連接規律的。對直流電機而言，我們可通過繪制直流電機電樞繞組的繞組展開圖去研究直流電機里面繞圈連接的規律。在傳統教學中，教師繪制繞組展開圖都是用手工在黑板上畫的。這樣既耗費比較多的課堂時間和教師較多的精力，畫出的繞組展開圖也不夠精確、美觀和整齊，同時，教學效果也不太好。

隨著計算機輔助設計軟件AutoCAD在電氣工程及其自動化等理工科專業的普及，筆者嘗試將AutoCAD軟件應用到電機與拖動技術的教學中。AutoCAD是美國公司Autodesk推出的，集二維繪圖、三維設計、渲染及通用數據庫和互聯網通訊功能為一體的計算機輔繪圖軟件包。AutoCAD有豐富的二維繪圖命令，如直線類命令、圓弧類命令、點命令、樣條曲線命令和多線，還有豐富的編輯命令，如鏡像命令、偏移命令、陣列命令、復制命令、移動命令，這樣大大的提高了繪制的效率。此外，AutoCAD軟件還有精確定位工具、對象捕捉、對象追蹤和對象約束等精確繪制的功能，使繪制出的圖形非常精確。本文試圖利用AutoCAD軟件繪制電樞繞組連接形式是單疊繞組的直流電機的繞組展開圖。

一、單疊繞組

1.單疊繞組的概念

單疊繞組是指相串聯的元件的首端和末端分別連接到相鄰的兩片換相上，后一個元件疊在前一個元件上，整個繞組成褶疊前進，元件的連接如圖1所示。

2.單疊繞組的特點

直流電機電樞繞組連接形式為單疊繞組時，具有以下幾個特點：

（1）y=yk=1，等式中的y是表示直流電機電樞繞組的合成節距，yk是表示直流電機電樞繞組的換向片節距。

（2）2a=2p，等式中a表示為單疊繞組并聯支路圖的支路對數，p是直流電機的磁極對數。

（3）電刷數等于主磁極數，電刷的位置應使支路的感應電動勢最大，電刷間的電動勢等并聯支路電動勢。

（4）電樞電流等于各并電流之和。

3.單疊繞組的展開圖繪制步驟

單疊繞組的連接規律可用繞組展開圖來表示。繪制繞組展開圖的步驟如下：

（1）計算繞組的各個節距，極距τ，合成節距y和第一節距y1。

（2）畫槽、元件，按順序編號。電機有多少個槽，就有多少個標號，并且標號是連續的，但起始標號可從任意開始。由于直流電機電樞繞組是雙層的，所以每槽用兩條短線表示，實線表示上層，虛線表示下層。注意：實線上的標號既表示槽號也表示元件號，同時還表示該元件的上層邊所在的位置。

（3）畫換向片，按順序編號。用小方塊代表各換向片，換向器與電樞同周長，換向片的編號也是按順序從左向右并以第一元件上層邊所連接的換向片的編號作為第一換向片號。

（4）排列、連接繞組。根據各節距按規律排列連接。

（5）放置主磁極。主磁極應N、S極交替地、均勻地放置在各槽之上，每個磁極的寬度約為極距的70%。

（6）安放電刷。放置電刷時應使電刷間的感應電動勢最大，或被電刷短路的元件感應電動勢最小。在展開圖中，直流電機的電刷置于磁極中心線下，電刷大小與換向片的大小相同，電刷數與主磁極相同。

二、應用舉例

下面舉例說明AutoCAD軟件在繪制直流電機電樞繞組展開圖中的應用。

【例1】 已知一臺直流電機2p=2，S=K=Zu=8，畫出單疊繞組展開圖。其中S是元件數，K是換向片數，Zu是電樞虛槽數。按照上述步驟利用AutoCAD軟件繪制單疊繞組的展開圖，如下所示。本文是利用AutoCAD 2010-Simplified Chinese版本繪制的。

（1）計算繞組的各個節距，極距τ，合成節距y，第一節距y1和換向片節距yk

（2）畫槽、元件，按順序編號。用AutoCAD軟件的繪圖直線命令、偏移命令、文本編輯和復制命令。

（3）畫換向片，按順序編號。AutoCAD軟件的直線命令繪制輔助線確定換向片離槽的距離，再用直線命令、偏移命令、文字編輯命令和復制命令，可畫出直流電機的換向片。

（4）根據第一節距y1=4和換向片節距yk=1，把線圈的端接部分和首、末端繪制出來，連接成電樞繞組。根據第一節距y1和對稱原則，用AutoCAD軟件的直線命令

繪制輔助線確定線圈的端接部分的頂點；根據換向片節距yk=1，用AutoCAD軟件的直線命令繪制輔助線確定線圈的端部位置，再用直線命令、偏移命令和復制命令依次繪制各個線圈的端接部分和首、末端，再結合延伸命令和裁剪命令進行后處理。

（5）根據極距τ=4計算出主磁極的長度占2.8個虛槽，再根據對稱均勻放置原則，放置主磁極。

（6）安放電刷，引出出線端A、B。用AutoCAD軟件的矩陣命令、圖案填充命令、復制命令、移動命令再結合對象捕捉繪制出電刷A、B并放置好，電刷的中心線與相應主磁極的中心性重合。再用直線命令繪制出相應電刷的引出線。

三、結束語

本文討論了AutoCAD軟件應用到“電機與拖動技術”這門課程的教學中。利用AutoCAD軟件繪制直流電機單疊繞組形式電樞繞組的繞組展開圖。與手工繪制繞組展開（下轉145頁）

（上接24頁）圖相比，用AutoCAD軟件繪制的更加美觀、整齊、高效和精確；其次，AutoCAD軟件繪制跟投影儀結合，學生在課堂上通過投影儀能夠更清楚看到繪制繞組展開圖的過程，學習效果更好；最后，還可以通過屏幕錄像軟件將用AutoCAD軟件繪制繞組展開圖的過程錄制成視頻，以供給學生課后觀看，加以鞏固所學的知識，提高了教學效果。此外，還可提高學生的學習興趣，并進一步的鞏固已學AutoCAD軟件操作技能。

參考文獻：

[1]耿國強，張紅松，胡仁喜.AutoCAD 2010中文版入門與提高[M].北京：化學工業出版社，2009年9月.

[2]張晶，鄭立平，王文一.電機與拖動技術（第四版）[M].大連理工大學出版社.2014年6月.