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微特電機論文:什么是直線感應電動機?
 
 

直線感應電動機
    一、基本結構
    按照結構型式的不同,直線電機可分為扁平型直線電機和圓筒型直線電機。
    如圖8-1(a)所示,如果將籠型轉子感應電動機沿徑向剖開,并將電機的圓周展開成直線,就得到圖8一l(b)所示的扁平型直線感應電動機.其中定子與初級對應,轉子與次級對應 圖8-1(b)所示的直線電機,其初級和次級的長度是相等的。由于初級和次級之間要做相對運動,因此為保證初級與次級之間的磁耦臺保持不變,實際應用中初級和次級的長度是不相等的。圖8—2所示為扁平型單邊直線感應電動機,如果初級的長度較短,則稱為短初級;反之,則稱為短次級。由于短初級結構比較簡單,成本較低,所以使用較多,只有在特殊情況下才使用短次級。

    圖8—2所示的直線電機僅在次級的一邊具有初級,這種結構稱為單邊型。單邊型除了產生切向力外,還會在初、次級之間產生較大的法向力,這對電機的運行是不利的。所以.為了充分利用次級和消除法向力.可以在次級的兩側都裝上初級,這種結構稱為雙邊型,如圖8—3所示。


    如果把扁平型直線電機的初級和次級按圖8-4(a)所示的箭頭方向卷曲,就形成了圖8—4(b)所示的圓筒型直線電機。在扁平型直線電機中,初級線圈是菱形的.這與普通旋轉電機是相同的。菱形線圈端部的作用是使電流從一個極流向另一個極。在圓筒型直線電機中,把菱形線圈卷曲起來.就不需要線圈的端部,而成為餅式線圈,這樣可以大大簡化制造工藝。還有一種實心轉子感應電動機。它的定子和普通籠型轉子感應電動機是一樣的,轉子是實心鋼塊。實心轉子既作為導磁體又作為導電體,氣隙磁場也會在鋼塊中感生電流。產生電磁轉矩,驅動轉子旋轉。圖8 -2、圖8—3和圖8 4所示的直線電機實際上都是由實心轉子感應電動機演變而來的,所以次級均沒有籠型導條。


  事實上,還有一種特殊結構的直線感應電動機,稱為弧型直線感應電動機,如圖8—5所示,

它相當于把實心轉子感應電動機的定子切除掉一部分。其轉子做旋轉運動而不是直線運動,但它的工作原理與直線感應電動機相同.所以把它歸到直線電機之列。
  二、工作原理
  直線電機是由旋轉電機演變而來的.所以當初級的多相繞組-|扣通人多相刺稱電流后·也會產生一個氣隙磁場,這個磁場的磁通密度波是直線移動的.故稱為行波磁場.圖8 6所示為直線感應電動機的原理圖。

顯然.行波的移動速度與旋轉磁場在定予內圓表面上的線速度是相同的.稱為同步速度μ1.即


    
    在行波磁場切割下.次級中的導條將產生感應電動勢和電流.導條中的電流和氣隙磁場相互作用一產生切同電磁力(圖8-6中只畫出了一根導條)。如果初級是固定不動的,耶么次級就沿著行波磁場行進的方向做直線運動。若次級移動的速度用。表示,則滑差率為


  
次級移動速度為
 
    式(8 3)表明.直線感應電動機的速度與電源頻率及電機極距成正比,因此改變電源頻率或電機極距都可改變電動機的速度。
    與旋轉電機一樣,改變直線感應電動機初級繞組的通電次序.便可以改變電動機運動的方向.這樣就可使直線電機做往復直線運動。在實際應用中.也可以將次級固定不動,而讓初級運動。因此.通常又把靜止的一方稱為定子.而運動的一方稱為動子:
    由上可見,直線感應電動機與旋轉感應電動機在工阼原理上并無本質區別.只是所得到的機械運動方式不同而已。但是兩者在電磁性能上卻存在很大的差劇,主要表現在以下三個方面:
    (1)旋轉感應電動機定子三相繞組是對稱的.因而若所施加的三相電壓對稱.則三相電流就是對稱的。但直線感應電動機的初級三相繞組在空問位置上是不對稱的.位于邊緣的線圈與位于中問的線圈相比.其電感值相差很大.也就是說:相電抗是不相等的。因此,即使三相電壓對稱.三相繞組電流也不對稱。
    (2)旋轉感應電動機定、轉子之問的氣隙是圓形的,無頭無尾,連續不斷.不存在始端和終端。但直線感應電動機初、次級之間的氣隙存在著始端和終端。當次級的一端進入或退出氣隙時.都會在次級導體中感應附加電流.這就是所謂的”邊緣效應”。由于邊緣效應的影響,直線感應電動機與旋轉感應電動機在運行特性上有較大的不同。
    (3)由于直線感應電動機初、次級之問在直線方向上要延續一定的長度,且法向電磁力往往不均勻,因此在機械結構上一般將初、次級之間的氣隙做得較長.這樣.其功率因數比旋轉感應電動機還要低。
    直線感應電動機的運行特性,可根據計及邊緣效應的等效電路來計算和分析,但其推導過程涉及電磁場理論.計算過程較為復雜.此處不詳細討論。有興趣的讀者可參閱相關書籍。

 

 

 
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