直线电机的基本工作原理

直线电机不仅在结构上相当于是从旋转电机演变而来的，而且其工作原理也与旋转电机相似。

旋转电机的基本工作原理

图1-9表示一台简单的二极旋转电机。图中线圈AX、BY、CZ为定子A、B、C三相绕组。当在其中通入三相对称正弦电流后，便在气隙中产生了一个磁场，这个磁场可看成沿气隙圆周呈正弦分布。当A相电流达到最大值时，B和C相电流都为负的最大值的二分之一，这时磁场波幅处于A相绕组轴线上，如图1-9a所示。经过120电角度后，B相电流达到最大值，这时C和A相都为负的最大值的二分之一，而磁场波幅转到B相绕组轴线上，如图1-9b所示。经过240电角度后，相电流达到最大值时，A和B相电流都为负的最大值的二分之一，磁场波幅又转到C相绕组轴线上，如图1-9c所示。由此可见，电流随时间变化，磁场波幅就按A、B、C相序沿圆周旋转。电流变化一个周期，磁场转过一对极。这种磁场称为旋转磁场，它的旋转速度称为同步转速，用 表示，它与电流的频率f(Hz)成正比，而与电机的极对数p成反比：

（rad／min）

式中──极距（m)

通过图1-10可说明旋转磁场对转子的作用，为了简单起见，图中鼠笼转子只画出了两根导条。当气隙中旋转磁场以同步速旋转时，该磁场就会切割转子导条，而在其中感应出电动势。电动势的方向可按右手定则确定，示于图中转子导条上。由于转子导条是通过端环短接的，因此在感应电动势的作用下，便在转子导条中产生电流。当不考虑电动势和电流的相位差时，电流的方向即为电动势的方向。这个转子电流与气隙磁场相互作用便产生切向电磁力。电磁力的方向可按左手定则确定。由于转子是个圆柱体，故转子上每根导条的切向电磁力乘上转子半径，全部加起来即为促使转子旋转的电磁转矩。由此可以看出，转子旋转的方向与旋转磁场的转向是一致的。转子的转速用表示。在电动机运行状态下，转子转速总要比同步转速小一些，因为一旦，转子就和旋转磁场相对静止，转子导条不切割磁场，于是感应电动势为零，不能产生电流和电磁转矩。转子转速与同步转速的差值经常用转差率来表示，

直线电机的基本工作原理

将图1-10所示的旋转电机在顶上沿径向剖开，并将圆周拉直，便成了图1-11所示的直线电机。在这台直线电机的三相绕组中通入三相对称正弦电流后，也会产生气隙磁场。当不考虑由于铁心两端开断而引起的纵向边端效应时，这个气隙磁场的的分布情况与旋转电机的相似，即可看成沿展开的直线方向呈正弦形分布。当三相电流随时间变化时，气隙磁场将按A、B、C相序沿直线移动。这个原理与旋转电机的相似，二者的差异是：这个磁场是平移的，而不是旋转的，因此称为行波磁场。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，即为，称为同步速度，且

(m／s)

再来看行波磁场对次级的作用。假定次级为栅形次级，图1-11中仅画出其中的一根导条。次级导条在行波磁场切割下，将感应电动势并产生电流。而所有导条的电流和气隙磁场相互作用便产生电磁推力。在这个电磁推力的作用下，如果初级是固定不动的，那末次级就顺着行波磁场运动的方向作直线运动。若次级移动的速度用 表示，转差率用 表示，则有：

在电动机运行状态下， 在0与1之间。上述就是直线电机的基本工作原理.

应该指出，直线电机的次级大多采用整块金属板或复合金属板，因此并不存在明显的导条。但在分析时，不妨把整块看成是无限多的导条并列安置，这样仍可以应用上述原理进行讨论。在图1-12中，分别画出了假想导条中的感应电流及金属板内电流的分布，图中为初级铁心的叠片厚度，c为次级在长度方向伸出初级铁心的宽度，它用来作为次级感应电流的端部通路，c的大小将影响次级的电阻。旋转电机通过对换任意两相的电源线，可以实现反向旋转。这是因为三相绕组的相序相反了，旋转磁场的转向也随之反了，使转子转向跟着反过来。同样，直线电机对换任意两相的电源线后，运动方向也会反过来，根据这一原理，可使直线电机作往复直线运动。