机电能量转换-作业(一)

§1.5 机电能量转换（例题1）机电能量转换过程是电磁场和运动的载电物体（通常为载流导体）相互作用的结果。

当机电装置的可动部分发生位移，使装置内部耦合电磁场的储能发生变化，并输出（输入）电能的电路系统内产生一定的反应时，电能就会转换成机械能或反之。

所以，任何机电能量转换装置中都有载流的电系统、机械系统和用作为耦合和存储能量的电磁场，都有一个固定不分和一个可动部分。

机电能量转换过程又是一个可逆过程，所以大多数发电机都可以作为电动机来运行；反之，大多数电动机也第一作为发电机来运行。

本章将研究旋转电机能量转换的原理，能量转换的过程，耦合场的作用，并导出能量转换的条件，以及此条件在各种电机中的具体现；机电能量转换过程中的能量关系：｛由电源输入电能｝ = ｛耦合电磁场内储能的增加｝ + ｛机电系统内部的能量损耗｝ + ｛输出的机械能｝保守系统：由一些能够存储能量、释放能量、没有任何损耗的物体或元件所组成的，与周围系统没有能量交换的自守物理系统，就成为保守系统。

状态函数：描述系统即时所处状态的得以组独立变量，称为状态变量。

由一组状态变量所确定的、描述系统及时状态的单值函数，称为系统的状态函数。

特点：当系统的储能以及由储能的偏导数所确定的广义力，仅与系统的即时状态有关，而与系统的历史及达到此状态的路径无关。

机电能量的转换过程：在能量转换的过程中，作为耦合场的磁场有以下功能，它既可以从电系统输入或输出能量，还可以对机械系统输出或输入能量，主要取决于对取决于对磁链和可动部分角位移所加的约束。

机电能量转换的条件：机电能量转换必定在旋转过程中进行，运动电动势和电磁转矩不能为零。

例题 1θ。

的位置。

当磁路未饱有一单边激励的机电装置，转子位于ϕ-I曲线为以直线;当磁路开始饱和时, ϕ-I曲线永玲以和时，其直线ab去近似表示，如图所示。

试求系统的状态达到a点和b点时的磁场能和磁共能。

解：（1）a 点的磁能和磁共能 在0a 区间内，-I 曲线的方程式为ϕ=I ，于是磁能为W m=⎰a id ϕϕ0=⎰10ϕid =0.5J磁共能为W ’m=⎰ia di 0ϕ=⎰10di ϕ=0.5J由于这段ϕ=I 关系为线性，故磁能等于磁共能。

交流电机统一理论第1章机电能量转换的基本原理第章机电能量转换的基本原理第1章1‐1 保守系统和磁场能量1‐2 磁场能量和磁场力1‐3 电场能量和电场力机电装置的定义机电装置：9机械能与电能转换的装置9大小不一、品种繁多、功能多样大小不一品种繁多功能多样机电装置的分类•（1）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，通常用于测量和控制装置中测量和控制装置中。

z如旋转变压器、扬声器等。

•（2）动铁换能器通电流激磁产生力使动铁有限位移的装置—通电流激磁产生力，使动铁有限位移的装置。

z如继电器、电磁铁等。

机电装置的分类机电装置的分类（3）机电能量持续转换装置—如电动机、发电机等。

机电装置6直流电动机机电能量转换形式•电致伸缩与压电效应—功率小，不可逆•磁致伸缩—功率小，不可逆•电场力（静电式机电装置）—功率小•磁场力—功率大，如电机7耦合场•机电装置中—耦合电场、磁场—频率低，两者可以分开，彼此独立z电磁式：磁场耦合z静电式：电场耦合8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9保守系统的能量和力•状态变量xx &,•能量),;,,(,2121L &&L x xx x W W =•保守力),;,,(,2121L &&L x xx x f f =磁能和磁共能•磁能磁能和磁共能衔铁静止输入净电能全部转化为磁能衔铁静止，输入净电能全部转化为磁能•磁能表达式（x=x1）磁能表达式11φψ∫∫==φψFd id W m （1-8）磁能和磁共能•磁链与磁场储能不同气隙时电磁铁磁化曲线磁场储能磁共能分步积分法化简（1‐8）式11i ψ∫∫−==110m di i id W ψψψ（1-13）•磁共能1i ∫=0'mdi Wψ11'ψi WW mm =+磁共能磁能和磁共能图1-2磁场能量和磁场力12 磁场能量和磁场力单边激励的机电装置磁场中的力和转矩•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电流在磁场中产生力铁磁材料在磁场中产生力洛伦兹电磁力定律•处于电磁场中电荷q所受到的电磁力F–电磁力F(N)) (BvEqF×+=力()–电荷q(库仑)–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)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qEF =力方向场度方向致–与电荷的运动方向无关•纯磁场中)(B v q F ×=电磁力密度•3电荷密度ρ(C/m )：单位体积内的电荷•电磁力密度F V (N/m 3)：单位体积内产生的电磁力×=•电流密度)(B v E q F V +vJ ⋅=ρ•纯磁场中的电磁力密度BJ F V ×=磁性材料中的电磁力•磁性材料受力–详细计算十分复杂–需了解整体构件的磁场分布情况•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：磁场的旋转超前于转子磁场，定子牵引转子运动并做功–发电机：转子磁场超前于定子磁场，转子对定子做功发电机转子磁场超前于定子磁场转子对定子做功能量平衡•能量守恒：能量既不能产生也不能消亡，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+耦合场储能增量+转换为热能–在无损系统中heatf mec el dW dW dW dW ++=d •在将机械能转换成电能的系统中fmec el dW dW dt i e dW +=⋅⋅=–输入机械能=电能输出+耦合场储能增量+转换为热能heatf el mec dW dW dW dW ++=磁能产生电磁力•磁能产生力–Δt 时间内电源供给磁场的能量222ψt t ∫∫∫=−=−=Δ111)(2ψidt eidt dt R i ui W t t el磁能产生电磁力•输入电能磁能产生电磁力•A点磁能磁能产生电磁力•B点磁能•Δt时间内电磁力所做的机械功0磁能产生电磁力•情况2：–Δt时间内磁链为常量磁能产生电磁力输入电能•输入电能＝0–Δt 时间内磁链为常量，e=02t i )(12−=Δ∫t el dtR i ui W 2t 01=−=∫t eidt磁能产生电磁力•磁能增量磁能产生电磁力•一般情况。

电机学简易习题集姜宏伟陈玉国中原工学院电子信息学院绪论1．电机是一种机电能量转换或信号准换的电磁机械装置。

2.就能量转换的功能来看，电机可分为两大类，发电机把其他形式能转化为电能，电动机把电能转化为机械能。

第1章：磁路1．磁通所流过的路径称为磁路。

2．沿任何一条闭合回线，磁场强度H 的线积分值恰好等于该闭合回线所包围的总电流值。

3．F=Ni为作用在铁心磁路上的安匝数，称为磁路的磁动势。

4．简述磁路的欧姆定律，和磁路的基尔霍夫第二定律的内容。

5．铁磁材料在外磁场中呈现很强的磁性，此现象称为铁磁物质的磁化。

6．什么是铁磁材料的起始磁化曲线？7．铁磁材料所具有的这种磁通密度的变化滞后于磁场强度H变化的现象，叫做剩磁。

8．铁心损耗包括哪两部分，铁心损耗的大小和哪些因素有关？与绕组电流的频率、铁芯的重量以及磁场密度的平均值有关。

9．什么是电路的叠加原理？当电阻变化时，能否使用叠加原理？为什么？电路叠加定理是指电路中某条支路的电压或电流等于各个电源单独工作时的和；若电阻线性变换是，可以使用叠加定理。

第2章：变压器1．变压器中最主要的部件是和。

2．变压器绕组是变压器电路部分，输入电能的绕组称为，输出电能的绕组称为。

3．什么是变压器的额定容量和额定电压？4．一台单相变压器，额定容量500kV A，额定电压10kV/400V，则电压400V为：①变压器一次加额定电压，空载时的二次电压；②变压器额定运行时的二次电压；③变压器短路实验时（二次通额定电流），变压器一次侧施加电压。

5．一台单相变压器，额定容量100kV A，电压为10kV/0.4kV，该变压器一次额定电流和二次的额定电流。

6．一台单相变压器，电压为220/110V，一次绕组200匝，该变压器的变比，二次绕组匝数。

7．什么是变压器的主磁通和漏磁通，对一台制作好的变压器，主磁通的大小主要取决于什么因素。

8．变压器负载运行时，用以建立主磁通的磁动势为一次和二次绕组的。

机电控制工程基础第1次作业第1章一、简答1．什么是自动控制是相对于人工控制而言的，就是在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使生产过程或被控对象的某一物理量(输出量)准确地按照给定的规律(输入量)运行或变化。

2．控制系统的基本要求有哪些控制系统的基本要求：稳定性、快速性和准确性(稳态精度)，即稳、快、准3．什么是自动控制系统指能够对被控制对象的工作状态进行自动控制的系统。

它一般由控制装置和被控制对象组成。

4．反馈控制系统是指什么反馈反馈控制系统是负反馈5．什么是反馈什么是正反馈什么是负反馈从系统(或元件)输出端取出信号，经过变换后加到系统(或元件)输入端，这就是反馈。

当它与输入信号符号相同，即反馈结果有利于加强输入信号的作用时叫正反馈。

反之，符号相反抵消输入信号作用时叫负反馈。

6．什么叫做反馈控制系统从系统(或元件)输出端取出信号，经过变换后加到系统(或元件)输入端，这样的系统称为反馈控制系统7．控制系统按其结构可分为哪3类开环控制系统、闭环控制系统和复合控制系统8．举例说明什么是随动系统。

如雷达自动跟踪系统，火炮自动瞄准系统，各种电信号笔记录仪等9．自动控制技术具有什么优点⑴极大地提高了劳动生产率；⑵提高了产品的质量；⑶减轻了人们的劳动强度，使人们从繁重的劳动中解放出来，去从事更有效的劳动；⑷由于近代科学技术的发展，许多生产过程依靠人们的脑力和体力直接操作是难以实现的，还有许多生产过程因人的生理所限而不能由人工操作，如原子能生产，深水作业以及火箭或导弹的制导等等。

在这种情况下，自动控制更加显示出其巨大的作用。

10．对于一般的控制系统，当给定量或扰动量突然增加某一给定值时，输出量的暂态过程可能有几种情况单调过程、衰减振荡过程、持续振荡过程、发散振荡过程二、判断1．自动控制中的基本的控制方式有开环控制、闭环控制和复合控制。

正确2．系统的动态性能指标主要有调节时间和超调量，稳态性能指标为稳态误差。