電樞繞組是直流電機(jī)的一個重要部分，電機(jī)中機(jī)電能量的轉(zhuǎn)換就是通過電樞繞組而實現(xiàn)的，所以直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子也稱為電樞。
電樞繞組是由許多個形狀完全一樣的單匝元件（當(dāng)然也可以是多匝元件）以一定規(guī)律排列和聯(lián)接起來的，用 表示元件數(shù)。
所謂單匝元件，就是每個元件的元件邊（一個元件有兩個元件邊）里僅有一根導(dǎo)體，對多匝元件來說，一個元件邊里就不止一根導(dǎo)體了。若用 代表元件的匝數(shù)，則多匝元件的元件邊里就有 根導(dǎo)體。圖1（a）就是一個多匝元件， =3。不管一個元件有多少匝，其出線端只有兩根，一根叫首端，另一根叫末端。同一個元件的首端和末端分別接到不同的換向片上，而各個元件之間又是通過換向片彼此聯(lián)接起來的。這樣就必須在同一個換向片上，既聯(lián)有一個元件的首端，又聯(lián)有另一元件的末端。若用 表示換向片數(shù)，則整個電樞繞組的元件數(shù)應(yīng)等于換向片數(shù)，即 。
圖1 電樞繞組的元件及在槽內(nèi)的放置情況
a)元件；b)元件在槽內(nèi)的放置；c)實槽與虛槽
1—元件邊；2—首端；3—末端；4—有效部分；5—端接部分；6—元件邊
元件在電樞槽中的放置情況如圖1（b）所示。從圖中可以看出，同一個元件的一個元件邊放在某一個槽的上層，它的另一個元件邊就放在另一個槽的下層，所以直流電機(jī)繞組一般都是雙層繞組。由于一個槽里能嵌放兩個元件邊，而一個元件又正好有兩個元件邊，所以電樞上的槽數(shù)應(yīng)該等于元件數(shù)。
元件嵌放在槽內(nèi)的部分能切割磁通，感應(yīng)產(chǎn)生電動勢，稱為有效部分，而元件在槽外的部分不切割磁通，不會感應(yīng)產(chǎn)生電動勢，僅作聯(lián)接引線，稱為端接部分，如圖1（b）中所示。
為了改善電機(jī)性能，往往需要采用較多的元件來構(gòu)成電樞繞組，由于工藝和其它方面的原因，電樞鐵心開的槽數(shù)不能太多，這樣就只能在每個槽的上、下層各放置若干個元件邊，為了確切地說明每個元件邊所處的具體位置，引入“虛槽”的概念。設(shè)槽內(nèi)每層有 個元件邊，則把每個實際槽看作包含有 個“虛槽”，每個虛槽的上、下層各有一個元件邊，圖1（c）表示 =3時，元件邊的布置情況。若用q代表總實槽數(shù)， 代表總虛槽數(shù)，則
（1）
直流電機(jī)電樞繞組最基本的型式有兩種：一種叫單疊繞組，另一種叫單波繞組。下面分別說明它們的聯(lián)接規(guī)律，以便進(jìn)一步理解直流電機(jī)電樞電路的組成情況。
一、單疊繞組
1．繞組節(jié)距
所謂節(jié)距，是指被聯(lián)接起來的兩個元件邊或換向片之間的距離，以所跨過的元件邊數(shù)或虛槽數(shù)或換向片數(shù)來表示，如圖1.8所示。元件的上層邊用實線表示，下層邊用虛線表示。
（1）第一節(jié)距
一個元件的兩個元件邊在電樞表面所跨的距離（即跨距）是 ，用所跨虛槽數(shù)表示。選擇 的依據(jù)是盡量讓元件里感應(yīng)電動勢為最大，即 應(yīng)等于或接近于一個極距 （每個主磁極在電樞圓周上所分得的弧長）。
（2）
式中 ——電樞外徑；
——主磁極對數(shù)。
若極距用虛槽數(shù)表示，則
（3）
由于 不一定能被極數(shù) 整除，而 又必須為整數(shù)，所以應(yīng)使
（4）
式中 ——小于1的分?jǐn)?shù)。
若 =0， 稱為整距繞組；
， ＞ 稱為長距繞組；
＜ 稱為短距繞組。
圖2 單疊繞組的節(jié)距
（2）合成節(jié)距 和換向器節(jié)距
元件1和它相聯(lián)的元件2對應(yīng)邊之間的跨距是 ，用虛槽數(shù)表示。每個元件首、末端所聯(lián)兩個換向片之間的跨距是 ，用換向片數(shù)表示。對單疊繞組 。當(dāng)把每一個元件聯(lián)成繞組時，聯(lián)接的順序是從左向右進(jìn)行，稱為右行繞組。圖3所示就是這種繞組。
（3）第二節(jié)距
是聯(lián)至同一個換向片的兩個元件邊之間的距離，或者說，是元件1的下層元件邊在換向器端經(jīng)過換向片聯(lián)到元件2的上層元件之間的跨距。對單疊繞組有
（5）
2．單疊繞組的聯(lián)接方法和特點(diǎn)
下面通過一個實例來說明。
設(shè)一臺直流發(fā)電機(jī) ， 聯(lián)接成單疊右行繞組。
（1）計算各節(jié)距
第一節(jié)距
合成節(jié)距 和換向器節(jié)距
第二節(jié)距
（2）繪制繞組展開圖 如圖3所示。
所謂繞組展開圖是假想將電樞及換向器沿某一齒（圖3中為第16槽與第1槽間的1個齒）的中間切開，并展開成平面的聯(lián)接圖。作圖步驟如下。
第一步，先畫16根等長等距的實線，代表各槽上層元件邊，再畫16根等長等距的虛線，代表各槽下層元件邊。讓虛線與實線靠近一些。實際上一根實線和一根虛線代表一個槽（指虛槽），依次把槽編上號碼。
圖3 單疊繞組展開圖
第二步，放置主磁極。讓每個磁極的寬度大約等于0.7 ,4個磁極均勻放置在電樞槽之上，并標(biāo)上 、 極性。假定 極的磁力線進(jìn)入紙面， 極的磁力線從紙面穿出。
第三步，畫16個小方塊代表換向片，并標(biāo)上號碼，為了作圖方便，使換向片寬度等于槽與槽之間的距離。為了能聯(lián)出形狀對稱的元件，換向片的編號應(yīng)與槽的編號有一定對應(yīng)關(guān)系（由第一節(jié)距 來考慮）。
第四步，聯(lián)繞組。為了便于聯(lián)接，將元件、槽和換向片按順序編號。編號時把元件號碼、元件上層邊所在槽的號碼以及元件上層邊相聯(lián)接的換向片號碼編得一樣，即1號元件的上層邊放在1號槽內(nèi)并與1號換向片相聯(lián)接。這樣當(dāng)1號元件的上層邊放在1號槽（實線）并與1號換向片相聯(lián)后，因為 =4，則1號元件的下層邊應(yīng)放在第5號槽（ ）的下層（虛線）；因 ，所以1號元件的末端應(yīng)聯(lián)接在2號換向片上（ ）。一般應(yīng)使元件左右對稱，這樣1號換向片與2號換向片的分界線正好與元件的中心線相重合。然后將2號元件的上層邊放入2號槽的上層（ ），下層邊放在6號槽的下層（ ），2號元件的上層邊聯(lián)在2號換向片上，下層邊聯(lián)在3號換向片上。按此規(guī)律排列與聯(lián)接下去，一直把16個元件都聯(lián)起來為止。
校核第2節(jié)距：第1元件放在第5槽的下層邊與放在第2槽第2元件的上層邊，它們之間滿足 的關(guān)系。其他元件也如此。
第五步，確定每個元件邊里導(dǎo)體感應(yīng)電動勢的方向。圖3中，所考慮的是發(fā)電機(jī)，箭頭表示電樞旋轉(zhuǎn)方向，即自右向左運(yùn)動，根據(jù)右手定則就可判定各元件邊的感應(yīng)電動勢的方向，即在 極下的導(dǎo)體電動勢是向下，在 極下是向上的。在圖示這一瞬間，1、5、9、13四個元件正好位于兩個主磁極的中間，該處氣隙磁密為零，所以不感應(yīng)電動勢。
第六步，放電刷。在直流電機(jī)里，電刷組數(shù)也就是刷桿的數(shù)目與主極的個數(shù)一樣多。對本例來說，就是四組電刷 、 、 、 ，它們均勻地放在換向器表面圓周方向的位置。每個電刷的寬度等于每一個換向片的寬度。
放電刷的原則是，要求正、負(fù)電刷之間得到最大的感應(yīng)電動勢，或被電刷所短路的元件中感應(yīng)電動勢最小，這兩個要求實際上是一致的。在圖1.9里，由于每個元件的幾何形狀對稱，如果把電刷的中心線對準(zhǔn)主極的中心線，就能滿足上述要求。圖3中，被電刷所短路的元件正好是1、5、9、13，這幾個元件中的電動勢恰為零。實際運(yùn)行時，電刷是靜止不動的，電樞在旋轉(zhuǎn)，但是，被電刷所短路的元件，永遠(yuǎn)都是處于兩個主磁極之間的地方，當(dāng)然感應(yīng)電動勢為零。
實際的電機(jī)并不要求在繞組展開圖上畫出電刷的位置，而是等電機(jī)制造好，用試驗的辦法來確定電刷在換向器表面上的位置。
（3）繞組元件聯(lián)接順序圖
繞組元件聯(lián)接順序圖用來表示電樞上所有元件邊的串聯(lián)次序。根據(jù)圖3的節(jié)距，可以直接看出繞組各元件之間是如何聯(lián)接的。如第1虛槽上層元件邊經(jīng) 接到第5虛槽的下層元件邊，構(gòu)成了第1個元件，它的首、末端分別接到第1、2兩個換向片上。第5虛槽的下層元件邊經(jīng) 接到第2虛槽的上層元件邊，這樣就把第1、2兩個元件聯(lián)接起來了。依次類推，如圖4所示。
圖4 單疊繞組元件聯(lián)接順序圖
圖1.10中每根實線所連接的兩個元件邊構(gòu)成一個元件，兩元件之間的虛線則表示通過換向器上的一片換向片把兩元件串聯(lián)起來。從圖1.10中看出，從第1元件出發(fā)，繞完16個元件后又回到第1元件?？梢?，整個繞組是一個閉路繞組。
（4）繞組電路圖
在繞組展開圖（圖3）所示瞬間，根據(jù)電刷之間元件聯(lián)接順序，可以得到如圖5所示的電樞繞組電路圖。
圖5 單疊繞組電路圖
從圖5可清楚地看到，從電刷外面看繞組時，電樞繞組由4條并聯(lián)支路組成。上層邊處在同一極下的元件中感應(yīng)電動勢方向相同，串聯(lián)起來通過電刷構(gòu)成一條支路；被電刷短路的元件中電動勢等于零，此時這些元件不參加組成支路，所以單疊繞組的支路數(shù)就等于電機(jī)的主磁極數(shù)。若以a表示支路對數(shù)，則
（6）
可見，增加電機(jī)的主極數(shù)便可增加支路數(shù)，從而可使電樞通過較大的電流。
同時由圖2.11看出，這種單疊繞組的支路由電刷引出，所以電刷桿數(shù)必須等于支路數(shù)，也就是等于極數(shù)。
綜上所述，對電樞繞組中的單疊繞組，有以下特點(diǎn)：
（1）位于同一個磁極下的各元件串聯(lián)起來組成了一條支路，即支路對數(shù)等于極對數(shù)， 。
（2）當(dāng)元件的幾何形狀對稱，電刷放在換向器表面上的位置對準(zhǔn)主磁極中心線時，正、負(fù)電刷間感應(yīng)電動勢為最大，被電刷所短路的元件里感應(yīng)電動勢最小。
（3）電刷桿數(shù)等于極數(shù)。
電刷在換向器表面上的位置，雖然對準(zhǔn)主磁極的中心線，但被電刷所短路的元件，它的兩個元件邊仍然位于幾何中性線處。為了簡單起見，今后所謂電刷放在幾何中性線上，就是指被電刷所短路的元件，它的元件邊位于幾何中性線處，也就是指圖2.9所示這種情況。初學(xué)者要特別注意。
二、單波繞組簡介
1．繞組節(jié)距
單波繞組的繞組節(jié)距也分為第一節(jié)距、合成節(jié)距、換向器節(jié)距和第二節(jié)距等。它們的定義和單疊繞組的節(jié)距定義相同。
（1）第一節(jié)距
因為 與元件聯(lián)接方式無關(guān)，所以單波繞組的第一節(jié)距 的計算方法與單疊繞組的完全相同。
（2）合成節(jié)距 與換向器節(jié)距
選擇 時，應(yīng)使相串聯(lián)的元件感應(yīng)電動勢同方向。為此，須把兩個相串聯(lián)的元件放在同極性磁極的下面，讓它們在空間位置上相距約兩個極距。其次，當(dāng)沿圓周向一個方向繞了一周，經(jīng)過 個串聯(lián)的元件后，其末尾所聯(lián)的換向片 ，必須落在與起始的換向片相鄰的位置，才能使第二周繼續(xù)往下聯(lián)，即
（7）
因此，單波繞組元件的換向器節(jié)距為
（8）
式中正負(fù)號的選擇，首先要滿足 是一個整數(shù)。在滿足 為整數(shù)時，一般都取負(fù)號。這種繞組當(dāng)把每一個元件聯(lián)成繞組時，聯(lián)接的順序是從右向左進(jìn)行，稱為左行繞組。圖1.12所示就是這種繞組。
合成節(jié)距 。
（3）第二節(jié)距
單波繞組各節(jié)距如圖6所示，聯(lián)接后的形狀猶如波浪一樣向前延伸，由此而得名。
圖6 單波繞組的節(jié)距
2．繞組展開圖
下面也用一個例子來說明單波繞組的聯(lián)接。
設(shè)一臺直流電動機(jī) ， ，聯(lián)接成單波左行繞組。
計算繞組節(jié)距得
為一短距繞組。
和單疊繞組一樣，畫出繞組展開圖，如圖7所示。繞組元件聯(lián)接順序，也可用元件聯(lián)接順序圖表示，如圖8所示。
圖7 單波繞組展開圖
圖8 單波繞組元件聯(lián)接順序圖
3．繞組電路圖
把圖7所示瞬間的各元件聯(lián)接情況與電刷的關(guān)系整理、排列，可畫出圖9所示的繞組電路圖。
圖9 單波繞組電路圖
由圖可見，單波繞組是把所有上層邊在 極下的元件串聯(lián)起來構(gòu)成一條支路，把所有上層邊在 極下的元件串聯(lián)起來構(gòu)成另一條支路。由于主磁極只有 、 之分，所以單波繞組的支路對數(shù)與磁極對數(shù)無關(guān)，總是等于1，即
（9）
單波繞組有以下特點(diǎn)：
（1）同極性下各元件串聯(lián)起來組成一個支路，支路對數(shù) ，與磁級對數(shù) 無關(guān)。
（2）當(dāng)元件的幾何形狀對稱時，電刷在換向器表面上的位置對準(zhǔn)主磁極中心線，正、負(fù)電刷間感應(yīng)電動勢最大。
（3）電刷桿數(shù)也應(yīng)等于極數(shù)（采用全額電刷）。
直流電機(jī)的電樞繞組除單疊、單波兩種基本型式外，還有復(fù)疊、復(fù)波以及混合繞組等，這里就不一一介紹，讀者可參閱電機(jī)學(xué)方面的書籍。