AutoCAD在電機(jī)與拖動(dòng)技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用

李遠(yuǎn)豪

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

【關(guān)鍵詞】電機(jī)與拖動(dòng)技術(shù) AutoCAD軟件 繞組展開圖

【中圖分類號(hào)】TM1-4；TM921-4 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2017）09-0024-02

在“電機(jī)與拖動(dòng)技術(shù)”這門課程中，會(huì)經(jīng)常遇到分析電機(jī)繞組連接規(guī)律的問題。無論是直流電機(jī)還是交流電機(jī)，電機(jī)繞組是其組成極其重要的一部分，電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢和電磁轉(zhuǎn)矩都是在電樞繞組中產(chǎn)生的，電樞繞組是實(shí)現(xiàn)電機(jī)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的樞紐，是電機(jī)的核心部分。計(jì)算電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢和電磁轉(zhuǎn)矩，是離不開研究電機(jī)電樞繞組的連接規(guī)律的。對(duì)直流電機(jī)而言，我們可通過繪制直流電機(jī)電樞繞組的繞組展開圖去研究直流電機(jī)里面繞圈連接的規(guī)律。在傳統(tǒng)教學(xué)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(fèi)比較多的課堂時(shí)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(shí)，教學(xué)效果也不太好。

隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件AutoCAD在電氣工程及其自動(dòng)化等理工科專業(yè)的普及，筆者嘗試將AutoCAD軟件應(yīng)用到電機(jī)與拖動(dòng)技術(shù)的教學(xué)中。AutoCAD是美國公司Autodesk推出的，集二維繪圖、三維設(shè)計(jì)、渲染及通用數(shù)據(jù)庫和互聯(lián)網(wǎng)通訊功能為一體的計(jì)算機(jī)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(diǎn)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(fù)制命令、移動(dòng)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(duì)象捕捉、對(duì)象追蹤和對(duì)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(jī)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(lián)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(gè)元件疊在前一個(gè)元件上，整個(gè)繞組成褶疊前進(jìn)，元件的連接如圖1所示。

2.單疊繞組的特點(diǎn)

直流電機(jī)電樞繞組連接形式為單疊繞組時(shí)，具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

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

（2）2a=2p，等式中a表示為單疊繞組并聯(lián)支路圖的支路對(duì)數(shù)，p是直流電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)。

（3）電刷數(shù)等于主磁極數(shù)，電刷的位置應(yīng)使支路的感應(yīng)電動(dòng)勢最大，電刷間的電動(dòng)勢等并聯(lián)支路電動(dòng)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(guī)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(jì)算繞組的各個(gè)節(jié)距，極距τ，合成節(jié)距y和第一節(jié)距y1。

（2）畫槽、元件，按順序編號(hào)。電機(jī)有多少個(gè)槽，就有多少個(gè)標(biāo)號(hào)，并且標(biāo)號(hào)是連續(xù)的，但起始標(biāo)號(hào)可從任意開始。由于直流電機(jī)電樞繞組是雙層的，所以每槽用兩條短線表示，實(shí)線表示上層，虛線表示下層。注意：實(shí)線上的標(biāo)號(hào)既表示槽號(hào)也表示元件號(hào)，同時(shí)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(hào)。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(hào)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(hào)作為第一換向片號(hào)。

（4）排列、連接繞組。根據(jù)各節(jié)距按規(guī)律排列連接。

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

（6）安放電刷。放置電刷時(shí)應(yīng)使電刷間的感應(yīng)電動(dòng)勢最大，或被電刷短路的元件感應(yīng)電動(dòng)勢最小。在展開圖中，直流電機(jī)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(shù)與主磁極相同。

二、應(yīng)用舉例

下面舉例說明AutoCAD軟件在繪制直流電機(jī)電樞繞組展開圖中的應(yīng)用。

【例1】 已知一臺(tái)直流電機(jī)2p=2，S=K=Zu=8，畫出單疊繞組展開圖。其中S是元件數(shù)，K是換向片數(shù)，Zu是電樞虛槽數(shù)。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(jì)算繞組的各個(gè)節(jié)距，極距τ，合成節(jié)距y，第一節(jié)距y1和換向片節(jié)距yk

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

（3）畫換向片，按順序編號(hào)。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(fù)制命令，可畫出直流電機(jī)的換向片。

（4）根據(jù)第一節(jié)距y1=4和換向片節(jié)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(jù)第一節(jié)距y1和對(duì)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(diǎn)；根據(jù)換向片節(jié)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(fù)制命令依次繪制各個(gè)線圈的端接部分和首、末端，再結(jié)合延伸命令和裁剪命令進(jìn)行后處理。

（5）根據(jù)極距τ=4計(jì)算出主磁極的長度占2.8個(gè)虛槽，再根據(jù)對(duì)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(fù)制命令、移動(dòng)命令再結(jié)合對(duì)象捕捉繪制出電刷A、B并放置好，電刷的中心線與相應(yīng)主磁極的中心性重合。再用直線命令繪制出相應(yīng)電刷的引出線。

三、結(jié)束語

本文討論了AutoCAD軟件應(yīng)用到“電機(jī)與拖動(dòng)技術(shù)”這門課程的教學(xué)中。利用AutoCAD軟件繪制直流電機(jī)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(zhuǎn)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(jié)合，學(xué)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(xué)習(xí)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(xué)生課后觀看，加以鞏固所學(xué)的知識(shí)，提高了教學(xué)效果。此外，還可提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并進(jìn)一步的鞏固已學(xué)AutoCAD軟件操作技能。

參考文獻(xiàn)：

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

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