分析 | 直线感应电机的分类结构与工作原理

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直线感应电机是一种没有从旋转运动到直线运动的变换装置，能将电能直接转换成直线机械能的电力传动装置。

 一、直线感应电机分类及结构

直线感应电机主要有扁平型、圆筒型和圈盘型3种类型，其中扁平型应用最为广泛。

1.扁平型

直线感应电机可以看作是由旋转式感应电机演变而来的。设想把旋转感应电机沿径向剖开，并将圆周展开成直线，即可得到扁平型直线感应电机(图1示：旋转电机转化为直线感应电机)。由定子演变而来的一侧称为一次侧，由转子演变而来的一侧称为二次侧。

由于运行时一次侧和二次侧之间要作相对运动，为了保证在所需的行程范围内，一次侧和二次侧之间的电磁耦合始终不变，实际应用时，必须把一次侧和二次侧制造成不同长度，既可以是一次侧长、二次侧短，也可以是一次侧短，二次侧长。前者称为长一次侧，后者称短一次侧(如图2所示扁平型直线感应电机)。由于短一次侧结构比较简单，制造成本和运行费用均比较低，故除特殊场合外，一般均采用短一次侧。

在图2中所示的扁平型直线感应电机，仅在二次侧的一边具有一次侧，这种结构形式称为单边型。它的最大特点是在—次侧和二次侧之间存在较大的反向吸力，这在大多数场合下是不希望发生的。若在二次侧的两边都装上一次侧，则反向吸力可以互相抵消，这种结构形式称为双边型，如图3所示双边型直线感应电机。

扁平型直线感应电机的—次侧铁芯由硅钢片叠成，与二次侧相对的一面开有槽，槽中放置绕组。绕组可以是单相、两相、三相或多相的。二次侧有两种结构类型：一种是栅型结构，铁芯上开槽，槽中放置导条;并用端部导条连接所有槽中导条;另一种是实心结构，采用整块均匀的金属材料，可分为非磁性二次侧和钢二次侧。非磁性二次侧的导电性能好，一般为铜或铝。

2.圆筒型

将图2中a所示的扁平型直线感应电动机沿着和直线运动相垂直的的方向卷成筒形，就形成了圆筒型直线感应电动机(如图4所示圆筒型直线感应电机的演变)。在特殊场合，这种电动机还可以制成既有旋转运动又有直线运动的旋转直线电动机。旋转直线的运动体可以是一次侧，也可以是二次侧。

3.圆盘型

圆盘型直线感应电机如图5所示，它的二次侧做成扁平的圆盘形状，能绕通过圆心的轴自由转动：将一次侧放在二次侧圆盘靠外边缘的平面上，使圆盘受切向力作旋转运动。但其运行原理和设计方法与扁平型直线感应电机相同，故仍属直线电机范畴。与普通旋转电机相比，它具有以下优点：

a) 转矩与旋转速度可以通过多台一次侧组合或者通过一次侧在圆盘上的径向位置来调节。

b) 无需经过齿轮减速箱就能得到较低的转速，因而电动机的振动和噪声很小。

二、直线感应电机工作原理

直线感应电动机是由旋转电动机演变而来。当一次侧的三相(或多相)绕组通入对称正弦交流电流时，会产生气隙磁场。当不考虑由于铁芯两端开断而引起的纵向边缘效应时，这个气隙磁场的分布情况与旋转电动机相似，沿着直线方向按正弦规律分布。但它不是旋转而是沿着直线平移，称为行波磁场(如图6中1曲线所示)。显然行波磁场的移动速度与旋转磁场在定子内圆表面上的线速度是一样的，行波磁场移动的速度称为同步速度。

(1：行波磁场，2：二次侧，3：一次侧)

式中：

D——旋转电动机定手内圆周的直径;

t——极距，t=πD/2p;

P——极对数;

f1——电源的频率。

行波磁场切割二次侧导条，将在导条中产生感应电动势和电流，导条的电流和气隙磁场相互作用，产生切向电磁力。如果一次侧固定不动，则二次侧便在这个电磁力的作用下，顺着行波磁场的移动方向作直线运动。若二次侧移动的速度用v表示，转差率用s表示，则有

电动状态时，s在0~1之间。

二次侧移动速度为：

可见，改变极距或电源频率，均可改变二次侧移动的速度;改变一次绕组中通电相序，可改变二次侧移动的方向。

三、直线感应电机与旋转感应电机区别

直线感应电机与旋转感应电机在工阼原理上并无本质区别，只是所得到的机械运动方式不同而已。但是两者在电磁性能上却存在很大的差剧，主要表现在以下三个方面：

1. 旋转感应电机定子三相绕组是对称的，因而若所施加的三相电压对称，则三相电流就是对称的。但直线感应电机的初级三相绕组在空间位置上是不对称的，位于边缘的线圈与位于中间的线圈相比，其电感值相差很大。也就是说：相电抗是不相等的。因此，即使三相电压对称，三相绕组电流也不对称。

2. 旋转感应电机定、转子之间的气隙是圆形的，无头无尾，连续不断，不存在始端和终端。但直线感应电机初、次级之间的气隙存在着始端和终端。当次级的一端进入或退出气隙时，都会在次级导体中感应附加电流，这就是所谓的”边缘效应”。由于边缘效应的影响，直线感应电机与旋转感应电机在运行特性上有较大的不同。

3. 由于直线感应电机初、次级之间在直线方向上要延续一定的长度，因此在机械结构上一般将初、次级之间的气隙做得较长。这样，其功率因数比旋转感应电机还要低。