直线感应电机及其应用-精品文档

3. 直线感应电机的边端效应
4）动态纵向边端效应
对于旋转电机，转子以同步速
旋转时，转子绕组的感应电动势
和电流等于0。 而对于直线电动机，次级以同
步速移动，当时间为t0、t1、t2、
t3和t4时，次级导体上电路C的相 应位置是C0，C1，C2，C3和C4。
当C在C0、C2和C4位置时，电路
中没有感应电动势；但是当C在 C1和C3位置时，在电路C中就有 感应电动势和电流产生。 图11 直线感应电机的纵向边端效应
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 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
图9 直线电机的基本工作原理 1—初级 2—次级 3—行波磁场
直线感应电机及其应用
山东大学电气工程学院
李光友

主要内容
1. 直线电机的发展历史 2. 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
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
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。
2.直线感应电机的结构和基本原理
2）圆筒型直线感应电机
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
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
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
a) 磁性次级
b) 非磁性次级
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。
c) 复合次级
图5 直线感应电机的次级横截面图
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
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
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
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。
1.直线电机的发展历史
直线电机的历史，可追溯到1840 年惠斯登（Wheatstone ）开
vs 2 f
式中，τ为极距；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 vs v 示，转差率用s表示，则有 s vs 电动机运行状态下，s在0和1之间。
3. 直线感应电机的边端效应
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。
3. 直线感应电机的边端效应
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
t=0时电密和 磁动势的分布
生相对于初
级不移动的 脉振磁场。
t=0时磁密的
分布
t=T/4时磁动势 和磁密的分布 图10 直线电机中脉振磁场的形成
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。
馈电的一侧称为初级，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。
2.直线感应电机的结构和基本原理
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。
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
2.直线感应电机的结构基本原理
3. 直线感应电机的边端效应
随着时间的变化，磁动势曲线相对于初级铁心是移 动的，因此在上、下铁心的端面之间所作用的磁动势将
随时间做正弦变化。与此相对应，分路磁通Φsh和磁通
密度Bsh随时间按正弦规律脉振。这种磁场在有效区域 内与空间位置无关，因此，它与通常的行波磁场不同，
常被称为脉振磁场。
3）静态纵向边端效应 铁心开断所产生的脉振磁场、反向磁场存在的现象， 称为直线感应电机的静态纵向边端效应。
当前：叶云岳；金能强；郭庆鼎；卢琴芬；焦留成；汪 旭东；胡敏强等。
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 变压器 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
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