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薄片电机介绍

薄片型永磁无轴承电机

浙江大学电气工程学院

电机及其控制研究所

2007-6-4

一．概述 (3)

二．悬浮工作原理 (4)

●径向悬浮力 (4)

●轴向和扭转方向悬浮力 (6)

三．电机的基本结构 (7)

●定子结构 (7)

●转矩绕组 (7)

●转子结构 (8)

●悬浮绕组 (8)

四.控制系统 (9)

●硬件系统 (9)

●软件系统 (9)

一．概述

20世纪末期，为满足科技进步和生产过程对高速、超高速（上万至数万转/分）电力驱动装备的需求，一种集驱动与悬浮功能于一体的无轴承电机应运而生。它利用电磁轴承和电机结构上的某些相似性，将产生悬浮力的原电磁轴承绕组嵌放进旋转电机的电枢铁心中，使电机转子同时具有驱动机械负载的旋转和自悬浮支撑能力。由于无需独立的径向磁轴承支撑，无轴承电机结构更加紧凑，其临界转速、转轴刚度、空间利用率以及电磁效率等均有很大提高，从而为高速及大容量机电能量转换和机械储能装备提供了全新的解决方案与途径，在高速高精度机床驱动，涡轮分子泵，高速离心机、压缩机，分布式电源系统中的高速涡轮发电机及飞轮储能（机电电池）应用等领域具有非常广阔的应用前景。

薄片型无轴承电机是1998年由瑞士学者Barletta等人提出，是一种具有五自由度全悬浮功能的电机结构。电机本体与普通无轴承电机相类似，但轴向长度相对于转子外径较短，呈薄片型，如图1所示。这种电机一方面利用无轴承技术实现转子径向主动悬浮控制，另一方面利用磁阻力效应实现转子轴向和扭转方向上的被动悬浮。由于永磁无轴承电机气隙磁场由永磁体建立，无需定子转矩绕组电流提供励磁，与感应型和磁阻型无轴承电机相比，其体积和重量较小，损耗小，且功率因数高、效率高、控制方便，因此薄片型无轴承电机通常采用永磁无轴承电机结构。

图1 薄片型无轴承电机结构图

薄片型无轴承电机的特殊结构易于实现定、转子的完全隔离，再加上无磨损、低噪声等特点，在泵用及高效超洁净驱动领域应用优势明显。薄片型永磁无轴承电机及其集成化离心泵系统结构如图2所示，该离心泵具有以下优点：

(1)电机转子与泵体可实现集成化结构设计，泵体结构简单，成本低；

(2)结构紧凑，轴向长度短，临界转速高，便于微型化；

(3)泵体旋转部分与外界完全隔离，无机械磨损，不存在润滑和密封问题，

可靠性高；

(4)系统效率高，可通过电机的矢量控制技术精确控制输送介质的流量和压

力，从而满足高效和超洁净驱动（如心脏血液泵）性能的要求；

(5)通过对转子悬浮力的控制，能够实时监测液体流速、压力等，具有自监

测功能。

图2 薄片型无轴承电机及离心泵系统结构图

目前国内外研究已完成了薄片型永磁无轴承电机的运行机理研究，实验运行中已实现了空载、负载稳态和小扰动下的可靠悬浮，正在从实验室走向工业实用。其中瑞士联邦工学院在Levitronix公司等研究机构的共同合作下，研制的小功率薄片型永磁无轴承电机已有部分产品初步实现了商品化，在工业和民用中得到了应用。此外瑞士联邦工学院和Sulzer泵公司合作完成了30kW无轴承密封泵的研制，目前样机已进入试运行阶段。在国内，西安交通大学、沈阳工业大学、南京航空航天大学、江苏大学、浙江大学等高校先后展开了无轴承电机的研究，而薄片型无轴承电机只有最近两年才有研究文章发表，也仅是从电机运行理论出发进行稳态运行仿真及实验研究，未涉及与离心泵的集成化设计与控制研究，更未涉及实现技术及产品化研发。

二．悬浮工作原理

薄片无轴承电机相对于普通永磁同步电机的最大不同点在其悬浮系统。薄片无轴承电机转子所受的悬浮力包括径向悬浮力和轴向及扭转方向上的悬浮力等几个分量。

径向悬浮力

无轴承电机是在普通电机的定子中再嵌入悬浮控制绕组，通过不同极对数悬浮绕组磁场对原有绕组磁场的作用，改变了气隙磁场的对称分布，在转子上产生径向上的可控磁悬浮力，实现了转子的悬浮运行。因此，讨论无轴承电机的运行机理，必须从分析电机中的电磁力着手。

在交流电机中转子受到了两种不同的电磁力：洛仑兹力和麦克斯韦力。

载流导体在磁场中运动而产生的力产生的力称为洛仑兹力，它沿切向方向作用在转子表面，使电机旋转，产生转矩。图3为电机气隙磁场对称下的两极电机的洛仑兹力和转矩的产生示意图。

图2-1 洛仑兹力和麦克斯韦力产生原理图

(a) 洛仑兹力

(b) 均匀气隙下麦克斯韦力

图3 洛伦茨力和麦克斯韦力产生原理图

磁场在不同磁导率的磁性物质边界上产生的表面张力称为麦克斯韦力，该力的方向为垂直于铁磁物质表面向外，其大小与转子表面磁密平方成正比。当电机转子和定子同心且当电流为正弦时，虽然电机中垂直作用于转子表面的麦克斯韦力很大，但由于气隙磁通对称分布，故麦克斯韦力合力为零，如图4(b)所示。当转子偏离气隙中心，引起气隙磁通分布的不均匀，则作用在转子上的麦克斯韦力合力就不为零，其中气隙减小处气隙磁密增大，气隙增大处气隙磁密减小，作用在转子上的麦克斯韦力合力将指向转子偏心使气隙减小的方向。转子的偏心量越大，作用在转子上的麦克斯韦力合力也就越大。

图2-3 永磁型无轴承电机悬浮力产生原理图

(a) 轴悬浮力产生示意图(b) 轴悬浮力产生示意图

αβ

图4 转子的径向悬浮力图4是电机径向的悬浮力产生原理图。N α和N β为二极的悬浮绕组，当延图中标注方向给绕组中通正向电流时，1处磁密增加，2处磁密减少，于是产生了α方向的悬浮力，当通反向电流时，产生了α负方向的悬浮力；同理，当给绕组中通以正反方向的电流也可以产生相应的正负β方向的悬浮力。所以当同时给两极的悬浮绕组通以适当大小和方向的电流时就可以产生所需要的径向悬浮力。

转子的径向悬浮力包括可控悬浮力和单边磁拉力两部分，在气隙磁场定向控制下永磁型无轴承电机转子上所受的力可表示为

22132-d d f q q F i x C C I F i y ??????=+????????????

式中1C 和2C 两个常数分别为可控悬浮力系数和单边磁拉力系数，其大小由

永磁贴片特性、绕组分布等诸多电机结构参数决定；2d i 和2q i 为悬浮绕组电流在

dq 坐标系上的两个分量；f I 为永磁体磁动势折算到转矩绕组侧的等效励磁电流

幅值；x 、y 为电机转子在dq 坐标系下的偏心位移。

轴向和扭转方向悬浮力

图5 薄片型无轴承电机被动悬浮原理

薄片无轴承电机在轴向和扭转方向的悬浮力由转子永磁体和定子之间的磁阻力提供。磁阻力具有使磁路磁阻减小的趋势，当径向和轴向比较大时（如6:1）,转子在轴向和旋转方向的悬浮力可以完全由磁阻力被动提供。如图5所示。

三．电机的基本结构

电机的功率为100W，电机额定转速为1500rpm，额定效率90%。为了能够产生与转矩解耦的可控悬浮力，应尽量使气隙内磁场符合理想情况假设，考虑的对于电机运行状态的验证，应充分兼顾位移传感器的安装空间。

●定子结构

考虑到以上几个因素后，可以初步确定电机的基本结构参数和尺寸：电机采用3相12齿结构，定子铁芯长度为12mm，铁芯类型为DW470。铁心结构如图6所示。

图6 定子结构设计图

●转矩绕组

考虑到这是一台100W，额定转速1500转/分的小功率永磁无轴承电机，设定转矩绕组参数如下：极对数p为2；并联支路数为1，并绕根数为1，每槽导体数为180，绕线直径为0.57/0.06mm。绕组接线如图7所示。

图7 定子转矩绕组接线图

● 转子结构

在实际加工中，为了使减小磁密分布尽量接近正弦，希望永磁体的厚度也为正弦分布。但是在实际加工过程中，正弦的平面很难获得，因而在本设计中，永磁贴片的外表面用与转子不同心的圆弧平面代替，如图8所示。

图8 转子结构设计图

考虑到电机的悬浮特性，兼顾转矩和悬浮性能要求，最小气隙厚度取可满足转矩特性的典型值mm 2=δ；径向上装限位轴承使转子径向最大位移不大于mm 5.0max =α。转子外半径取32mm ；极弧系数取85.0=p α；永磁体外表面半径为30mm ；永磁体外表面圆心和转子圆心距离为6mm;叠装系数为1；磁缸类型选用N35，剩磁磁密T B r 23.1=,相对磁导率为03.1=r μ。悬浮三相绕组的极对数为1，绕组节距取1。

● 悬浮绕组

设计悬浮绕组每相串联有效匝数为240，考虑到定子极对数为2，为了能够产生可控的悬浮力，悬浮绕组极对数应为12±，为简化加工，悬浮绕组极对数取1，于是得到悬浮绕组每槽导体数为120，绕线直径取0.57/0.06mm ，悬浮绕组接线如图9所示。

图9 悬浮绕组接线图

四.控制系统

●硬件系统

无轴承电机及其控制系统综合了电机运行、电力电子、自动控制以及检测等技术，其系统的合理设计是无轴承电机稳定悬浮的基本保障。由于数字控制系统具有高度集成化电路结构、强大的数据处理功能、高控制精度以及稳定的工作性能，是薄片无轴承电机高性能悬浮控制的有效实现手段。

为进行薄片型无轴承电机的运行实验研究，设计了基于TMS320LF2407A数字信号处理器为控制核心的全数字控制系统，其基本构成框图如图10所示。由于无轴承电机具有转矩及悬浮两套绕组，需要两套控制器，其中转矩绕组控制器用于实现电机的转矩控制，完成电机旋转驱动的各项任务，包括转速测量、转速和电流环调节、转矩绕组转子磁场定向控制算法的实现等环节；悬浮绕组控制器主要实现转子径向位移控制，包括转子位移检测、位移和悬浮绕组电流环调节等，两套控制器之间需要传递转子磁场幅值及其相位。

图10 薄片型无轴承电机控制系统电路框图

●软件系统

薄片无轴承电机控制量大，控制算法复杂，且要求实时性很高。为实时、准确地实现控制策略，选用美国TI公司专门针对电机控制开发的控制芯片TMS320F2407A作为控制器，编制了运行高效、稳定的控制软件。

主程序

中断服务子程序图5-7 程序框图

图11 程序框图

系统控制程序框图如图11所示，由主程序、周期定时中断子程序组成。主程序中完成对系统初始化设置和变量定义，使能捕获单元中的正交编码电路以实现检测速度，对两套绕组电流和转子位移的数据采样通道进行定义，且设置定时器T1作为系统的控制周期（100μs）。最后启动定时器T1，系统进入循环等待中断。

当定时器T1发生周期中断时，程序指针跳出循环等待，执行T1周期中断服务子程序。首先对转矩绕组和悬浮绕组电流进行A/D采样，并通过转速环得到电机转速、转角及转矩绕组电流参考值后，计算转子磁场定向的相位，同时通过位移环调节得到悬浮绕组电流参考值，再通过电流调节和SVPWM调制得到两套绕组的控制信号，实现对薄片电机转矩和悬浮力的控制。

交流电动机习题解答

习题有一台四极三相电动机，电源频率为50Hz ，带负载运行时的转差率为，求同步转速和实际转速。解：由于四极电机对应的同步转速为:750r/min 当s=时，727 )03.01(750)1(0=-?=-=s n n （r/min ）两台三相异步电动机的电源频率为50Hz ，额定转速分别为1430r/min 和2900r/min ，试问它们的磁极对数各是多少额定转差率分别是多少解：当额定转速分别为1430r/min 和2900r/min 时，电动机的同步转速分别为： 1500r/min 和3000r/min 所以：它们的磁极对数分别是：2和1，对应的额定转差率分别是： 047.01500 1430 150000=-=-= n n n s N ，033.03000 2900 300000=-=-= n n n s N 在额定工作情况下的三相异步电动机，已知其转速为960r/min ，试问电动机的同步转速是多少有几对磁极对数转差率是多大解：∵ n N =960(r/min) ∴n 0=1000(r/min) p=3 04.01000 960 100000=-=-= n n n s N Y180L —6型异步电动机的额定功率为15kW ，额定转速为970r/min ，额定频率为50Hz ，最大转矩为295N ?m ，试求电动机的过载系数m λ。如st 1.6λ=，则起动转矩为多少解：7.147970 101555.955.93 2=??=?=N N N n P T 0.27 .147295 === N m m T T λ 3.2367.1476.1=?==N st st T T λ 有一台六极三相绕线式异步电动机，在f =50Hz 的电源上带额定负载运行，其转差率为，求此电动机的同步转速。解：六极电动机，p =3 定子磁场的转速即同步转速n 0=(60×50)/3=1000(r/min) Y180L —4型电动机的额定功率为22kW ，额定转速为1470r/min ，频率为50Hz ，起动电磁转矩为?。试求电动机的起动系数st λ如果2.2=m λ，则最大转矩为多少解：1431470 102255.955.93 2=??=?=N N N n P T 2.2143 6.314=== N st st T T λ 6.3141432.2=?==N m m T T λ

国内外特种电机的种类和使用

国内外特种电机的种类及使用一、特种电机的概念：电机作为驱动的主要动力源，广泛应用于工业、农业、国防、公共设施、家用电器等各个领域。特种电机指为了满足各类机械设备对其拖动电机性能要求的不同，而专门针对某一类型的机械设备特殊需要而单独设计、制造的特殊专用电机，国民经济的增长为特种电机行业的持续快速发展奠定了良好的基础。二、特种电机的种类特种电机主要分为：新型旋转电机、直线电机、非电磁类电机三类。 1、新型旋转电机（1）永磁无刷电机：无刷电机的定义：一切具有直流电机外部特性的，采用电子换相的电机统称为“无刷电机”。无刷电机的优点：1、无电刷、低干扰。无刷电机去除了电刷，最直接的变化就是没有了有刷电机运转时产生的电火花，这样就极大减少了电火花对遥控无线电设备的干扰。2、噪音低，运转顺畅。无刷电机没有了电刷，运转时摩擦力大大减小，运行顺畅，噪音会低许多，这个优点对于模型运行稳定性是一个巨大的支持3、寿命长，低维护成本。少了电刷，无刷电机的磨损主要是在轴承上了，从机械角度看，无刷电机几乎是一种免维护的电动机了，必要的时候，只需做一些除尘维护即可。（2）新型开关磁阻电机：开关磁阻电机是一种新型调速电机，调速系统兼具直流、交流两类调速系统的优点，是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统的最新一代无极调速系统。它的结构简单坚固，调速范围宽，调速性能优异，且在整个调速范围内都具有较高效率，系统可靠性高。它具有两个基本特征：(l)开关性——电机必须工作在一个连续的开关模式，这也是为什么在各种新型功率半导体器件可以获得后这种电机才得以发展的主要原因。(2)磁阻性——定、转子具有可变磁阻回路，是真正的磁阻电机。（3）磁悬浮电机：磁悬浮电动机是一种具有轴承支承功能的特殊电动机,它在运行时,不需要任何独立的轴承支承,因此具有无摩擦和磨损,无润滑油污染,寿命长等一系列优点。（4）复式永磁电机：复式永磁同步电机将2个盘式电机的定子与外转子电机的定子构成一体，3个转子构成一个全封闭的筒形，将定子包围在其内部，它充分地利用了外转子式电机2个端面的空间。一般工况下该电机的输出功率不大，但输出转矩很大；因此，该结构电机以低速大转矩为主要特征，非常适合油田抽油等

伺服电机及选型

伺服电机及选型 Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT

伺服电机伺服电机(servomotor)是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机。伺服电机可以控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，可把所收到的转换成电动机轴上的角位移或输出。 “伺服”一词源于希腊语“奴隶”的意思，“伺服电机”可以理解为绝对服从控制信号指挥的电机：在控制信号发出之前，转子静止不动，当控制信号发出时，转子立即转动；当控制信号消失时，转子能即时停转。因此伺服电机指的是随时跟随命令进行动作的一种电机，是以其工作性质命名的。伺服主要靠脉冲来定位，伺服电机接收到一个脉冲就会旋转一个脉冲对应的角度，从而实现位移。伺服本身带有编码器，具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，就会发出对应数量的脉冲。等于是把电机旋转的详细信息反馈回去，形成闭环。这样的话，系统就会知道发了多少脉冲给电机，同时又收了多少脉冲回来，这样就能很精准的控制电机的转动，实现非常精准的定位。一、伺服电机分类 1、直流伺服结构简单控制容易。但从实际运行考虑，直流伺服电动机引入了机械换向装置，成本高，故障多，维护困难，经常因碳刷产生的火花影响生产，会产生电磁干扰。而且碳刷需要维护更换。机械换向器的换向能力，也限制了电动机的容量和速度。 2、交流伺服分为永磁同步伺服电机和异步伺服电机。目前运动控制基本都用同步电机。

永磁同步伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W 三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。特点如下： 1、控制速度非常快，从启动到额定转速只需几毫秒；而相同情况下异步电机却需要几秒钟。 2、启动扭矩大，可以带动大惯量的物体进行运动。 3、功率密度大，相同功率范围下相比异步电机可以把体积做得更小、重量做得更轻。 4、运行效率高。 5、可支持低速长时间运行。 6、断电无自转现象，可快速控制停止动作。 7、控制和响应性能比异步伺服电机高很多。二、伺服电机计算、电机转矩电机转矩，简单的说，就是转动的力量的大小。也就是电机可以发出多大的力，转矩是一种力矩，力矩在物理中的定义是：力矩= 力 ×力臂这里的力臂就可以看成电机所带动的物体的转动半径。如果电机转矩太小，就带不动所要带的物体，也就是感觉电机的“劲”不够大。假设我们是采用滚珠丝杆使工件做平行移动：假设：负载速度： s m v L /01.0= 检测物体质量： kg m j 5= 移动块质量： kg m z 25= 滚珠丝杆直径： m d B 02.0=

三相异步电动机的部分习题及答案

5.1 有一台四极三相异步电动机，电源电压的频率为50H Z ，满载时电动机的转差率为0.02求电动机的同步转速、转子转速和转子电流频率。 n 0=60f/p S=(n -n)/ n =60*50/2 0.02=(1500-n)/1500 =1500r/min n=1470r/min 电动机的同步转速1500r/min.转子转速1470 r/min, 转子电流频率.f 2=Sf 1 =0.02*50=1 H Z 5.2将三相异步电动机接三相电源的三根引线中的两根对调，此电动机是否会反转？为什么？如果将定子绕组接至电源的三相导线中的任意两根线对调,例如将B,C 两根线对调,即使B相遇C相绕组中电流的相位对调,此时A相绕组内的电流导前于C相绕组的电流2π/3因此旋转方向也将变为A-C-B向逆时针方向旋转,与未对调的旋转方向相反. 5.3 有一台三相异步电动机，其n N =1470r/min,电源频率为50H Z 。设在额定负载下运行，试求： ①定子旋转磁场对定子的转速； 1500 r/min ②定子旋转磁场对转子的转速； 30 r/min ③转子旋转磁场对转子的转速； 30 r/min ④转子旋转磁场对定子的转速； 1500 r/min ⑤转子旋转磁场对定子旋转磁场的转速。 0 r/min 5.4当三相异步电动机的负载增加时，为什么定子电流会随转子电流的增加而增加？

因为负载增加n 减小,转子与旋转磁场间的相对转速( n0-n)增加,转子导体被磁感线切割的速度提高,于是转子的感应电动势增加,转子电流特增加,.定子的感应电动使因为转子的电流增加而变大,所以定子的电流也随之提高. 5.5 三相异步电动机带动一定的负载运行时，若电源电压降低了，此时电动机的转矩、电流及转速有无变化？如何变化？若电源电压降低, 电动机的转矩减小, 电流也减小. 转速不变. 5.6 有一台三相异步电动机，其技术数据如下表所示。试求：①线电压为380V 时，三相定子绕组应如何接法？ ②求n 0,p,S N ,T N ,T st ,T max 和I st ； ③额定负载时电动机的输入功率是多少？ ① 线电压为380V 时，三相定子绕组应为Y 型接法. ② T N =9.55P N /n N =9.55*3000/960=29.8Nm Tst/ T N =2 Tst=2*29.8=59.6 Nm T max / T N =2.0 T max =59.6 Nm I st /I N =6.5 I st =46.8A 一般n N =(0.94-0.98)n 0 n 0=n N /0.96=1000 r/min SN= (n 0-n N )/ n 0=(1000-960)/1000=0.04 P=60f/ n 0=60*50/1000=3 ③ η=P N /P 输入 P 输入=3/0.83=3.61 5.7 三相异步电动机正在运行时，转子突然被卡住，这时电动机的电流会如何变化？对电动机有何影响？电动机的电流会迅速增加,如果时间稍长电机有可能会烧毁.

电机学习题集(交流电机部分)

第三部分交流机 14－1 在交流电机中，那类电机叫同步电机？那类电机叫异步电机？它们的基本工作原理和激磁方式有什么不同？ 14－2 整数槽双层迭绕组和单层绕组的最大并联支路数与极对数有什么关系？整数槽双层波绕组的最大并联支路数是多少？如何才能达到？ 14－3 在电势相加的原则下，交流迭绕组和波绕组的连接规律有什么不同？并说明二者的主要优缺点和应用范围。 14－4 试说明谐波电势产生的原因及其削弱方法。 14－6 一台三相同步发电机，f＝50Hz，nN＝1500r/m，定子采用双层短矩分布绕组。Q＝3，y1/ ＝，每相串联匝数w＝108，Y连接，每极磁通量 Wb， Wb， Wb， Wb，试求：（1）电机的极对数；（2）定子槽数；（3）绕组系数kw1，kw3，kw5，kw7；（4）相电势，，，及合成相电势和线电势E。 4－7 一台汽论发电机，两极，50Hz，定子54槽，每槽内两极导体，a＝1，y1＝22槽，Y接法。已知空载线电压U0＝6300V，求每极基波磁通量。 14－9 为什么采用短矩和分布绕组能削弱谐波电势？为什么削弱5次谐波和7 次谐波电势，节距选多大比较合适？ 14－11 齿谐波电势使由于什么原因引起的？在中小型异步电机和小型凸极同步电机中，场采用转子斜槽或斜极削弱齿谐波电势，斜多少合适？ 14－12 在低速水轮发电机中，定子绕组常采用分数槽绕组，为什么？ 14－13 何谓相带？在三相电机中为什么常采用600相带绕组而不用1200相带绕组？ 14－14 交流电机的频率、极数和同步转速之间有什么关系？试求下列交流电机的同步转速或极数。（1）汽论发电机f＝50Hz，2P＝2，n＝？（2）水轮发动机f＝60Hz，2P＝32，n＝？（3）同步发电机f＝50Hz，n＝750r/m，2P＝？ 14－15 交流绕组和直流绕组的基本区别在哪里？为什么直流绕组必须用闭合绕组，而交流绕组却常接成开启绕组？ 14－16 为什么相带A与相带X的线圈组串联时必须反向连接，不这样会引起什么后果？ 14－17 试求双层绕组的优点，我是现代中、大型电机的交流绕组一般都采用双层绕组？ 14－19 试诉分布系数和短矩系数的意义。若采用长距线圈y1> ,其短矩系数是否会大于1，为什么？试计算24槽4极电机中，当选取不同节距，y1＝，y1＝，y1＝，y1＝，y1＝时的短矩系数。 14－20 试证明在槽数相等的情况下，无论每极每相槽数等于多少，三相600相带和1200相带绕组的分布系数总有下列关系：kq1（600相带）＝1.16 kq1（1200相带） 14－21 一台JDM型二、四极三相交流双速电机，定子共24槽，只有一套双层迭绕组，节距为1～7，每相有二个线圈组，每一线圈组由4个线圈串联组成。试求这绕组在：

第七章三相交流电机答案

第七章三相交流异步电动机答案班级姓名学号 1．额定功率都是4kW 的Y112M-4型和Y160M 1-8型三相异步电动机，其额定转速分别为1440r/min 和720r/min 。它们的额定转矩各为多少请说明电动机的极数、转速和转矩三者之间的关系。解：Y112M-4电动机： T N =9550×P N /n N =9550×4/1440=·m Y160M 1-8电动机：T N =9550×P N /n N =9550×4/720=·m 这说明电动机磁极对数越多，转速越低，而电动机的转矩越高。 2．Y112M-4型三相异步电动机，已知相关数据为U N =380V ，△接法，I N =8.8A ，P N =4kW ，ηN =，n N =1440r/min 。求：⑴在额定状态下的功率因数及额定转矩；⑵若电动机的起动转矩为额定转矩的倍时，采用Y-△降压起动时的起动转矩。解：⑴817.0845 .08.838031043cos cos 33 =????==∴= N N N N N N N N N N I U P I U P η??η 53.261440 4 95509550 =?==n N N n P T N ·m ⑵ 06.53253.260.2=?==N st T T N ·m 69.1706.533 1 31=?== st stY T T N ·m 3．有一台四极、50Hz 、1425r/min 的三相异步电动机，转子电阻R 2=Ω，感抗X 20=Ω，E 20=20V 。求：⑴电动机在起动瞬间（n =0，s =1）时转子电流I 20，功率因数cos ?20；⑵额定转速时的E 2、I 2和cos ?2。比较上述两种情况能得出什么结论解：⑴ 24108 .002.0202 2 220 22 2020=+= += X R E I A 241.008 .002.002.0cos 2 2 220 22 220=+= += X R R ? ⑵ 05.01500 1425 150011=-=-= n n n s N N 所以 12005.0202=?==sE E V 49)08.005.0(02.02005.0)(2 2 2 2022 202=?+?= += sX R sE I A 98.0) 08.005.0(02.002 .0) (cos 2 2 2 2022 2 2=?+= += sX R R ? 4．Y180L-6型三相异步电动机的额定电压为660/380V ，Y/△接法，接到工频线电压为380V 的电源上运行，测得I l =30A ，P 1=。若此时转差率s=，输出转矩T=150N ·m 。问：⑴电动机应采用什么接法⑵此时电动机的额定转速和额定功率为多少⑶电动机的功率因数和电动机的效率是多少⑷运行中如果电源电压降低，最低能降至多少伏解：⑴为保证电动机绕组得到额定电压380V ，此时应采用Δ接法。 ⑵因为是6极电动机，所以其同步转速为1000r/min 9601000)04.01()1(1=?-=-=n s n N r/min 08.159550 150 96095502=?== N N N T n P kW

第二章交流电机练习参考答案

第二章交流电机练习一、判断题（对的打√，错的打×） 1、三相异步电动机不管其转速如何改变，定子绕组上的电压、电流的频率及转子绕组中电势、电流的频率总是固定不变的。（×） 2、交流电动机由于通入的是交流电，因此它的转速也是不断变化的，而直流电动机则其转速是恒定不变的。（×） 3、单相电机一般需借用电容分相方能起动，起动后电容可要可不要。（√） 4、异步电机转子的转速永远小于旋转磁场的转速。（×） 5、三相笼型异步电动机的电气控制线路，如果使用热继电器作过载保护，就不必再装设熔断器作短路保护。（×） 6、转差率S是分析异步电动机运行性能的一个重要参数，当电动机转速越快时，则对应的转差率也就越大。（×） 7、三相异步电动机在起动时，由于某种原因，定子的一相绕组断路，电动机还能起动，但是电动机处于很危险的状态，电动机很容易烧坏。（√） 8、异步是指转子转速与磁场转速存在差异。（√） 9、三相异步电动机为交流电机，同步电机为直流电机。（×） 10、正在运行的三相异步电动机突然一相断路，电动机会停下来。（×）二、填空题 1、笼型异步电机的降压起动方法有：定子绕组串自耦变压器（电阻、电抗）、星三角、延边三角形的降压起动。 2、三相同步电动机所带的负载越轻，转子转速不变。同步电动机的常用启动方法是异步起动，同步运行。 3、电机转子转速和旋转磁场的转速的差称为转差。当三相异步电动机的转差率S=1时，电动机处于停止状态，当S趋近于零时，电动机处于同步状态。 4、三相异步电动机的调速方法有：改变电源频率调速、改变转差率调速、改变极对数调速。 5、反接制动时，当电机接近于转速为零时，应及时退出反接制动防止电机反转。 6、三相异步电动机的制动方法列举出三种方法：反馈制动、能耗制动、反接制动。 7、三相异步电动机进行变极调速时，将定子绕组串联时，磁极对数大（大或小），电动机可

交流电机绕组的基本理论

第三篇交流电机绕组的基本理论 3．1 交流绕组与直流绕组的根本区别是什么？ 3．2 何谓相带？在三相电机中为什么常用60°相带绕组而不用120°相带绕组？ 3．3 双层绕组和单层绕组的最大并联支路数与极对数有什么关系？ 3．4 试比较单层绕组和双层绕组的优缺点及它们的应用范围？ 3．5 为什么采用短距和分布绕组能削弱谐波电动势？为了消除5次或7次谐波电动势，节距应选择多大？若要同时削弱5次和7次谐波电动势，节距应选择多大？ 3．6 为什么对称三相绕组线电动势中不存在3及3的倍数次谐波？为什么同步发电机三相绕组多采用Y型接法而不采用Δ接法？ 3．7 为什么说交流绕组产生的磁动势既是时间的函数，又是空间的函数，试以三相绕组合成磁动势的基波来说明。 3．8 脉振磁动势和旋转磁动势各有哪些基本特性？产生脉振磁动势、圆形旋转磁动势和椭圆形旋转磁动势的条件有什么不同？ 3．9 把一台三相交流电机定子绕组的三个首端和三个末端分别连在一起，再通以交流电流，则合成磁动势基波是多少？如将三相绕组依次串联起来后通以交流电流，则合成磁动势基波又是多少？可能存在哪些谐波合成磁动势？ 3．10 一台三角形联接的定子绕组，当绕组内有一相断线时，产生的磁动势是什么磁动势？ 3．11 把三相感应电动机接到电源的三个接线头对调两根后，电动机的转向是否会改变？为什么？ 3．12 试述三相绕组产生的高次谐波磁动势的极对数、转向、转速和幅值。它们所建立的磁场在定子绕组内的感应电动势的频率是多少？ 3．13 短距系数和分布系数的物理意义是什么？试说明绕组系数在电动势和磁动势方面的统一性。 3．14 定子绕组磁场的转速与电流频率和极对数有什么关系？一台50Hz的三相电机，通入60Hz的三相对称电流，如电流的有效值不变，相序不变，试问三相合成磁动势基波的幅值、转速和转向是否会改变？ 3．15 有一双层三相绕组，Z=24，2p=4，a=2，试绘出：（1）槽电动势星形图；（2）叠绕组展开图。 3．16 已知Z=24，2p=4，a=1，试绘制三相单层同心式绕组展开图。 3．17 一台三相同步发电机，f=50Hz，n N=1500r/min，定子采用双层短距分布绕组，q=3，y1/τ=8/9，每相串联匝数N=108，Y联接，每极磁通量Ф1=1.015×10-2Wb，Ф3=0.66×10-2Wb，Ф5=0.24×10-2Wb，Ф7=0.09×10-2Wb，试求：（1）电机的极数；（2）定子槽数；（3）绕组系数k N1、k N3、、k N5、k N7；（4）相电动势E1、E3、E5、E7及合成相电动势Eφ和线电动势E l。 3．18 一台汽轮发电机，2极，50Hz，定子54槽每槽内两根导体，a=1，y1=22槽，Y 联接。已知空载线电压U0=6300V，求每极基波磁通量Ф1。 3．19三相双层短距绕组，f=50Hz，2p=10，Z=180，y1=15，N c=3，a=1，每极基波磁通φ1=0.113Wb，磁通密度B=（sinθ+0.3sin3θ+0.2sin5θ）T，试求：

电机课后答案.doc

1-1 、变压器电动势旋转电动势产生的原因有什么不同其大小与哪些因素有关答：变压器电动势产生原因：线圈与磁场相对静止，但穿过线圈的磁通大小或方向发生变化；旋转电动势产生原因：磁通本身不随时间变化，而线圈与磁场之间有相对运动，从而使线圈中的磁链发生变化。对于变压器电动势： d d e N dt dt e的大小与线圈匝数、磁通随时间的变化率有关。对于旋转电动势：e Blv e 的大小与磁感应强度B，导体长度l ，相对磁场运动速度v 有关。 1-2 、磁滞损耗和涡流损耗是什么原因引起的它的大小与哪些因素有关答：磁滞损耗产生原因：铁磁材料在外界交变磁场作用下反复磁化时，内部磁畴必将随外界磁场变化而不停往返转向，磁畴间相互摩擦而消耗能量，引起损耗。其大小 P n与最大磁通密度B m、交变频率 f 和材料等因素有关，即P n fB a。同时，磁滞损耗与磁滞回线所包围的面积有关，面积越大，磁滞损耗也就越大。涡流损耗产生原因：铁芯中磁通发生交变时根据电磁感应定律，铁芯中会感应涡流状的电动势并产生电流，即涡流。涡流在铁芯中流通时，会产生损耗，就称为涡流损耗。其大小 P w与铁芯中的磁通密度幅值B m，磁通的交变频率 f 、硅钢片厚度 d 和硅钢片电阻率等因素有关，即 P w f 2 B m2d 2 。 1-3 、如何将e N d 和 e Blv 两个形式不同的公式统一起来dt 答：匝数 N为1、有效长度为l ，线圈宽度为 b 的线圈在恒定磁场中以速度v 运动时，由电磁感应定律可得： e N d d B l d lB dx lB ( v) Blv x b dt dt x dt 1-4 、电机和变压器的磁路通常采用什么材料制成这些材料各具有哪些主要特征答：

三相异步电动机_习题参考答案

三相异步电动机习题参考 1 在额定工作情况下的三相异步电动机，已知其转速为960r/min ，试问电动机的同步转速是多少有几对磁极对数转差率是多大解：∵ n N =960(r/min) ∴n 1=1000(r/min) p=3 04.01000 960 100011=-=-= n n n s N 2 有一台六极三相绕线式异步电动机，在f=50HZ 的电源上带额定负载动运行，其转差率为，求定子磁场的转速及频率和转子磁场的频率和转速。解：六极电动机，p =3 定子磁场的转速即同步转速n 1=(60×50)/3=1000(r/min) 定子频率f 1=50Hz 转子频率f 2=sf 1=×50=1Hz 转子转速n =n 1(1-s )=1000=980(r/min) 3 Y180L-4型电动机的额定功率为22kw ，额定转速为1470r/min ，频率为50HZ ，最大电磁转矩为。试求电动机的进载系数入解：1431470 22 955095502=?=? =N N N n P T 2.2143 6.314===N m T T λ 4 已知Y180M-4型三相异步电动机，其额定数据如下表所示。求：(1)额定电流I N ； (2)额定转差率S N ； (3)额定转矩T N ；最大转矩T M 、启动转矩Tst 。解：（1）额定电流I N == N N N N U P η?cos 31= 91 .086.03803105.18????=(A) （2）额定转差率S N =(1500-1470)/1500= （3）额定转矩T N =9550×1470=120 最大转矩T M =×120=264 启动转矩Tst=×120=240 5 Y225-4型三相异步电动机的技术数据如下：380v 、50HZ 、△接法、定子输入功率P 1N =、定子电流I 1N =、转差率S N =，轴上输出转矩T N =，求：(1)电动机的转速n 2，(2)轴上输出的机械功率P 2N ，(3)功率因数N ?cos （4）效率ηN 。解：（1）从电动机型号可知电动机为4极电机，磁极对数为p =2，由 1 2 1n n n s -= 所以 1480)013.01(1500)1(12=-?=-=s n n (r/min)

特种电机

哈尔滨远东理工学院2015——2016学年第二学期（大补考）分院：课程：特种电机及其控制专业班级：学号：学生姓名：分数： 2016年5月16日

一、简介特种电机是相对于传统有刷直流电机和交流异步电机模糊概念。传统上，除有刷直流电机、交流异步电机外，所有电动机都叫做特种电机。而非运用于特种场合的电机才是特种电机。发电机和电动机结构上基本相同，通电运行可为电动机；原动力拖动转子旋转，磁场切割定子绕组感生出电动势成为发电机。结构构造，电机和发电机在综合结构上基本相同，两者具有可逆性。电机结构构造：通过电线圈在磁场中受到安培力作用而转动，并在运动过程中带动其他的物体运动。发电机结构构造：利用物理外力驱动，转动线圈，使其切割磁力线，产生电流。电机工作原理：利用电流转变成机械能，带动外部物体转动发电机工作原理：利用电磁感应将机械能转变为电能。电机和发电机之间不是对等关系!虽然电动机和发电机之间有可逆性!在使用过程中，我们将它们结合起来是不会成为永动机器的，因为有能量守恒。随着中小型电机中产品结构的调整和优化，特种专用电机将成为电机行业发展的重点，其市场需求及发展速度将在本行业中处于领先地位。中小型电机行业内的大型企业生产电机的品种和系列较多，综合实力占优;规模略小的企业则关注于特定的一种或几种电机的生产，力争在细分产品市场取得优势。我国长期以来中小型电机特种产品品种少，产品结构不合理，表现为基本系列多，派生专用系列少;一般品种多，专用品种少。各企业根据市场需要，也注重了专用电机的发展，经过“十五”、“十一五”技术改造，调整产品结构，特种专用电机都有不同程度的发展。预计“十二五”期间我国标准系列电机与特种专用电机比约为4：6，而国外普通标准系列电机与特种专用电机比为3：7。因此一些高效节能的电机、高品位的出口电机和机电一体化的特种电机将有很好的市场前景。二、特种电机的种类与区别无刷直流电动机主要由电动机本体、位置传感器和电子开关电路三部分组成。电动机本体在结构上与永磁同步电动机相似，但没有笼型绕组和其他起动装置。其定子绕组一般制成多相(三相、四相、五相不等)，转子由永久磁钢按一定极对数(2p＝2，4，…)组成。定子绕组的某一相通电时，该电流与转子永久磁钢的磁极所产生的磁场相互作用而产生转矩，驱动转子旋转，再由位置传感器将转子磁钢位置变换成电信号，去控制电子开关线路，从而使定子各相绕组按一定次序导通，定子相电流随转子位置的变化而按一定的次序换相。由于电子开关线路的导通次序是与转子转角同步的，因而起到了机械换向器的换向作用。所以，所谓直流无刷电动机，就其基本结构而言，可以认为是一台由电子开关线路、永磁式同步电动机以及位量传感器三者组成的“电动机系统”。与电励磁直流电动机相比，永磁直流电动机的电枢结构基本相同，主要差别是在定子侧由永磁体代替了电励磁磁体。永磁直流电动机保留了电励磁直流电动机良好的调速特性和机械特性，又因省去了励磁绕组和励磁损耗而具有结构工艺简单、体积小、用铜量少和效率高等特点。功率在300W以内时，永磁直流电动

电机的种类及其介绍

电机及电机学概念（electric machine and electric machine theory concept）电机定义：是指依据电磁感应定律实现电能的转换或传递的一种电磁装置。电动机也称电机（俗称马达），在电路中用字母"M"（旧标准用"D"）表示。它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。电动机的种类 1．按工作电源分类根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。其中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机。 2．按结构及工作原理分类电动机按结构及工作原理可分为直流电动机，异步电动机和同步电动机。同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同布电动机。异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。感应电动机又分为三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机等。交流换向器电动机又分为单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。直流电动机按结构及工作原理可分为无刷直流电动机和有刷直流电动机。有刷直流电动机可分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。电磁直流电动机又分为串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。永磁直流电动机又分为稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。 3．按起动与运行方式分类电动机按起动与运行方式可分为电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。 4．按用途分类电动机按用途可分为驱动用电动机和控制用电动机。驱动用电动机又分为电动工具（包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具）用电动机、家电（包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、吸尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀等）用电动机及其它通用小型机械设备（包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等）用电动机。控制用电动机又分为步进电动机和伺服电动机等。 5．按转子的结构分类电动机按转子的结构可分为笼型感应电动机（旧标准称为鼠笼型异步电动机）和绕线转子感应电动机（旧标准称为绕线型异步电动机）。 6．按运转速度分类电动机按运转速度可分为高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。

电机学答案

第五章异步电机 5．1 什么叫转差率？如何根据转差率来判断异步机的运行状态？转差率为转子转速 n 与同步转速1n 之差对同步转速1n 之比值11 n n n s -= 0s < 为发电机状态。 01s <<为电动机状态，1s >为电磁制动状态。 5．2 异步电机作发电机运行和作电磁制动运行时，电磁转矩和转子转向之间的关系是否一样？怎样区分这两种运行状态？发电机运行和电磁制动运行时，电磁转矩方向都与转向相反，是制动转矩；但发电机的转向与旋转磁场转向相同，转子转速大于同步速，电磁制动运行时，转子转向与旋转磁场转向相反。 5．3 有一绕线转子感应电动机，定子绕组短路，在转子绕组中通入三相交流电流，其频率为1f ，旋转磁场相对于转子以p f n /6011=（p 为定、转子绕组极对数）沿顺时针方向旋转，问此时转子转向如何？转差率如何计算？假如定子是可转动的，那么定子应为顺时针旋转（与旋转磁场方向相同）但因定子固定不动不能旋转，所以转子为逆时针旋转。11 n n n s += （ n 为转子转速） 5．4 为什么三相异步电动机励磁电流的标幺值比变压器的大得多？在额定电压时异步机空在电流标么值为30﹪左右，而变压器的空载电流标么值为50﹪左右。这是因为异步机在定子和转子之间必须有空隙，使转子能在定子内圆内自动转动，这样异步机的磁路磁阻就较大，而变压器磁路中没有气隙，磁阻小，因此，相对变压器而言，异步电动机所需励磁磁动势大，励磁电流大。 5．5 三相异步电机的极对数 p 、同步转速1n 、转子转速n 、定子频率1f 、转子频率2f 、转差率s 及转子磁动势2F 相对于转子的转速2n 之间的相互关系如何？试填写下表中的空格。 2F &相对于转子的转速21n n n =- 2F &相对于定子的转速1 n 5．6 试证明转子磁动势相对于定子的转速为同步速度1n 。转子磁势是由转子三相（或多相）对称绕组感应的三相（或多相）对称电流产生的一个旋转磁势，这个磁势相对转子的转速由转子电流的频率决定，当转子的转速为2F & 相对于转子的转速n ，转差率为s 时，

特种电机的结构、控制原理及应用

课程设计报告课题名称特种电机的结构、控制原理及应用目录摘要 ............................................................................................................................................. II ABSTRACT........................................................................................................................................ I II 第1章绪论 . (1) 1.1 课题背景 (1) 1.2 课题意义及主要工作 (1) 第2章步进电动机 (2) 2.1步进电动机的分类、结构及特点 (2) 2.1.1步进电动机的分类 (2) 2.1.2步进电动机的结构及特点 (2) 2.2步进电动机的工作原理、主要参数及特性 (4) 2.2.1步进电动机的工作原理 (4) 2.2.2主要参数及特性 (5) 2.3步进电动机的应用 (6) 第3章三相交流伺服电动机 (7) 3.1交流伺服电动机结构 (7) 3.2交流伺服电动机工作原理 (7) 3.2.1交流伺服电动机工作原理 (7) 3.2.2交流伺服电动机有以下三种转速控制方式 (8) 3.3三相交流伺服电动机的应用 (8) 第4章总结 (9) 参考文献 (10) 谢辞 .................................................................................................................. 错误！未定义书签。

同步电机课后习题参考答案

14-1水轮发电机和汽轮发电机结构上有什么不同，各有什么特点？ 14-2 为什么同步电机的气隙比同容量的异步电机要大一些？ 14-3 同步电机和异步电机在结构上有哪些异同之处？ 14-4 同步发电机的转速为什么必须是常数？接在频率是50Hz电网上，转速为150r/min的水轮发电机的极数为多少？ 14-5 一台三相同步发电机S N=10kV A，cosφN=0.8（滞后），U N=400V，试求其额定电流I N和额定运行时的发出的有功功率P N和无功功率Q N。 14-6 同步电机在对称负载下稳定运行时，电枢电流产生的磁场是否与励磁绕组匝链？它会在励磁绕组中感应电势吗？ 14-7 同步发电机的气隙磁场在空载状态是如何激励的，在负载状态是如何激励的？ 14-8 隐极同步电机的电枢反应电抗与与异步电机的什么电抗具有相同的物理意义？ 14-9 同步发电机的电枢反应的性质取决于什么，交轴和直轴电枢反应对同步发电机的磁场有何影响？答案： 14-3 2p=40 14-4 I N=14.43A，P N=8kW，Q N=6 kvar

15-1 同步电抗的物理意义是什么？为什么说同步电抗是与三相有关的电抗，而它的值又是每相的值？ 15-2 分析下面几种情况对同步电抗有何影响：（1）铁心饱和程度增加；（2）气隙增大；（3）电枢绕组匝数增加；（4）励磁绕组匝数增加。 15-9 (1) * 0E =2.236， (2) *I =0.78（补充条件：Ｘ*S 非=1.8） 15-10 (1) *0E =1.771, 0E =10.74kV ， 4.18=θ 15-11 0 2.2846E * =, 013.85kv E =，32.63θ= 15-12 012534.88v E =，57.42ψ=，387.61A d I =，247.7A q I = 16-1 为什么同步发电机的稳态短路电流不大，短路特性为何是一直线？如果将电机的转速降到0.5n 1则短路特性，测量结果有何变化？ 16-2 什么叫短路比，它与什么因素有关？ 16-3 已知同步发电机的空载和短路特性，试画图说明求取Ｘd 非和Kc 的方法。 16-4 有一台两极三相汽轮同步发电机，电枢绕组Y 接法，额定容量S N =7500kV A ，额定电压U N =6300V ，额定功率因数cos φN =0.8（滞后），频率f =50Hz 。由实验测得如下数据：空载实验短路实验测得N k I I =时，A 208fk =I ，零功率因数实验I =I N ，U =U N 时测得A 433fN0=I 试求：（1）通过空载特性和短路特性求出X d 非和短路比；（2）通过空载特性和零功率因数特性求出X σ和I fa ；（3）额定运行情况下的I fN 和u ?。 16-5 一台15000kV A 的2极三相Y 联接汽轮发电机， kV 5.10N =U ，8.0cos N =?（滞 09.2*** （2）额定负载时的励磁电流标么值。

特种电机的应用

直线电机及其在高精密机械加工方面的应用中国工程大学 030940031 任逍遥摘要:直线电机也称线性电机，线性马达，直线马达，推杆马达在实际工业应用中的稳定增长,证明直线电机可以放心的使用。最常用的直线电机类型是平板式和U 型槽式,和管式。线圈的典型组成是三相,有霍尔元件实现无刷换相.直线电机在过去的10年,经实践上引人注目的增长和工业应用的显著受益才真正成熟。关键词:直线电机构造应用一.直线电机是一种将电能直接转化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由于采用了“零传动”．从而轻传统传动方式有明显的忧势．如结掏茼单、无接触、无磨损、噪声低、速度快、精度高等近年来．随着工业加工质量和运动定位精度等要求的提高．直线电机受到了广泛的关注在国外．直线电机驱动技术已进入工业化阶段，特别是在高速精密加工中已经有了广泛应用．但国内尚处于起步阶段基于此，本文就直线电机驱动系统的结构、特点以及在高速精密lJlI2L~中的应用作简要介绍二.直线电机直线电机是将传统的旋转电机沿径向切开，并展成平面而成，如图1所示在实酝应甩时，蒋初级和次级制造成不同的长度，以保证在所需行程范围内初级与扶级之间的耦合保持不变直线电机可以是短初级长趺级．也可以是长初级短状级考虑劓制造成本、运行费用，目前一般均采用搿韧级长状级。由定子演变而来的一侧称为韧级，由 ⑧围l m旋转电机演变为直线电机的过程转子演变 f来的一例稚为次级直线电机不倪在结构上相当干从旋转电机演变而来,fii且其基本原理也与旋转电机相似，在直线电机的三栩绕组中通人相对称正弦电流后，将产生气隙磁场当不考虑铁心两端开断引起的纵向边端效应，此气骧磁场与旋转电机的相似．可看成是沿直线运动方向呈正弦形分布．三相电流随时闻变化时，气橡磁场将沿直线运动这个磁场与永避体的励磁磁场相互作用产生电磁推力由于次级固定不动．动子便会沿行波磁场运动的朔反方向作直线运动，其运动速度为同步转速. 三.直线电机直接驱动系统与传统直线伺服机构的对比传统直线伺服机构是典型的旋转电机加卜滚珠丝杠．直线电机直接驱动系统取消了中间传动环节．简化了机槭结构，具有优越的加减速度特性，并提高了系统刚度与可靠性．同时具有降低了运行噪音、行程无限制、维护简单等优点直接驱动系统与传统直线伺服结构性能对比.如表l所示．四.直线电机在高速、高精密机械加工中的应用采用滚珠丝杠的机床进给系统所能达到韵最高的快速进蛤速度为50-6Ore／rain．工作进给速度为30--AOnr'mm; 般认为，这种结构的最高加速度很难突破1g(Jg为98m／sz) ．通常只有f0．1~O．3)g．显然远远满足不了超高速机床的需要要获得高的进给速度和进给加速度，只有采用直线电机直接驱动的形式世界上最早使用直线电机直接驱动的机床是由德国Exceilo公司于1993年生产的设