同步電機工作原理_三相永磁同步電機工作原理

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　　接上篇：直線電機概述

　　雙邊平板型直線電動機有雙邊平板型直線感應電動機與雙邊平板型直線同步電動機同步電機工作原理，兩者初級結(jié)構(gòu)基本相同，僅次級不同。

　　1. 雙邊平板型直線感應電動機

　　平板型直線感應電動機的初級可簡單理解成剖開的旋轉(zhuǎn)電機，但還是有不同處。本課件介紹的初級是4極結(jié)構(gòu)，最簡單的三相4極旋轉(zhuǎn)電動機有12個槽，同步電機工作原理我們采用雙層疊繞繞組的直線電機需15個槽。圖1是初級鐵芯，鐵心由具有15個槽和16個齒的硅鋼疊片疊成，鐵心既是繞組線圈的安裝和支撐結(jié)構(gòu)，也是電機的磁路組成部分。

　　圖1--平板型直線感應電動機的初級鐵芯

　　繞組的基本單位是線圈。每個線圈有兩個直線邊，分別嵌入在鐵心的兩個槽內(nèi)，是繞組的有效部分，也是電磁能量轉(zhuǎn)換的主要部分。初級繞組采用三相雙層疊繞法，圖2下圖是初級繞組展開圖，上圖是側(cè)視圖。U1與U2是A相繞組的始端與尾端，V1與V2是B相繞組的始端與尾端，W1與W2是C相繞組的始端與尾端。

　　圖2--平板型直線感應電動機繞組展開圖

　　圖3是初級繞組的立體圖，為顯示清晰，圖中用黃、綠、紅三色分別表示A、B、C三相繞組。

　　圖3--平板型直線感應電動機三相繞組

　　平板型直線感應電動機的次級稱為動子，分為磁性次級、非磁性次級和復合次級。磁性次級的材料為低碳鋼板，非磁性次級的材料為銅或鋁，復合次級是二者的復合，如圖5所示。由于低碳鋼板的導電性能不好，非磁性次級導磁性能差導致直線感應電動機效率較低，采用復合次級的直線感應電動機具有較好的性能。復合次級的結(jié)構(gòu)是在低碳鋼板上覆蓋一層薄銅板或鋁板同步電機工作原理；在低碳鋼板中鑲銅條，多根銅條兩頭用銅邊條短接，好像展開的籠型轉(zhuǎn)子，也是一種較好形式，見圖4，為顯示清楚，動子左邊一半采用半透明顯示。

　　圖4--平板型直線感應電動機的次級

　　單邊平板型直線電動機的初級與次級之間有強大的吸引力，增加次級運動的摩擦力。為了抵消定子磁場對動子的單邊磁吸力，通常采用雙邊結(jié)構(gòu)，用兩個定子將動子夾在中間，稱為雙邊平板型直線感應電動機，見圖5。 單邊平板型直線電動機的典型應用是軌道交通直線牽引電機，例如地鐵，城軌等領(lǐng)域。

　　圖5--雙邊平板型直線感應電動機的初級與次級

　　圖6是雙邊平板型直線感應電動機在A相繞組通正向電流時的磁通走向。

　　圖6--雙邊平板型直線感應電動機的磁通

　　圖7是雙邊平板型直線感應電動機結(jié)構(gòu)示意圖，（圖中次級較短，實際要長一些）。由于直線電機次級的滑動導軌有多種形式，在圖中也就未顯示導軌部分。

　　三相繞組可以是星形連接或三角形連接，但上初級繞組與下初級繞組磁通方向必須一致。

　　圖7--雙邊平板型直線感應電動機的結(jié)構(gòu)

　　直線電機次級的滑動導軌有多種形式，通常有直線滾珠導軌、滑動導軌（油潤滑）、氣體浮動、液體浮動、磁懸浮等方式，在本課件就不做介紹了，在圖中也就未顯示導軌部分。

　　繞組接通三相交流電，就會在上下初級鐵芯間產(chǎn)生交變磁場，圖8為某瞬間的磁場狀態(tài)，兩鐵芯間的淺藍色箭頭線表示該點磁場方向與大小，連接各箭頭尖會形成一條類似正弦波的曲線。隨著交流電的變化，該正弦波狀磁場會水平移動，故稱為行波磁場。

　　圖8--雙邊平板型直線感應電動機的行波磁場

　　動畫演示的是理想狀態(tài)，實際上由于直線電機鐵芯只是一段，不像旋轉(zhuǎn)電機是連續(xù)的，在頭尾端波形畸變較大，且幅度縮小，稱之為邊端效應。邊端效應影響電動機的效率，是直線電動機設(shè)計中要解決的重要技術(shù)問題，有關(guān)解決方案有多種，這里就不做介紹了，但電機的極數(shù)大于6時，邊端效應影響就較小了。

　　次級在行波磁場中產(chǎn)生感應電流，隨著行波磁場移動，但次級移動速度要比行波磁場慢一些，其原理與異步電動機相同。

　　雙邊平板型直線感應電動機的次級可直接使用銅板或鋁板，完全沒有定子磁場對動子的側(cè)向磁吸力，但必須保證動子的機械強度。

　　2. 雙邊平板型直線同步電動機

　　雙邊平板型直線同步電動機的次級（動子）一般采用永磁結(jié)構(gòu)，永磁體采用高性能的釹鐵硼稀土永磁材料。

　　永磁體為板狀，可在上下鐵芯間自由滑動，磁通方向為上下，在圖9中紅色永磁體是上面為S極下面為N極，藍色永磁體是上面為N極下面為S極。多個永磁體鑲嵌在次級（動子）基板中，構(gòu)成次級（動子），此種結(jié)構(gòu)的基板必須是非導磁材料。次級安裝在滑動導軌中，可在上下初級鐵芯中自由滑動，并留有氣隙。

　　圖9--雙邊平板型直線同步電動機的次級

　　圖10是雙邊平板型直線同步電動機結(jié)構(gòu)示意圖，圖中未顯示導軌。

　　圖10--雙邊平板型直線同步電動機的結(jié)構(gòu)

　　在繞組接通三相交流電，動子就會跟隨初級的行波磁場同步移動。

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