1_1機(jī)電能量轉(zhuǎn)換能量關(guān)系

1、1電氣工程學(xué)院：劉刃電氣工程學(xué)院：劉刃2016. 221. 研究電氣與機(jī)械相互耦合系統(tǒng)中研究電氣與機(jī)械相互耦合系統(tǒng)中能量轉(zhuǎn)換規(guī)律能量轉(zhuǎn)換規(guī)律2. 建立機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程的方法建立機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程的方法3. 電機(jī)統(tǒng)一理論電機(jī)統(tǒng)一理論4. 旋轉(zhuǎn)電機(jī)能量轉(zhuǎn)換的條件旋轉(zhuǎn)電機(jī)能量轉(zhuǎn)換的條件341. 機(jī)電裝置的能量關(guān)系機(jī)電裝置的能量關(guān)系2. 單邊激勵(lì)的機(jī)電裝置模型單邊激勵(lì)的機(jī)電裝置模型3. 雙邊激勵(lì)的機(jī)電裝置模型雙邊激勵(lì)的機(jī)電裝置模型4. 用電場(chǎng)作為耦合場(chǎng)的機(jī)電裝置模用電場(chǎng)作為耦合場(chǎng)的機(jī)電裝置模型型51. 機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置定義和機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置定義和分類分類2. 機(jī)電裝置的能量關(guān)系分析機(jī)電裝置的能量關(guān)系分析

2、3. 保守系統(tǒng)和磁場(chǎng)儲(chǔ)能保守系統(tǒng)和磁場(chǎng)儲(chǔ)能6定義定義：機(jī)械能機(jī)械能和和電能電能轉(zhuǎn)換的裝置；轉(zhuǎn)換的裝置；原理原理：耦合場(chǎng)耦合場(chǎng)和和運(yùn)動(dòng)的載電物體運(yùn)動(dòng)的載電物體相互作用；相互作用；基本點(diǎn)基本點(diǎn)：l載流的電系統(tǒng)（繞組）載流的電系統(tǒng)（繞組）固定部分固定部分l機(jī)械系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)可動(dòng)部分可動(dòng)部分l電磁場(chǎng)電磁場(chǎng)用作機(jī)電耦合和存儲(chǔ)能量介質(zhì)用作機(jī)電耦合和存儲(chǔ)能量介質(zhì)分類分類：大小不一，種類繁多，功能多樣大小不一，種類繁多，功能多樣7l機(jī)電信號(hào)變換器：機(jī)電信號(hào)變換器：實(shí)現(xiàn)機(jī)電信號(hào)變換的裝置實(shí)現(xiàn)機(jī)電信號(hào)變換的裝置在功率較小的信號(hào)下工作的傳感器在功率較小的信號(hào)下工作的傳感器通常用于測(cè)量與控制系統(tǒng)中，通常用于測(cè)量與控制系

3、統(tǒng)中， 如如 旋轉(zhuǎn)變壓器，揚(yáng)聲器等旋轉(zhuǎn)變壓器，揚(yáng)聲器等8l動(dòng)鐵換能器：動(dòng)鐵換能器：線圈通電流，激磁產(chǎn)生力，使動(dòng)鐵產(chǎn)生有限位線圈通電流，激磁產(chǎn)生力，使動(dòng)鐵產(chǎn)生有限位移的裝置移的裝置 如如 繼電器，電磁鐵，接觸器等繼電器，電磁鐵，接觸器等9l機(jī)電能量持續(xù)轉(zhuǎn)換裝置：機(jī)電能量持續(xù)轉(zhuǎn)換裝置：電動(dòng)機(jī)，發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)，發(fā)電機(jī)DC 電機(jī)電機(jī)10l機(jī)電能量持續(xù)轉(zhuǎn)換裝置：機(jī)電能量持續(xù)轉(zhuǎn)換裝置：電動(dòng)機(jī)，發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)，發(fā)電機(jī)AC 電機(jī)電機(jī)11l裝置動(dòng)作情況：裝置動(dòng)作情況：平移機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置平移機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置 如：繼電器如：繼電器旋轉(zhuǎn)機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置旋轉(zhuǎn)機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置 如：電動(dòng)機(jī)，發(fā)電機(jī)如：電動(dòng)機(jī)，發(fā)電機(jī)12l電場(chǎng)力：電場(chǎng)力：靜電

4、式機(jī)電裝置靜電式機(jī)電裝置功率小功率小l 磁場(chǎng)力：磁場(chǎng)力：電磁式機(jī)電裝置電磁式機(jī)電裝置 功率大，如電機(jī)；功率大，如電機(jī)；l電致伸縮與壓電效應(yīng)電致伸縮與壓電效應(yīng)l磁致伸縮磁致伸縮功率小，不可逆功率小，不可逆13耦合場(chǎng)耦合場(chǎng)：l耦合電場(chǎng)耦合電場(chǎng)機(jī)電式機(jī)電式l耦合磁場(chǎng)耦合磁場(chǎng)電磁式電磁式 作用作用：耦合場(chǎng)耦合場(chǎng)和和運(yùn)動(dòng)的載電物體運(yùn)動(dòng)的載電物體相互作用，實(shí)現(xiàn)機(jī)相互作用，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。電能量轉(zhuǎn)換。14l機(jī)械能機(jī)械能電能：電能：機(jī)械機(jī)械可動(dòng)部分可動(dòng)部分發(fā)生位移發(fā)生位移輸入機(jī)械能輸入機(jī)械能耦合場(chǎng)耦合場(chǎng)儲(chǔ)儲(chǔ)能變化能變化輸出電能輸出電能l電能電能機(jī)械能：機(jī)械能：輸入電能輸入電能耦合場(chǎng)耦合場(chǎng)儲(chǔ)能變化儲(chǔ)能變化機(jī)械

5、機(jī)械可動(dòng)部分可動(dòng)部分發(fā)生發(fā)生位移位移輸出機(jī)械能輸出機(jī)械能特點(diǎn)特點(diǎn)：載流電系統(tǒng)（繞組）載流電系統(tǒng)（繞組）機(jī)械系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)耦合場(chǎng)耦合場(chǎng)15歸納為具有若干個(gè)電端口和機(jī)械端口的裝置：歸納為具有若干個(gè)電端口和機(jī)械端口的裝置：大多數(shù)旋轉(zhuǎn)電機(jī)有大多數(shù)旋轉(zhuǎn)電機(jī)有兩個(gè)電兩個(gè)電端口端口和和一個(gè)機(jī)械一個(gè)機(jī)械端口的裝置端口的裝置（三端（三端口）?？冢?。大多數(shù)電磁鐵等變換器有大多數(shù)電磁鐵等變換器有一一個(gè)電個(gè)電端口和端口和一個(gè)機(jī)械一個(gè)機(jī)械端口端口（兩端口）。兩端口）。兩端口兩端口三端口三端口16質(zhì)量守恒系統(tǒng)質(zhì)量守恒系統(tǒng)：l遵循能量守恒原理遵循能量守恒原理基本聯(lián)系基本聯(lián)系：機(jī)電裝置機(jī)電裝置電系統(tǒng)電系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)耦合場(chǎng)

6、耦合場(chǎng)耦合場(chǎng)耦合場(chǎng):從輸入系統(tǒng)吸收能量，補(bǔ)充儲(chǔ)能從輸入系統(tǒng)吸收能量，補(bǔ)充儲(chǔ)能釋放儲(chǔ)能給輸出系統(tǒng)釋放儲(chǔ)能給輸出系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵。能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵。17能量形式能量形式：l電能電能l機(jī)械能機(jī)械能l電場(chǎng)或磁場(chǎng)儲(chǔ)能電場(chǎng)或磁場(chǎng)儲(chǔ)能l熱能熱能電源輸入耦合場(chǎng)儲(chǔ)能增量機(jī)械能輸出轉(zhuǎn)換成熱的能量損耗電動(dòng)機(jī)狀態(tài)能量方程能量方程：18電系統(tǒng)電系統(tǒng)： 電流產(chǎn)生的銅耗（電阻損耗）電流產(chǎn)生的銅耗（電阻損耗）機(jī)械系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)： 通風(fēng)和摩擦產(chǎn)生的熱損耗（機(jī)械損耗）通風(fēng)和摩擦產(chǎn)生的熱損耗（機(jī)械損耗）耦合電磁場(chǎng)耦合電磁場(chǎng)： 鐵心的渦流損耗和磁滯損耗（介質(zhì)損耗）鐵心的渦流損耗和磁滯損耗（介質(zhì)損耗）19將三種損耗歸類到相應(yīng)的能量中，將

7、三種損耗歸類到相應(yīng)的能量中，能量方程能量方程： 電源輸入耦合場(chǎng)儲(chǔ)能增量機(jī)械能輸出轉(zhuǎn)換成熱的能量損耗電源輸入電阻損耗耦合場(chǎng)儲(chǔ)能增量介質(zhì)損耗機(jī)械能輸出機(jī)械損耗電阻損耗機(jī)械損耗介質(zhì)損耗20介質(zhì)損耗介質(zhì)損耗凈電能耦合場(chǎng)吸收總能量輸出的總機(jī)械能21dW電dW場(chǎng)dW機(jī)22dW電dW場(chǎng)dW機(jī)微分形式的能量方程，微分形式的能量方程，突出重點(diǎn)，把握實(shí)質(zhì)突出重點(diǎn)，把握實(shí)質(zhì)：l重點(diǎn)研究能量的轉(zhuǎn)換機(jī)理重點(diǎn)研究能量的轉(zhuǎn)換機(jī)理l耦合場(chǎng)對(duì)電系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)反應(yīng)耦合場(chǎng)對(duì)電系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)反應(yīng)l考慮損耗，解決過程實(shí)際問題，損耗并考慮損耗，解決過程實(shí)際問題，損耗并不影響機(jī)電能量轉(zhuǎn)換過程不影響機(jī)電能量轉(zhuǎn)換過程23定義定義： 全部由全部

8、由儲(chǔ)能元件儲(chǔ)能元件所組成的，與周圍系統(tǒng)沒所組成的，與周圍系統(tǒng)沒有能量交換的有能量交換的自守自守物理系統(tǒng)物理系統(tǒng)l無能量損耗的物體和元件無能量損耗的物體和元件l不與周圍系統(tǒng)能量交換不與周圍系統(tǒng)能量交換l總能量守恒總能量守恒24電系統(tǒng)電系統(tǒng)：l電感電感l(wèi)電容電容25機(jī)械系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)：l旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)體l平移體平移體26機(jī)械系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)：l彈簧彈簧l靜物靜物27狀態(tài)變量狀態(tài)變量：描述系統(tǒng)即時(shí)所處狀態(tài)的一組描述系統(tǒng)即時(shí)所處狀態(tài)的一組獨(dú)立獨(dú)立變量變量狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)函數(shù)：由一組由一組狀態(tài)變量狀態(tài)變量確定的，描述系統(tǒng)即時(shí)狀態(tài)確定的，描述系統(tǒng)即時(shí)狀態(tài)的的單值單值函數(shù)函數(shù)把真實(shí)系統(tǒng)的損耗移出，構(gòu)建把真實(shí)系統(tǒng)的損耗移出

9、，構(gòu)建保守系統(tǒng)保守系統(tǒng)，建，建立系統(tǒng)立系統(tǒng)狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)函數(shù)，對(duì)研究機(jī)電能量轉(zhuǎn)換過，對(duì)研究機(jī)電能量轉(zhuǎn)換過程具有重要意義。程具有重要意義。28狀態(tài)變量狀態(tài)變量 電系統(tǒng)電系統(tǒng)（i, q, u）;機(jī)系統(tǒng)機(jī)系統(tǒng)（x, ）能量能量：力力：2930l電壓方程電壓方程l能量平衡方程式能量平衡方程式l銜鐵靜止于銜鐵靜止于X1處時(shí)磁場(chǎng)儲(chǔ)能處時(shí)磁場(chǎng)儲(chǔ)能 31l磁鏈和磁場(chǎng)儲(chǔ)能關(guān)系磁鏈和磁場(chǎng)儲(chǔ)能關(guān)系 32l單位體積下的磁場(chǎng)儲(chǔ)能單位體積下的磁場(chǎng)儲(chǔ)能l線性情況下：線性情況下： BHVWmm2133改變磁場(chǎng)儲(chǔ)能的積分變量改變磁場(chǎng)儲(chǔ)能的積分變量l 非線性非線性l線性線性 磁共能磁共能磁能磁能34具有具有n個(gè)繞組的機(jī)電裝置個(gè)繞組的機(jī)電裝置l非線性非