机电能量转换能量关系ppt课件.ppt

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1、机电能量转换电气工程学院：刘刃2016.21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21.机电能量转换基本原理FundamentalPrincipleofElectromechanicalEnergyConversion3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4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5机电能量转换装置定义定义：机械能和电能转换的

2、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6机电能量转换装置的分类机电信号变换器：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7机电能量转换装置的分类动铁换能器：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8机电能量转换装置的分类机电能量持续转换装置：电动机，发电机DC电机9机电能量转换装置的分类机电能量持

3、续转换装置：电动机，发电机AC电机10机电能量转换装置的分类装置动作情况：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11机电能量转换形式分类电场力：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功率小，不可逆12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。13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→

4、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14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15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。16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

5、输出转换成热的能量损耗＋电动机状态能量方程：17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）18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＋19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＝＋20能量方程的微分形式dW电＝dW场＋dW机2

6、1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22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23储能元件电系统：电感电容24储能元件机械系统：旋转体平移体25储能元件机械系统：弹簧静物26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

7、函数把真实系统的损耗移出，构建保守系统，建立系统状态函数，对研究机电能量转换过程具有重要意义。27保守系统能量和力状态变量电系统（i,q,u）;机系统（x,θ）能量：力：28磁场储能29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30磁场储能磁链和磁场储能关系31磁场储能密度单位体积下的磁场储能线性情况下：32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33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34磁能和磁共能一般表达式具有n个绕组的机电装置线性——矩阵形式35总结机电能量转换

8、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36Thanksforyourattention!37