机电能量转换课件

能量守恒原理质量守恒的系统中，能量不能产生，也不能消灭。能量守恒原理质量守恒的系统中，能量不能产生，也不能消灭。1能量关系电源输入的电能=磁场储能的增加+内部能量损耗+机械能的输出三类能量损耗：电阻损耗、铁耗、机械损耗将损耗移出，得到一个无损耗磁储能系统，成为保守系统，能量转换过程为单值、可逆。能量关系电源输入的电能=磁场储能的增加+内部能量损耗+机械能2无损耗磁储能系统无损耗磁储能系统3单边激励单边激励4电源输入的总功率电源输入的总功率5电压平衡方程电压平衡方程6法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律7输入磁储能系统的电功率输入磁储能系统的电功率8在时间dt内，输入耦合场的净电能在时间dt内，输入耦合场的净电能9在dt时间内总机械能的输出在dt时间内总机械能的输出10能量平衡能量平衡11微分磁能增量微分磁能增量12磁场储能磁场储能13积分路径选择磁场储能是一个状态函数，其值由独立变量ψ和θ的即时值唯一地确定。可以选取一条易于积分的路径求得磁能值。先把转子固定在θ0，ψ=0,Te=0,再求出此位置下磁链从0增长到ψ0时，耦合场的净电能输入。积分路径选择磁场储能是一个状态函数，其值由独立变量ψ和θ的即14积分路径积分路径15磁能计算磁能计算16磁共能计算磁共能计算17磁能与磁共能的关系磁能与磁共能的关系18线性系统线性系统19电磁转矩--磁能计算电磁转矩--磁能计算20电磁转矩--磁共能计算电磁转矩--磁共能计算21双边激励双边激励22电压平衡方程式电压平衡方程式23绕组感应电动势绕组感应电动势24输入耦合场的净电能输入耦合场的净电能25微分磁能增量微分磁能增量26能量平衡能量平衡27磁能增量磁能增量28积分路径的选择积分路径的选择29θ从0到θ0。第一段路径a段θ从0到θ0。第一段路径a段30第二段路径b段ψ1从0到ψ10第二段路径b段ψ1从0到ψ1031第三段路径c段ψ2从0到ψ20第三段路径c段ψ2从0到ψ2032磁场能量磁场能量33微分磁共能微分磁共能34积分路径的选择1.θ从0到θ0i1从0到i10i2从0到i202.3.积分路径的选择1.θ从0到θ0i1从0到i10i2从0到i235磁共能磁共能36线性系统线性系统37电流为磁链的函数电流为磁链的函数38磁功能函数磁功能函数39线性系统磁能与磁共能线性系统磁能与磁共能40磁能密度磁能密度41线性系统磁能密度在一定的磁通密度下，磁能密度与介质磁导率成反比。对于旋转电机而言，大部分磁能储藏在气隙中。线性系统磁能密度在一定的磁通密度下，磁能密度与介质磁导率成反42含气隙的铁心线圈磁能设：铁心平均长度100mm，气隙长度1mm，磁路的磁通密度B=1T，铁心的磁导率是空气的1000倍。比较气隙和铁心内储存的磁能。含气隙的铁心线圈磁能设：铁心平均长度100mm，气隙长度1m43气隙和铁心内的磁能密度气隙和铁心内的磁能密度44磁能密度之比磁能密度之比45储存的磁能之比储存的磁能之比46双边激励机电装置的机电能量转换双边激励机电装置的机电能量转换47磁链函数磁链函数48变压器电动势和运动电动势变压器电动势和运动电动势49分析第一项、第二项由电流的变化所引起的，称为变压器电动势；第三项由转子旋转运动所引起，称为运动电动势。感应电动势是电磁能量转换的必要条件，运动电动势的存在是机电能量转换的必要条件。分析第一项、第二项由电流的变化所引起的，称为变压器电动势；第50线性系统线性系统51电能输入电能输入52磁场储能的变化磁场储能的变化53线性系统线性系统54磁能变化分析磁能的变化是由两个绕组中的变压器电动势从电源所吸收的电能与运动电动势从电源所吸收的电能的1/2所提供的。磁能变化分析磁能的变化是由两个绕组中的变压器电动势从电源所吸55电磁转矩电磁转矩56单相磁阻电机定子上有一个线圈，转子为凸极，转子上没有线圈。设磁路线性，定子自感是转子转角的函数单相磁阻电机定子上有一个线圈，转子为凸极，转子上没有线圈。57电机的磁共能电机的磁共能58电磁转矩电磁转矩59通直流电通直流电60通交流电流通交流电流61转子转角转子转角62转矩分量转矩分量63电磁转矩平均值当转子角转速与电流角频率相等时电磁转矩平均值当转子角转速与电流角频率相等时64在旋转电机中的应用在旋转电机中的应用65三相异步电动机定子三相绕组有自感和互感、转子三相绕组也有自感和互感，这些自感和互感与转子转角无关。而定转子绕组之间的互感与转子转角有关。三相异步电动机定子三相绕组有自感和互感、转子三相绕组也有自感66定子电感系数矩阵定子电感系数矩阵67转子电感系数矩阵转子电感系数矩阵68定转子互感系数矩阵定转子互感系数矩阵69转子定子互感系数矩阵转子定子互感系数矩阵70整个电机的电感矩阵整个电机的电感矩阵71磁功能磁功能72矩阵形式矩阵形式73电磁转矩电磁转矩74定转子均为三相对称电流定转子均为三相对称电流75三相凸极同步电机定子各相的自感和各相间的互感均与转子转角有关，包含电感平均值和二次谐波幅值。转子励磁绕组自感与转子位置无关。定转子绕组间的互感为转子转角的余弦函数。三相凸极同步电机定子各相的自感和各相间的互感均与转子转角有关76磁共能磁共能77电磁转矩电磁转矩78洛伦兹力洛伦兹力79单位体积力单位体积力80总作用力总作用力81麦克斯韦应力张量法根据麦克斯韦应力张量法理论，总体积V内的有质动力f与闭合面S上的应力张量T有如下的等效关系麦克斯韦应力张量法根据麦克斯韦应力张量法理论，总体积V内的有82表面应力表面应力83等效性注意到等效性注意到84矢量形式的高斯变换矢量形式的高斯变换85体积分转换为闭曲面积分体积分转换为闭曲面积分86二维情况下合力二维情况下合力87旋转电机计算作用在转子上的电磁力，一般闭合曲面选在通过气隙的圆柱面上，于是有旋转电机计算作用在转子上的电磁力，一般闭合曲面选在通过气隙的88力的分解力的