电梯电力拖动系统课件PPT

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1、 平层信号 平 层拖动系统 减 速减速点信号 启 动安全保护系统 定向、选层 门锁保护 层楼信号 层楼信号的取得 层楼指示 轿内指令 厅外召唤 轿厢升降运动的常见电力拖动方式可以表示如下：反抗性恒转矩负载特性反抗性恒转矩负载特性(a)实际特性实际特性 (b)折算后的特性折算后的特性位能性恒转矩负载特性位能性恒转矩负载特性(a)实际特性实际特性 (b)折算后的特性折算后的特性二、直流电动机的调速方法二、直流电动机的调速方法下面仅就他励直流电动机的调速方法作一般性的介绍。下面仅就他励直流电动机的调速方法作一般性的介绍。从直流他励电动机机械特性方程式从直流他励电动机机械特性方程式 TKKRRKUn2

2、meadae 可知：可知：改变串入电枢回路的电阻改变串入电枢回路的电阻Rad；改变；改变电枢供电电压电枢供电电压U或或主磁通主磁通，都可以得到不同的人为机械特性，从而在负载不变时可，都可以得到不同的人为机械特性，从而在负载不变时可以改变电动机的转速，以达到速度调节的要求，故直流电动机调速以改变电动机的转速，以达到速度调节的要求，故直流电动机调速的方法有以下三种。的方法有以下三种。1、改变电枢电路外串电阻、改变电枢电路外串电阻Rad 直流电动机电枢回路串接电阻后，可以得到如图所示的一簇机直流电动机电枢回路串接电阻后，可以得到如图所示的一簇机械特性。械特性。从特性可看出，在一定的负从特性可看出，在

3、一定的负载转矩载转矩TL下，串入不同的电阻可下，串入不同的电阻可以得到不同的转速。如在电阻分以得到不同的转速。如在电阻分别为别为 Ra、R1、R2、R3、的情况下，、的情况下，可以分别得到稳定工作点可以分别得到稳定工作点A、C、D和和E，对应的转速为，对应的转速为nA、nB、nC、nD。TKKRRKUn2meadae 2改变电动机电枢供电电压改变电动机电枢供电电压U 如图所示特性为改变电枢供电电压如图所示特性为改变电枢供电电压U调速的特性：调速的特性：从特性可看出，在一定的负从特性可看出，在一定的负载转矩载转矩TL下，电枢外加不同电压下，电枢外加不同电压可以得到不同的转速。如在电压可以得到不同

4、的转速。如在电压分别为分别为 UN、U1、U2、U3的情的情况下，可以分别得到稳定工作点况下，可以分别得到稳定工作点a、b、c和和d，对应的转速为，对应的转速为na、nb、nc、nd。即改变电枢电压。即改变电枢电压可以达到调速的目的。可以达到调速的目的。TKKRRKUn2meadae 3改变电动机主磁通改变电动机主磁通 如图所示曲线为改变电动机主磁通如图所示曲线为改变电动机主磁通 调速的特性：调速的特性：从特性可看出，在一定的负载功率从特性可看出，在一定的负载功率PL下，不同的主磁通下，不同的主磁通 N、1、2、，可以得到不同的转速可以得到不同的转速na、nb、nc。即改变主磁通即改变主磁通

5、可以达到调可以达到调速的目的。速的目的。TKKRRKUn2meadae 4直流电动机的调速直流电动机的调速一、三相异步电动机的调速方法一、三相异步电动机的调速方法 NmaxstmaxmmTTXRURKTXUKTnnnXRSpfn 2202222202002002260 如在一定负载下，欲得到不同的转速，如在一定负载下，欲得到不同的转速，可以由改变可以由改变Tmax、Sm、p 和和f 四个参数入手，四个参数入手，则相应地有如下几种调速方法。则相应地有如下几种调速方法。1、调压调速、调压调速 改变电源电压时的人为机械特性如图改变电源电压时的人为机械特性如图所示：所示：2、转子电路串电阻调速转子电路

6、串电阻调速 原理接线图和机械特性如图所示：原理接线图和机械特性如图所示：原理接线图机械特性3、改变磁极对数调速改变磁极对数调速 根据根据n0=60f/p可知：同步转速可知：同步转速n0与磁极对数与磁极对数p成反比，故可改成反比，故可改变磁极对数变磁极对数p即可改变电动机的转速。常见的接线方法有以即可改变电动机的转速。常见的接线方法有以下两种：下两种：4、变频调速、变频调速 改变定子电源频率时的人为机械特性如图所示：改变定子电源频率时的人为机械特性如图所示：异步电动机的转异步电动机的转速正比于定子电源的速正比于定子电源的频率频率f，若连续地调节，若连续地调节定子电源频率，即可定子电源频率，即可实

7、现连续地改变电动实现连续地改变电动机的转速。机的转速。变变 频频 基基 础础 培培 训训 -电气传动基础知识电气传动基础知识1 以交流（直流）电动机为动力拖动各种生产机械的系统我们称之为交流（直流）电气传动系统，也称交流（直流）电气拖动系统终端机械风机、泵等交流电源输入直流调速装置皮带轮、齿轮箱等交流调速装置中间传动机构执行机构交流电机直流输出直流电机交流输出构成构成定义定义变频器变频器变变 频频 基基 础础 培培 训训 -电气传动基础知识电气传动基础知识2 根据设备和工艺的要求通过改变电动机速度或输出转矩改变终端设备的速度或输出转矩。意义意义附注：并不是所有的设备使用电气传动装置后都可以节能

8、变频目的变频目的变变 频频 基基 础础 培培 训训 -电气传动基础知识电气传动基础知识3加减速时间和电机转矩、负载转矩以及系统惯量有关加减速时间和电机转矩、负载转矩以及系统惯量有关电力传动系统运动方程式：电力传动系统运动方程式：T电机转矩T负载转矩加速运行 T电机转矩SPWM波OutOut2 2）SPWMSPWM波波用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波？若要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可。OutSPWM波Out如何用一系列等幅不等宽的脉冲等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波OutOwtUd-Ud 对于正弦波的负半周，采取同样的

9、方法，得到PWM波形，因此正弦波一个完整周期的等效PWM波为：OwtUd-Ud 根据面积等效原理，正弦波还可等效为下图中的PWM波，而且这种方式在实际应用中更为广泛。等等幅幅PWM波波 不等幅不等幅PWM波波OwtUd-UdUot3 3）PWMPWM波波PWM波可等效的各种波形直流斩波电路 直流波形SPWM波 正弦波形等效成其他所需波形，如:l 所需波形 l 等效的PWM波0s5m s10m s15m s20m s25m s30m s-20V0V20V 目前中小功率的逆变电路几乎都采用PWM技术。逆变电路是PWM控制技术最为重要的应用场合。PWM逆变电路也可分为电压型电压型和电流型电流型两种，

10、目前实用的PWM逆变电路几乎都是电压型电路。PWMPWM逆变电路及其控制方法逆变电路及其控制方法 计算法的概念计算法的概念：根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计算根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计算PWMPWM波各脉冲宽度和间隔波各脉冲宽度和间隔，据此控制逆变电路开关器件的通断，就可得到所需，据此控制逆变电路开关器件的通断，就可得到所需PWMPWM波形。波形。当输出正弦波的频率、幅值或相位变化时，结果都要变化。当输出正弦波的频率、幅值或相位变化时，结果都要变化。调制法调制法：通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波；通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波；与任一平缓变化的与任一平缓变化的调

11、制信号波调制信号波相交，在相交，在交点控制器件通断，就得宽度正比于信号波幅值的脉冲，符合交点控制器件通断，就得宽度正比于信号波幅值的脉冲，符合PWM的要求。的要求。调制信号波为正调制信号波为正弦波时，得到的弦波时，得到的就是就是SPWM波波信号波载波图6-4调制电路Ud+V1V2V3V4VD1VD2VD3VD4uoRLuruc计算法和调制法计算法和调制法等腰三角波或锯齿波等腰三角波上任一点的水平宽度和高度成线性关系，且左右对称，当它与任何一个平缓变化的调制信号波相交时，如在交点时刻对电路中开关器件的通断进行控制，就可得到宽度正比于信号波幅值的脉冲把希望输出的波形作为调制信号，把接受调制的信号作

12、为载波，通过信号波得调制得到所期望的PWM波形图6-5urucuOwtOwtuouofuoUd-Udt 调制信号ur为正弦波，载波uc在ur的正半周为正极性的三角波，在负半周为负极性的三角波t 在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断t ur正半周，V1保持通，V2保持断 当uruc时使V4通，V3断，uo=Ud当uruc时使V4断，V3通，uo=0 单极性单极性PWM控制方式控制方式（单相桥逆变）（单相桥逆变）t Ur负半周，V1保持断，V2保持通 当uruc时使V3断，V4通，uo=0单极性单极性PWM控制方式控制方式Ur半个周期内三角波载波只在正极性或负极性一种极性范围内变化，所得PWM

13、波形的控制方法表示uo的基波分量信号波载波图6-4调制电路Ud+V1V2V3V4VD1VD2VD3VD4uoRLuruc图6-6urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud双极性双极性PWM控制方式控制方式（单相桥逆变）（单相桥逆变）双极性双极性PWM控制方式控制方式在ur的的半个周期内，三角波载波有正有负，所得PWM波也有正有负l 在在ur一个周期内一个周期内,输出输出PWM波只有波只有Ud两种电平两种电平l 同样在调制信号同样在调制信号ur和载波信号和载波信号uc的交点时刻控制的交点时刻控制哥开关器件的通断哥开关器件的通断l ur正负半周，对各开关器件的控制规律相同正负半周，对各开关器件

14、的控制规律相同l 当当ur uc时，给时，给V V1 1和和V V4 4导通信号，导通信号，给给V V2 2和和V V3 3关断信号关断信号 如如io o0，则，则V V1 1和和V V4 4通，通，如如io0，VDVD1 1和和VDVD4 4通，通，不管哪种情况不管哪种情况uo=Udl当当uruc时，给时，给V2和和V3导通信号，给导通信号，给V1和和V4关断信号关断信号 如如io0，VD2和和VD3通，通，不管哪种情况不管哪种情况uo=-Ud信号波载波图6-4调制电路Ud+V1V2V3V4VD1VD2VD3VD4uoRLuruc图 双极性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofu

15、oUd-Ud图 单极性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud 对照上述两图可以看出，单相桥式电路既可采取单极性调制，也可采用双极性调制，由于对开关器件通断控制的规律不同，它们的输出波形也有较大的差别。图6-8ucurUurVurWuuUNuVNuWNuUNuUVUd-UdOwtOOOOOwtwtwtwtwt2Ud2Ud2Ud2Ud2Ud3Ud32Udl uUN、uVN和uWN的PWM波形只有Ud/2两种电平l 线电压波形uUV的波形可由uUN-uVN得出当1和6通时，uUV=Ud 当3和4通时，uUV=Ud当1和3或4和6通时，uUV=0l 逆变器输出线电压PWM波由

16、Ud和0三种电平构成l 负载向电压uUN可由下式求得l 负载相电压PWM波由(2/3)Ud、(1/3)Ud和0共5种电平组成3WNVNUNUNUNuuuuu同一相上下两臂的驱动信号互补，为防止上下臂直通而造成短路，在上下两臂切换时留一小段上下臂都施加关断信号的死区时间死区时间的长短主要由功率开关器件的关断时间决定死区时间会给输出的PWM波带来影响，使其稍稍偏离正弦波根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况，PWM调制方式分为异步调制异步调制和同步调制同步调制。通常保持fc固定不变，当fr变化时，载波比N是变化的在信号波的半周期内，PWM波的脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称

17、，半周期内前后1/4周期的脉冲也不对称当fr较低时，N较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不对称产生的不利影响都较小当fr增高时，N减小，一周期内的脉冲数减少，PWM脉冲不对称的影响就变大载波比载波比载波频率fc与调制信号频率fr之比，N=fc/fr1）异步调制异步调制载波信号和调制信号不同步的调制方式2）同步调制同步调制载波信号和调制信号保持同步的调制方式，当变频时使载波与信号波保持同步，即N等于常数。ucurUurVurWuuUNuVNOttttOOOuWN2Ud2Ud同步调制三相PWM波形基本同步调制方式，fr变化时N不变，信号波一周期内输出脉冲数固定。三相电路中公用一个三角波载波，且取N为3

18、的整数倍，使三相输出对称。为使一相的PWM波正负半周镜对称，N应取奇数。fr很低时，fc也很低，由调制带来的谐波不易滤除。fr很高时，fc会过高，使开关器件难以承受。3）分段同步调制分段同步调制异步调制和同步调制的综合应用。把整个fr范围划分成若干个频段，每个频段内保持N恒定，不同频段的N不同。在fr高的频段采用较低的N，使载波频率不致过高；在fr低的频段采用较高的N，使载波频率不致过低。00.40.81.21.62.02.410203040506070802011479969453321图6-11fr/Hzfc/kHz为防止fc在切换点附近来回跳动，采用滞后切换的方法。同步调制比异步调制复杂

19、，但用微机控制时容易实现。可在低频输出时采用异步调制方式，高频输出时切换到同步调制方式，这样把两者的优点结合起来，和分段同步方式效果接近。自然采样法按照SPWM控制的基本原理，在正弦波和三角波的自然交点时刻控制功率开关的通断，这种生成SPWM波形的方法规则采样法工程实用方法，效果接近自然采样法，计算量比自然采样法小得多规则采样法规则采样法 规则采样法原理原理ucuOturTcADBOtuotAtDtBdd d 2d2d图6-12 规则采样法 规则采样法计算公式推导正弦调制信号波taursinrw三角波一周期内，脉冲两边间隙宽度)sin1(421DrcctaTTwdda称为调制度调制度，0a1；

20、wr为信号波角频率从图得,2/22/sin1cDrTtadw)sin1(2DrctaTwd ucuOturTcADBOtuotAtDtBdd d 2d2d 规则采样法 规则采样法：规则采样法：taurrw wsin 222sin1CDrTta d dw w)sin1(2DrCtaTw wd d DTCuruC)sin1(4)(21DrCCtaTTw wd dd d tD三角波一周期内，脉冲两边间隙三角波一周期内，脉冲两边间隙宽度宽度为为设正弦调制信号波为设正弦调制信号波为脉冲宽度为：脉冲宽度为：单极性单极性SPWM控控制制双极性双极性SPWM控控制制异步调制和同步调制异步调制和同步调制载波比载

21、波比载波频率载波频率fc与调制信号频率与调制信号频率fr之比，之比，N=fc/fr。异步调制异步调制载波信号和调制信号不同步的调制方式。通常保持载波信号和调制信号不同步的调制方式。通常保持f fc c固定不变，固定不变，当当f fr r变化时，载波比变化时，载波比N N是变化的。是变化的。特点特点：在信号波的半周期内，：在信号波的半周期内，PWM波的脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半波的脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后周期的脉冲不对称，半周期内前后1/4周期的脉冲也不对称。周期的脉冲也不对称。当当fr较低时，较低时，N较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不对称产生

22、的不利影响都较小。较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不对称产生的不利影响都较小。当当fr增高时，增高时，N减小，一周期内的脉冲数减少，减小，一周期内的脉冲数减少，PWM脉冲不对称的影响就变大。脉冲不对称的影响就变大。同步调制同步调制N等于常数，并在变频时使载波和信号波保持同步等于常数，并在变频时使载波和信号波保持同步。基本同步调基本同步调制方式，制方式，fr变化时变化时N不变，信号波一周期内输出脉冲数固定不变，信号波一周期内输出脉冲数固定 特点特点：fr很低时，很低时，fc也很低，由调制带来的谐波不易滤除。也很低，由调制带来的谐波不易滤除。fr很高时，很高时，fc会过高，使开关器件难以承受。会过高

23、，使开关器件难以承受。改善：采用分段同步调制。把逆变电路的输出频率范围划分为若干个频段改善：采用分段同步调制。把逆变电路的输出频率范围划分为若干个频段，每个频段内都保持载波比，每个频段内都保持载波比N为恒定，不同频段的载波比不同。为恒定，不同频段的载波比不同。1111UEI Z 根据上式可以将上图中曲线1所描述的变频调速控制原则曲线改画成曲线2所示，采用U1代替电动势E1，而电压U1易于检测和控制 为了控制方便，采用曲线3代替曲线2，曲线3所表达的控制原则描述如下 当频率低于额定频率时，即f1 flN 时，应保持U1/f1=C 当频率高于额定频率时，即f1f1N时，应保持U1=U1N不变。nn

24、nn六、和直流拖动系统比较同步电机的基本工作原理与结构同步电机的基本结构以汽轮发电机为例以汽轮发电机为例:定子铁心：硅钢片叠成。定子铁心：硅钢片叠成。机座：钢板焊接面成，有足够的强度和钢度。机座：钢板焊接面成，有足够的强度和钢度。电枢绕组：三相对称绕组电枢绕组：三相对称绕组铜线制成铜线制成定子定子(电枢电枢)转子铁心：采用整块的含铬、镍和钼的合金钢锻成转子铁心：采用整块的含铬、镍和钼的合金钢锻成护环：保护励磁绕组受离心力时不甩出护环：保护励磁绕组受离心力时不甩出励磁绕组：铜线制成励磁绕组：铜线制成滑环：引励磁电流经电刷、滑环进入励磁绕组滑环：引励磁电流经电刷、滑环进入励磁绕组中心环：支持护环，

25、阻止励磁绕组轴向移动中心环：支持护环，阻止励磁绕组轴向移动转子转子机械端口机械端口转子转子定子绕组定子绕组定子铁心定子铁心电端口电端口ABC返回返回1 1、汽轮发电机结构、汽轮发电机结构 （1 1）定子铁心）定子铁心返回返回1 1、汽、汽轮发电轮发电机结构机结构返回2 2、水轮发电机结构、水轮发电机结构(1)(1)立式水轮发电机立式水轮发电机(2)(2)卧式水轮发电机卧式水轮发电机2 2、水轮发电机结构、水轮发电机结构转子结构转子结构10000kW10000kW水轮机转子水轮机转子 引进引进600MW汽轮发电机汽轮发电机国产国产300MW汽轮发电机汽轮发电机国产国产200MW汽轮发电机定子汽轮

26、发电机定子国产国产200MW汽轮发电机定子铁心汽轮发电机定子铁心现场运行的水轮发电机现场运行的水轮发电机同步电机的基本工作原理与结构同步电机的基本工作原理与分类大小大小：01104 44wE.fN k 频率频率：60pnf 励磁绕组通入直流电流后建立恒定磁励磁绕组通入直流电流后建立恒定磁场，原动机拖动转子以转速场，原动机拖动转子以转速 旋转时，其旋转时，其磁场切割定子绕组而感应交流电动势磁场切割定子绕组而感应交流电动势 .n0E相序相序：由转子的转向决定。：由转子的转向决定。波形波形：由：由 可知，波形可知，波形取决于取决于 的空间分布。的空间分布。(x)eBlv(x)B按按运行运行方式，同步

27、电机分发电机、电动机和调相机。方式，同步电机分发电机、电动机和调相机。按按结构结构型式，同步电机分旋转电枢式和旋转磁极式。型式，同步电机分旋转电枢式和旋转磁极式。旋转磁极式同步电机按磁极形状，又分隐极式和凸极式两种。旋转磁极式同步电机按磁极形状，又分隐极式和凸极式两种。按原动机类别按原动机类别,同步电机分为汽轮发电机、水轮发电机和柴同步电机分为汽轮发电机、水轮发电机和柴油发电机等。油发电机等。汽轮发电机一般作成隐极式，现代汽轮发电机均为汽轮发电机一般作成隐极式，现代汽轮发电机均为2 2极，转速极，转速为为30003000转转/分钟，水轮发电机采用凸极式，极数多，转速低。分钟，水轮发电机采用凸极

28、式，极数多，转速低。同步电动机、柴油发电机和调相机一般作成凸极式。同步电动机、柴油发电机和调相机一般作成凸极式。同步电机的额定值对同步发电机额定值之间关系为：对同步发电机额定值之间关系为：3NNNNNNPScosU Icos )(kVUN额定电压额定运行时加在额定运行时加在三相定子绕组上三相定子绕组上的线电压。的线电压。NNPS 额定功率额定容量 指电机额定运行时，输出功率的保证值。同步发电机是指指电机额定运行时，输出功率的保证值。同步发电机是指输出的额定视在功率或有功功率，单位是输出的额定视在功率或有功功率，单位是KVAKVA或或KWKW。电动机额定。电动机额定容量是指额定条件下转轴上输出的

29、机械功率，单位是容量是指额定条件下转轴上输出的机械功率，单位是KWKW。调相。调相机用机用KVAKVA或或KvarKvar表示。表示。)(AIN额定电流在额定运行状在额定运行状态下三相定子态下三相定子绕组的线电流绕组的线电流.fNfNNNNUInf额定励磁电压额定励磁电流额定转速额定效率额定频率额定功率因数Ncos 为方便理解我们先从为方便理解我们先从BLDCBLDC电机电机120120度直流度直流方波控制来讲解方波控制来讲解电机的基本工作原理，而电机的基本工作原理，而180180度控制原理则是在度控制原理则是在120120度方波控度方波控制的基础上加入制的基础上加入正弦变化控制正弦变化控制。

30、换言之，针对电机最优的控。换言之，针对电机最优的控制，要看电机的反电动势是方波还是正弦波。方波或梯形波制，要看电机的反电动势是方波还是正弦波。方波或梯形波的按直流控制，正弦波的按正弦变化控制。的按直流控制，正弦波的按正弦变化控制。无刷直流无刷直流（BLDCBLDC）电机的基本旋转需依靠转子位置传感电机的基本旋转需依靠转子位置传感器检测的位置信息，然后经过电子换相电路来驱动控制同电器检测的位置信息，然后经过电子换相电路来驱动控制同电枢绕组相连接的各个功率开关器件的关断或导通，从而起到枢绕组相连接的各个功率开关器件的关断或导通，从而起到控制绕组的通电状态，并在定子上产生一个连续的旋转磁场，控制绕组

31、的通电状态，并在定子上产生一个连续的旋转磁场，以拖动转子跟着旋转。随着转子的不断旋转，传感器信号被以拖动转子跟着旋转。随着转子的不断旋转，传感器信号被不断的反馈给芯片，主芯片据此来改变电枢绕组的通电状态，不断的反馈给芯片，主芯片据此来改变电枢绕组的通电状态，使得在每磁极下的绕组中的电流方向相同。因此可以产生恒使得在每磁极下的绕组中的电流方向相同。因此可以产生恒定转矩，并使定转矩，并使BLDCBLDC电机连续旋转运行起来。电机连续旋转运行起来。所谓的120度变频控制，其实是采取两两导通方式的控制策略。所谓两两导通方式指每一时刻仅有两个功率管导通，每1/6周期，开关管换相一次，而每次换相也即PWM

32、调制一个功率管。，按此调制通断即可产生连续的旋转电枢磁势，从而使电机运转。注意这里对120度变频来讲，每一步的PWM的占空比是固定不变的，从而产生直流方波。这种控制方式的特点，简单方便，容易掌握。而而180180度变频度变频则不仅每则不仅每1/61/6周期的周期的PWMPWM占空比不同，而且每一个占空比不同，而且每一个PWMPWM脉冲的占空比都在调整中，并在每个电周期内脉冲的占空比都在调整中，并在每个电周期内使电压按照正弦规律变化，对矢量变频来讲使能电使电压按照正弦规律变化，对矢量变频来讲使能电流或磁通按照正弦规律周期变化控制。流或磁通按照正弦规律周期变化控制。电枢反应电枢反应空载时，同步电机

33、气隙中仅有转子磁势存在。而带负载后，除转子磁势之外，还有定子三相电流产生的电枢磁动势。电枢磁动势的存在，会使气隙中磁场的位置和大小发生畸变，这种电枢磁势影响主磁极磁场的现象我们称之为电枢反应。电枢反应除了能使气隙磁场产生畸变之外，还会关系到机电能量转换，还有增磁或去磁作用，这对电机的运行性能会产生很大的影响。该反应的性质取决于，主磁场与电枢磁势在空间上的相对位置，分析表明该位置与负载电流Ia和激磁电动势E0之间的相位差有关，下面将根据它们之间的相位关系分别进行分析。同相位时的电枢反应与矢量相加后为气隙合成磁动势，另外，习惯上用d（直轴）来表示转子磁极轴线，用q（交轴）来表示N，S极之间的中线。

34、这样因为交轴磁势的存在，会使合成磁势轴线的位置发生位移，并且幅值也发生一定的变化。显然从图中可看出电枢磁势的方向与气显然从图中可看出电枢磁势的方向与气隙磁势的方向相反，电枢反应是去磁效果的。隙磁势的方向相反，电枢反应是去磁效果的。图图3.6=903.6=90时的电枢反应时的电枢反应图359 新型的永磁同步电机转子结构a)铁氧体 b)稀土永磁体、内转子 c)稀土永磁体、外转子(1)(1)省去了把旋转运动转换为直线运动的中间转换省去了把旋转运动转换为直线运动的中间转换机构，节约了成本，缩小了体积。机构，节约了成本，缩小了体积。(2)(2)不存在中间传动机构的惯量和阻力的影响，直不存在中间传动机构的

35、惯量和阻力的影响，直线电动机直接传动反应速度快，灵敏度高，随动性线电动机直接传动反应速度快，灵敏度高，随动性好，准确度高。好，准确度高。(3)(3)直线电动机容易密封，不怕污染，适应性强。直线电动机容易密封，不怕污染，适应性强。由于电机本身结构简单，又可做到无接触运行，因由于电机本身结构简单，又可做到无接触运行，因此容易密封，可在有毒气体、核辐射和液态物质中此容易密封，可在有毒气体、核辐射和液态物质中使用。使用。直线电动机传动的特点直线电动机传动的特点(4)(4)直线电机散热条件好，温升低，因此线负荷和直线电机散热条件好，温升低，因此线负荷和电流密度可以取得较高，可提高电机的容量定额。电流密度

36、可以取得较高，可提高电机的容量定额。(5)(5)装配灵活性大，往往可以将电机与其他机件合装配灵活性大，往往可以将电机与其他机件合成一体。成一体。(6)(6)某些特殊结构的直线电动机也存在一些缺点，某些特殊结构的直线电动机也存在一些缺点，如大气隙导致功率因数和效率降低，存在单边磁拉如大气隙导致功率因数和效率降低，存在单边磁拉力等等。力等等。直线电动机传动的特点直线电动机传动的特点平板形直线电动机结构、原理图 直线电机的结构直线电机的结构从旋转电动机到直线电机的演化从旋转电动机到直线电机的演化 旋转电动机的定子和转子分旋转电动机的定子和转子分别对应直线电动机的初级和别对应直线电动机的初级和次级次级

37、 单边型直线电动机单边型直线电动机 短初级短初级 短次级短次级 双边型直线电动机双边型直线电动机 短次级短次级短初级短初级从旋转电动机到圆筒式直线电动机的演化从旋转电动机到圆筒式直线电动机的演化 圆筒式结构圆筒式结构 圆弧式直线电动机圆弧式直线电动机 圆盘式直线电动机圆盘式直线电动机2.2.直线感应电动机的基本原理直线感应电动机的基本原理 行波磁场行波磁场 在初级的多相绕组中通入多相电流后，也会产生一个气隙在初级的多相绕组中通入多相电流后，也会产生一个气隙基波磁场，但是这个磁场的磁通密度波基波磁场，但是这个磁场的磁通密度波B Bd d 是直线移动的，是直线移动的，故称为行波磁场。故称为行波磁场

38、。如电机极距为如电机极距为，电源频率为，电源频率为f，磁场移动速度为磁场移动速度为2svfssvvvs)1(2)1(sfvsvs次级速度为次级速度为v，则则滑差率为滑差率为 次级移动速度次级移动速度直线感应电动机的结构特点直线感应电动机的结构特点 直线电机的初级相当于旋转电机的定子。初级铁心直线电机的初级相当于旋转电机的定子。初级铁心也是由硅钢片叠成的，也是由硅钢片叠成的，面开有槽，三相面开有槽，三相(或单相或单相)绕组嵌置于槽内。绕组嵌置于槽内。1.初级初级1)1)扁平式初级结构扁平式初级结构2)2)圆筒式初级圆筒式初级:一般由用一般由用硅钢加工成具有凹槽的硅钢加工成具有凹槽的圆环组成，装配

39、时四周圆环组成，装配时四周用螺栓拉紧。用螺栓拉紧。2.2.次级次级 一般是在钢板上一般是在钢板上开槽，在槽中嵌入铜条开槽，在槽中嵌入铜条(或或铸铝铸铝)，然后用铜带在两端，然后用铜带在两端短接而成。短接而成。钢既起导磁作用，又起导电作用钢既起导磁作用，又起导电作用.由于钢的电阻率较大，故钢次级直线电机的电磁性能由于钢的电阻率较大，故钢次级直线电机的电磁性能较差，且法向吸力也大较差，且法向吸力也大(约为推力的约为推力的1010倍左右倍左右)。1）扁平型直线电机）扁平型直线电机钢板上复合一层铜板钢板上复合一层铜板(或铝板或铝板)。圆筒式直线电机，次级一般是厚壁钢管，为了提圆筒式直线电机，次级一般是

40、厚壁钢管，为了提高单位体积所产生的起动推力，可以高单位体积所产生的起动推力，可以在钢管外圆在钢管外圆覆盖一层覆盖一层12mm2mm厚的铜管或铝管，成为复合次级厚的铜管或铝管，成为复合次级，或者或者在钢管上嵌置铜环或浇铸铝环，成为类似于在钢管上嵌置铜环或浇铸铝环，成为类似于笼型的次级笼型的次级。2）圆筒型直线电机）圆筒型直线电机嵌置铜环或铝环的圆筒式次级嵌置铜环或铝环的圆筒式次级 气隙大，功率因数低气隙大，功率因数低3.气隙气隙 直线电机的气隙相对于旋转电机的气隙要大得多，直线电机的气隙相对于旋转电机的气隙要大得多，主主要是为了保证在长距离运动中，初级与次级之间不致要是为了保证在长距离运动中，初

41、级与次级之间不致摩擦。摩擦。因为铜或铝均属非磁性材因为铜或铝均属非磁性材料，其导磁性能和空气相同，故：料，其导磁性能和空气相同，故：电磁气隙电磁气隙=机械气隙机械气隙(单纯的空气隙单纯的空气隙)+铜板或铝板厚度铜板或铝板厚度直线电机轨道交通直线电机轨道交通一、直线电机轮轨交通一、直线电机轮轨交通二、磁悬浮轨道交通二、磁悬浮轨道交通一一 直线电机轮轨交通直线电机轮轨交通 驱动原理驱动原理 传统的电传动内燃机车或电力机车的牵引动力来自于传传统的电传动内燃机车或电力机车的牵引动力来自于传统的旋转电机，它是依靠电动机的定子中产生的旋转磁场使统的旋转电机，它是依靠电动机的定子中产生的旋转磁场使得其中的转

42、子转动起来，再依靠传动装置将动力传递到车轮得其中的转子转动起来，再依靠传动装置将动力传递到车轮从而使列车获得牵引动力。从而使列车获得牵引动力。驱动装置都在车上，车辆产生动力之后传递到车轮驱动装置都在车上，车辆产生动力之后传递到车轮上，依靠车轮与钢轨的黏着力驱动车辆向前行驶。上，依靠车轮与钢轨的黏着力驱动车辆向前行驶。直线电机如同将旋转电机沿半径方向切开展平而成。直线电机如同将旋转电机沿半径方向切开展平而成。直线电机牵引的轮轨交通车辆将电机的定子部分安装直线电机牵引的轮轨交通车辆将电机的定子部分安装在车辆的转向架上，将转子沿线路铺设在轨道中间。在车辆的转向架上，将转子沿线路铺设在轨道中间。感应板

43、要安置在轨道道床上，其与钢轨、道床以及三轨的尺寸链感应板要安置在轨道道床上，其与钢轨、道床以及三轨的尺寸链关系至为重要。关系至为重要。当电流通过定子电磁铁线圈时，会产生向前方向的磁场，通过与当电流通过定子电磁铁线圈时，会产生向前方向的磁场，通过与轨道反应板的相互作用产生牵引力。列车靠车轮支撑在轨道上，由于轨道反应板的相互作用产生牵引力。列车靠车轮支撑在轨道上，由于反应板固定在轨道上，反作用力推动定子，带动转向架和列车向前运反应板固定在轨道上，反作用力推动定子，带动转向架和列车向前运行。行。马来西亚吉隆坡格兰纳再也线马来西亚吉隆坡格兰纳再也线温哥华空中列车（温哥华空中列车（skytrain）日本

44、长轨枕道床日本长轨枕道床广州地铁广州地铁4号线号线首都机场线首都机场线感应板感应板 感应板安装在走行轨之间感应板安装在走行轨之间。加拿大加拿大在道床或轨枕上预埋螺栓，感应板固定在螺栓上在道床或轨枕上预埋螺栓，感应板固定在螺栓上，铺装方便，易调整，端头可悬空铺装方便，易调整，端头可悬空。日本日本在轨枕上预埋螺栓，采用扣压件扣压感应板；在轨枕上预埋螺栓，采用扣压件扣压感应板；优点是优点是稳定性较好；稳定性较好；缺点是感应板的调整量很小，对轨道的要求过高，缺点是感应板的调整量很小，对轨道的要求过高，感应板端头不能悬空。感应板端头不能悬空。广州地铁广州地铁4号线采用日本技术感应板安装有扣压件扣压固定，

45、号线采用日本技术感应板安装有扣压件扣压固定，感应板高度调整通过扣压件中的调整板实现。感应板高度调整通过扣压件中的调整板实现。道岔道岔 直线电机道岔主要有两个特点：直线电机道岔主要有两个特点：径向转向架，小半径车辆，可采用小号码道岔；径向转向架，小半径车辆，可采用小号码道岔；1.感应板在岔心断开，车辆依靠惯性前进。感应板在岔心断开，车辆依靠惯性前进。温哥华skytrain 1986日本东京大江户线日本东京大江户线 1991纽约肯尼迪机场线纽约肯尼迪机场线 2003吉隆坡格兰纳再也线吉隆坡格兰纳再也线 1998广州地铁广州地铁4号线号线 2005首都机场线首都机场线 2008日本东部丘陵线道岔日本东部丘陵线道岔三、直线电机在电梯中的应用三、直线电机在电梯中的应用部分资料从网络收集整理而来，供大家参考，感谢您的关注！