直線牽引電動(dòng)機(jī)原理分析一直線牽引電機(jī)工作原理54課件

直線牽引電動(dòng)機(jī)原理分析一、直線牽引電機(jī)工作原理

直線電機(jī)可認(rèn)為是旋轉(zhuǎn)電機(jī)在結(jié)構(gòu)方面的一種演變

由于用直線運(yùn)動(dòng)取代了旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此稱之為直線電動(dòng)機(jī)。圖2-50直線異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖

1、直線電機(jī)特點(diǎn)：（1）無(wú)旋轉(zhuǎn)部件，呈扁平形，可降低城軌車輛的高度。（2）能夠非接觸式的直接實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)行，因此可不受粘著的

限制，能獲得較高的加速度和減速度。（3）直線電機(jī)運(yùn)行噪音較小。

直線電動(dòng)機(jī)分類：

直線異步電動(dòng)機(jī)（LIM）

直線同步電動(dòng)機(jī)（LSM）

直線直流電動(dòng)機(jī)（LDM）

在城市軌道交通中以

LIM應(yīng)用較多2、直線異步電動(dòng)機(jī)的分類

（1）按結(jié)構(gòu)分類：

平板形單邊式平板形雙邊式圓筒形（圖2-52）

（2）按電源分類：

三相電源二相電源

（3）按動(dòng)體分類：

短初級(jí)方式(即以初級(jí)作為動(dòng)體)（圖2-51）短次級(jí)方式(即以次級(jí)作為動(dòng)體)（圖2-53）圖2-51短初級(jí)平板形直線異步電動(dòng)機(jī)示意圖圖2-52圓筒形直線異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)形成示意圖圖2-53短次級(jí)平板形單邊式直線異步電動(dòng)機(jī)示意圖3、結(jié)構(gòu)與原理（1）直線異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)

定子：帶齒槽的電工鋼片疊成，槽里嵌有繞組

轉(zhuǎn)子：非磁性體(銅板或鋁板)和磁性體(鋼板)構(gòu)成的復(fù)合金屬板。（2）直線異步電動(dòng)機(jī)的原理

（a）旋轉(zhuǎn)感應(yīng)電機(jī)（b）直線感應(yīng)電機(jī)圖2-54感應(yīng)電機(jī)的基本工作原理1-定子；2-轉(zhuǎn)子；3-磁場(chǎng)方向1-初級(jí)；2-次級(jí)；3-行波磁場(chǎng)（3）直線異步電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)以時(shí)間t和距離x作為函數(shù)變量，行波磁場(chǎng)的磁通密度B:

式中：

ω—電源角頻率，rad/s；

t—時(shí)間，s；

x—定子表面上的距離，m；

τ—極距，m。極距τ是磁通密度B的半波長(zhǎng)。

（2-19）圖2-55直線異步電動(dòng)機(jī)的行波

磁場(chǎng)渦流Ie和連續(xù)推力F

行波磁場(chǎng)的移動(dòng)速度稱為同步速度

。

設(shè)次級(jí)金屬板中引起渦流的感應(yīng)電壓為

Ee，磁通的作用面積為A，則:

次級(jí)有電感L和電阻R，則金屬板上的渦流電流Ie為：式中：

，次級(jí)移動(dòng)的速度即電機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度為：

(2-20)(2-20)二．直線異步電動(dòng)機(jī)特性

直線異步電動(dòng)機(jī)的推力一速度特性與旋轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)的特性相比較，則滑差率s為:

式中：Fs—起動(dòng)推力；

Fμ—摩擦力；

V?—空載速度。

直線異步電動(dòng)機(jī)的推力一速度特性近似成直線(圖2-56)，其推力為

:

圖2-56直線異步電動(dòng)機(jī)的推力一速度特性與旋轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)的特性相比較1、推力一速度特性

(2-23)(2-22)2、速度一時(shí)間特性：速度隨時(shí)間以指數(shù)函數(shù)規(guī)律增加，其特性可表示為：

圖2-58直線異步電動(dòng)機(jī)速度一時(shí)間特性圖2-57直線異步電動(dòng)機(jī)的推力一速度特性（2-24）

圖2-58所示為T=1時(shí)的直線異步電動(dòng)機(jī)速度一時(shí)間特性，實(shí)際上時(shí)間常數(shù)T隨負(fù)荷質(zhì)量等因素而變化。3、推力一氣隙特性氣隙小對(duì)電機(jī)特性和工作穩(wěn)定性有利。直線異步電動(dòng)機(jī)的τ／g=20左右。

4、推力—負(fù)荷占空因數(shù)特性圖2-59直線異步電動(dòng)機(jī)的推力一氣隙特性

通電時(shí)間與整個(gè)周期時(shí)間之比。

圖2-60直線異步電動(dòng)機(jī)的推力一占空因數(shù)特性

當(dāng)負(fù)荷占空因數(shù)增大時(shí)，直線異步電動(dòng)機(jī)的推力按指數(shù)函數(shù)規(guī)律下降。5、邊緣效應(yīng)

直線電機(jī)是長(zhǎng)直、兩端開斷的結(jié)構(gòu)，存在始端和終端，引起了邊緣效應(yīng)(端部效應(yīng))。

①

靜態(tài)縱向邊緣效應(yīng)②

動(dòng)態(tài)縱向邊緣效應(yīng)③

橫向邊緣效應(yīng)圖2-61直線電機(jī)行波磁場(chǎng)方向上的渦流分布

在氣隙中出現(xiàn)脈振磁場(chǎng)和反向行波磁場(chǎng)，運(yùn)行過(guò)程中將產(chǎn)生阻力和增大附加損耗。這種效應(yīng)當(dāng)初、次級(jí)相對(duì)靜止時(shí)也存在，因而稱為靜態(tài)縱向邊緣效應(yīng)，縱向即磁場(chǎng)移動(dòng)的方向。

在橫向的邊緣區(qū)域磁場(chǎng)削弱，造成空載氣隙磁場(chǎng)橫向分布的不均勻，這是第一類橫向邊緣效應(yīng)。次級(jí)導(dǎo)體板對(duì)電流分布及氣隙磁場(chǎng)密度沿橫向分布的影響，稱為第二類橫向邊緣效應(yīng)三．直線異步電動(dòng)機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)

①

直線電機(jī)最主要的優(yōu)點(diǎn)是直接產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)而不需要中間轉(zhuǎn)換裝置。

②

起動(dòng)推力大，可實(shí)現(xiàn)大范圍的加速和減速，零部件不受離心力的作用，直線速度不受限制。

③

直線電機(jī)的初級(jí)和次級(jí)的結(jié)構(gòu)都很簡(jiǎn)單，特別是次級(jí)，有時(shí)甚至可直接利用部分設(shè)備本體或運(yùn)行軌道?？稍跅l件惡劣(潮濕、粉塵、有害氣體)的環(huán)境中使用。④

總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，扁平型部件高度低；噪聲小，重量輕，維修容易。⑤

短初級(jí)平板型直線電機(jī)的次級(jí)長(zhǎng)，因而散熱面大，材料的熱負(fù)荷可以取得較高

。

1、優(yōu)點(diǎn)

2、缺點(diǎn)

①

效率和功率因數(shù)低(一般在0．6～0．65左右)。通常直線異步電動(dòng)機(jī)的極距／汽隙比要比旋轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)大一倍左右。初級(jí)和次級(jí)之間的氣隙大，需要的磁化電流大，所以空載電流大；邊緣效應(yīng)特別是縱向邊緣效應(yīng)減小了驅(qū)動(dòng)推力，增大了損