機電動力系統(tǒng)分析

本書綜合國內外相關研究成果及作者在教學、科研和研究生培養(yǎng)等工作中積累的大量新素材編著而成，內容與機電動力系統(tǒng)計算機輔助分析的理論、方法和實踐密切相關。全書共五章，分別介紹了機電動力系統(tǒng)狀態(tài)變量分析模型及基數(shù)值解法；直流電機及其系統(tǒng)的分析方法；交流電機的任意參照系理論；以及應用參照系理論對異步電機和同步電機及其矢量控制變速傳動系統(tǒng)的探討。書中給出的各類電機及其系統(tǒng)動態(tài)行為的數(shù)值仿真結果和結論，對機電動力系統(tǒng)的分析設計和運行控制具有指導意義。

本書可作為電氣工程學科研究生的教學用書，也可供在電機、電氣傳動與控制、工業(yè)自動化、電力電子技術等領域內從事教學、科研工作的教師、科研人員和工程技術人員參考。

版　次：1

所屬分類：圖書 > 科技 > 一般工業(yè)技術

應用熱力學理論和分析方法，對氣動汽車動力系統(tǒng)各主要環(huán)節(jié)在工作過程中能量損失情況進行了研究，結果表明，由于節(jié)流、泄漏和高壓尾氣排放等原因，在高壓減壓閥和氣動發(fā)動機兩個環(huán)節(jié)存在損失。運用平衡方程對相關環(huán)節(jié)中的損失進行計算，建立了系統(tǒng)的分析數(shù)學模型，并針對一氣動汽車動力系統(tǒng)實例，應用該模型仿真計算得到了系統(tǒng)的流圖，圖示結果表明，最終做功輸出的不到總有用能量的1/3，尾氣排放、節(jié)流減壓和泄漏等原因引起的 損失分別達43.2%、18.3%和7.8%，對系統(tǒng)整體效率有較大的影響。

氣動動力系統(tǒng)氣動汽車動力系統(tǒng)工作過程

氣動汽車動力系統(tǒng)主要由車載高壓儲氣罐組、高壓減壓閥、流量調節(jié)閥、氣動發(fā)動機和串連這些部件的管道等組成，其工作過程中能量流動的情況如。車載高壓儲氣罐組中的高壓空氣流出氣罐后通過節(jié)流閥減壓至設定的壓力，作為發(fā)動機的進氣。隨后的流量調節(jié)閥用于控制進入氣動發(fā)動機氣缸的氣體流量，以此調節(jié)發(fā)動機的轉速，適應不同工況的要求。在氣缸中膨脹做功的氣體的壓力并不能最終降低到大氣壓力，而是以一定的殘余壓力在工作循環(huán)結束時通過排氣門排放至環(huán)境中。

氣動汽車動力系統(tǒng)的幾乎所有能量來源于車載氣罐組中高壓氣體的壓力能，還有部分能量來源于高壓氣體經過熱交換器時從環(huán)境中吸收的熱量。氣體從氣罐出來后所經過的各個環(huán)節(jié)均存在不同的能量損失情況，主要有流過管路和接頭等處時壁面摩擦引起的能量損失；高壓減壓閥減壓過程中氣體狀態(tài)不可逆變化過程引起的能量損失；氣體在發(fā)動機內的膨脹做功過程，存在泄漏、尾氣帶壓排放等情況，是不可逆過程，也將引起能量損失。以上環(huán)節(jié)是進行分析的重點，考慮到氣體的黏性很小，且管道長度較短，氣體與管壁摩擦引起的損失可以忽略，同時，流量調節(jié) 閥由于一般通 徑較大，對氣體狀態(tài)影響較小，引起的能量損失也較小。

氣動動力系統(tǒng)氣動發(fā)動機的損失

以往復活塞式氣動發(fā)動機為例，在理想的工作過程中氣缸內氣體壓力的變化，1點(上止點)進氣沖程開始，進氣門開啟，缸內壓力迅速上升到進氣壓力pin，并繼續(xù)向氣缸內進氣，進爾推動活塞下行，對外做功。當活塞運行到由設定的膨脹比確定的位置3時，進氣門關閉，封閉在氣缸中的高壓氣體開始膨脹，壓力能釋放，并繼續(xù)推動活塞

下行對外做功。當活塞運行到下止點4時，排氣門開啟，缸內氣體向外排出，壓力降低到大氣壓p0，之后到達下止點5，活塞上行將缸內殘余氣體排出回到上止點1，完成一個工作循環(huán)。在這個過程中，由于結構和膨脹比有限等原因，不可避免地存在一定的泄漏、尾氣排放壓力較高等情況，氣體經歷了一個不可逆熱力學過程，損失較大。以下對一個發(fā)動機工作循環(huán)內 損失情況進行分析。

在進氣過程中，由于氣缸內氣體壓力和溫度保持不變，泄漏引起的 損失是泄漏氣體自身具有的，為了研究泄漏的影響，

進氣門關閉后氣體在膨脹階段膨脹做功，由于一般發(fā)動機轉速較高，一個工作循環(huán)中吸熱量相對很小，對輸出功的影響可以忽略，因此膨脹過程可視為絕熱膨脹。由于有泄漏的存在，氣缸內氣體的狀態(tài)變化并不等同于定質量系統(tǒng)絕熱變化過程，是一個變質量熱力過程。變質量系統(tǒng)熱力學研究表明，引入過程多變指數(shù)，可以推導得到有泄漏存在時絕熱變化過程中氣體狀態(tài)參數(shù)變化規(guī)律。

氣動動力系統(tǒng)動力系統(tǒng)分析仿真計算

由分析建立的氣動汽車動力系統(tǒng)分析模型可知，由于氣罐中氣體的溫度在系統(tǒng)工作過程中不保持恒定，將會影響到后續(xù)環(huán)節(jié)損失的計算，需要在整個工作時間段內進行積分計算?；谝陨夏Ｐ途帉懥藬?shù)值計算程序，對不同工作情況下系統(tǒng)的損失進行了仿真計算。

選取如下氣動汽車動力系統(tǒng)相關參數(shù)：初始壓力為20MPa，總容積為300L，發(fā)動機進氣壓力為1.5MPa，發(fā)動 機轉速為1500r/min，總排量為0.8L，膨脹比為1.7，發(fā)動機進氣階段泄漏系數(shù)為0.08，膨脹階段泄漏系數(shù)為0.05，空氣絕熱指數(shù)為1.4，空氣氣體常數(shù)為0.287kJ/(kgK)，計算得到系統(tǒng)流程圖。

由計算結果可以看到，由于氣動發(fā)動機膨脹比較小，尾氣壓力排放較高，損失了大量的，同時經歷過程為絕熱過程。溫度低于環(huán)境壓力的進氣所具有的冷量 也隨之損失，因此尾氣排放時的損失最多，占到接近總量的一半。其次是高壓減壓閥節(jié)流產生的損失，占到接近總量的1/5，且隨減壓比的提高而增大。泄漏損失在 損失的總量中雖然較小，但隨泄漏系數(shù)的增大將迅速增大。因此，由以上多方面原因造成的 損失，最后可用于做功輸出的不到總量的1/3。

測量系統(tǒng)分析測量系統(tǒng)

量具 ( instruments or gages)

標準（standards）

操作（operations）

夾具（fixtures）

軟件（software）

人員 ( personnel )

被測工件 ( parts )

環(huán)境（environment）

程序、方法 ( procedure, methods )

假設（assumptions）

測量系統(tǒng)分析理想測量系統(tǒng)

理想的測量系統(tǒng)在每次使用時，應只產生“正確”的測量結果。每次測量結果總應該與一個標準值相符。一個能產生理想測量結果的測量系統(tǒng)，應具有零方差、零偏倚和所測的任何產品錯誤分類為零概率的統(tǒng)計特性。

理想測量系統(tǒng)的技術指標如下表所示 ：

測量系統(tǒng)分析注意事項

量具和測量設備是否能夠被正確使用，很大程度上決定了過程變差與產品公差。為了保證結果的正確性和整個系統(tǒng)性能的最優(yōu)化，需要對設備進行評估。當然，設備評估不只是在實驗室里，而且也要在生產環(huán)境中進行。

書名：微機電耦合動力學

書號：978-7-118-10053-2

作者：許立忠

出版時間：2015年5月

譯者：

版次：1版1次

開本：16

裝幀：精裝

出版基金：國防科技圖書出版基金

頁數(shù)：303

字數(shù)：350

中圖分類：TM

叢書名：微米納米技術叢書·MEMS 與微系統(tǒng)系列

定價：98.00

本書主要介紹MEMS 典型構件機電耦合及機電流體耦合動力學的相關理論與應用。全書共分12 章,主要內容包括:微機電系統(tǒng)及微機電系統(tǒng)動力學問題的發(fā)展與應用現(xiàn)狀;靜電驅動微板、微梁機電耦合動力學理論;靜電驅動微板、微梁機電耦合非線性動力學理論;考慮壓膜阻尼的微梁機電流體耦合動力學理論;諧振式微型壓力傳感器敏感性分析;靜電微泵泵膜動力學、流量及結構優(yōu)化分析;靜電驅動微板動力學實驗測試。

本書可供高等院校微電子、機電一體化等專業(yè)的師生閱讀,也可作為從事微機電系統(tǒng)工程設計開發(fā)的研究生和科研技術人員參考。 This book mainly introduces the electromechanical coupled and electrome- chanical fluid coupled dynamics theory and application of MEMS typical micro components.There are 12 chapters in this book: Introduction, Electromechanical coupled dynamics of electrostatically driven micro - plates and micro - beams, E- lectromechanical coupled nonlinear dynamics of electrostatically driven micro - plates and micro - beams, Electromechanical fluid coupled dynamics of micro - beams considering squeeze film damping, Sensitivity about resonant pressure micro sensor, Dynamics of the electrostatic micro - pump membrane, its flow and struc- tural optimization, Dynamics test of electrostatically driven micro - plate. This book can be used as reference book for teachers, students and engineers of microelectronics, mechatronics majors, and other relevant majors.