机电能量转换原理精选文档.ppt

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1、机电能量转换原理本讲稿第一页，共三十三页本章内容一、磁场系统中的力二、能量平衡三、单边励磁磁场系统中的能量四、由磁储能确定力五、由磁共能确定力六、多变励磁磁场系统本讲稿第二页，共三十三页一、磁场系统中的力和转矩电荷的洛伦兹电磁力电场中的洛伦兹力磁场中洛伦兹力载流导体的电磁力磁性材料中的电磁力本讲稿第三页，共三十三页洛伦兹电磁力定律处于电磁场中电荷q所受到的电磁力F电磁力F(N)电荷q(库仓)电场强度E(V/m)磁通密度B(T)电荷在电磁场中的运动速度v(m/s)本讲稿第四页，共三十三页电场和磁场中的洛伦兹电磁力纯电场中力的方向和电场强度的方向一致与电荷的运动方向无关纯磁场中本讲稿第五页，共三十

2、三页电磁力密度电荷密度(C/m3)：单位体积内的电荷电磁力密度FV(N/m3)：单位体积内产生的电磁力电流密度纯磁场中的电磁力密度 （F=BLV）本讲稿第六页，共三十三页磁性材料中的电磁力磁性材料受力详细计算十分复杂需了解整个构体的磁场分布情况简化成：只计算整体净力多数机电能量转换装置采用刚性结构很少要求详细计算内部应力分布旋转电机中电动机：定子磁场的旋转超前于转子磁场，定于牵引转子运动并做功发电机：转子磁场超前于前于定子磁场，转子对定子做功本讲稿第七页，共三十三页电流在磁场产生力本讲稿第八页，共三十三页铁磁材料在磁场中产生力本讲稿第九页，共三十三页二、能量平衡能量守恒：能量既不能产生也不能消

3、亡，只能发生形式的转换在将电能转换成机械能的系统中电源输入=机械能输出+磁场储能的增量+转换为热能在无损系统中本讲稿第十页，共三十三页在将机械能转换成电能的系统中输入机械能=电能输出+磁场储能的增量+转换为热能在无损系统中本讲稿第十一页，共三十三页 能量法计算磁性材料的电磁力假设磁场无损耗电损耗由电端电阻损耗表示机械损耗由机械端损耗表示本讲稿第十二页，共三十三页 磁场储能由电系统输入的电功率磁场储能系统输出的机械功率单位时间磁场储能变化本讲稿第十三页，共三十三页三、单边励磁磁场系统中的能量以电磁继电器为例本讲稿第十四页，共三十三页假设线圈电阻用外接电阻R来表示机械端变量包括力ffld和位移x机

4、械损耗表示成与机械端相连的外部元件力ffld由磁场产生运动磁臂无质量铁心和磁臂构成一个无损磁储能系统本讲稿第十五页，共三十三页电磁继电器磁场储能继电器的磁路可以表示成一个电感L磁结构形状尺寸磁性材料磁导率的函数机电能量转换装置的磁路中包含有气隙把运动部件隔离出来多数情况下气隙的磁阻远大磁性材料的磁阻能量主要存储于气隙中磁路的性质主要由气隙的尺寸决定本讲稿第十六页，共三十三页忽略磁路的非线性铁心损耗如需要，由近似所得的最终结果可用经验的方式加以校正，以减小因忽略某些因素而造成的误差磁链和电流i是线性关系电感由磁路的几何形状和位移x所决定本讲稿第十七页，共三十三页继电器的机械能输出磁场储能磁场储能

5、系统是无损的是一个保守系统 积分与路径无关Wfld由变量和 x 唯一确定和x的值唯一地决定了系统的状态，故称为状态变量本讲稿第十八页，共三十三页磁场储能本讲稿第十九页，共三十三页四、由储能确定磁场力无损磁场储能系统，磁场储能是一个状态函数，唯一地由独立状态变量x确定dWfld的全微分为对比后得到本讲稿第二十页，共三十三页电磁继电器的电磁力本讲稿第二十一页，共三十三页旋转机械端的转矩输出机械能磁场储能转矩本讲稿第二十二页，共三十三页例单线圈，转子椭圆气隙不均电感随转子位置变已知其中L0=10.6mH,L2=2.7mH转子位置角为定子线圈磁轴和转子长轴之间的夹角求：i=2A时的转矩本讲稿第二十三页

6、，共三十三页解电磁转矩带入数值得本讲稿第二十四页，共三十三页五、由磁共能确定力定义：磁共能用电流描述所以本讲稿第二十五页，共三十三页电磁力和转矩全微分对比得到对旋转机械端本讲稿第二十六页，共三十三页单边励磁系统的磁能本讲稿第二十七页，共三十三页电磁继电器本讲稿第二十八页，共三十三页本讲稿第二十九页，共三十三页六、多边励磁磁场系统许多机电装置具有多个电端每个电端选择自己的磁链和电流磁场储能系统无损耗如：具有2个绕组的励磁磁场系统本讲稿第三十页，共三十三页本讲稿第三十一页，共三十三页磁储能选择磁链1、2和x为自变量磁储能全微分后对比可得本讲稿第三十二页，共三十三页谢 谢！本讲稿第三十三页，共三十三页