1_1机电能量转换能量关系全解.pptVIP

机电信号变换器： 实现机电信号变换的装置 在功率较小的信号下工作的传感器 通常用于测量与控制系统中， 如 旋转变压器，扬声器等 动铁换能器： 线圈通电流，激磁产生力，使动铁产生有限位移的装置 如 继电器，电磁铁，接触器等 机电能量持续转换装置： 电动机，发电机 机电能量持续转换装置： 电动机，发电机 装置动作情况： 平移机电转换装置 如：继电器 旋转机电转换装置 如：电动机，发电机 电场力：静电式机电装置 功率小 磁场力：电磁式机电装置 功率大，如电机； 电致伸缩与压电效应 磁致伸缩 机电能量转换装置的定义和特点 机电能量转换装置的能量方程 保守系统和磁场储能 磁能密度，磁共能概念 磁场储能 电压方程 能量平衡方程式 衔铁静止于X1处时磁场储能 磁场储能 磁链和磁场储能关系 磁场储能密度 单位体积下的磁场储能 线性情况下： 磁共能（伴随能） 改变磁场储能的积分变量 非线性 线性 磁共能 磁能 磁能和磁共能一般表达式 具有n个绕组的机电装置 非线性 * * 机电能量转换 机电能量转换 电气工程学院：刘刃 2016. 2 主要内容 研究电气与机械相互耦合系统中能量转换规律 建立机电系统运动方程的方法 电机统一理论 旋转电机能量转换的条件 1. 机电能量转换基本原理 Fundamental Principle of Electromechanical Energy Conversion 本章主要内容 机电装置的能量关系 单边激励的机电装置模型 双边激励的机电装置模型 用电场作为耦合场的机电装置模型 本节主要内容 机电能量转换装置定义和分类 机电装置的能量关系分析 保守系统和磁场储能 机电能量转换装置定义 定义：机械能和电能转换的装置； 原理：耦合场和运动的载电物体相互作用； 基本点： 载流的电系统（绕组）→固定部分 机械系统→可动部分 电磁场→用作机电耦合和存储能量介质 分类： 大小不一，种类繁多，功能多样 机电能量转换装置的分类 机电能量转换装置的分类 机电能量转换装置的分类 DC 电机 机电能量转换装置的分类 AC 电机 机电能量转换装置的分类 机电能量转换形式分类 功率小，不可逆 机电能量转换装置中耦合场 耦合场： 耦合电场→机电式 耦合磁场→电磁式 作用： 耦合场和运动的载电物体相互作用，实现机电能量转换。 机电能量转换过程 机械能→电能： 机械可动部分发生位移→输入机械能→耦合场储能变化→输出电能 电能→机械能： 输入电能→耦合场储能变化→机械可动部分发生位移→输出机械能 特点： 载流电系统（绕组） 机械系统 耦合场 机电能量转换分析方法 归纳为具有若干个电端口和机械端口的装置： 大多数旋转电机有两个电端口和一个机械端口的装置（三端口）。 大多数电磁铁等变换器有一个电端口和一个机械端口（两端口）。 两端口 三端口 机电装置的能量分析 质量守恒系统： 遵循能量守恒原理 基本联系： 机电装置＝电系统＋机械系统＋耦合场 耦合场: 从输入系统吸收能量，补充储能 释放储能给输出系统 能量转换的关键。 机电装置的能量方程 能量形式： 电能 机械能 电场或磁场储能 热能 电源输入 ＝ 耦合场储 能增量 ＋ 机械能 输出 转换成热的 能量损耗 ＋ 电动机状态 能量方程： 机电装置的能量损耗类型 电系统： 电流产生的铜耗（电阻损耗） 机械系统： 通风和摩擦产生的热损耗（机械损耗） 耦合电磁场： 铁心的涡流损耗和磁滞损耗（介质损耗） 机电装置的能量方程 将三种损耗归类到相应的能量中，能量方程： 电源输入 ＝ 耦合场储 能增量 ＋ 机械能 输出 转换成热的 能量损耗 ＋ 电源输入 － 电阻损耗 ＝ 耦合场储能增量 ＋ 介质损耗 机械能输出 ＋ 机械损耗 电阻损耗 机械损耗 介质损耗 ＋ 机电装置的能量平衡 介质损耗 净电能 耦合场吸收 总能量 输出的总 机械能 ＝ ＋ 能量方程的微分形式 dW电＝dW场＋dW机 能量方程的微分形式 dW电＝dW场＋dW机 微分形式的能量方程，突出重点，把握实质： 重点研究能量的转换机理 耦合场对电系统和机械系统反应 考虑损耗，解决过程实际问题，损耗并不影响机电能量转换过程 保守系统 定义： 全部由储能元件所组成的，与周围系统没有能量交换的自守物理系统 无能量损耗的物体和元件 不与周围系统能量交换 总能量守恒 储能元件 电系统： 电感 电容 储能元件 机械系统： 旋转体 平移体 储能元件 机械系统： 弹簧 静物 状态函数 状态变量： 描述系统即时所处状态的一组独立变量 状态函数： 由一组状态变量确定的，描述系统即时状态的单值函数 把真实系统的损耗移出