机电能量转换课件.ppt

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。,无损耗磁储能系统,单边激励,电源输入的总功率,电压平衡方程,法拉第电磁感应定律,输入磁储能系统的电功率,在时间dt内，输入耦合场的净电能,在dt时间内总机械能的输出,能量平衡,微分磁能增量,磁场储能,积分路径选择,磁场储能是一个状态函数，其值由独立变量和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0，=0,Te=0,再求出此位置下磁链从0增长到0时，耦合场的净电能输入。,积分路径,磁能计算,磁共能计算,磁能与磁共能的关系,线性系统,电磁转矩-磁能计算,电磁转矩-磁共能计算,双边激励,电压平衡方程式,绕组感应电动势,输入耦合场的净电能,微分磁能增量,能量平衡,磁能增量,积分路径的选择,从0到0。,第一段路径a段,第二段路径b段,1从0到10,第三段路径c段,2从0到20,磁场能量,微分磁共能,积分路径的选择,1.,从0到0,i1从0到i10,i2从0到i20,2.,3.,磁共能,线性系统,电流为磁链的函数,磁功能函数,线性系统磁能与磁共能,磁能密度,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。,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。,气隙和铁心内的磁能密度,磁能密度之比,储存的磁能之比,双边激励机电装置的机电能量转换,磁链函数,变压器电动势和运动电动势,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。,线性系统,电能输入,磁场储能的变化,线性系统,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。,电磁转矩,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,电机的磁共能,电磁转矩,通直流电,通交流电流,转子转角,转矩分量,电磁转矩平均值,当转子角转速与电流角频率相等时,在旋转电机中的应用,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。,定子电感系数矩阵,转子电感系数矩阵,定转子互感系数矩阵,转子定子互感系数矩阵,整个电机的电感矩阵,磁功能,矩阵形式,电磁转矩,定转子均为三相对称电流,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。,磁共能,电磁转矩,洛伦兹力,单位体积力,总作用力,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,表面应力,等效性,注意到,矢量形式的高斯变换,体积分转换为闭曲面积分,二维情况下合力,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,力的分解,切向电磁力密度,电磁转矩,电磁转矩由切向力产生，如果沿半径r的圆周积分，则电磁转矩的表达式为,式中，r位于气隙中的任意圆周半径；Br、B分别为半径r处气隙磁密的径向和切向分量。,