直线感应电机及其应用

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1、直线感应电机及其应用山东大学电气工程学院李光友ligy@sdu.edu.cn2.直线感应电动机的结构和基本原理3.直线感应电动机的边端效应4.直线感应电动机的等效电路和基本特性5.直线感应电动机的应用及发展趋势主要内容6.本人在直线电机方面开展的工作1.直线电机的发展历史1.直线电机的发展历史直线电动机的动子为往复直线运动，它将电能直接转换成直线运动的机械能。在许多装置中需要直线运动，若采用旋转电动机驱动，需要通过中间转换装置。中间转换传动机构的存在，使整机存在着体积大、效率低、精度差、噪声大等问题。直线

2、电机的历史，可追溯到1840年惠斯登（Wheatstone）开始提出和制作了略具雏形但并不成功的直线电机。至今，已有170多年的历史，直线电机经历了探索实验、开发应用和实用商品化三个阶段。探索实验：1840~1955开发应用：1956~1970实用商品化：1971~至今我国的直线电机，起始于20世纪70年代，目前处于开发应用和实用商品化阶段，但与世界先进水平还有差距。1.直线电机的发展历史1.直线电机的发展历史国内从事直线电机研究的单位：浙江大学；中科院电工所；河南理工大学；东南大学；山东大学；西安交通大

3、学；沈阳工业大学；太原理工大学；上海电机厂；哈尔滨泰富电气有限公司等。国内从事直线电机研究的人员：早期：龙遐令；胡之光；陈世坤；顾积栋；凌金福；蔡廷锡；陈永校；熊光煜；乔忠寿；袁世鹰；程树前等当前：叶云岳；金能强；郭庆鼎；卢琴芬；焦留成；汪旭东；胡敏强等。电机旋转电机直线电机直线感应电机直线同步电机直线直流电机直线步进电机直线特种电机变压器2.直线感应电动机的结构和基本原理2.1直线电机的分类2.直线感应电动机的结构和基本原理2.2直线感应电动机的结构图1旋转电机和直线电机示意图a）旋转电机b)直线电机馈

4、电的一侧称为初级，无馈电的一侧称为次级。静止的一侧称为定子，运动的一侧称为动子。1）扁平型直线感应电机图2由旋转电机演变为直线电机的过程a）沿径向剖开b）把圆周展成直线直线感应电机根据其形状不同可分为扁平型、圆筒型、圆弧型和圆盘型4类。2.直线感应电机的结构和基本原理初级和次级长度相等的直线电机不能正常运行，根据其长度的不同，可分为短初级型和短次级型。图3单边型直线感应电机a)短初级b)短次级2.直线感应电机的结构和基本原理图4双边型直线感应电机a)短初级b）短次级2.直线感应电机的结构和基本原理直线感应

5、电机的次级，分为磁性次级、非磁性次级和复合次级三种。磁性次级的材料为低碳钢板，非磁性次级的材料为铜或铝，复合次级是二者的复合，如图5所示。由于低碳钢板的导电性能不好，所以磁性次级的直线感应电动机效率较低。非磁性次级的直线电动机，由于次级材料的导磁性能差，因此功率因数较低。复合次级的直线感应电动机具有较好的性能指标。2.直线感应电机的结构和基本原理a)磁性次级b)非磁性次级c)复合次级图5直线感应电机的次级横截面图由于直线感应电动机的电磁气隙（2~10mm）较旋转电机的（0.2~1mm）大得多，加之边端效应

6、的影响，直线感应电动机的功率因数和效率较同容量旋转电机低。图6旋转电机演变为圆筒型直线电机的过程a)旋转电机b)扁平型单边直线电机c)圆筒型(管型)直线电机2）圆筒型直线感应电机2.直线感应电机的结构和基本原理3）圆弧型和圆盘形直线感应电机图7圆弧型直线电动机图8圆盘型直线电机2.直线感应电机的结构和基本原理2.3直线感应电机的工作原理图9直线电机的基本工作原理1—初级2—次级3—行波磁场三相绕组中通入三相对称正弦电流，产生行波气隙磁场。其磁场移动速度用vs（m/s）表示，称为同步速度，且式中，τ为极距；

7、f为电源频率。行波磁场切割次级导体，感应电动势并产生电流。电流与气隙磁场相互作用产生电磁推力。次级在推力作用下顺着行波磁场运动的方向作直线运动，动子移动速度用v表示，转差率用s表示，则有电动机运行状态下，s在0和1之间。2.直线感应电机的结构和基本原理3.直线感应电机的边端效应3.1纵向边端效应及其改善1）三相绕组不对称引起的负序和零序磁场与旋转电机不同，由于直线电机的铁心两端是开断的，铁心及安置在其槽中的绕组在两端不连续，所以各相之间的互感就不相等，即使在初级绕组加三相对称的电压，各相绕组中的电流也不对

8、称。利用对称分量法可以把不对称的电流分解成正序、负序和零序分量。对应这三种电流将产生正向行波磁场、反向行波磁场和脉振磁场。后两类磁场在次级运行过程中将产生阻力并产生附加损耗。2）铁心开断引起的脉振磁场即使三相电流对称，而直线电机由于铁心开断仍然会产生相对于初级不移动的脉振磁场。图10直线电机中脉振磁场的形成t=0时电密和磁动势的分布t=0时磁密的分布t=T/4时磁动势和磁密的分布3.直线感应电机的边端效应随着时间的变化，磁动势