直线异步电机的工作原理及控制系统

现代驱动技术

直线异步电机的工作原理及控制系统

题目：直线异步电机的工作原理及控制系统直线异步电机的基本结构：一、直线电动机是一种将电能直接转换成直线运动机械能的电力传动装

置。它可以省去大量中间传动机构，加快系统反映速度，提高系统精确度，所以得到广泛的应用。

直线电机最初由英国人惠斯登1840年提出、实验，但不成功。随后，人们对它进行了深入研究，从理论到实践做了大量工作。1945年美国西屋公司首先研究

成功以直线电机作为动力的飞机弹射器，但由于成本太高而未能推广。总体来说，当时由于自身理论上的不完善，加上其它相关技术的局限，同时，需求不是很迫切，直线电机技术发展缓慢。

随着自动控制技术和微型计算机的高速发展，对各类自动控制系统的定位精度提出了更高的要求。在这种情况下，传统的旋转电机再加上一套变换机构组成的直线运动驱动装置，已经远不能满足现代控制系统的要求。为此，从上世纪60年代开始，由于控制技术、材料技术的发展，基础研究的进步与突破，直线电机进入全面开发阶段。世界上许多国家下大力气在研究、发展和应用直线电机，使得直线电机的应用领域越来越广。英国莱斯韦特教授1966年出版了比较系统地介绍直线电机的专着《Induction

Machines for Spesial Purposes》，为直线电机的发展做出了突出贡献。一般电动机工作时都是转动的。但是用旋转的电机驱动的交通工具（比如电动机车和城市中的电车等）需要做直线运动，用旋转的电机驱动的机器的一些部件也要做直线运动。这就需要增加把旋转运动变为直线运动的一套装置。能不能直接运用直线运动的电机来驱动，从而省去这套装呢？几十年前人们就提出了这个问题．现在已制成了直线运动的电动机，即直线电机。

直线电机是一种新型电机，近年来应用日益广泛。磁悬浮列车就是用直线电机来驱动的。直线电机除了用于磁悬浮列车外，还广泛地用于其他方面，例如用于传送系统、电气锤、电磁搅拌器等．在我国，直线电机也逐步得到推广和应用。直线电机的原理虽不复杂，但在设计、制造方面有它自己的特点，产品尚不如旋转电机那样成熟，有待进一步研究和改进。

直线电动机按原理分为直流直线电动机、交流直线异步电动机、直线步进电动机和交流直线同步电动机。以前 3种应用较多。按结构可分为单边型和双边型两种。在单边型结构中，定子和动子之间受有较大的单边磁拉力；双边型结构由于两边磁拉力互相平衡，支承部分摩擦力较小，动作比较灵活。

直线异步电动机的结构主要包括定子、动子和直线运动的支撑轮三部分。为了保证在行程范围内定子和动子之间具有良好的电磁场耦合，定子和动子的铁心长度不等。定子可制成短定子和长定子两种形式。由于长定

子结构成本高、运行费用高，所以很少采用。直线电动机与旋转磁场一样，定子铁心也是由硅钢片叠成，表面开有齿槽；槽中嵌有三相、两相或单相绕组；单相直线异步电动机可制成罩极式，也可通过电容移相。直线异步电动机的动子有三种形式：动子是由导磁材料制成（钢板），既起磁路作用，又作磁性动子 (1)

为笼型动子起导电作用。，动子是由非磁性材料（铜）制成，主要起导电作用，非磁性动子 (2) 这种形式电动机的气隙较大，励磁电流及损耗大。动子导磁材料表面覆盖一层导电材料，导磁材料只作为磁路导磁作(3)

用；覆盖导电材料作笼型绕组。因磁性动子的直线异步电动机结构简单，动子不仅作为导磁、导电体，甚至可以作为结构部件，其应用前景广阔。直线电动机的种类按结构形式可分为；单边扁平型、双边扁平型、圆盘型、圆筒型（或称为管型）等；按工作原理可分为：直流、异步、同步和步进等。下面仅对结构简

单，使用方便，运行可靠的直线异步电动机做简要介绍。直线异步电机的工作原理：二、

直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间

转换机构的传动装置。它可以看成是一台旋转电机按径向剖开，并展成平面而成。直线异步电动机的工作原理和旋转式异步电动机一样，定子绕组与交流电源相连接，通以多相交流电流后，则在气隙中产生一个平稳的行波磁场（当旋转磁场半径很大时，就成了直线运动的行波磁场）。该磁场沿气隙作直线运动，同时，在动子导体中感应出电动势，并产生电流，这个电流与行波磁场相互作用产生异步推动力，使动子沿行波方向作直线运动。若把直线异步电动机定子绕组中电源相序改变一下，则行波磁场移动方向也会反过来，根据这一原理，可使直线异步电动机作往复直线运动。

利用电能直接产生直线运动的电动机。其原理与相应的旋转式电动机相似，在结构上可看作是由相应旋转电机沿径向切开，拉直演变而成（图1）。直线电动机包括定子和动子两个主要部分。在电磁力的作用下，动子带动外界负载运动作功。在需要直线运动的地方，采用直线电动机可使装置的总体结构得到简化。直线电动机较多地应用于各种定位系统和自动控制系统。大功率的直线电动机还常用于电气铁路高速列车的牵引、鱼雷的发射等装备中。直线异步电动机由旋转式异步电动机演变而来。其工作原理和旋转式异步电动机相同。主要由原边和副边两部分组成，嵌有线圈的部分为原边。当多相绕组中通入电流后，电机气隙中就产生一个磁场行波，切割副边的导体而感生电流。此电流与磁场作用产生电磁力使原边和副边发生相对运动。直线异步电动机可以做成原边固定、副边可动的短副边型和副边固定、原边可动的短原边型两种结构。短原边型所用线圈数量少，比较经

短副边型常用于金属物体的投射。直线异步电动机常在工业济，应用较多;自动化系统中作为操作杆的动力，用它操作自动门窗、自动开关和阀门以及各种机械手，也可用于电气铁路高速列车的牵引和鱼雷发射等。直线异步电动机主要用于功率较大场合的直线运动机构，如门自动开

闭装置，起吊、传递和升降的机械设备，驱动车辆，尤其是用于高速和超速运输等。由于牵引力或推动力可直接产生，不需要中间连动部分，没有摩擦，无噪声，无转子发热，不受离心力影响等问题。因此，其应用将越来越广。直线同步电动机由于性能优越，应用场合与直线异步电动机相同，有取代趋势。直线步进电动机应用于数控绘图仪、记录仪、数控制图机、数控裁剪机、磁盘存储器、精密定位机构等设备中。也是利用电磁作用将电能转换成为机直线电机的工作原理和旋转电机一样，械能。交流感应直线电机在机床上的安装如图4-56所示。铁芯的多相通电绕组（电机的初级）安装在机床工作台（溜板）的下部，是直线电机