直線電機(jī)不僅在結(jié)構(gòu)上相當(dāng)于是從旋轉(zhuǎn)電機(jī)演變而來(lái)的，而且其工作原理也與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相似。
旋轉(zhuǎn)電機(jī)的基本工作原理
圖1-9表示一臺(tái)簡(jiǎn)單的二極旋轉(zhuǎn)電機(jī)。圖中線圈ax、by、cz為定子a、b、c三相繞組。當(dāng)在其中通入三相對(duì)稱正弦電流后，便在氣隙中產(chǎn)生了一個(gè)磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)可看成沿氣隙圓周呈正弦分布。當(dāng)a相電流達(dá)到最大值時(shí)，b和c相電流都為負(fù)的最大值的二分之一，這時(shí)磁場(chǎng)波幅處于a相繞組軸線上，如圖1-9a所示。經(jīng)過(guò)120電角度后，b相電流達(dá)到最大值，這時(shí)c和a相都為負(fù)的最大值的二分之一，而磁場(chǎng)波幅轉(zhuǎn)到b相繞組軸線上，如圖1-9b所示。經(jīng)過(guò)240電角度后，相電流達(dá)到最大值時(shí)，a和b相電流都為負(fù)的最大值的二分之一，磁場(chǎng)波幅又轉(zhuǎn)到c相繞組軸線上，如圖1-9c所示。由此可見(jiàn)，電流隨時(shí)間變化，磁場(chǎng)波幅就按a、b、c相序沿圓周旋轉(zhuǎn)。電流變化一個(gè)周期，磁場(chǎng)轉(zhuǎn)過(guò)一對(duì)極。這種磁場(chǎng)稱為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，它的旋轉(zhuǎn)速度稱為同步轉(zhuǎn)速，用 表示，它與電流的頻率f(hz)成正比，而與電機(jī)的極對(duì)數(shù)p成反比：
（rad／min）
如用表示在定子內(nèi)圓表面上磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的線速度，則有：
（m／s）
式中──極距（m)
通過(guò)圖1-10可說(shuō)明旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子的作用，為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，圖中鼠籠轉(zhuǎn)子只畫(huà)出了兩根導(dǎo)條。當(dāng)氣隙中旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以同步速旋轉(zhuǎn)時(shí)，該磁場(chǎng)就會(huì)切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條，而在其中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。電動(dòng)勢(shì)的方向可按右手定則確定，示于圖中轉(zhuǎn)子導(dǎo)條上。由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)條是通過(guò)端環(huán)短接的，因此在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的作用下，便在轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中產(chǎn)生電流。當(dāng)不考慮電動(dòng)勢(shì)和電流的相位差時(shí)，電流的方向即為電動(dòng)勢(shì)的方向。這個(gè)轉(zhuǎn)子電流與氣隙磁場(chǎng)相互作用便產(chǎn)生切向電磁力。電磁力的方向可按左手定則確定。由于轉(zhuǎn)子是個(gè)圓柱體，故轉(zhuǎn)子上每根導(dǎo)條的切向電磁力乘上轉(zhuǎn)子半徑，全部加起來(lái)即為促使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩。由此可以看出，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向是一致的。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速用表示。在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總要比同步轉(zhuǎn)速小一些，因?yàn)橐坏?，轉(zhuǎn)子就和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)靜止，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條不切割磁場(chǎng)，于是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，不能產(chǎn)生電流和電磁轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速的差值經(jīng)常用轉(zhuǎn)差率來(lái)表示，
直線電機(jī)的基本工作原理
將圖1-10所示的旋轉(zhuǎn)電機(jī)在頂上沿徑向剖開(kāi)，并將圓周拉直，便成了圖1-11所示的直線電機(jī)。在這臺(tái)直線電機(jī)的三相繞組中通入三相對(duì)稱正弦電流后，也會(huì)產(chǎn)生氣隙磁場(chǎng)。當(dāng)不考慮由于鐵心兩端開(kāi)斷而引起的縱向邊端效應(yīng)時(shí)，這個(gè)氣隙磁場(chǎng)的的分布情況與旋轉(zhuǎn)電機(jī)的相似，即可看成沿展開(kāi)的直線方向呈正弦形分布。當(dāng)三相電流隨時(shí)間變化時(shí)，氣隙磁場(chǎng)將按a、b、c相序沿直線移動(dòng)。這個(gè)原理與旋轉(zhuǎn)電機(jī)的相似，二者的差異是：這個(gè)磁場(chǎng)是平移的，而不是旋轉(zhuǎn)的，因此稱為行波磁場(chǎng)。顯然，行波磁場(chǎng)的移動(dòng)速度與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在定子內(nèi)圓表面上的線速度是一樣的，即為，稱為同步速度，且
(m／s)
再來(lái)看行波磁場(chǎng)對(duì)次級(jí)的作用。假定次級(jí)為柵形次級(jí)，圖1-11中僅畫(huà)出其中的一根導(dǎo)條。次級(jí)導(dǎo)條在行波磁場(chǎng)切割下，將感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)并產(chǎn)生電流。而所有導(dǎo)條的電流和氣隙磁場(chǎng)相互作用便產(chǎn)生電磁推力。在這個(gè)電磁推力的作用下，如果初級(jí)是固定不動(dòng)的，那末次級(jí)就順著行波磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的方向作直線運(yùn)動(dòng)。若次級(jí)移動(dòng)的速度用表示，轉(zhuǎn)差率用表示，則有：
在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下，在0與1之間。上述就是直線電機(jī)的基本工作原理.
應(yīng)該指出，直線電機(jī)的次級(jí)大多采用整塊金屬板或復(fù)合金屬板，因此并不存在明顯的導(dǎo)條。但在分析時(shí)，不妨把整塊看成是無(wú)限多的導(dǎo)條并列安置，這樣仍可以應(yīng)用上述原理進(jìn)行討論。在圖1-12中，分別畫(huà)出了假想導(dǎo)條中的感應(yīng)電流及金屬板內(nèi)電流的分布，圖中為初級(jí)鐵心的疊片厚度，c為次級(jí)在長(zhǎng)度方向伸出初級(jí)鐵心的寬度，它用來(lái)作為次級(jí)感應(yīng)電流的端部通路，c的大小將影響次級(jí)的電阻。旋轉(zhuǎn)電機(jī)通過(guò)對(duì)換任意兩相的電源線，可以實(shí)現(xiàn)反向旋轉(zhuǎn)。這是因?yàn)槿嗬@組的相序相反了，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向也隨之反了，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向跟著反過(guò)來(lái)。同樣，直線電機(jī)對(duì)換任意兩相的電源線后，運(yùn)動(dòng)方向也會(huì)反過(guò)來(lái)，根據(jù)這一原理，可使直線電機(jī)作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。