直线异步电机的工作原理及控制系统.pdf

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： 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 著 《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： (1)磁性动子 动子是由导磁材料制成（钢板），既起磁路作用，又作为 笼型动子起导电作用。 (2) 非磁性动子 ，动子是由非磁性材料（铜）制成，主要起导电作用， 这种形式电动机的气隙较大，励磁电流及损耗大。 (3) 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 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： 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