1_1机电能量转换能量关系

1、1电气工程学院：刘刃电气工程学院：刘刃2016. 221. 研究电气与机械相互耦合系统中研究电气与机械相互耦合系统中能量转换规律能量转换规律2. 建立机电系统运动方程的方法建立机电系统运动方程的方法3. 电机统一理论电机统一理论4. 旋转电机能量转换的条件旋转电机能量转换的条件341. 机电装置的能量关系机电装置的能量关系2. 单边激励的机电装置模型单边激励的机电装置模型3. 双边激励的机电装置模型双边激励的机电装置模型4. 用电场作为耦合场的机电装置模用电场作为耦合场的机电装置模型型51. 机电能量转换装置定义和机电能量转换装置定义和分类分类2. 机电装置的能量关系分析机电装置的能量关系分析

2、3. 保守系统和磁场储能保守系统和磁场储能6定义定义：机械能机械能和和电能电能转换的装置；转换的装置；原理原理：耦合场耦合场和和运动的载电物体运动的载电物体相互作用；相互作用；基本点基本点：l载流的电系统（绕组）载流的电系统（绕组）固定部分固定部分l机械系统机械系统可动部分可动部分l电磁场电磁场用作机电耦合和存储能量介质用作机电耦合和存储能量介质分类分类：大小不一，种类繁多，功能多样大小不一，种类繁多，功能多样7l机电信号变换器：机电信号变换器：实现机电信号变换的装置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，通常用于测量与控制系

3、统中， 如如 旋转变压器，扬声器等旋转变压器，扬声器等8l动铁换能器：动铁换能器：线圈通电流，激磁产生力，使动铁产生有限位线圈通电流，激磁产生力，使动铁产生有限位移的装置移的装置 如如 继电器，电磁铁，接触器等继电器，电磁铁，接触器等9l机电能量持续转换装置：机电能量持续转换装置：电动机，发电机电动机，发电机DC 电机电机10l机电能量持续转换装置：机电能量持续转换装置：电动机，发电机电动机，发电机AC 电机电机11l装置动作情况：装置动作情况：平移机电转换装置平移机电转换装置 如：继电器如：继电器旋转机电转换装置旋转机电转换装置 如：电动机，发电机如：电动机，发电机12l电场力：电场力：静电

4、式机电装置静电式机电装置功率小功率小l 磁场力：磁场力：电磁式机电装置电磁式机电装置 功率大，如电机；功率大，如电机；l电致伸缩与压电效应电致伸缩与压电效应l磁致伸缩磁致伸缩功率小，不可逆功率小，不可逆13耦合场耦合场：l耦合电场耦合电场机电式机电式l耦合磁场耦合磁场电磁式电磁式 作用作用：耦合场耦合场和和运动的载电物体运动的载电物体相互作用，实现机相互作用，实现机电能量转换。电能量转换。14l机械能机械能电能：电能：机械机械可动部分可动部分发生位移发生位移输入机械能输入机械能耦合场耦合场储储能变化能变化输出电能输出电能l电能电能机械能：机械能：输入电能输入电能耦合场耦合场储能变化储能变化机械

5、机械可动部分可动部分发生发生位移位移输出机械能输出机械能特点特点：载流电系统（绕组）载流电系统（绕组）机械系统机械系统耦合场耦合场15归纳为具有若干个电端口和机械端口的装置：归纳为具有若干个电端口和机械端口的装置：大多数旋转电机有大多数旋转电机有两个电两个电端口端口和和一个机械一个机械端口的装置端口的装置（三端（三端口）。口）。大多数电磁铁等变换器有大多数电磁铁等变换器有一一个电个电端口和端口和一个机械一个机械端口端口（两端口）。两端口）。两端口两端口三端口三端口16质量守恒系统质量守恒系统：l遵循能量守恒原理遵循能量守恒原理基本联系基本联系：机电装置机电装置电系统电系统机械系统机械系统耦合场

6、耦合场耦合场耦合场:从输入系统吸收能量，补充储能从输入系统吸收能量，补充储能释放储能给输出系统释放储能给输出系统能量转换的关键。能量转换的关键。17能量形式能量形式：l电能电能l机械能机械能l电场或磁场储能电场或磁场储能l热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能量方程：18电系统电系统： 电流产生的铜耗（电阻损耗）电流产生的铜耗（电阻损耗）机械系统机械系统： 通风和摩擦产生的热损耗（机械损耗）通风和摩擦产生的热损耗（机械损耗）耦合电磁场耦合电磁场： 铁心的涡流损耗和磁滞损耗（介质损耗）铁心的涡流损耗和磁滞损耗（介质损耗）19将三种损耗归类到相应的能量中，将

7、三种损耗归类到相应的能量中，能量方程能量方程： 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20介质损耗介质损耗净电能耦合场吸收总能量输出的总机械能21dW电dW场dW机22dW电dW场dW机微分形式的能量方程，微分形式的能量方程，突出重点，把握实质突出重点，把握实质：l重点研究能量的转换机理重点研究能量的转换机理l耦合场对电系统和机械系统反应耦合场对电系统和机械系统反应l考虑损耗，解决过程实际问题，损耗并考虑损耗，解决过程实际问题，损耗并不影响机电能量转换过程不影响机电能量转换过程23定义定义： 全部由全部

8、由储能元件储能元件所组成的，与周围系统没所组成的，与周围系统没有能量交换的有能量交换的自守自守物理系统物理系统l无能量损耗的物体和元件无能量损耗的物体和元件l不与周围系统能量交换不与周围系统能量交换l总能量守恒总能量守恒24电系统电系统：l电感电感l电容电容25机械系统机械系统：l旋转体旋转体l平移体平移体26机械系统机械系统：l弹簧弹簧l静物静物27状态变量状态变量：描述系统即时所处状态的一组描述系统即时所处状态的一组独立独立变量变量状态函数状态函数：由一组由一组状态变量状态变量确定的，描述系统即时状态确定的，描述系统即时状态的的单值单值函数函数把真实系统的损耗移出，构建把真实系统的损耗移出

9、，构建保守系统保守系统，建，建立系统立系统状态函数状态函数，对研究机电能量转换过，对研究机电能量转换过程具有重要意义。程具有重要意义。28状态变量状态变量 电系统电系统（i, q, u）;机系统机系统（x, ）能量能量：力力：2930l电压方程电压方程l能量平衡方程式能量平衡方程式l衔铁静止于衔铁静止于X1处时磁场储能处时磁场储能 31l磁链和磁场储能关系磁链和磁场储能关系 32l单位体积下的磁场储能单位体积下的磁场储能l线性情况下：线性情况下： BHVWmm2133改变磁场储能的积分变量改变磁场储能的积分变量l 非线性非线性l线性线性 磁共能磁共能磁能磁能34具有具有n个绕组的机电装置个绕组的机电装置l非线性非