最新可见磁场储能是磁链和角位移的函数课件PPT.ppt 66页

'可见磁场储能是磁链和角位移的函数 引言从能量转换的观点，我们可以把依靠电磁感应原理运行的机电设备看作是一类机电转换装置，比如变压器是一种静止的电能转换装置，而旋转电机是一种将机械能转换成电能（发电机）或将电能转换成机械能（电动机）的运动装置。因此，机电能量转换原理也是学习和研究电机理论的一个重要工具。第2章机电能量转换原理2 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。第2章机电能量转换原理3 由电气系统输入的全部电源能量为第2章机电能量转换原理（2-3）（2-4）由机械系统输入的总机械能为7 第2章机电能量转换原理将式（2-1）代入式（2-3），可知电气系统输入电能的分布为电阻损耗电感储能输入耦合磁场的电能8 第2章机电能量转换原理将式（2-2）代入式（2-4），可知机械系统输入机械能的分布为质量储能弹性储能输入耦合磁场的机械能摩擦发热损耗9 第2章机电能量转换原理由此，机电系统耦合磁场输入的总能量应为电气系统与机械系统输入能量之和，即为（2-7）电气系统机械系统10 第2章机电能量转换原理2.1.2多输入多输出机电能量转换装置多输入和多输出机电能量转换装置是一类复杂的电磁系统，如图2-4所示，其具有多路的电气和机械装置通过耦合磁场进行机电能量的转换，再由电气或机械装置输入或输出能量。11 第2章机电能量转换原理输入耦合磁场的总能量为（2-8）电气系统机械系统12 第2章机电能量转换原理由此，多输入耦合磁场的能量平衡方程为（2-11）也可以写成如下微分形式（2-12）由上分析，多输入和多输出电磁系统的耦合磁场的总能量是电气系统各个励磁线圈感应电动势ej（j=1，2，∙∙∙，J）所产生的电能与机械系统各个电磁力fek（k=1，2，∙∙∙，K）所产生的机械能之和。13 2.2磁场中的能量关系由上述分析可知，在电磁系统中耦合磁场是机电能量转换的关键环节，其作用至关重要。因此，有必要进一步分析磁场储存能量机理及特性。首先为简便起见，可将能量转换过程中的损耗分别归并到输入的电能和输出的机械能中，即认为耦合磁场将全部输入的电能转换为机械能，在转换过程中耦合磁场没有发生变化。这样，如图2-2b所示，耦合磁场被看作是一个理想的无损耗的磁能储存系统（losslessmagneticenergystoragesystem）。在上述假定条件下，研究分析发现磁场储能可以表示成磁能（magneticenergy）和磁共能（magneticco-energy）两种类型。第2章机电能量转换原理14 2.2.1磁能进一步分析耦合磁场的能量平衡方程式（2-10），可以看出磁场能量是机电系统状态变量的函数，即磁场能量的大小完全由系统当时的状态决定，而与系统如何达到这种状态无关。这种特征有利于磁场能量的计算。特别是，如果机械系统的位移不变，即假定机械运动部件处于某一固定位置，则式（2-10）中右边的第2项积分为零。这说明，机械系统输入耦合磁场的能量Wmk=0。此时，耦合磁场的储能全部来自于电气系统的输入电能，即第2章机电能量转换原理（2-13）15 为了简化起见，我们先从简单电磁系统入手，假定图2-1所示的磁路中所获得的能量是由线圈输入的电能提供的，由电功率的概念可知式中，P为电功率，其负号是由于电路中i与e的正方向的规定不同，也表示功率或能量的传递是有方向的。现规定以能量从右边传入耦合磁场为正方向，由此可得磁路中储存的电能We为（2-14）上式说明，磁路中磁场储存的电能与电感和电流的大小有关。电感主要由气隙决定，也就是说磁场的储能主要是存放在气隙之中。我们往往把气隙磁场称作为耦合磁场，它是机电能量转换的主要媒介。第2章机电能量转换原理16 上述推导结果可以推广到多输入输出电磁系统中，但由于多个励磁线圈除了其自感外，还有互感存在，因此，用电感计算磁场储能的公式与式（2-14）相比要复杂许多。但对于线性电磁系统，由于（2-16）将式（1-45）代入上式，得（2-17）第2章机电能量转换原理17 2.2.2磁共能磁能公式（2-14）说明，磁能是励磁电流i在-i曲线（励磁磁路的磁化曲线）沿轴的积分。在图2-5中，-i曲线的左侧区域O-a-b即为磁能Wf。第2章机电能量转换原理18 我们把在图2-5中-i曲线的右边区域O-a-c所表示的能量称为磁共能Wfc，即第2章机电能量转换原理（2-18）（2-19）磁共能又称磁余能，并没有明确的物理意义，即并不表示一个实际的能量。但是，由于磁共能Wfc为电流i和机械位移x的函数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 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。第2章机电能量转换原理20 由上图的能量关系，电气系统和机械系统的能量关系分别表示为第2章机电能量转换原理电气损耗电气储能机械损耗机械储能21 根据能量守恒原理，在耦合磁场中应满足下列机电能量转换为简便起见，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。即有第2章机电能量转换原理（2-22）耦合磁场能量损耗（2-23）22 上式可用微分方程表示为（2-24）在机电能量转换过程中，电气系统的变化可能是由于机械运动而产生的感应电动势，机械系统的变化可能是由于电磁作用而产生的力（直线运动时）或转矩（旋转运动时）。按能量传递方向的约定，对电动机来说，因输入电能取正号，输出机械能取负号；而对发电机来说因输入机械能取正号，输出电能取负号。第2章机电能量转换原理式中dWf——在时间dt内耦合磁场吸收能量的增量；dWe——在时间dt内输入耦合磁场的净电能增量；dWm——在时间dt内转换为机械能的能量增量。23 2.4电磁力与电磁转矩根据机电能量转换公式可以推导出电磁力和电磁转矩的表达式。2.4.1电磁力的一般表达式如果电磁系统的机械运动部件在电磁力的作用下作位移运动，其电磁力可以由式推导过程如下。由于电气系统输入耦合磁场的能量可用微分形式表示为（2-25）对于位移运动，假设由于电磁力Fe的作用，产生了相应的机械位移dx，那么机械系统的所做的机械功为（2-26）第2章机电能量转换原理24 现以电动机为参考系，其能量传递关系如图2-7所示。第2章机电能量转换原理此时，耦合磁场的磁能为输入电能和输出机械能，由式（2-24）可得（2-27）25 代入式（2-25）和（2-26），上式可写成第2章机电能量转换原理（2-28）由上式可见，耦合磁场的磁能是电磁系统磁链和机械位移x的函数，其中，磁链和机械位移x是两个独立变量，对其求全微分，可得（2-29）26 比较式（2-28）和（2-29），可以看出下面等式成立（2-30）由此，可得作用于机械系统的电磁力通用计算公式第2章机电能量转换原理27 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（2-31）第2章机电能量转换原理这里也以电动机的能量传递作为参考方向，因此，式（2-24）可写成（2-32）可见，磁场储能是磁链和角位移的函数，对其求全微分可得28 第2章机电能量转换原理可见，磁场储能是磁链和角位移的函数，对其求全微分可得（2-33）对比式（2-32）和（2-33），可以看出（2-34）29 第2章机电能量转换原理上式给出了由磁场储能计算旋转电机电磁转矩的通用公式。由于磁场储能Wf是和的函数，有时在电机中难以求取，而磁共能Wfc是励磁电流i和机械角位移的函数Wfc（i,），为此可用来计算电磁转矩。由式（2-19）（2-35）（2-37）将函数Wfc（i,）按全微分形式展开，得（2-38）30 第2章机电能量转换原理（2-39）比较上面两式可得这样，我们只要知道旋转电机气隙磁场的储能Wf或磁共能Wfc中的一个，就可利用式（2-34）或式（2-39）求出旋转电机的电磁转矩Te，两者的结果是一致的。31 小结本章从机电能量转换的角度分析了电机的能量传递和转换过程，着重指出了气隙磁场在电机机电能量转换中的重要作用。在忽略耦合磁场损耗的条件下，给出了耦合磁场储能与机电系统能量的平衡关系，在此基础上推导出计算电磁系统电磁力和电磁转矩的通用公式，为后面各章节奠定了重要的理论基础。第2章机电能量转换原理32 颈原性头痛的治疗博爱医院耿永彪 颈原性头痛的提出1983年Sjaastad提出颈源性头痛1990年国际头痛委员会(IHS)颁布颈原性头痛的分类标准1995年Bogduk指出颈椎退行性变和肌肉痉挛是直接原因。认为也可称为颈神经后支原性头痛。亦有将颈源性头痛称为高位神经根性颈椎病。颈原性头痛已经在临床被广为接受。 颈原性头痛的发病机制头面部表面和深层结构都是由三叉神经及第1-3颈神经分布支配大多数头痛(偏头痛除外)都可能与颈椎的病理变化有关。神经解剖学发现上部颈神经和三叉神经核团之间有联系 颈原性头痛的解剖学分类根据神经根的不同受累部分神经原性疼痛：神经根的感觉根纤维受刺激肌原性疼痛腹侧运动神经根受刺激 颈原性头痛的解剖学基础第１颈神经在寰椎后弓上方发出第１颈神经后支内含有丰富的感觉神经纤维第2颈神经从椎板间隙中出来，内侧支与来自第3颈神经的纤维共同组成枕大神经、枕小神经和耳大神经，这些神经是传导颈原性头痛的主要神经第3颈神经出椎间孔在椎动脉后方发出第3颈神经后支，其内侧支分布到多裂肌第１、2、3颈神经后支借交通支相连接形成神经环（或称为颈上神经丛，或Cruveihier后颈神经丛）。 颈原性头痛的解剖学基础这些神经的分支容易受到椎骨突起及肌肉在附着处的刺激及损伤。压迫和刺激这些神经时在头皮上可出现感觉减退、过敏或感觉缺失。来自嗅神经、面神经、舌咽神经、迷走神经和三叉神经传入支的终末纤维与第1～3颈神经后根传入纤维在颈髓1～2后角内联系。 颈原性头痛的解剖学基础这些颈神经的感觉范围可向前延伸到前额部、眶下部受卡压或炎症刺激时可出现牵涉性头部疼痛、耳鸣、眼胀以及嗅觉和味觉改变，类似鼻窦、耳部或眼部疾病的表现。第１、2、3颈神经离开椎管后在柔软的肌肉组织内，软组织炎症、缺血、损伤、压迫、不适当按摩会影响神经的功能，引发颈原性头痛。 颈原性头痛的定义颈原性头痛学会将颈原性头痛描述为：在头枕部、顶部、颞部、额部或眼眶区或者上述区域同时出现的钝痛或酸痛。这个定义缺乏特异性，因为几乎包括了整个头部。为此，颈原性头痛学会又补充了颈原性头痛的特征，特征就是头痛的同时伴有上颈部疼痛、颈部压痛、颈部僵硬、或活动时上颈部疼痛、活动受限，多有头、颈部损伤史。 颈原性头痛的定义在头枕部、顶部、颞部、额部或眼眶区或者上述区域同时出现的钝痛或酸痛。头痛的同时伴有上颈部疼痛、颈部压痛、颈部僵硬、或活动时上颈部疼痛、活动受限，多有头、颈部损伤史。 颈原性头痛的诊断标准Sjaastad等认为颈原性头痛的诊断必须具有以下三个特征：１.由头颈运动或姿势激发的单侧头痛；２.按压颈部引起头痛；３.单侧头痛放射到颈部和同侧肩部或上肢.其他特征可有可无，如枕大神经阻滞后疼痛增加。其他作者对颈原性头痛有不同的定义 颈原性头痛的诊断标准国际头痛协会目前使用“颈部紊乱导致头痛”的分类标准。把颈2神经阻滞有效当作颈原性头痛的一个特征。而国际疼痛研究会（IASP）则对颈原性头痛的各种表现形式进行概括，但没有特指必须有确切的病理以明确诊断。 临床实践中颈原性头痛诊断上部颈椎旁、乳突下后部、及头部压痛点是诊断颈原性头痛的重要依据。头颈部的外伤史疼痛范围符合分布规律神经根刺激症状影像学特点：对诊断晚期患者并不困难，但早期患者常不易见到异常表现。 HIS颈部紊乱引起头痛的标准（A）疼痛固定于颈部和枕部，可以放射至颞部，顶部或耳部；（B）在特殊颈部运动或姿势下，疼痛加重；（C）至少包括以下一项：１.颈部被动运动受限。２.颈部肌肉的外观，结构，活动及被动伸缩反应发生改变。３.异常性肌肉压痛。（D）放射学检查至少发现以下一项：１.伸屈运动异常；２.异常体位；３.骨折，先天性异常，骨肿瘤，风湿性关节炎或其它病理改变。 颈原性头痛的描述几乎完全局限于一侧的中到重度头痛始于颈部或枕部，最后可扩散至前额和颞部间歇性发作，早期持续时间不等，以后发作愈发频繁，疼痛时轻时重临床症状和体征显示颈部受累颈神经或交感神经试验性阻滞阳性 IASP颈原性头痛的主要诊断标准Ⅰ单侧头痛，不累及对侧。Ⅱ颈部受累的症状和体征：a疼痛特点：１.疼痛性质相似，由颈部运动和或单一长久的头部姿势引起的疼痛。２.疼痛的分布和特征相似，可由来自单侧颈上部，后部或枕部的外在压力引起。b单侧颈部，肩和上肢的非根性疼痛。C颈椎活动范围减少。 一、一般性治疗对于病程较短，疼痛较轻的患者采取休息、头颈部针灸、牵引、理疗同时口服非甾体抗炎药对按摩要慎重，许多病人经按摩后病情加重，有的还发生严重损伤。 休息很重要减轻患者的工作压力和精神紧张，改善情绪。颈椎间关节的退行变多由于颈部外伤或长期劳损引起，康复治疗非常重要。颈椎间关节退行性变的一个重要临床特征是慢性颈痛，调整患者心理状态对于治疗和康复都极为重要。 二、注射疗法在相应的病灶区注射消炎镇痛药物，既有诊断作用，又起到治疗作用。无论是急性发作期还是慢性期，注射治疗都是缓解疼痛的有效手段。对神经阻滞试验阳性者均适用。 注射治疗要坚持个体化原则。注射治疗前，仔细分析病情，确认具体病灶部位有针对性地为其制定注射治疗方案。并且在治疗过程中不断给与评估和验证。当初次或开始的两次注射治疗效果不佳时，应及时再次诊断和调整治疗方案。如果将注射治疗方案形式化，用固定的方案去治疗每一位患者，会影响疗效。 颈椎旁病灶注射在第2颈横突穿刺注射消炎镇痛药物，有良好治疗效果。药液在横突间沟扩散可流到第1、3颈神经及周围软组织内，发挥消炎、镇痛、促进神经功能恢复。由于药液直接注入病灶区域，疗效较好。由于第2颈横突的体标标志在较肥胖者不易触及，可在X光引导下穿刺治疗。 操作方法患者可取坐位或仰卧位第2颈椎横突位于胸锁乳突肌后缘，距乳突下端1～2cm，坐位时相当于下颌角水平。确认标记穿刺点，垂直进针，对于椎旁压痛明显者，每进针0.5～1cm注射2ml药液，针尖触及横突后回吸无血液及脑脊液流出，分次注射药液。注意呼吸、意识改变。注药时患者常有向头部放散感，数分钟内疼痛减轻或消失，并觉患侧头部“轻松”。有枕部及头部压痛者，应同时进行压痛点注射治疗。 注意事项第2颈椎横突的定位有个体差异，且邻近有重要神经、血管由有经验的医生治疗椎动脉在第2颈椎向外侧转折后，椎动脉孔向外侧开口，进针时易刺入,进针时要多次回吸，严防误入椎动脉注药时应先注入少量试验量，无不良反应再缓慢注射 注意事项注射过程中要反复询问患者的感受，以及时发现不良反应。有时药物向前流至颈上交感神经节出现一过性Horner’s综合征,可增强疗效。操作中应严防药物误入蛛网膜下腔。 颈椎关节突关节注射取患侧朝上的侧卧位，以患侧压痛点结合透视下看到的关节定位，即选择穿刺点。用25G5ml长的穿刺针经穿刺点对着关节面刺人，触及上关节突上缘，然后，朝着前、上方向刺入关节腔内，注射造影剂0.5ml确认无误后，注人0.25%～0.5％利多卡因１ml，内含小量糖皮质激素和赖氨酸阿斯匹林。对颈椎间关节源性头痛的患者较好。 寰枢椎间关节注射病人取俯卧位，X线从后部射入。用25G4cm穿刺针向关节腔穿刺。穿刺针到达关节后面，从此点向前向内移动穿刺针直到进入关节腔内小范围内移动穿刺针可避免反复的试穿刺。刺人关节腔内后，从侧位方向透视观看，可见穿刺针尖已位于关节腔内。关节腔造影证实后注入阻滞药液1ml寰枢关节注射主要用于治疗寰枢椎间关节原性头痛。 寰枕关节注射寰枕椎间关节阻滞的操作规程在文献中也较少,同样是因为存在刺破椎动脉和颈内动脉的危险应在X线透视下施行寰枕椎间关节阻滞有侧方和后方两种穿刺法寰枕关节注射用于治疗寰枕关节原性头痛 颈部硬膜外腔注射经注射治疗效果不佳者，多系病变位于椎管内，以椎间盘突出引起的椎间盘源性神经根炎多见，椎旁注射的药液无法到达病变部位。可选用颈部硬膜外腔注药法。对于单侧疼痛者，可在第2、3颈椎棘突间隙穿刺，将针口斜面转向患侧置管，可在第5、6颈椎棘突间隙穿刺，向头侧置管注药治疗。患者应住院治疗硬膜外腔置入的导管要妥善固定，防止感染。 颈神经毁损治疗及手术治疗经各种非手术治亦无效者，多有椎管内骨性异常改变卡压神经根，应考虑骨外科手术活疗。对有手术禁忌症，或手术危险性较大的患者，经患者同意，可采用颈神经后内侧支破坏性阻滞，治疗应在Ｘ光透视引导下进行。还可采用射频热凝术毁损颈神经后内侧支。 颈神经后内侧支射频热凝术是一种神经破活性阻滞疗法。在X线透视下穿刺针芯，置人电极即可进行射频热凝治疗。Bogduk提出针宜自上斜向下穿刺，使电极与关节处于正切位，而与神经平行，温度宜选择90°，连续加热时间为60秒。此法操作简单，创伤小，但远期效果差，治愈率约40％。有人提出有加速退化或发生骨赘之嫌。只用于诊断明确，神经阻滞试验阳性者又经过保守治疗、关节内注射疗法无效的患者。 颈神经后内侧支乙醇阻滞术也是一种神经破坏性治疗在穿刺成功后，先给与1％利多卡因行实验性阻滞，观察无异常反应，注射无水乙醇1－2ml。适应症同射频热凝术方法较简便也适用于继发性颈原性头痛 颈神经后内侧支切断术适应证：诊断明确，神经试验性阻滞阳性;反复注射治疗效果不持久或无效，疼痛顽固发作，严重影响患者的工作和生活;尚无关节突骨赘形成、影像学异常改变等表现者，除外颈椎间盘突出症或椎管肿瘤。 颈后路小关节减压术对与已有明确小关节增生，骨赘形成压迫脊神经根而产生根性症状者，经注射治疗效果不持久的严重颈源性头痛患者可行颈后路小关节减压术。手术的目的是解除因小关节增生，骨赘形成颈神经根卡压。小关节毗邻椎管、椎动脉和脊神经根等重要结构，手术危险性较大，技术要求较高。术者须具丰富临床知识和较高的手术技巧方可进行，须严格掌握适应证。 手术治疗的效果有待证实。最近研究表明大多数外伤后颈源性头痛病例，在伤后1年内疼痛消失。这一结果让人对外伤后颈源性头痛的手术治疗提出疑问。颈部结构在某些头痛的病理生理中扮演着重要的角色，或是因果关系，或是共同起作用，但关于颈部和头痛之间关系的描述还不够充分。外伤和颈源性头痛之间的关系需要进一步说明， 谢谢'