直線牽引電動機原理分析一、直線牽引電機工作原理

直線電機可認為是旋轉電機在結構方面的一種演變

由于用直線運動取代了旋轉運動，因此稱之為直線電動機。圖2-50直線異步電動機結構原理圖

1、直線電機特點：（1）無旋轉部件，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現直線運行，因此可不受粘著的

限制，能獲得較高的加速度和減速度。（3）直線電機運行噪音較小。

直線電動機分類：

直線異步電動機（LIM）

直線同步電動機（LSM）

直線直流電動機（LDM）

在城市軌道交通中以

LIM應用較多2、直線異步電動機的分類

（1）按結構分類：

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）按動體分類：

短初級方式(即以初級作為動體)（圖2-51）短次級方式(即以次級作為動體)（圖2-53）圖2-51短初級平板形直線異步電動機示意圖圖2-52圓筒形直線異步電動機結構形成示意圖圖2-53短次級平板形單邊式直線異步電動機示意圖3、結構與原理（1）直線異步電動機結構

定子：帶齒槽的電工鋼片疊成，槽里嵌有繞組

轉子：非磁性體(銅板或鋁板)和磁性體(鋼板)構成的復合金屬板。（2）直線異步電動機的原理

（a）旋轉感應電機（b）直線感應電機圖2-54感應電機的基本工作原理1-定子；2-轉子；3-磁場方向1-初級；2-次級；3-行波磁場（3）直線異步電動機的磁場以時間t和距離x作為函數變量，行波磁場的磁通密度B:

式中：

ω—電源角頻率，rad/s；

t—時間，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。

（2-19）圖2-55直線異步電動機的行波

磁場渦流Ie和連續推力F

行波磁場的移動速度稱為同步速度

。

設次級金屬板中引起渦流的感應電壓為

Ee，磁通的作用面積為A，則:

次級有電感L和電阻R，則金屬板上的渦流電流Ie為：式中：

，次級移動的速度即電機的運動速度為：

(2-20)(2-20)二．直線異步電動機特性

直線異步電動機的推力一速度特性與旋轉異步電動機的特性相比較，則滑差率s為:

式中：Fs—起動推力；

Fμ—摩擦力；

V?—空載速度。

直線異步電動機的推力一速度特性近似成直線(圖2-56)，其推力為

:

圖2-56直線異步電動機的推力一速度特性與旋轉異步電動機的特性相比較1、推力一速度特性

(2-23)(2-22)2、速度一時間特性：速度隨時間以指數函數規律增加，其特性可表示為：

圖2-58直線異步電動機速度一時間特性圖2-57直線異步電動機的推力一速度特性（2-24）

圖2-58所示為T=1時的直線異步電動機速度一時間特性，實際上時間常數T隨負荷質量等因素而變化。3、推力一氣隙特性氣隙小對電機特性和工作穩定性有利。直線異步電動機的τ／g=20左右。

4、推力—負荷占空因數特性圖2-59直線異步電動機的推力一氣隙特性

通電時間與整個周期時間之比。

圖2-60直線異步電動機的推力一占空因數特性

當負荷占空因數增大時，直線異步電動機的推力按指數函數規律下降。5、邊緣效應

直線電機是長直、兩端開斷的結構，存在始端和終端，引起了邊緣效應(端部效應)。

①

靜態縱向邊緣效應②

動態縱向邊緣效應③

橫向邊緣效應圖2-61直線電機行波磁場方向上的渦流分布

在氣隙中出現脈振磁場和反向行波磁場，運行過程中將產生阻力和增大附加損耗。這種效應當初、次級相對靜止時也存在，因而稱為靜態縱向邊緣效應，縱向即磁場移動的方向。

在橫向的邊緣區域磁場削弱，造成空載氣隙磁場橫向分布的不均勻，這是第一類橫向邊緣效應。次級導體板對電流分布及氣隙磁場密度沿橫向分布的影響，稱為第二類橫向邊緣效應三．直線異步電動機的優缺點

①

直線電機最主要的優點是直接產生直線運動而不需要中間轉換裝置。

②

起動推力大，可實現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

直線電機的初級和次級的結構都很簡單，特別是次級，有時甚至可直接利用部分設備本體或運行軌道?？稍跅l件惡劣(潮濕、粉塵、有害氣體)的環境中使用。④

總體結構簡單，扁平型部件高度低；噪聲小，重量輕，維修容易。⑤

短初級平板型直線電機的次級長，因而散熱面大，材料的熱負荷可以取得較高

。

1、優點

2、缺點

①

效率和功率因數低(一般在0．6～0．65左右)。通常直線異步電動機的極距／汽隙比要比旋轉異步電動機大一倍左右。初級和次級之間的氣隙大，需要的磁化電流大，所以空載電流大；邊緣效應特別是縱向邊緣效應減小了驅動推力，增大了損