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直線電動(dòng)機(jī)
農(nóng)業(yè)aishuzhai 收錄于2011-02-17
直線電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用原則
直線電機(jī)是直接產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī),。它可以看成是旋轉(zhuǎn)電機(jī)演化而來(lái)的,。與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相對(duì)應(yīng)，直線電機(jī)按機(jī)種分類可分為直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī),、直線同步電動(dòng)機(jī),、直線直流電動(dòng)機(jī)和其它直線電動(dòng)機(jī)(如直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等)。旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子,，在直線電動(dòng)機(jī)中稱為初級(jí)和次級(jí),。為了在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終保持初級(jí)和次級(jí)耦合，初級(jí)側(cè)或次級(jí)側(cè)中的一側(cè)必須做得較長(zhǎng),。在直線電動(dòng)機(jī)中,，直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用最廣泛，因?yàn)樗拇渭?jí)可以是整塊均勻的金屬材料,，即采用實(shí)芯結(jié)構(gòu),，成本較低，適宜于做得較長(zhǎng),。 直線電機(jī)按結(jié)構(gòu)分類可分為平板型,、管型、弧型和盤(pán)型,。平板型結(jié)構(gòu)是最基本的結(jié)構(gòu),，應(yīng)用也最廣泛。直線電機(jī)按初級(jí)和次級(jí)的相對(duì)長(zhǎng)度來(lái)分為短初級(jí)和短次級(jí),，按初級(jí)運(yùn)動(dòng)還是次級(jí)運(yùn)動(dòng)來(lái)分為動(dòng)初級(jí)和動(dòng)次級(jí),。各類直線電動(dòng)機(jī)在工業(yè)應(yīng)用方面得到了迅速發(fā)展,，制成了不少有使用價(jià)值的裝置，如用直線電機(jī)傳動(dòng)的電動(dòng)門(mén),，電磁攪拌器,，傳送帶，自動(dòng)繪圖儀,，計(jì)算機(jī)磁盤(pán)定位機(jī)構(gòu)等,。 直線電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。反應(yīng)速度快,，靈敏度高,，隨動(dòng)性好。容易密封,，不怕污染,，適應(yīng)性強(qiáng)(由于直線電機(jī)本身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，又可做到無(wú)接觸運(yùn)行,，因此容易密封,，各部件用尼龍浸漬后，采用環(huán)氧樹(shù)脂加以涂封,，這樣它就不怕風(fēng)吹雨打,，或有毒氣體和化學(xué)藥品的侵蝕，在核輻射和液體物質(zhì)中也能應(yīng)用),。工作穩(wěn)定可靠壽命長(zhǎng)(直線電機(jī)是一種直接傳動(dòng)的特種電機(jī),，可實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸傳遞力，沒(méi)有什么機(jī)械損耗,，故障少,，幾乎不需要維修，又不怕振動(dòng)和沖擊),。額定值高(直線電機(jī)冷卻條件好,，特別是長(zhǎng)次級(jí)接近常溫狀態(tài)，因此線負(fù)荷和電流密度可以取得很高),。有精密定位和自鎖的能力(和控制系統(tǒng)相配合,，可做到0.001mm的位移精度和自鎖能力)。 直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的初級(jí)與旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的定子之間的最大差別是,，前者初級(jí)鐵芯的縱向兩端是斷開(kāi)的,，形成了兩個(gè)縱向邊緣，鐵芯和繞組不象旋轉(zhuǎn)電機(jī)那樣在兩端相互連接,，這將對(duì)電機(jī)的磁場(chǎng)和性能產(chǎn)生一定的影響,。當(dāng)采用雙層繞組時(shí)，直線感應(yīng)電機(jī)初級(jí)的槽數(shù)一般要比相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的槽數(shù)多一些,，才能放下三相繞組,。由于初級(jí)鐵芯的兩端開(kāi)斷,，三相繞組之間的互感不相等，將使電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行不對(duì)稱,，并引起負(fù)序磁場(chǎng)和零序磁場(chǎng),。消除不對(duì)稱的方法是，同時(shí)使用三臺(tái)相同的電動(dòng)機(jī),，并將第一臺(tái)電機(jī)的第一相繞組和第二臺(tái)的第二相繞組及第三臺(tái)的第三相繞組串聯(lián),，將第一臺(tái)的第二相繞組和第二臺(tái)的第三相繞組及第三臺(tái)的第一相繞組串聯(lián)，將第一臺(tái)的第三相繞組與第二臺(tái)的第一相繞組及第三臺(tái)的第二相繞組串聯(lián),，然后接上電源,，這樣一來(lái)就能獲得對(duì)稱的三相電流。對(duì)于不是同時(shí)使用三臺(tái)電動(dòng)機(jī)的場(chǎng)合,，可以用增加極數(shù)的辦法來(lái)減小各相之間互感的差別,。初級(jí)鐵芯的兩端開(kāi)斷還會(huì)引起脈振磁場(chǎng)，消除脈振磁場(chǎng)的一個(gè)有效辦法是安裝補(bǔ)償線圈,。此外直線電機(jī)初,、次級(jí)之間的氣隙，由于機(jī)械結(jié)構(gòu)剛度的限制和工藝水平的影響,，一般要比旋轉(zhuǎn)電機(jī)的氣隙大2～3倍,，因而使其功率和效率大大降低。這是直線電機(jī)的一個(gè)致命弱點(diǎn),。 直線電機(jī)能直接產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)，這一點(diǎn)對(duì)直線運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)者和使用者有很大的吸引力,。不少直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)械是由旋轉(zhuǎn)電機(jī)傳動(dòng)的,。這時(shí)候必須配置由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)裝置，使得整個(gè)裝置機(jī)構(gòu)龐大,，成本較高和效率較低,。采用直線感應(yīng)電機(jī)，不但省去了機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu),，而且可因地制宜地將直線感應(yīng)電機(jī)的初級(jí)和次級(jí)安放在適當(dāng)?shù)目臻g位置或直接作為運(yùn)動(dòng)機(jī)械的一部分,，使整個(gè)裝置緊湊合理，有時(shí)還可以降低成本和提高效率,。此外在某些場(chǎng)合,，直線感應(yīng)電機(jī)有它獨(dú)特的應(yīng)用，是旋轉(zhuǎn)電機(jī)所不能替代的,。但是并不是任何場(chǎng)合使用直線感應(yīng)電機(jī)都能取得良好效果,。為此必須首先了解直線電機(jī)的應(yīng)用原則，以便能恰到好處地應(yīng)用它,。其應(yīng)用原則有以下幾個(gè)方面,。 選擇合適的運(yùn)動(dòng)速度,。直線感應(yīng)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度與同步速度有關(guān)，而同步速度又正比于極距,。因此極距的選擇范圍決定了運(yùn)動(dòng)速度的選擇范圍,。極距太小會(huì)降低槽的利用率，增大槽漏抗和減小品質(zhì)因數(shù),，從而降低電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù),。極距的下限通常取3cm。極距可以沒(méi)有上限,，但當(dāng)電機(jī)的輸出功率一定時(shí),，初級(jí)鐵芯的縱向長(zhǎng)度是有限的；同時(shí)為了減小縱向邊緣效應(yīng),，電動(dòng)機(jī)的極數(shù)不能太少,，故極距不可能太大。對(duì)于工業(yè)用直線感應(yīng)電機(jī),，極距的上限一般為30cm,。這樣在工頻供電時(shí)，同步速度的選擇范圍相應(yīng)地為3～25cm/s,。當(dāng)運(yùn)動(dòng)速度低于這一選擇范圍下限時(shí),，一般不宜使用直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，除非使用變頻電源,，通過(guò)降低電源的頻率來(lái)降低運(yùn)動(dòng)速度,。在某些場(chǎng)合，允許用點(diǎn)動(dòng)的方法來(lái)達(dá)到很低的速度,，這時(shí)可以避免使用變頻電源,。 要有合適的推力。旋轉(zhuǎn)電機(jī)可以適應(yīng)很大的推力范圍,。將旋轉(zhuǎn)電機(jī)配上不同的變速箱,，可以得到不同的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。在低速的場(chǎng)合,，轉(zhuǎn)矩可以擴(kuò)大幾十到幾百倍,，以至于用一個(gè)很小的旋轉(zhuǎn)電機(jī)就可以推動(dòng)一個(gè)很大的負(fù)載，當(dāng)然功率是守恒的,。直線感應(yīng)電機(jī)則不同,，它無(wú)法用變速箱改變速度和推力，因此它的推力無(wú)法擴(kuò)大,。要得到比較大的推力,，只有依靠加大電動(dòng)機(jī)的尺寸。這有時(shí)是不經(jīng)濟(jì)的,。一般來(lái)說(shuō),，在工業(yè)應(yīng)用中,，直線感應(yīng)電機(jī)適用于推動(dòng)輕載。 要有合適的往復(fù)頻率,。在工業(yè)應(yīng)用中,，直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)是往復(fù)運(yùn)動(dòng)的。為了達(dá)到較高的勞動(dòng)生產(chǎn)率,，要求有較高的往復(fù)頻率,。這意味著電動(dòng)機(jī)要在較短的時(shí)間內(nèi)走完行程，在一個(gè)行程內(nèi),，要經(jīng)歷加速和減速的過(guò)程,，也就是要起動(dòng)一次和制動(dòng)一次。往復(fù)頻率越高,，電動(dòng)機(jī)的加速度就越大,，加速度所對(duì)應(yīng)的推力越大，有時(shí)加速度所對(duì)應(yīng)的推力甚至大于負(fù)載所需推力,。推力的提高導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的尺寸加大,，而其質(zhì)量加大又引起加速度所對(duì)應(yīng)的推力進(jìn)一步提高，有時(shí)產(chǎn)生惡性循環(huán),。為此在設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí),，應(yīng)當(dāng)充分重視對(duì)加速度的控制。根據(jù)合適的加速度計(jì)算出走完行程所需時(shí)間,，由此決定電機(jī)的往返頻率,。在整個(gè)設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量減小運(yùn)動(dòng)部分的質(zhì)量,，以便減小加速度所對(duì)應(yīng)的推力,。 要有合適的定位精度。在許多應(yīng)用場(chǎng)合,，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行到位時(shí)由機(jī)械限位使之停止運(yùn)動(dòng)。為了使在到位時(shí)沖擊小,，可以加上機(jī)械緩沖裝置,。在沒(méi)有機(jī)械限位的場(chǎng)合，比較簡(jiǎn)單的定位方法是,，在到位前通過(guò)行程開(kāi)關(guān)控制,，對(duì)電機(jī)做反接制動(dòng)或能耗制動(dòng)，使在到位時(shí)停下來(lái),。但由于直線電機(jī)的機(jī)械特性是軟特性,，電源電壓變化或負(fù)載變化都會(huì)影響電動(dòng)機(jī)在開(kāi)始制動(dòng)時(shí)的初速度，從而影響停止時(shí)的位置,。因此這種定位方法只能用于電源電壓穩(wěn)定且負(fù)協(xié)恒定的場(chǎng)合,。 直線感應(yīng)電機(jī)的應(yīng)用面相當(dāng)寬,。例如可用于高速列車、傳送車,、傳送線,、傳送帶、搬運(yùn)鋼材,、機(jī)械手,、電動(dòng)門(mén)、加速器,、電磁錘,、電磁攪拌器和電磁泵、金屬分離器,、簾幕驅(qū)動(dòng)等,。還有一些特殊的直線電機(jī)應(yīng)用在其他領(lǐng)域。例如壓電直線電動(dòng)機(jī)(利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)直接把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能,。特點(diǎn)是步距小,、推力不大、機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單,、速度易控制),，用于精密測(cè)量和計(jì)量，也可在定位驅(qū)動(dòng)中作為執(zhí)行元件,，在光學(xué)系統(tǒng)的聚焦驅(qū)動(dòng),，激光干涉儀和計(jì)量系統(tǒng)中可得到應(yīng)用，也可應(yīng)用于光刻機(jī)上,。 |
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