图书信息/机电能量转换
　　作者: 　主编
　　ISBN: 7,
　　出版社: 上海交通大学出版社
　　出版日期:
内容摘要/机电能量转换
　　本书阐述电磁场及机电能量转换的基本原理和方法。全书共分十章，前六章为电磁场部分，在矢量分析和场论知识的基础上，分别论述静电场、恒定电场、恒定磁场、边值问题和时变电磁场、电磁波的基本概念、基本定理及基本方程。后四章为机电能量转换部分，在电磁场理论的基础上，详尽论述机电能量转换的基本原理、机电系统模型及其运动方程、机电能量转换方式、机电能量转换动力学和机电能量转换新技术。全书理论联系实际，反映了国际国内电磁场和机电能量转换领域的新技术和最新研究成果，阐述清晰，理论推导严谨，文字通顺，力求提高高等院校电工类专业基础课的教学质量和水平。
　　本书可作为电子信息与电气工程专业大平台本科生教学用书，也可供有关科技人员阅读参考。
目录/机电能量转换
　　第一节 机电能量转换的物理基础
　　第二节 机电能量转换过程中的能量关系
　　第三节 与状态函数
　　第一章 矢量分析
　　第一节 标量和矢量
　　第二节 矢量的代数运算
　　第三节 矢量的标积
　　第四节 矢量的
　　第五节 标量场的方向导数与梯度
　　第六节 矢量场的通量、散度与高斯定理
　　第七节 矢量场的环量、旋度与
　　第八节 无散场与
　　第九节
　　第十节 矢量场的唯一性定理
　　第十一节 亥姆霍兹定理
　　第十二节 正交曲面坐标系
　　第二章 静电场
　　第一节 静电场的基本方程
　　第二节 电位方程和唯一性定理
　　第三节 导体和电介质
　　第四节 电轴法
　　第五节 镜像法
　　第六节 电容和部分电容
　　第七节 静电能量和力
　　第三章 恒定电场
　　第一节 恒定电场的基本方程
　　第二节 恒定电场和静电场的比拟
　　第三节 电导和接地电阻
　　第四章 恒定磁场
　　第一节 恒定磁场的基本方程
　　第二节 标量和矢量磁位
　　第三节 媒质的磁化
　　第四节 恒定磁场中的镜像法
　　第五节 电感
　　第六节 磁场能量和力
　　第七节 磁路的基础知识
　　第五章 边值问题和时变电磁场
　　第一节边界条件和边值问题
　　第二节电磁场的基本方程组
　　第三节洛仑兹力公式
　　第四节 电磁能量和
　　第六章 电磁波
　　第一节 波动方程
　　第二节 理想介质中的均匀平面波
　　第三节 波的极化
　　第七章 机电系统模型及其运动方程
　　第一节
　　第二节 机电系统的能量和拉格朗日函数
　　第三节 汉密尔顿原理与拉格朗日方程
　　第四节 用拉格朗日方程导出机电系统运动方程的步骤与举例
　　第八章 机电能量转换方式
　　第一节 不同电压的电能转换装置
　　第二节 直流电能与机械能转换装置
　　第三节 交流电能与机械能转换装置
　　第九章 机电能量转换动力学
　　第一节 变压电能转换的方程
　　第二节 电磁装置中的能量平衡
　　第三节 电磁装置中的机械力
　　第四节 单边及多边励磁的电磁装置的动力学
　　第五节 直流机电能量转换装置的方程
　　第六节 异步机电能量转换装置的方程
　　第七节 同步机电能量转换装置的方程
　　第十章 机电能量转换新技术
　　第一节 磁悬浮技术
　　第二节 磁流体发电和推进技术
　　第三节 电磁炮
　　第四节 纳米技术
　　第五节 超导技术
　　参考文献
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机电能量转换
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第02章-机电能量转换原理
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第一章 机电能量转换的基本原理
现代人类的生产和生活中，最主要的动力能源是电能。实现机械能与电能转换的装置统称为机电能量转换装置，以下简称机电装置。它们大小不一，品种繁．．．．．．．．多，按其功能的不同可分为三大类：
(1)机电信号变换器。它们是实现机电信号变换的装置，是在功率较小的信．．．．．．．号下工作的传感器，通常应用于测量和控制装置中。例如拾音器、扬声器、旋转变压器等；
(2)动铁换能器。它们是通电流激磁产生力，使动铁有限位移的装置。例如．．．．．继电器、电磁铁等。常用继电器的原理图如图1-1(a)；
图1―1把继电器作为两端口装置
(3)机电能量持续转换装置。例如电动机发电机等。直流电动机的原理图加．．．．．．．．．．图1-2(a)。
图1-2把直流电动机作为三端口装置
机电装置实现机电能量转换的形式，大体有四种：①电致伸缩与压电效应：②磁致伸缩；③电场力；④电磁力。前两种功率很小，又是不可逆的。应用第三种形式――电场力来实现机电能量转换的装置称为静电式机电装置，只能得到不．．．．．．．大的力和功率。实用上绝大多数的机电装置是应用第四种形式――电磁力来实现机电能量转换的，称为电磁式机电装置。本书以电磁式机电装置作为主要研究对．．．．．．．象。下面不加说明的机电装置仅指电磁式机电装置，或是电磁式与静电式两种机电装置。它们都是由载流的电系统，可动的机械系统和作为耦合媒介与储存能量的电磁场三部分组成；队总体看，它们每个又都有固定的和可动的两大部件。
严格说，耦合电磁场应该是电场和磁场的综合体。但在机电装置中，电频率较低，可动部件的运动速度大大低于光速，这样不仅可以忽略不计电磁辐射，认为机电装置是质量守恒的物理系统；而且可以把电场和磁场分别考虑，认为它们是彼此独立的。因此在电磁式机电装置中耦合电磁场仅是磁场，但在静电式机电装置中耦合场仅是电场。
在分析研究时，机电装置总可以归纳成具有若干个电端
口和机械端口的装置。在示意图上常用一个圆来表示机电装置的杜本，从圆周上向圆外作若干对线段表示装置的输入和输出端口。例如继电器、电磁铁那样的动铁换能器可作为一对电端口和一对机械端口的两端口装置来对待，如图1-1(b)所示；大多数旋转电机可作为有两对电端口和一对机械端口的三端口装置，如图1-2(b)所示。
本章将叙述机电装置的能量转换过程。着重讨沦耦合磁场的作用，要求学会用机电能量转换关系求出电磁转矩的普遍公式。对极少见的静电式机电装置仅在章末作简略介绍。
1-1 机电装置中的能量平衡
在质量守恒的物理系统中，能量守恒原理是一个必须遵守的普遍规律。它也是分析研究机电装置的一个基本出发点。
在机电装置中电能与机械能的转换是依赖于耦合场的作用来实现的。耦合场一方面从输入系统吸收电能(或机械能)，对它的储能进行补充；另一方面又释放储能给输出系统，使后者输出机械能(或电能)。所以耦合场及其储能的存在时机．．．．．．．．．．．．电能量转换的关键。此外，在能量转换过程中，总会产生一些损耗，并以热能的．．．．．．．．
形式散发出来。于是在机电装置中略去电磁辐射能量，存在着电能、机械能、电磁场储能和热能这四种形式的能量。根据能量守恒原理，按电动机惯例写出机电装置酌能量方程式为：
?电源输入 ??耦合场储??输出的??转换成热?
（1-1） ???????
?的电能??能的增量??机械能??的能量损耗?
式中最右边一项能量损耗，按其起因的不同可分为三类： (1)电系统(如绕组)通电流时产生的电阻损耗；
(2)机械系统由于通风和摩擦使一部分机械能转换成热能的损耗，称为机械损耗；
(3)耦合电磁场在介质中产生的损耗，即磁场耦合时铁心磁滞和涡流损耗，或电场耦合时在绝缘材料内产生的介质损耗。
如果把损耗按上述三项分类，并分别归并到相应的能量项目中去，式(1-1)可以化力如下形式：
?输出的电能??耦合场储能的增量??输出的机械能?
(1-2) ???????
?电阻损耗?相应的介质损耗?机械损耗??????
与上式对应的能量平衡图如图1-3，其中电阻损耗和机械损耗已从机电耦合系统中移出；而介质损耗归并为耦合场吸收的能量，因此在图中用虚线表示，仍与机电耦合系统相连。在分析机电能量转换的机理时，还可进一步忽略不计耦合场的介质损耗。
图1―3 机电装置中的能量干衡
把式(1-2)各项能量写成dt时间内的微分形式，则得机电装置能量微分平衡．．．．．．．．．．式为：
dWel?dWf?dWmec
（1-3） ．
式中，dWel表示扣除电阻损耗后在dt时间内输入耦合场的
净电能；dWmec表示dt时间内转换为机械能的总能量；dWf表示dt时间内耦
合场吸收的总能量。忽略不计耦合场的介质损耗，在电磁式机电装置中dWf就
是耦合磁场储能的增量，即dWf?dWm；在静电式机电装置中就是耦合电场储能的增量，即dWf?dWe。
式(1-3)是本章的分析出发点。这里应当指出，式(1-1)是机电装置中能量关系的客观描述，它表明了在机电能量转换过程中，机电装置实际是一个有损耗系统。但如直接用式(1-1)去分析研究问题，主次不分，往往难于求解。由于机电能量转换过程是通过耦合场的变化给电系统和机械系统带来的反应与作用来实现的，而能量损耗对机电能量转换过程并无实质性的影响，所以我们把损耗分类并进行归并和扣除，使式(1-1)化为式(1-3)。这体现了把握主要矛盾的科学分析方法，表明对待一个实际机电装置，可先将该装置抽象成无损耗的机电系统，只着眼于依赖耦合场储作中间媒介来实现机电能量转换的过程，突出问题的核心―――耦合场对电系统和机械系统的反应和作用，来明确机电能量转换的基本机理，以便进行深入的分析。核心问题清楚了，只要再加上能量损耗，就能很方便地求得实际机电装置的全部工作情况。
1-2 保守系统和磁场储能
一、保守系统和状态函数
在理想的物理系统中，有许多无损耗、可储能的元件，
---------------------------------------------------------
（1）某些机电装置，其铁耗不允许忽略不计时，可以根据铁耗的作用，把它作为等效机械损耗或作为等效电阻损耗，归并到真实的机械损耗或电阻损耗中去，并移出机电耦合系统，使dWf
三亿文库包含各类专业文献、专业论文、行业资料、幼儿教育、小学教育、应用写作文书、各类资格考试、中学教育、56第1章 机电能量转换的基本原理等内容。　
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