机电能量转换 作业(二)
机电能量转换2
• 转化为磁能增量的功率分为两部分：一、运动 电动势引起的与机械功率数值相同；二、由变 压器电动势引起的输入磁场的功率
旋转电机的功率平衡
di 1 T 1 i u = i Ri +i L + i E Ω + i T EΩ { 1 2 3 dt 2 2 1 4 2 4 3 输入电功率 电阻损耗 1442443 磁能增量的功率 机械功率
• 持续机电能量转换的条件：
– 存在耦合磁场 – 有运动电动势和电磁转矩 – 转子转速不为零 – 至少有一个电机绕组通交流
• 隐极电机气隙均匀，定、转子磁动势分别产生 沿气隙圆周按正弦分布的径向气隙磁场，磁动 势极对数相同，在空间上相对静止
隐极电机电磁转矩的通用 公式
• 对于一个没有稳态感应电动势的直流电系 统，耦合磁场无法持续向它吸收或输出电 能
j =1 j = 1 k =1 k≠ j m m m
产生平均电磁转矩的条件
• 频率约束 • 凸极电机
– 要使凸极电机的主电磁转矩和磁阻转矩的平均 转矩不为零，定转子的频率约束应为
• 一般定子电流频率相同，以上两项可以一 并考虑
± ω s ± ω r = pΩ
± ω s = pΩ
± ω s = pΩ
产生平均电磁转矩的条件
•频率约束 •凸极电机
–转子自感和互感与 转子位置无关 –定子自感和互感与 转子位置有关 –定、转子之间的互 感与转子位置有关
Ｓ Ｚ Ｂ
Ｓ Ｚ Ｂ
Ls = L s 0 + Ls 2 cos 2θ e = Ls 0 + L s 2 cos 2( pΩ t + α )
电机机电能量转换(0920-13：38更新)
201609201 推导线圈磁场能。
如何推导线圈磁场能？ 首先明确什么是线圈的磁场能？前人说，对于很多电磁系统来说磁场能是外部给电磁系统注入能量过程中，一部分转化为机械能，一部分转化为热能，另一部分能量则贮存在磁场中，这部分贮存在磁场中的能量称为磁场能。
比如我们给一个单线圈电磁系统充电，一部分电能可能转化成为了电磁系统的机械能，另一部分则贮存在磁场中称为磁场能。
而且前人研究，电磁系统磁场能是保守函数，只有状态变量各个线圈的电流和磁链当前值有关，而与建立过程无关。
注意这个性质非常要，这给了我们一个求取电磁系统磁场能的途径，就是我们知道了一个电磁系统当前时刻的电流和磁链，那么我们就可以这个性质和能量守恒的规律求取这个电磁系统的磁场能，方法就是找一个孪生空载电磁系统，让这个孪生电磁系统可动部件位置固定保持跟当前位置相同，从0i =，0ϕ=的状态开始，慢慢给这个孪生电磁系统充电，使之达到目标电磁系统各个线圈的当前电磁系统各个线圈电流相同，注意我们让电流相同，又保持了孪生电磁系统可动部件位置与目标电磁系统相同，自然保证了孪生电磁系统各个线圈自感互感与目标电磁系统相同，自然保证了磁链与目标电磁系统相同。
所以孪生电磁系统磁场能与目标电磁系统相同，而根据能量守恒，在充电过程中，孪生电磁系统只有电能与磁场能的转化，所以充电过程中注入孪生电磁系统的电能就等于目标电磁系统的磁场能。
具体可以参见A.1和A.2。
A 孙旭东老师课件（汤蕴缪老师）转矩理解小结A.1 先研究单线圈电磁系统的情形A.1.1 磁场能分析一个当前电流是1i 磁链是1ϕ的线圈的磁场能是这样的：当这个线圈电流是0，磁链是0时，外部电源给线圈充电，充到电流是1i ，磁链是1ϕ，这个过程中外部电源给这个线圈注入的电能，一部分转化为了机械能、一部分转化为了铜损，一部分转化成了涡轮损耗（铁损），剩下的能量就是这个线圈的磁场能，或者说剩下的能量就转化为了线圈的磁场能。
机电能量转换
Te
T
单边激励
i Te u e Tmech dθmech
电源输入的总功率
P1 = ui
电压平衡方程
u = ri − e
法拉第电磁感应定律
dψ e=− dt
输入磁储能系统的电功率
Pe = ui − ri = (u − ri)i = −ei
2
在时间dt内，输入耦合场的净电能
输入耦合场的净电能
dWe = −(e1i1 + e2 i2 )dt = i1dψ 1 + i2 dψ 2
微分磁能增量
∂Wm ∂Wm ∂Wm dWm = dψ 1 + dψ 2 + dθ ∂θ ∂ψ 1 ∂ψ 2
能量平衡
dWm = dWe − Te dθ mech
磁能增量
dWm = i1dψ 1 + i2 dψ 2 − Te dθ mech
1 1 2 2 Wm (i10 , i20 ,θ 0 ) = L11 (θ )i1 + L12 (θ )i1i2 + L22 (θ )i2 2 2
'
线性系统磁能与磁共能
Wm = W
' m
磁能密度
wm = ∫ H ⋅ dB
0
B0
线性系统磁能密度
1B 1 wm = = BH 2 µ 2
在一定的磁通密度下， 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， 导率成反比。对于旋转电机而言，大部分 磁能储藏在气隙中。 磁能储藏在气隙中。
= ∫ i1 (ψ 1 ,0,θ 0 )dψ 1
0
ψ 10
第三段路径c段
dθ = 0,ψ 1 = ψ 10 , dψ 1 = 0
12.1 电路中的能量转化(原卷版)
第1节串联电路和并联电路【自主预习】一、电功和电功率1.二、焦耳定律1.焦耳定律的内容和表达式。
（1）内容：（2）表达式2.三、电路中的能量转化1.电动机接上电源后，会带动风扇转动，从能量转化与守恒的角度看，电动机从电源获得的能量，一部分转化为2.设电动机消耗的功率为P，电动机对外做功，输出的功率为机P，另外，电动机工作时自身也有能量损失，电对应的功率为P，他们之间满足损3.设电动机两端的电压为U，通过电动机线圈的电流为I，可知4.电动机刚停止工作时，我们发现外壳是热的，说明工作时有电能转化为内能。
设电动机线圈的电阻为R，可知5.电动机线圈有电阻，所以有一部分电能转化为内能，而这一部分属于能量损失，忽略摩擦以及空气阻力，则有6.正在充电的电池，电能除了转化为【方法突破】一、电功、电热与焦耳定律的理解1.电功与电功率:电流做功的实质是导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功。
静电力对自由电荷做功的过程,就是电荷的电势能转化为其他形式的能的过程。
(1)电功的计算公式:W=UIt=Pt。
(2)电功的单位:在国际单位制中电功的单位是焦耳,常用单位还有“度”,1度=1千瓦时=3.6×106焦耳。
2.焦耳定律:(1)推导:设导体的电阻为R,通过的电流为I,由欧姆定律可知,导体两端的电压U=IR,又因为Q=W=UIt,可得,Q=I2Rt。
(2)注意:焦耳定律是实验规律,这里的推导过程只是为了方便大家理解。
(3)在推导过程中用到Q=W,即电热等于电功,但其实在非纯电阻电路中,焦耳定律依然成立。
【例1】关于四个公式①P＝UI；②P＝I2R；③P＝2UR；④P＝Wt，下列叙述正确的是（）A．公式①④适用于任何电路的电功率的计算B．公式②③适用于任何电路的电功率的计算C．公式①②③适用于任何电路的电功率的计算D ．以上均不正确【针对训练1】电炉通电后，电炉丝热得发红，而跟电炉连接的铜导线却不那么热，这是因为( ) A ．通过铜导线的电流小，所以它消耗的电能也较少B ．电炉丝和铜导线消耗的电能相同，但铜导线散热快，所以就不那么热C ．通过电炉丝的电流大，所以它消耗的电能较多D ．铜导线电阻较小，所以它消耗的电能较少二、串并联电路中的电功率提醒：无论是串联电路还是并联电路，电路消耗的总功率等于各电阻消耗的功率之和。
机电能量转换第一次作业
作业（一）第一章变压器的工作原理1 — 一台单相双绕组变压器，额定容量 S N = 250 kV A ，额定电压U IN / U 2N = 10 /0.4 kV ,试求一次、二次侧的额定电流。
解：根据单相变压器额定容量和额定电压， 额定电流之间的关系可得9N = U 1N * I 1N =U 2N * I 2N1 H3 一台三相变压器， 额定容量 S N = 5000 kVA ，额定电压 U 1N / U 2N = 10 / 6. 3kV ,Y , d 联结（即Y/ △联结），试求：（1） 一次、二次侧的额定电流；（2） 一次、二次侧的额定相电压和相电流。
解：（1）根据三相变压器额定容量和额定电压，额定电流之间的关系 可得即 V3U1N*I 1N=SNI 1N =~=爪 Q 288.68AV 3U 1N V 3?10⑵因为是Y 连接，所以U 2N? =U 2N =6.3KVI 2N?弋=45VT Q 264.55A第二章变压器的运行分析2-1 一台单相变压器在铁心叠装时，由于硅钢片剪裁不当，叠装时接缝处留有较大的 缝隙，那么此台变压器的空载电流将 ____________________ 2 ______ 。
（选填：①减少；②增加；③不变）U1N * I 1N =S NI1NS N _250 U 1N 10=25AU2N * I 2N =S N_ S N _2502N =U 2N =0.4=625A SN =V 3U 〔N I1N =V 3U ?NI2NV 3U 2N *I 2N =SNS N _ 5000V 3U 2N V 3?6.3〜458.22AU1N ? =U J =V 3®7KV11N? =I 1N =288.68A2-5磁路线性的甲乙两台单相变压器，U1N / U2N = 220 /110 V, 一次侧匝数相等（漏阻抗不计，且激磁阻抗角相等），当一次侧分别接在220 V电源上，测得的空载电流甲台为0.4 A ,乙台为0. 1 A，则其空载激磁阻抗甲台为_______ 550 _____ Q ,乙台为—2200 _______ Q。
chp 2机电能量转换基础2.1,2.2
安培环路定律？ 安培环路定律？
2.2.1 安培环路定律及其简化形式
i1 i2 i3
l
δ
H
dl
图 2.2.1
安培环路定律
图 2.2.2
螺管线圈
图 2.2.3 带气隙的铁心磁路
r 沿空间任意一条闭合回路 l，磁场强度 H （magnetic field density）的线积
分等于该闭合回路所包围的电流的代数和
2.2 磁场的建立
2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 安培环路定律及其简化形式 磁路的欧姆定律 磁路中铁心的作用 铁磁材料及其磁化特性
注意专业术语 的掌握！ 的掌握！
在通电导线周围存在磁场（ ），磁场 在通电导线周围存在磁场（magnetic field），磁场与 ），磁场与 建立该磁场的电流之间的关系可由安培环路定律来描述。 电流之间的关系可由安培环路定律来描述 建立该磁场的电流之间的关系可由安培环路定律来描述。 激磁电流（ 建立磁场的电流称之为激磁电流 或励磁电流）。 建立磁场的电流称之为激磁电流（或励磁电流）。 下面具体讲述安培环路定律及其简化形式。 下面具体讲述安培环路定律及其简化形式。
ϕ = Fm / Rm
磁路和电路虽然具有类比关系，但性质是不同的，在分析计算时有以下差别： 磁路和电路虽然具有类比关系，但性质是不同的，在分析计算时有以下差别： 2 而在直流磁路中， ①电路中有电流 i 时，就有功率损耗 i R ；而在直流磁路中，维持一定的磁通量 ϕ 铁心中没有功率损耗。 时，铁心中没有功率损耗。 在电路中可以认为电流全部在导线中流通，导线外没有电流；在磁路中， ②在电路中可以认为电流全部在导线中流通，导线外没有电流；在磁路中，则没有 绝对的磁绝缘体，除了铁心中的磁通外，实际上总有一部分漏磁通散布在周围空气中。 绝对的磁绝缘体，除了铁心中的磁通外，实际上总有一部分漏磁通散布在周围空气中。 电路中导体的电阻率在一定温度下是不变的， ③电路中导体的电阻率在一定温度下是不变的， 但是磁路中铁心的磁导率却不是一 个常值，而是磁通密度的函数（在下一节叙述） 个常值，而是磁通密度的函数（在下一节叙述） 。 对线性电路， 计算时可以应用叠加原理， 但对于铁心磁路， 饱和时磁路为非线性， ④对线性电路， 计算时可以应用叠加原理， 但对于铁心磁路， 饱和时磁路为非线性， 计算时不能应用叠加原理。 计算时不能应用叠加原理。 所以磁路与电路仅是一种数学形式上的类似，而不是物理本质的相似。 所以磁路与电路仅是一种数学形式上的类似，而不是物理本质的相似。
chp2机电能量转换基础2.3,
式中的各个符号被定义为，
L 1 L1 M 12
N1 1 / i1，L 2 N112 / i1， L2 N 212 / i1 , M 21
N 2 2 / i2 N 2 21 / i2 N1 21 / i2
图 2.2.6 变压器模型
e tu r n
e
图 2 .3 .1
设中磁路的磁阻为 Rm ，有 21 有，
对于交流电,如何确定感应电势的方向？
i
u
如果假定电压和电流的正方向如图 (a)所示，由右手螺旋关系可得到磁通 的方向。那么，如何根据愣次定律确定 交变的感应电势的方向呢？
u
e
(a) (b) 图 2.3.3 交流电流引起的感应电动势的方向
在电机学中做了以下规定：当确定交变电流 i 的正方向以后，根据右手螺旋定 则， 的方向如图 2.3.3(a)所示。规定感应电动势 e 所产生的电流分量与图 2.3.3 （a）中电流 i 的方向相同。使用图 2.3.2(b)所示的右螺旋关系，可知此时电动势 e 在 A 点为低电位、X 点为高电位，所以电动势的正方向如图 2.3.3（b）所示， 此时电路方程为 u e ，即 u e N
2.3 电磁感应定律
l（ 磁 路 ） 铁芯
N
N1 N2
线圈
l1
S
l2
图 2 .1 .1 单 相 变 压 器 示 意 图
图 2.1.3 旋转电机的一种磁路
图2.1.1中，铁心中的磁场随时间变化变压器传递电功率； 图2.1.2和2.1.3中，当磁力线“切割”定子线圈时，电能才有可 能转变为机械能。 前者: 由于磁通交变在变压器的两个线圈中产生感应电势； 后者: 由于“切割”的作用，在定子线圈上产生了感应电势。 一般情况下，若一个线圈放在磁场中，只要造成了和线圈交链 的磁通随时间发生变化，线圈内都会产生感应电势，这种现象 就是电磁感应。电磁感应是实现电机中能量转换的基础。
12.1 电路中的能量转化(专题训练)(教师版) 2024-2025学年高中物理(人教版必修第三册)
12.1 电路中的能量转化（专题训练）【八大题型】一．计算串联和并联电路的电功和电功率（共5小题）二．计算混联电路各电阻的电功和电功率（共4小题）三．焦耳定律的内容和含义（共5小题）四．电流生热与电流做功的关系（共4小题）五．电动机工作时的能量转化（共7小题）六．含有电动机电路综合计算（共9小题）七．电动机被卡住时的功率情况（共3小题）八．电功和电功率定义、表达式及简单应用（共8小题）一．计算串联和并联电路的电功和电功率（共5小题）1．如图所示的电路中，11R =W ，22R =W ，闭合开关S ，则（ ）A ．流过两个电阻的电流之比12:1:2I I =B ．流过1R 的电流与流过电源的电流之比1:1:2I I =C ．两个电阻的电压之比12:1:2U U =D ．两个电阻的功率之比12:1:1P P =【答案】C 【详解】AB ．电源与两个电阻串联，串联电路电流相等，所以流过两个电阻的电流之比为12:1:1I I =流过1R 的电流与流过电源的电流之比为1:1:1I I =AB 均错误；状态或获得低、中、高三个不同的温度挡，选项图中是它的四种不同的连接方式，其中能获得高挡温度的是（ ）A．B．C．D．可以判断出，P 2最小，P 4最大，所以能获得高挡温度的是D 选项。
故选D 。
3．电饭锅工作时有两种状态：一种是锅内的水烧干以前的加热状态，另一种是水烧干以后的保温状态。
如图是电饭锅的电路图，1R 是电阻，2R 是加热用的电热丝。
下列说法正确的是（ ）A ．开关S 接通时，电饭锅处于保温状态B ．开关S 断开时，电饭锅处于加热状态C ．当12:1:1R R =时，电饭锅在保温状态下的功率是电饭锅在加热状态下功率的一半D ．当12:1:1R R =时，2R 在保温状态下的功率是2R 在加热状态下功率的一半4．（多选）两外观完全相同的电阻1、2的伏安特性曲线如图所示，下列说法正确的是（ ）A ．12:3:1R R =B ．把1R 和2R 并联接入某电路中，流经它们的电流之比121:3I I =:C ．把1R 和2R 串联接入某电路中，它们消耗的电功率之比12:1:3P P =D ．把1R 和2R 先后接入同一电源两端，发现1R 和2R 消耗的电功率相等，则该电源的内如接一电流表，示数为3 A ；如果在c 、d 间接一电阻R 3，则三个电阻消耗的功率相等。
机电能量转换
第一章磁路与变压器§1-1 磁路的概念与计算P15（一）磁路的概念磁路：磁通经过的路径把导线绕成线圈，在套装或置放在铁芯上，当线圈内通有电流时，由于铁芯的导磁能力较好，大部分磁通被约束在铁芯内部，并按照一定的路径构成磁路。
另一方面，在构成磁路的铁芯和铁芯之间的工作气隙内，将会得到较强的磁场。
激磁电流（励磁电流）：载流线圈中通过的用以产生（激励）磁路的电流。
激磁电流为直流，磁路中磁通恒定不随时间变化，成为直流磁路/恒定磁通磁路。
激磁电流为交流，磁通随时间而变化，称为交流磁路。
主磁通：线圈中通有激磁电流时，铁芯磁路（包括工作气隙）中通过较多的磁通。
漏磁通：围绕着载流线圈，在部分铁芯和铁芯周围的空间，产生的一些分散的较弱的磁通。
（二）安培环路定律安培环路定律：沿着任何一条闭合回线L，磁场强度H的线积分值∮H·dl恰好等于被该闭合回线所包围的总电流值Σi（亦称为全电流）∮H·dl=Σi（若电流与闭合回线．．．．．．．．．．．．．．．．．）．．．．．．．．L．的循环方向符合右手螺旋关系，取正值若沿着长度l，磁场强度H处处相等，且闭合回路所包围的总电流是由通有电流i的N匝线圈（或导体）所产生，则Hl=Ni磁路的欧姆定律：穿过某一截面积的磁通量φ等于磁通密度B的面积分φ=∫B·dA若闭合铁芯磁路中，磁通均匀地通过各个截面，却磁通密度B垂直于各个截面，则φ= B·A or B=φ/A磁场强度H与磁通密度B之间有下列关系B=μH（μ为介质的磁导率，空气μ0≈4π*10-7H/mF=Ni=（B/μ）*l =φ*l /（μ*A）F=Ni 作用在磁路上的安匝数，磁路的磁通势，磁势R =l /（μ*A）磁路的磁阻作用在磁路上的磁通势等于磁路内的磁通量乘以磁路的磁阻。
F=φ* RE=I*R （磁势F对应于电路中电势E，磁通量φ对应于电流I，磁阻对应于电阻R）磁阻的倒数称为磁导．．匝数越多，激磁电流越大，磁势就越大。
第02章-机电能量转换原理
2.4.2 电磁转矩的一般表达式 同理，可推导具有旋转运动的电磁系统的电磁转矩计算公式。 对于旋转运动来说，如果由于电磁转矩Te的作用，产生了相应的 机械角位移d ，则表示其作了机械功dWm ，即
-2-
第2章 机电能量转换原理 2.1 机电能量的转换装置
一般来说，电磁系统包括电气系统、机械系统和连接机电系 统的中间媒介，其作用是能量传递和转换。系统可以从机械系统 输入机械能，通过中间介质将机械能传递给电气系统，使之输出 电能；另一方面，也可以从电气系统输入电能，并由中间介质转 换为机械能，驱动机械系统运动。
Wf WfL We Wm
（2-22）
耦合磁场 能量损耗
为简便起见，忽略磁场损耗，将耦合磁场被看作是一个理想 的无损耗的磁能储存系统，并且耦合磁场的能量全部储存在气隙 中。即有
Wf We Wm
（2-23）
-22-
第2章 机电能量转换原理
上式可用微分方程表示为
dWe dWf dWm
数Wfc（i , x ），便于用来计算电磁力或电磁转矩，因此是一个 研究机电能量转换的重要的变量。
-19-
第2章 机电能量转换原理 2.3 机电能量转换
根据前两节对电磁系统机电能量关系的分析，一般来说，电 磁系统的机电能量的相互关系可以用图2-6来表达。
电气系统 WeL WE + WeS We + Wf 耦合磁场 WfL + Wm WmS 机械系统 WmL + WM
第2章 机电能量转换原理
输入耦合磁场的总能量为
Wf Wej Wmk
j =1 k =1
Jj j j j =1 j =1
J
J
W
k =1
机电能量转换
1 同步电机小值振荡的运动方程电机接在无穷大电网上运行，定子电压和频率即电网的电压和频率，是稳定不变的，所以电机定子角频率ω1为一常量，转子转速的小值振荡可用功角δ的周期性变化来表示。
略去振荡中次要的高、低次谐波分量，则δ的变化可写为100=cos m t δδδδδλ+∆≈+∆(0.1)式中，m δ∆——功角振荡的幅值；λ——基次振荡角频率，一般在0~0.05之间。
按电动机惯例，10θωθδ=+-，转子的转速（用标幺值表示，即角速度）为11d d s dt dtδωθω∆==-=- (0.2)式中，s ——电机的瞬时转差率，/s d dt δ=∆。
s 为正值时，转子转速低于同步速。
设振荡中不调节电机的励磁，励磁电压恒为U F0；考虑到定子电压是稳定的，参照同步电机dq0坐标系的电压方程、电磁转矩表达式、直轴的定子磁链方程、交轴的定子磁链方程，可列出小值振荡的基本方程为0sin cos ()()2()3d d q s d q q d s d dd d d F Fq q qm q d d q u p R i u p R i x x p i U R x p i T i i σδφφδφφφφφφ⎫==++⎪⎪⎪==++⎪⎪⎪=+⎬⎪⎪=⎪⎪=-⎪⎪⎭(0.3)因为是稳态小值振荡，所以上述非线性微分方程可以线性化，把式中各变量均用δ=δ0瞬时的稳态量和一偏差量之和来表示，即本文中，各物理量均用标幺值表示，并一律省去上标∗号0000001d d d q q q d d d q q q m m m p i I i i I i T T T δδδωδφφφφφφ⎫=+∆⎪=-∆⎪⎪=+∆⎪⎪=+∆⎬⎪=+∆⎪⎪=+∆⎪=+∆⎪⎭(0.4)各稳态量之间的关系即电机的稳态方程，只要把式(0.3)中的变量替换为对应的稳态量即可写出000000000000000000sin cos 2()3d q s d q d s q dd d d F Fq q q m q d d q U R I U R I X X I U R X I T I I σδφδφφφφφ⎫==+⎪⎪⎪==-+⎪⎪⎪=+⎬⎪⎪=⎪⎪=-⎪⎪⎭(0.5)把式(0.4)代入式(0.3)，展开方程中各项。
高中物理【电路中的能量转化】专题训练
高中物理【电路中的能量转化】专题训练课时作业(A ) [A 组 基础达标练]1．关于电功，下列说法正确的是( ) A ．电功的实质是静电力所做的功 B ．电功是其他形式的能转化为电能的量度C ．静电力做功使金属导体内的自由电子运动的速率越来越大D ．电流通过电动机时的电功率和热功率相等解析：静电力移动电荷时对电荷所做的功叫电功，是电能转化为其他形式能的量度，A 正确。
答案：A2．下列用电器在正常使用时，电流做功W 都等于产生的热量Q 的是( ) A ．电风扇和电吹风 B ．白炽灯和电炉 C ．洗衣机和电冰箱D ．电动机和电解槽解析：电风扇和电吹风工作时主要把电能转化为机械能，只产生很少一部分热量，A 项错误；白炽灯和电炉都是利用电流热效应进行工作的，工作时消耗的电能等于电流产生的热量，B 项正确；洗衣机和电冰箱工作时主要把电能转化为机械能，C 项错误；电动机工作时主要把电能转化为机械能，电解槽工作时主要把电能转化为化学能，D 项错误。
答案：B3．(多选)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法正确的是( ) A ．电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多 B ．W ＝UIt 适用于任何电路，而W ＝I 2Rt ＝U 2Rt 只适用于纯电阻电路 C ．在非纯电阻电路中，UI >I 2R D ．焦耳热Q ＝I 2Rt 适用于任何电路解析：电功率公式P ＝Wt ，表示电功率越大，电流做功越快，对于一段电路，有P ＝IU ，I ＝P U ，焦耳热Q ＝(PU )2Rt ，可见Q 与P 、U 、t 、R 都有关，所以P 越大，Q 不一定越大，A 错误；W ＝UIt 适用于任何电路，而I ＝UR 只适用于纯电阻电路，B 正确；在非纯电阻电路中，电流做的功＝焦耳热＋其他形式的能，所以W >Q ，即UI >I 2R ，C 正确；Q ＝I 2Rt 适用于任何电路，D 正确。
答案：BCD4．把家用电炉的电热丝剪去一小段后，继续使用，则在同样的时间内( ) A ．由Q ＝I 2Rt 可知，电炉的发热量减小 B ．由Q ＝UIt 可知，电炉的发热量不变 C ．由Q ＝U 2R t 可知，电炉的发热量增大D ．无法确定解析：将家用电炉的电热丝剪去一小段后，其电阻R 变小，由于加在电炉两端的电压U 不变，因此由公式Q ＝U 2Rt 可知，在相同时间t 内，电炉的发热量Q 增大，选项C 正确。
人教版物理必修第三册课后练习18电路中的能量转化
人教版物理必修第三册课后练习18 电路中的能量转化1．有一个电风扇，标有“200 V 50 W”，电动机线圈的电阻为0.4 Ω，把它接入220 V 的电路中，以下几种计算时间t 内产生热量的方法中正确的是( )A ．Q ＝U 2tRB ．Q ＝PtC ．Q ＝⎝⎛⎭⎫P U 2·RtD ．以上三种方法均正确解析：选C 通过电风扇的电流为I ＝PU ，因为电风扇不是纯电阻电路，所以其焦耳热为Q ＝⎝⎛⎭⎫P U 2·Rt ，而不应该是Q ＝U 2tR或Q ＝Pt ，C 正确。
2．功率为10 W 的发光二极管(LED 灯)的亮度与功率为60 W 的白炽灯相当。
根据国家节能战略，2016年前普通白炽灯应被淘汰。
假设每户家庭有2个60 W 的白炽灯，均用10 W 的LED 灯替代，估算出全国一年能节省的电能最接近( )A ．5×108 kW·hB ．5×1010 kW·hC ．5×1012 kW·hD ．5×1013 kW·h解析：选B 解答本题的关键是要了解全国有多少家庭及每天亮灯的时间，全国大约有4.5亿户人家，每天亮灯时间大约3 h ，已知白炽灯和LED 灯的额定功率分别为60 W 和10 W ，根据公式W ＝Pt 得全国一年节省的电能最接近W ＝2ΔPt ＝2×(0.06－0.01)×4.5×108×3×365 kW·h ＝4.9×1010 kW·h ，故选B 。
3．在直流电路中，两个电阻的阻值之比R 1∶R 2＝2∶1，通过的电流之比I 1∶I 2＝2∶1，则在相等时间内两个电阻产生的热量之比Q 1∶Q 2为( )A ．1∶1B ．2∶1C ．4∶1D ．8∶1解析：选D 已知两个电阻的阻值之比是2∶1，通过的电流之比是2∶1，则相等时间内产生的热量之比Q 1Q 2＝I 12R 1t I 22R 2t ＝⎝⎛⎭⎫212×21＝81，故D 正确。
电机分析-3_机电能量转换
1.2 机电能量转换过程中的能量关系
z
（1）机电装置的能量方程式
z
能量守恒原理是研究机电装置的基本出发点之一 质量守恒的物理系统遵循能量守恒原理
能量方程式
根据能量守恒原理，按照电动机惯例，可写出机 电装置的能量方程式为
z
耦合场及其储能的存在，是机电能量转换的关键 机电能量转换依赖于耦合场的作用来实现 电磁场作为耦合媒介并储存能量
9
（2）机电能量转换方式
电致伸缩与压电效应 磁致伸缩 电场力 静电式机电装置 电磁力 电磁式机电装置（如：旋转电机）
建立各种电机能量转换机制的总体概念，进而加 深对各种电机个性的理解 这些规律可推广到其他种类的机电装置中，并为 今后研发分析各种特殊和新型电机提供理论基础
3
9
实际中，绝大多数机电装置采用电磁力来实现机电 能量转换。 以下仅以电磁式机电装置为研究对象。
29
dWmec = f mdx
f m dx = dWe − dWm ∂ψ ∂Wm
= (i ∂i − ∂i )di + (i ∂ψ ∂Wm )dx − ∂x ∂x
30
z
磁能产生电磁力的数学推导
∂W′ (i, x) ∂ψ ∂Wm ∂ = (iψ −Wm ) = m − ∂x ∂x ∂x ∂x
z
磁能产生电磁力的数学推导
4
（3）机电能量转换装置的分类
按功能分类：
¾
电磁铁
¾
¾
机电信号变换器 主要用于测量和控制装置中，如拾音器、扬声 器、旋转变压器等 动铁换能器 电励磁产生力，使动铁产生有限位移。如继电 器、电磁铁等 机电能量持续转换装置 如电动机、发电机等
5
机电能量转换原理分解课件
磁场调制技术
通过磁场调制实现电机转矩的高 效控制，具有高转矩密度、高效
率等特点。
混合式电机技术
结合永磁同步电机和感应电机的 优点，具有高效率、高转矩密度
和低噪音等特点。
机电能量转换在新能源领域的应用
风能发电
利用风能驱动风力发电机组，将风能转换为电能 。
太阳能发电
利用太阳能电池板将太阳能转换为电能。
02
机电能量转换是现代能源利用和 转换的重要手段，广泛应用于发 电、电动机驱动、能源回收等领 域。
机电能量转换的种类
01
02
03
电能转换为机械能
如电机、发电机等，将电 能转换为机械能以驱动机 械设备。
机械能转换为电能
如各种能量回收装置，将 机械能转换为电能进行储 存或再利用。
热能转换为电能
如热电偶、热电堆等，将 热能转换为电能。
机电能量转换的应用
电动车辆
利用电动机将电能转换为 机械能，驱动车辆行驶。
风力发电
利用风力驱动风力发电机 ，将机械能转换为电能。
能量回收系统
在电梯、车辆、机械设备 中，将原本浪费的机械能 转换为电能储存或再利用 。
02
机电能量转换的基本 原理
机械能转换为电能
总结词
通过物理或化学过程，将机械能 转换为电能。
电动机的基本工作原理是利用电流在磁场中受力的作用，通过通电的线圈产生磁场，与定子中的主磁场相互作用 产生转矩，驱动电机旋转，将电能转换为机械能。
热力发电的工作原理
总结词
利用热能转换为机械能，再转换为电能
详细描述
热力发电的基本工作原理是将热能转换为机械能，再通过发电机将机械能转换为电能。具体过程包括 燃烧燃料产生热能、加热蒸汽轮机产生机械能、驱动发电机产生电能等步骤。
§1.6 机电能量转换(例题)
§1.6 机电能量转换（例题2）无论直流电机 异步电机 同步电机都是以磁场为媒介，实现机电能量的转换。
同一台电机即可做发电机运行，也可做电动机运行，实现机电能量的转换。
电机内部的机电能量转换是通过电机内部的磁场做媒介进行，通过磁的关系，把电能转为机械能或把机械能转为电能。
如不考虑损耗最简单的转换关系就是：输入电（-损耗）=耦合磁场储能+输出机械能+机损 输入机械能（-机损）=耦合磁场储能+输出电（+损耗）二 转换条件1.转换功率在一个工作周期内的平均值不等于零，即-(21i T e Ω)平均≠0 如果转换功率为零就是说我们这个过程对能量没有进行转化。
这个过程研究就没意义了。
2． 稳态运行时，即正常完成能量转换时，一个工作周期内磁场储能平均值不变，即（dtnd w ）平均=0。
如果平均值减少，则储能会消失，不能完成能量转换，如果储能增加，一方面转化率会降低，另一方面会危协电机的安全，严重时会烧毁电机。
三 转换过程机电能量转换的物理过程是通过两组方程描述的：①电压平衡方程；②功率平衡方程：电压平衡方程：Ω--=e e r Ri u ＝i l p dt di lRi +∂∂++Ωθ电压平衡方程左右各乘向量 t i ,得到：功率平衡方程: )21()21(ΩΩ---+=e i e i e i Ri i u i t t T t t t 功率平衡方程由以下几部分组成：I ：[]j nj j n i u u u u i i i iu ∑==⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=132121输入的电功率II:][∑==⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=n j j j n i R i i i R R R i i i iRi 12321321210电机内的电阻损耗 III ：Ω∂∂=∂∂==-=ΩΩ)2(2121i li p i l p i T e i p t t t T θθ 为电磁转矩旋转过程中，运动电势从电源吸收的功率的二分之一，即电功率转换为机械功率。