電氣工程概論PPT

電氣工程概論河北科技大學電氣學院朱維璐河北科技大學電氣工程系二、太陽能光伏電池太陽能光伏發(fā)電是利用光生伏特效應(yīng)原理、利用太陽能電池將光轉(zhuǎn)換為電能的。光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池板（組件），控制器和逆變其三大部分組成。所涉及到的原件是電力電子元件，不涉及機械部分。所以設(shè)備簡單，可靠性高，壽命長，無噪聲無污染?？蓱?yīng)用于上至航天器，下至家電的電源，達到兆瓦級電站，小到家用電源。如下圖。太陽能光伏電池陣

太陽能光伏發(fā)電最基本的元件是太陽能電池，分為單晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜電池等。單晶硅和多晶硅用量最大，非晶硅一般用于小系統(tǒng)和計算器輔助電源。國產(chǎn)晶體硅效率在10—13%左右，國外在12---14%。目前光伏發(fā)電主要用于三大方面：1）為無電場合提供電源：如為居民區(qū)供電，微波通訊電源，通訊，移動電源和備用電源。2）太陽能日用產(chǎn)品：各類同樣能充電器，路燈，草坪燈。

3）并網(wǎng)發(fā)電：我國對太陽能的研究取得了顯著的成果，如研制的單晶硅太陽能電池用于1971年發(fā)射的第二顆人造衛(wèi)星上，1985.10第一作同樣能光伏電站在甘肅省榆中縣建成，完成同樣能的轉(zhuǎn)換和儲存，使一周內(nèi)不出太陽也能照常供電。2005年投資750萬美元，裝機容量達到1MW的最大太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在深圳投入運行。其覆蓋面積達5325m2，單晶和多晶光伏組件達4000多個。這也是世界上為數(shù)不多的兆瓦級太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)之一?！?.7磁懸浮列車技術(shù)

20世紀下半葉鐵路的電氣化是常規(guī)鐵路的運行速度達到了200多公里，為進一步提高時速，懸浮列車受到了廣泛的關(guān)注，它是一種采用磁懸浮、直線電機驅(qū)動的新型無輪高速地面交通工具。具有速度高，運客量大，對環(huán)境影響（噪聲、振動）小，能耗低，運行安全平穩(wěn)，無脫軌危險，爬坡能力強的優(yōu)點。高速列車有兩種技術(shù)方案：

1、常導磁懸浮列車：

2、超導磁懸浮列車：采用超導磁懸浮的優(yōu)點是：懸浮氣隙大，軌道結(jié)構(gòu)簡單，造價低，車身輕。隨著高溫超導的發(fā)展，將具有更大的優(yōu)越性。目前常導磁懸浮列車的時速已達到500km/h，我國上海引進德國的捷運高速磁懸浮系統(tǒng)已投入運營，時速為400km/h。磁懸浮列車的運營要解決一下問題：磁懸浮、直線電動機驅(qū)動、車輛設(shè)計與研究、軌道設(shè)施、供電系統(tǒng)、列車檢測與控制等高新問題。磁懸浮列車主要依靠電磁力實現(xiàn)傳統(tǒng)鐵路中的支撐、導向和牽引功能。由于列車鐵路之間無機械接觸，從根本上突破了輪軌鐵路中輪軌關(guān)系和弓網(wǎng)關(guān)系的束縛。因而速度可提高到400-550km/h以上。任何磁懸浮列車都要解決三個問題：即磁懸浮、驅(qū)動與導向。磁懸浮的方式目前主要有三種：即電磁式（EMS）、電動式（EDS）和永磁式。驅(qū)動用的直線電動機主要分為同步直線電動機和異步直線電動機。導向分為主動（有源）導向和被動（無源）導向。下面給出了目前已運行的磁懸浮列車的分類:●長定子同步電機：同步電機的轉(zhuǎn)子在車上，由諧波發(fā)電機與電池給轉(zhuǎn)子磁場供電或采用超導線圈，避免了網(wǎng)軌接觸，可實現(xiàn)高速。同步電機的定子在地面，需要地面供電，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。典型代表是德國電磁懸浮和日本超導磁懸浮（電動懸?。穸潭ㄗ赢惒诫妱訖C：定子在車上，因此需要接觸網(wǎng)/軌供電，或采用額外的直線變壓器供電，速度受到限制。轉(zhuǎn)子在地面上，采用感應(yīng)板（無轉(zhuǎn)子繞組）單邊激磁，結(jié)構(gòu)簡單經(jīng)濟，由于速度低，懸浮一般采用可靜態(tài)懸浮的電磁式（如日本的HSST），如果采用無接觸的直線變壓器供電，速度也可提高到400km/h以上，也可采用電動式磁懸?。ㄈ鹗縎wissMetro的一個方案），由于異步電動機的功率因數(shù)和效率較低，懸浮需要另外的電磁鐵，對大功率的高速列車一般不用。由于異步電動機是單邊激磁，轉(zhuǎn)子不需要供電，長定子比短定子在材料上要高得多，經(jīng)濟性較差，除非特殊需要，一般不采用長定子。一、日本超導磁懸浮列車超導磁懸浮列車的車身上裝有超導磁體并構(gòu)成感應(yīng)動力設(shè)備，列車的驅(qū)動繞組和懸浮導向繞組安裝在地面導軌的兩側(cè)，地面導軌兩側(cè)的驅(qū)動繞組中通以三相交流電時，產(chǎn)生行波電磁場，列車上的超導磁體就會受到一個與移動磁場同步的推動力，推動列車前進。2003年，高速磁懸浮列車時速達到581km/h。在導軌的側(cè)壁上，排列著一組組的懸浮—導向線圈，當車輛高速通過時，車輛上的超導磁場在導軌的側(cè)壁的懸浮線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流和感應(yīng)磁場，控制每組懸浮線圈上側(cè)的磁場極性與車輛超導磁場的極性相反，從而產(chǎn)生引力。而下側(cè)二者的極性相同，產(chǎn)生排斥力，使得車輛懸浮起來。如下圖。二、德國常導磁懸浮列車懸浮和導向系統(tǒng)是利用裝在車底部的可控懸浮電磁鐵和安裝在路軌底面的電磁反應(yīng)軌之間的吸引力工作的。懸浮磁鐵從路軌下面利用吸引力使列車懸浮，導向磁鐵從側(cè)面使車輛保持運行軌跡。每一節(jié)車輛由15個獨立的懸浮磁鐵和13個導向磁鐵。懸浮磁鐵和導向磁鐵安裝在列車的兩側(cè)，驅(qū)動和制動依靠同步長定子直線電動機拖動，如下圖：德國磁懸浮列車的導軌結(jié)構(gòu)由于電磁是懸浮式不穩(wěn)定的，必須在磁鐵和軌道之間設(shè)置傳感器，通過閉環(huán)控制使它們的間距控制在一定的范圍內(nèi)。因此德國的磁懸浮列車實際上是一臺“懸浮轉(zhuǎn)子大型直線同步電動機”，轉(zhuǎn)子磁極兼懸浮磁鐵、同步勵磁和齒諧波發(fā)電機電樞的三項功能于一身。三、日本常導磁懸浮列車HSSTHSST的工作原理與德國的類似，均使用磁吸式工作原理，HSST將電磁鐵安裝在車輛上，導軌的下部是吸引用的軌道，電磁鐵從下方產(chǎn)生吸引軌道的吸力，列車利用此吸力而懸浮，鐵軌和軌道的間隙也必須采用閉環(huán)控制。

HSST與德國不同的是驅(qū)動電機，德國采用的是長定子同步電動機，而HSST則是采用的短定子異步電動機，電機定子安裝在車輛上，電機的鋁制長轉(zhuǎn)子（反應(yīng)軌）沿列車前進方向鋪設(shè)在軌道上，車上裝有電源，利用車輛上電磁鐵的磁場與導軌磁場鋁板之間的電磁作用驅(qū)動列車行駛，但由于要通過導軌向車輛輸送電流，限制了速度。該鐵路已在名古屋建成了一條運營線，為2005年世界博覽會服務(wù)。如下圖。我國和韓國也在研制類似的磁懸浮列車，但還沒有正式運營。四、永磁式懸浮列車永久磁鐵雖然可以產(chǎn)生吸引力或排斥力，但完全采用永久磁鐵不能獨立實現(xiàn)穩(wěn)定的磁懸浮，除非在空間的6個自由度中至少有一個其他的約束，這一點已在19世紀得到證明，稱為“Earnshaw”定律。但采取其他措施后，就可實現(xiàn)穩(wěn)定懸浮，方法有：

1、定轉(zhuǎn)子全用永久磁鐵，利用吸引力或排斥力產(chǎn)生磁懸浮，由于不穩(wěn)定可采用機械導向輪或限位輪。因為定轉(zhuǎn)子之間有摩擦，故稱為半懸浮。不適用于高速磁懸浮列車。如下圖為德國柏林曾運行過的“磁懸浮”城軌列車。2、定轉(zhuǎn)子全用永久磁鐵，利用吸引力或排斥力產(chǎn)生磁懸浮，或轉(zhuǎn)子用永久磁鐵，定子用鐵板，但均須在轉(zhuǎn)子（列車）上安裝補償電磁鐵，形成穩(wěn)定的磁懸浮。3、用永磁材料代替磁懸浮的超導磁鐵，與地面感應(yīng)線圈作用，產(chǎn)生懸浮力（屬于電動勢磁懸浮，是美國“磁飛機”的方案之一）。4、用永久材料作為軌道一邊（一般為定子），與超導材料相互作用，產(chǎn)生穩(wěn)定的完全抗磁性懸浮力。5、在車上安裝用永久材料做成的高速自轉(zhuǎn)磁輪，與地面導電材料軌面產(chǎn)生懸浮力，也可以實現(xiàn)穩(wěn)定懸浮。五、其他磁懸浮列車各國研究的類型很多，如美國的城市磁懸浮列車和磁飛機，瑞士的SwissMetro等，但目前還沒有運行或樣機?！?.8燃料電池技術(shù)

燃料電池的雛形是1839年英國科學家格羅夫提出的，（當時稱為氣體伏打電池），1932年，科學家在理論上進行了論證，為研制現(xiàn)代燃料電池打下了基礎(chǔ)，1958年燃料電池正式問世，其輸出功率5KW，工作溫度為200℃，20世紀60年代，燃料電池作為“阿波羅”等宇宙飛船的電源，為宇宙開發(fā)立下了汗馬功勞。眾所周知，水分解后可產(chǎn)生氫和氧，反之，氫和氧化合生成水。燃料電池正是利用水電解及其逆反應(yīng)獲取電能的裝置，由天然氣、石油、甲醇、煤等原料為燃料制造氫氣，然后與空氣中的氧反應(yīng)，便可輕易的得到所需的電源。燃料電池雖然也是電池家庭的成員，但它與干電池、蓄電池都不同，它的化學燃料不是裝在電池的內(nèi)部，而是在外部，可以按需要，源源不斷的提供化學燃料，就像往煤膛里添加煤和油一樣，故稱它為燃料電池。下圖為一種電動汽車用燃料電池的結(jié)構(gòu)。

組成：燃料電極：主要有過渡金屬和貴金屬鉑、鈀、鎳等。氧化劑電極：主要有銀、金、汞等燃料：主要有氫、甲醛、烴類和天然氣等氧化劑：主要有空氣和純氧氣工作原理：燃料電極和氧電極形成負、正兩級，兩極之間用電解質(zhì)（堿溶液或酸溶液）隔開，燃料和化學劑分別通入兩個電極，在催化劑的催化作用下，通電介質(zhì)一起發(fā)生氧化—還原反應(yīng)。反應(yīng)中產(chǎn)生的電子由導線引出產(chǎn)生電流。

因此只要向燃料工作室不斷的輸入燃料和氧化劑，燃料電池就能持續(xù)的向外供電。燃料電池的轉(zhuǎn)換效率比現(xiàn)在應(yīng)用的火力發(fā)電還高，因此有人稱它為“新型發(fā)電機”。他不但能發(fā)電，還能供熱。與火力發(fā)電優(yōu)點如下：1）發(fā)電效率高，且穩(wěn)定。2)工作可靠，不產(chǎn)生污染和噪音。3）使用方便，電損耗低。4）建發(fā)電站用的時間短，可根據(jù)需要隨時擴大容量。5）體積小，重量輕。使用壽命長，單位體積輸出功率大。

20世紀70年代初，美國建成了一座1000KW的燃料電池發(fā)電裝置，并入電網(wǎng)運行了1千多個小時，目前人們正在研究高效的燃料電池，預(yù)計將用在汽車上作為動力使用，還可用于戰(zhàn)車，電動坦克，衛(wèi)星上的電源。下圖為公計算機使用的燃料電池?！?.9飛輪儲能系統(tǒng)

一、原理飛輪儲能已有幾千年的歷史，古人就懂得用輪盤儲能來制造圓形的瓷器，在汽車、拖拉機中用飛輪來使旋轉(zhuǎn)更平穩(wěn)。而現(xiàn)代的飛輪儲能是用電動機帶動飛輪使之高速旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)換成動能，需要釋放時再帶動發(fā)電機將其轉(zhuǎn)換成電能。根據(jù)牛頓定律：

W=Jω2/2為使w最大，應(yīng)使ω增大，現(xiàn)代的飛輪轉(zhuǎn)速至少都在幾萬轉(zhuǎn)/分以上。上世紀50年代就有人進行了飛輪實驗。如下圖。近年來，由于以下三方面的突破，給飛輪儲能帶來了新的活力。1、采用高強度玻璃纖維制造飛輪，使速度有了很大的提高。2、電力電子新技術(shù)，給其能量交換予以很大的支持。3、電磁懸浮、超導磁懸浮技術(shù)的發(fā)展，降低了摩擦。目前世界上轉(zhuǎn)速最高的飛輪轉(zhuǎn)速可達20萬轉(zhuǎn)/分，因此能量非常大，理論上是鉛酸電池的6倍，使用壽命15年以上，效率90%，且無污染。美國空軍研究所與航空航天局飛輪儲能項目的研究目標是：近期用于大型航天器軌道機車、客車、卡車，中期計劃用于戰(zhàn)車、航天器、航天飛機、民用飛機等。

二、應(yīng)用

1、電力調(diào)峰

1996年德國研究儲能5MWh超導磁懸浮儲能飛輪電站，電站由10個飛輪模塊組成，每個模塊重30t，直徑3.5m，高6.5m，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速2250-4500r/min,輸入輸出采用電動機/發(fā)電機來實現(xiàn)，效率96%。美國馬里蘭大學一直致力于研究飛輪儲能系統(tǒng)，1991年研發(fā)出用于電力調(diào)峰的24KWh電磁懸浮系統(tǒng)。飛輪重172.8kg，轉(zhuǎn)速11610—46345r/min,系統(tǒng)輸出恒壓110/240V,全程效率81%.如下圖。

2、電動車輛飛輪電池將飛輪儲能系統(tǒng)安裝在純電動車里作為動力源，成為飛輪電池。研究表明：為維持200-250km的里程，和10s的10-96km/h的加速過程，大約需要78kwh的儲能量以及94kw的發(fā)電功率。

20世紀80年代初，瑞士研制成功完全由飛輪功能的第一輛汽車，飛輪直徑1.63m，重1.5t，載客70名，行程0.8km，在每一靠站停車時，需充電2min。美國研制的飛輪轎車，充電15min，可行駛560km。英國研制的飛輪有軌電車，充電90s，可行駛10km，比內(nèi)燃機節(jié)能2/3。如下圖。3、飛輪儲能-再生制動系統(tǒng)過去的車輛在制動時，只能將多余的能量轉(zhuǎn)化為剎車片的熱能消化掉，電力機車與地鐵雖然可以采用再生制動，但在技術(shù)上有的問題。內(nèi)燃機車與汽車由于沒有接觸網(wǎng)系統(tǒng)，無法采用再生發(fā)電制動。此時可采用飛輪再生制動系統(tǒng)。將飛輪能量釋放在內(nèi)燃機上，與內(nèi)燃發(fā)電機組配合，向牽引電動機供電。美國德克薩斯大學研發(fā)的飛輪儲能燃氣輪機輕型機車，被稱為下一代高速列車，已進行了多次試驗，效果良好德國也開發(fā)出類似的裝置，如下圖。論文2題目：電工新技術(shù)的發(fā)展趨勢及對國民經(jīng)濟發(fā)展的推動作用要求：1、格式：中文題目（黑體小三號）中文班級

學號

姓名

（黑體小四號）

中文摘要：（100—200字，宋體五號）中文關(guān)鍵詞：（3—5個，宋體五號）

英文題目（小三號）英文班級

學號

姓名

（小四號）

英文摘要：（100—200字，五號）英文關(guān)鍵詞：（3—5個，五號）正文：（不低于3000字，小四號,分兩欄）2、時間：二周第四章電力系統(tǒng)及其自動化

§4.1電力系統(tǒng)簡介4.1.1電力系統(tǒng)的任務(wù)安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟的生產(chǎn)、傳輸和分配電能，滿足國民經(jīng)濟和人民生活的需要。4.1.2現(xiàn)代電力系統(tǒng)的特點技術(shù)上發(fā)展的特征可用“大機組、大電網(wǎng)、高電壓”來描述，可靠性已成為電力系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計、運行考慮的首要因素。20世紀60年代以來，以控制、通訊和計算機技術(shù)的引入與廣泛應(yīng)用為標志。數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化、智能化技術(shù)日益提高了電力系統(tǒng)的自動化水平，以電力電子技術(shù)為基礎(chǔ)，直流輸電技術(shù)成為成熟技術(shù)，靈活交流輸電也得到了重視和發(fā)展，這些構(gòu)成了現(xiàn)代電力系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的新特征。電力市場的引入，可提高效率，降低成本，促進電力資源的合理使用，使用戶受益。4.1.3電力資源與負荷我國用于發(fā)電的一次性資源較為豐富，深埋在1000米以內(nèi)的煤炭總資源為2.6萬億噸，居世界第二，水力資源儲藏量6.76×108kw，其中可利用的為3.7×108kw，70%的水資源集中在西南地區(qū)，其他如石油、核燃料、風能、太陽能、地熱等也較為豐富。中國資源的分布（西部為主），中國能源的結(jié)構(gòu)（水煤為主），中國經(jīng)濟發(fā)展的格局（東部領(lǐng)先），決定了西電東輸，南北互供，全國聯(lián)網(wǎng)?！?.2

發(fā)電廠

4.2.1能源與電力

發(fā)電廠（站）是將一次能源轉(zhuǎn)換為二次能源的工廠。按利用能源的類別不同可分為：火力發(fā)電廠，水力發(fā)電廠，核能發(fā)電廠，太陽能發(fā)電廠，風力發(fā)電廠，地熱發(fā)電廠，潮汐發(fā)電廠；處于研究階段的還有：磁流體發(fā)電，燃料電池等。大多數(shù)發(fā)電廠的特點為：由原動機將各種一次能源轉(zhuǎn)換成機械能，再帶動發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)換成電能（二次能源）；太陽能發(fā)電，磁流體發(fā)電、燃料電池則是將一次能源直接轉(zhuǎn)換成電能。4.2.2火力發(fā)電利用煤、石油、天然氣、油頁巖等為燃料的發(fā)電廠常稱為～。按發(fā)電方式又分為：汽輪機發(fā)電（蒸汽發(fā)電），燃氣輪機發(fā)電，內(nèi)燃機發(fā)動，蒸汽-燃氣聯(lián)合發(fā)電。汽輪機發(fā)電是利用煤等燃料在鍋爐中燃燒，將水燒成高溫高壓的水蒸氣，推動汽輪機轉(zhuǎn)動，并帶動發(fā)電機工作。（如下圖）。已做過功的蒸汽排入冷凝器冷卻成水，重新送回鍋爐。在冷凝器中，大量的熱量被循環(huán)水帶走，所以效率較低。約為30-40%。若將做過功的蒸汽取出共給熱用戶使用，或經(jīng)過熱交換器將水加熱，在供熱水給用戶，此時效率可達60-70%。

4.2.3水力發(fā)電利用河流的水位來發(fā)電的方式稱為～。其出力的大小與流量和落差成正比，按取水方式不同，分為：徑流式：是在有高落差的急流河道上修建堤堰，由引水渠道造成水頭，使水通過壓力鋼管進入水輪機來發(fā)電?！竦虊问剑喝缦聢D所示，在河流上建大壩，抬高上游水位，形成水頭進行發(fā)電。又分為壩后式與河床式。壩后式：水電廠建在大壩后，大壩承受水壓，由鋼管引水之水輪機，再帶動發(fā)電機發(fā)電。如下圖，適用于高中水頭的情況。河床式水電廠的廠房和壩連成一體，廠房也起阻擋水的作用，適合于低水頭。如下圖。

●抽水蓄能水電廠：即可蓄水又可發(fā)電，用電低谷時，機組已電動機-水泵的形式將水從下游抽回到上游存儲起來，用電高峰時機組工作在發(fā)電狀態(tài)，向外發(fā)電。此外還可以用作調(diào)相、調(diào)頻。

4.2.4原子能發(fā)電原子能發(fā)電（或稱核電）使用核燃料（釉235）在反應(yīng)堆中進行核裂變轉(zhuǎn)化為熱能，在將水加熱成水蒸氣，推動汽輪機轉(zhuǎn)動，再帶動發(fā)電機發(fā)電，反應(yīng)中以高壓水或重水作為慢化劑和冷卻劑，因而可分為壓水堆、重水堆等。下圖為我國秦山核電站的原理圖。4.2.5新能源發(fā)電

1、太陽能發(fā)電分為太陽光能發(fā)電和太陽熱能發(fā)電。如下圖為太陽熱能發(fā)電。

2、地熱發(fā)電其原理與火電類似，只是熱水來源于地下而已，如西藏的羊八井地熱發(fā)電廠，地下水溫約150℃，是一種低溫熱能發(fā)電方式。地球內(nèi)蘊藏的熱能極大，機估算，全世界可供開采利用的地熱能相當于幾萬億噸煤?？梢娗熬胺浅V闊。3、風力發(fā)電前已敘述，不再累述。我國內(nèi)蒙、新疆、甘肅、青藏高原風力資源豐富。4、潮汐發(fā)電利用海水漲潮、落潮中的動能、勢能進行發(fā)電。世界上可利用的潮汐能量有1×109kw以上，我國沿海的潮汐能量有1×108kw以上，潮汐發(fā)電廠一般建在海岸邊或河口地區(qū)，與水電產(chǎn)建造大壩一樣，形成足夠的潮汐潮差及較大的水容區(qū)。一般為雙向潮汐發(fā)電廠。如下圖。4.2.6發(fā)電設(shè)備基本控制基本的控制主要有：●頻率調(diào)節(jié)：目的是實現(xiàn)電力系統(tǒng)的有功功率控制，基本方法是在原動機上裝有自動轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，能將轉(zhuǎn)速控制在一定范圍內(nèi)?！耠妷赫{(diào)節(jié)：主要是實現(xiàn)電力系統(tǒng)的無功功率控制?！?.3電力網(wǎng)

4.3.1電網(wǎng)的構(gòu)成與功能

由不同電壓等級的電力線路、變壓器和相應(yīng)的配電裝置組成。其功能是傳輸和分配電能，并進行電壓變換。電網(wǎng)可分為：1、輸電網(wǎng)：其作用是將遠離用電中心的發(fā)電廠的大量電能經(jīng)過變電，傳輸，送到用電中心附近的樞紐變電所，同時還有聯(lián)絡(luò)相鄰電力系統(tǒng)和相鄰變電所的作用，或向某些特大用戶直接供電。其電壓等級通常在220kv以上，是整個電力系統(tǒng)的骨架或主干電網(wǎng)。2、配電網(wǎng)：可分為：●高壓配電網(wǎng)：電壓等級35-110kv或更高?！裰袎号潆娋W(wǎng)：電壓等級1-35kv，●低壓配電網(wǎng)：電壓等級380/220v

下圖為我國電網(wǎng)分布示意圖4.3.2電力線路分為架空線路和電纜線路架空線路由導線、避雷線、桿塔、絕緣子串和金具組成。電纜主要用于地下、水中、溝槽等處。但其造價較高。4.3.3變電站的功能和構(gòu)成變電站（如下圖）是電力系統(tǒng)中變換電壓、接受和分配電能、控制電力的流向和調(diào)整電壓的電力設(shè)施，它通過變壓器將各級電壓的電網(wǎng)聯(lián)系起來。變電站主要由變壓器、開關(guān)設(shè)備、匯集電流的母線、計量和控制用互感器、儀表、繼電保護裝置和防雷保護裝置、調(diào)度通訊裝置等組成。4.4.4電網(wǎng)的運行和調(diào)度電能作為一種特殊的商品，決定了電力系統(tǒng)運行的特點：1、電能目前還不能大量儲存，其生產(chǎn)、輸送必須和電能的即使消費一致，2、電力系統(tǒng)的暫態(tài)過程非常迅速，3、供電中斷有可能給國民經(jīng)濟和人民生活造成重大損失，甚至影響國家安全和社會穩(wěn)定，4、電能質(zhì)量要求十分嚴格。由于以上特點，電力系統(tǒng)正常運行時，必須是所有運行設(shè)備的電流、電壓及頻率在允許的幅值范圍內(nèi)保持穩(wěn)定性，即同步穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定。電力系統(tǒng)的調(diào)度管理是指對影響電力系統(tǒng)全局安全，經(jīng)濟運行和事故處理問題進行計劃、指揮、控制、協(xié)調(diào)等工作的總稱。主要任務(wù)是：1、充分利用發(fā)供電設(shè)備的能力和調(diào)節(jié)手段向用戶提供質(zhì)量合格的電能；2、在發(fā)生不超過設(shè)計規(guī)定的事故條件下，使電力系統(tǒng)安全運行和向用戶連續(xù)不斷的提供電能；3、合理使用燃料、水利等資源，使電力系統(tǒng)在安全穩(wěn)定運行的條件下，達到最大的經(jīng)濟性和較小的環(huán)境污染。調(diào)度管理的主要內(nèi)容包括：1、電力系統(tǒng)運行計劃的編制2、電力系統(tǒng)運行控制3、電力系統(tǒng)運行分析4、繼電保護、通訊和調(diào)度自動化等設(shè)備的運行管理5、有關(guān)規(guī)程制度的編制和人員培訓等的管理如下圖為地區(qū)調(diào)度室發(fā)電廠和變電所在調(diào)度的指揮下應(yīng)完成以下主要工作：1、發(fā)電廠有功、無功出力的增減，頻率和電壓的調(diào)整；2、系統(tǒng)之間、發(fā)電廠與系統(tǒng)之間的并列和解列；3、輸電線路和變壓器的投入與停送電；4、網(wǎng)絡(luò)的合環(huán)與解環(huán)；5、母線接線方式的改變；6、中性點接地方式的改變和消弧線圈補償?shù)恼{(diào)整；7、繼電保護和自動裝置使用狀態(tài)的改變；8、設(shè)備維護檢修等相關(guān)工作?！?.4電力應(yīng)用4.4.1照明可分為：1、由電能轉(zhuǎn)化為熱能，再轉(zhuǎn)化為光能的光源，如白熾燈。2、利用放電而轉(zhuǎn)化為光能的光源，如熒光燈、高壓汞燈、霓虹燈等。4.4.2電加熱將電能轉(zhuǎn)化為熱能的設(shè)備，主要加熱方式有電阻加熱、電弧加熱、感應(yīng)加熱、高頻電場加熱、紅外線加熱、等離子加熱、電子束加熱、激光加熱、熱泵加熱等。4.4.3電力拖動是以電動機作為動力對負載進行拖動的方式。如下圖，這方面的例子很多，不再一一累述。4.4.4電化學是研究化學能與電能之間轉(zhuǎn)化的一門科學。其應(yīng)用主要有：一次電池（原電池），二次電池（蓄電池）、燃料電池、太陽能電池、電解、電鍍、電鑄、電解研磨等。4.5.5節(jié)約電能電力工業(yè)是能源轉(zhuǎn)換工業(yè)，也是耗能大戶，因此節(jié)能成效的大小，舉足輕重，目前電力企業(yè)的節(jié)能措施有：1、根據(jù)國家的資源條件，優(yōu)化發(fā)電能源結(jié)構(gòu)，限制燃油發(fā)電；2、煤電，采用高參數(shù)大機組，建設(shè)大電廠；3、采用超高壓輸電，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，減少輸配電損耗；4、建設(shè)大電網(wǎng)，實行電網(wǎng)經(jīng)濟調(diào)度；5、逐步對老設(shè)備進行設(shè)備改造，淘汰中低壓機組；6、發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)7、對發(fā)電廠主輔設(shè)備進行改造，消除相關(guān)設(shè)備大小不配套現(xiàn)象，改善保溫，消除滲漏，推廣節(jié)能新技術(shù)；8、加強燃料管理，消除儲運損失，防止虧噸虧卡，造成耗煤虛升等?！?.5電力市場簡介4.5.1電力市場的概念電力市場是采用經(jīng)濟、法律等手段，本著公平競爭，自愿互利的原則，對電力系統(tǒng)中發(fā)電、輸電、供電、用電等各成員組織協(xié)調(diào)運行的管理機制和執(zhí)行系統(tǒng)的總和。基本特征是：開放性、競爭性、計劃性和協(xié)調(diào)性。4.5.2電力市場的興起我國電力體制改革的三個階段：第一階段：1985年實施集資辦電政策----20世紀90年代初，解決缺點問題。第二階段：20世紀90年代初—98年撤銷電力部，提出逐漸實施電力體制改革，方案為：1）政企分開、廠網(wǎng)分開、輸供分離、實施公司化改組。2）統(tǒng)一開放、競價上網(wǎng)、建立電力交易市場。3）依法管理、競爭有序、健全市場法規(guī)體系和監(jiān)管體系。第三階段：1998年---目前實施“廠網(wǎng)分開、競價上網(wǎng)”試點目前有兩種改革思路：1）橫向切割：承認目前的東北、華北、華東等六塊現(xiàn)狀，自由競爭。2）縱向切割：完全分出電廠，自由競爭，國電公司形成一個單獨的電網(wǎng)公司，構(gòu)成一個競爭平臺，讓發(fā)電商競爭。措施有“廠網(wǎng)分開”，“競價上網(wǎng)”和同網(wǎng)、同價、同質(zhì)。4.5.3電力市場的基本原則基本目標是：打破壟斷，引入競爭，提高效率，降低成本，健全電價機制，優(yōu)化資源配置，促進電力發(fā)展，推進全國聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)建政府監(jiān)管下的政企分開，公平競爭，開放有序，健康發(fā)展的電力市場體系。為保證電力市場公平競爭的原則，必須做到：1）電力市場要有公開性（包括成本、定價、計量、計劃）2）擴大自由選擇權(quán)利，保證電網(wǎng)的開放。3）必須建設(shè)有關(guān)法律法規(guī)、標準、規(guī)約、是競爭規(guī)范化。4.5.4電價和電力市場運行模式隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們對電的依賴越來越強，電價對社會各方面的影響也越來越大。我國《電力法》第三十六條規(guī)定：“制定電價，應(yīng)當合理補充成本，合理確定收益，依法計入稅金，堅持公平負擔，促進電力建設(shè)”。

以上說明制定電價的四條原則是：1）成本為主：供電企業(yè)依據(jù)發(fā)、供電成本制定電價。2）合理利潤：既保證供電企業(yè)具有擴大再生產(chǎn)的能力，同時保證用戶利益。3）公平負擔：對不同類型的用戶，按不同的供電成本制定電價，同一類型用戶一視同仁。4）促進用戶合理用電：將用電時間由高峰調(diào)至低谷，調(diào)整功率因數(shù)等。目前我國電力市場有兩種運行模式：1）統(tǒng)一市場：各省設(shè)結(jié)算中心和調(diào)度中心。2）聯(lián)合市場：以省為單位參加競爭，保留現(xiàn)存的省級市場的職能，在網(wǎng)級電力市場上競爭。4.5.5電力市場下的電力系統(tǒng)帶來的技術(shù)問題是如何靈活控制潮流最大限度的滿足電源與用戶的最優(yōu)輸送能力并做到安全、穩(wěn)定、可靠運行。電力市場中電網(wǎng)調(diào)度人員不僅要完成電網(wǎng)的控制運行功能，還要作為電力經(jīng)紀人完成電力交易?！?.6電力新技術(shù)和發(fā)展趨勢

現(xiàn)代社會，人口增長和工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展更突出了能源供需的矛盾，傳統(tǒng)的發(fā)電方式（火力、水利）已不能滿足人們的需要，迫切開發(fā)新的途徑和新的方法開發(fā)新能源。我國發(fā)展新能源的指導方針是：大力（優(yōu)先）發(fā)展水電，繼續(xù)發(fā)展火電，適當發(fā)展核電，積極開發(fā)新能源發(fā)電，同步發(fā)展電網(wǎng)，促進全國聯(lián)網(wǎng)。以三峽水電站（下圖）為契機，到2020年逐步建成全國統(tǒng)一的聯(lián)合電網(wǎng)，標志著電力事業(yè)進入一個新的發(fā)展時期。目前世界電力行業(yè)的發(fā)展趨勢是：一方面發(fā)達國家用電需求增長緩慢甚至停頓，而另一方面發(fā)展中國家的用電量迅速需求，特別是東南亞和南美洲地區(qū)大規(guī)模的電網(wǎng)建設(shè)正在蓬勃發(fā)展。20世紀電網(wǎng)的發(fā)展特征常常以“大機組、高電壓、大電網(wǎng)“來描述，到21世紀將會怎樣呢？國際大電網(wǎng)會議（CICRE）上專家們指出：機組的單機容量和輸電電壓等級在20世紀80年代后期出現(xiàn)了飽和趨勢，這除了電能需求變緩和環(huán)境保護制約以外，主要出自可靠性的考慮，大量統(tǒng)計表明：設(shè)備本身的可靠性隨著單機容量的增大而降低，而電網(wǎng)對設(shè)備要求的可靠性卻隨著單機容量的增加而增大，這兩條曲線的焦點決定了電機容量和電壓等級的臨界值，分別為130萬千瓦和800kv。另外輸電線路也受到輸電走廊和環(huán)境的制約，因此如何提高輸電效率，優(yōu)化現(xiàn)有電網(wǎng)資源的配置受到人們的關(guān)注。4.6.1電力發(fā)展與環(huán)境保護我國人口眾多，人均資源有限，環(huán)境問題突出，能源效率低。聯(lián)合國在一份報告中指出：現(xiàn)行的能源生產(chǎn)、分配、使用方式是不可持續(xù)的。為了實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，必須發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)作為重點。人均指標是衡量現(xiàn)代化的一個粗略指標，據(jù)統(tǒng)計，1993年：西方發(fā)達國家及俄羅斯人均裝機容量超過1KW，北歐一些國家是它的幾倍，臺灣已超過1KW，但電力仍十分緊缺。說明對一個中等發(fā)達國家要求達到1KW的水平是有一定的道理的。我國按照”三步走“的發(fā)展戰(zhàn)略目標，要求到21世紀中葉裝機容量達到15億KW，人口也控制在15億以內(nèi)。按照可持續(xù)發(fā)展的要求，首先應(yīng)開發(fā)沒有污染的水電資源，我國的水電資源儲藏量為6.76億千瓦，可開發(fā)的約為5億千瓦左右，相應(yīng)的發(fā)電量為3.24億千瓦，居世界第一，按發(fā)電量計算，占世界總量的15%，而我國人口占世界總量的21%，占世界均值得70%，即使是水資源全部開發(fā)（不考慮其它能源），煤電仍占65—70%，若發(fā)電效率沒有明顯的提高的話，到2050年將出現(xiàn)全國產(chǎn)煤量不能滿足發(fā)電用煤的局面。另外燃煤所產(chǎn)生的環(huán)境污染是一個嚴重的問題。最為迫切的控制是SO2的排放，我國SO2的排放量為0.03ppm（個別地區(qū)達到15ppm），是日本的3倍，酸雨將引起森林和農(nóng)作物的破壞，水變質(zhì)，土壤退化，將加速電力系統(tǒng)的金屬加速退化，甚至造成絕緣子閃絡(luò)事故。因此發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)被列為重要的發(fā)展目標之一。潔凈煤技術(shù)的是最大限度的發(fā)揮煤炭的潛能作用，同時實現(xiàn)最少的污染排放，達到高效、清潔利用的目的。這是一個龐大的復(fù)雜的系統(tǒng)工程，主要研究開發(fā)項目包括：煤炭的加工、轉(zhuǎn)化、燃燒和污染控制問題。目前發(fā)展領(lǐng)域主要包括高效、低污染的開發(fā)和利用煤炭的全過程，可分為利用前的凈化技術(shù)、燃燒中的凈化技術(shù)、煙氣凈化技術(shù)和煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù)。●利用前的凈化技術(shù)包括：選煤、型煤、潔凈優(yōu)化動力配煤、水煤漿?！袢紵械膬艋ǎ好悍鄣臀廴救紵夹g(shù)、先進的燃燒器、流化床燃燒技術(shù)、煤綜合利用新技術(shù)、煤氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)?！駸煔鈨艋夹g(shù)包括：煙氣除塵、脫硫、脫氮等?！衩禾哭D(zhuǎn)化技術(shù)主要指煤炭汽化和煤炭液化。4.6.2發(fā)電新技術(shù)除了前面介紹的太陽能、風能、地熱、潮汐發(fā)電新技術(shù)外，其他發(fā)電新技術(shù)有：1、高爐頂壓發(fā)電：其原理是高爐煉鐵產(chǎn)生大量的且?guī)в幸欢▔毫Φ拿簹?，利用這些煤氣在給用戶之前，都得進行降溫減壓，可利用煤氣層在減壓前后的壓力差將發(fā)電裝置裝在煉鐵高爐頂上進行發(fā)電。2、垃圾發(fā)電：首先將垃圾中的有機物、玻璃、金屬、塑料等分開，然后將有機物送入密封鍋爐焚燒，利用產(chǎn)生的蒸汽發(fā)電。3、污泥發(fā)電：利用城市地下水道的污泥中的有機物作為能源來發(fā)電，日本東京大學發(fā)明了一種使污泥很快固化的方法，每公斤固化物泥有16.75kJ的熱量，相當于低質(zhì)煤的發(fā)熱量，用來發(fā)電又節(jié)約能源又環(huán)保衛(wèi)生。4、高溫巖體發(fā)電在高溫巖體上打深度為幾百米至上千米的井，一直通到高溫巖體層，然后從地面注入高壓水，利用噴出的高溫蒸汽發(fā)電。5、核聚變發(fā)電前已講過，不再累述6、生物質(zhì)資源發(fā)電生物質(zhì)資源是指可以轉(zhuǎn)換為能源的有機質(zhì)能源，主要的生物質(zhì)資源包括：薪柴、農(nóng)作物秸稈、人畜糞便、釀酒廢醪、糖蜜廢水、屠宰廢水、豆制品廢水等工業(yè)有機廢水等，沼氣發(fā)電業(yè)屬于這一類。4.7.3電能存儲技術(shù)又稱儲能技術(shù)，一般要求是：儲能密度大，變換損耗小，運行費用低，維護較容易，不易污染環(huán)境。存儲技術(shù)大致可分為三類：1、直接儲存電磁能：如超導線圈儲能技術(shù)，超級電容器。2、把電能轉(zhuǎn)化為化學能儲存：如新型電池3、把電能轉(zhuǎn)化為機械能儲存：如壓縮空氣、高速飛輪、抽水蓄能。4.6.4靈活交流輸電技術(shù)與用戶電力靈活（柔性）交流輸電系統(tǒng)，其核心環(huán)節(jié)就是采用大功率電子器件作為大功率電子開關(guān)，與其他電力設(shè)備組成交流輸電系統(tǒng)，以實現(xiàn)更靈活的調(diào)控，從而大幅度的提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，降低輸電損耗。目前已制成的設(shè)備主要有：可控串聯(lián)補償器TCSC，靜止無功補償器，靜止調(diào)相機，制動電阻，統(tǒng)一潮流控制器等。如下圖用戶電力技術(shù)與靈活交流輸電技術(shù)一樣，也是采用電力電子技術(shù)，微處理機技術(shù)，控制技術(shù)等高新技術(shù)為基礎(chǔ)，用來提高電力系統(tǒng)運行的可靠性、可控性、運行性能和電力質(zhì)量，以獲得大量節(jié)電效應(yīng)的新型綜合技術(shù)。靈活交流輸電技術(shù)主要側(cè)重高壓系統(tǒng)，而用戶電力技術(shù)主要應(yīng)用于中低壓配電系統(tǒng)，有不同的使用目的和經(jīng)濟評價標準，但在使電網(wǎng)高度靈活化的效果上是一致的。用戶電力技術(shù)包括有功無功控制、電壓控制、高次諧波的消除、蓄能等方面，以開發(fā)的裝置主要有：靜止無功補償器、配電靜止補償器、電池蓄能站、超導儲能、有源電力濾波器、動態(tài)過電壓限制器、固態(tài)斷路器等。用戶電力技術(shù)的重要任務(wù)是：改善供電質(zhì)量。電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量問題可分為：1、電壓質(zhì)量問題：指會影響用戶設(shè)備正常運行不理想的系統(tǒng)電壓，包括電壓下垂或抬高、諧波畸變、各相電壓不平衡等。2、電流質(zhì)量問題：指電力電子設(shè)備非線性負荷給電網(wǎng)帶來的電流畸變，包括流入電網(wǎng)的諧波電流、基波無功、平衡負荷電流、低頻負荷變化造成的閃爍等。針對以上問題可用串聯(lián)或并聯(lián)于系統(tǒng)負荷側(cè)的功率調(diào)節(jié)器來改善供電的質(zhì)量。4.6.5大電網(wǎng)互聯(lián)在全球電力管理體制改革和新技術(shù)的推動下，我國電網(wǎng)的發(fā)展是2010年左右，將有初級階段（供電和地區(qū)電網(wǎng)）、中級階段（省網(wǎng)和大電網(wǎng)）進入高級階段（全國聯(lián)網(wǎng)和國際聯(lián)網(wǎng)）。將完成三峽巨型水電站上萬公里的500kV送變電工程，以及由俄羅斯伊爾庫茨克向華北送電2—3GW的2000多公里高壓直流輸電工程。此外還將建成多個舉行火電站和核電站，我國電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的趨勢是：1）靈活交流輸電技術(shù)2）先進能量管理系統(tǒng)3）配電系統(tǒng)自動化4）人工智能控制技術(shù)全國聯(lián)網(wǎng)宏觀方案要考慮的基本原則是：“西電東送和北電南送”將是我國相當一段時間內(nèi)的能源流向；要做到”水火互補調(diào)劑，區(qū)域負荷錯峰，水電以豐補枯，減少備用裝機，緊急應(yīng)付事故，保證系統(tǒng)穩(wěn)定。實現(xiàn)2020年左右全國聯(lián)網(wǎng)的步驟是：1）長江流域（中部電網(wǎng)）：09年三峽建成后將形成沿長江流域，包括四川、重慶、華中、華東電網(wǎng)在內(nèi)的東西方向的中部電網(wǎng)，裝機容量接近3.0億千瓦，約占當年全國裝機容量的1/3，2010-2020年進行溪洛渡和向家壩等長江上游，金沙江水電資源的滾動開發(fā)和三峽水電站的6臺備用設(shè)備投產(chǎn)，加大輸電能力。2）黃河流域（北部電網(wǎng)，華北、東北、西北電網(wǎng)互聯(lián)）：2000-2020年進行黃河上中游水電資源的滾動開發(fā)和“三西”煤炭資源開發(fā)，改變輸“煤”為輸“電”，把電能輸送到京津塘負荷中心，繼而擴展到東北，形成一條東西方向較長并向東北翹起的北部電網(wǎng)。3）南部電網(wǎng)：從2000-2020年開發(fā)怒江、瀾滄江水電資源和貴州的煤炭資源，加強云南、貴州和廣東、廣西聯(lián)營的南部電網(wǎng)。4）全國聯(lián)網(wǎng)：2020年左右，三者之間互聯(lián)成全國聯(lián)網(wǎng)（屆時裝機7.8-8.5億千瓦，發(fā)電量47000億千瓦時）。具體做法為：1）完成三峽水電站及預(yù)算范圍內(nèi)的上萬公里500kV送便工程。2）建設(shè)三峽與華北和南方電網(wǎng)的互聯(lián)工程。3）完成裝機容量近2000萬千瓦的溪洛渡、向家壩水電站及其外送輸電工程。4）俄羅斯的伊爾庫茨克向我國東北、華北長達2000公里輸電200-300萬千瓦的直流輸電工程。5）建造多個巨型火電站、核電站。

配電系統(tǒng)自動化，由中國電機工程協(xié)會城市供電專業(yè)委員會在《配電系統(tǒng)自動化規(guī)劃設(shè)計導則》中提出的關(guān)于配電系統(tǒng)自動化的定義為：“配電系統(tǒng)自動化是利用現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)、計算機及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將配電網(wǎng)在線數(shù)據(jù)和離散數(shù)據(jù)、配電網(wǎng)數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和地理圖形進行信息集成、構(gòu)成完整的自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)配電系統(tǒng)正常運行及事故情況下的監(jiān)測、保護、控制、用電和配電管理的現(xiàn)代化”。國家電力公司在《10kV配網(wǎng)自動化發(fā)展規(guī)劃要點》中關(guān)于配電系統(tǒng)自動化的定義為：“利用現(xiàn)代通信和計算機技術(shù)，對電網(wǎng)在線運行的設(shè)備進行遠方監(jiān)視和控制的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。它包括10kV饋線自動化開閉所和小區(qū)自動化、配電變壓器和電容器組成的檢測自動化等。”配電系統(tǒng)自動化的主要功能有：1）數(shù)據(jù)采集與控制2）變電站自動化3）饋線自動化4）自動繪圖/設(shè)備管理/地理信息系統(tǒng)5）配電系統(tǒng)高級應(yīng)用軟件，包括網(wǎng)絡(luò)拓撲，狀態(tài)估計、潮流計算、負荷預(yù)報、短路電流計算、電壓無功、培訓仿真等。6）配電工作管理7）故障投訴8）用戶信息系統(tǒng)9）負荷管理10）遠方抄表系統(tǒng)

4.6.6分布式發(fā)電系統(tǒng)分布式發(fā)電系統(tǒng)是指功率為千瓦直50MW的小型、模塊式、與環(huán)境兼容的獨立電源。用于滿足電力系統(tǒng)和用戶特定的要求。如調(diào)峰、為邊遠用戶和商業(yè)區(qū)、居民區(qū)供電，節(jié)省輸變電投資，提高供電可靠性等。通過分布式發(fā)電和集中供電系統(tǒng)的配合應(yīng)用有以下優(yōu)點：1）由于可由用戶自行控制，不會發(fā)生大規(guī)模的停電事故2）可彌補大電網(wǎng)安全穩(wěn)定性的不足，在意外災(zāi)害發(fā)生時繼續(xù)供電，為一種不可缺少的重要補充。3）適合農(nóng)村、牧區(qū)、山區(qū)、發(fā)展中的中小城市或商業(yè)區(qū)的居民供電，可減小環(huán)保壓力。4）無需配電站，沒有線損，可降低成本5）可滿足特殊場合的需要，如移動分布式發(fā)電車等6）調(diào)峰性能好，操作簡單。論文3題目：電力新技術(shù)的發(fā)展趨勢及對國民經(jīng)濟發(fā)展的推動作用要求：1、格式：題目（小三號）班級

學號

姓名

（小四號）

摘要：（100—200字，五號）正文：（不低于3000字，小四號）

2、時間：一周第五章電機電器控制技術(shù)

§5.1電機的作用與發(fā)展簡史作用：1）電能的生產(chǎn)、傳輸和分配2）驅(qū)動各種生產(chǎn)機械和設(shè)備3）作為各種控制系統(tǒng)和自動化、智能化裝置的重要元件發(fā)展簡史§5.2電機的分類與結(jié)構(gòu)

1、分類2、發(fā)電機3、電動機4、變壓器5、特種電機§5.3電機的應(yīng)用領(lǐng)域1、電力工業(yè)2、工業(yè)生產(chǎn)部門與建筑部門3、交通運輸4、醫(yī)療、辦公設(shè)備與家電設(shè)備

4、醫(yī)療、辦公設(shè)備和家用電器在醫(yī)療器械中的心電機、X光機、CT、牙科手術(shù)工具、滲析機、呼吸機、電動輪椅等，都離不開電動機。而人的心臟人造器官，也常常用到微電動機驅(qū)動。下圖為無刷電動機驅(qū)動的左心室軸流式血泵。在辦公室中計算機的DVD、CD-ROM、磁盤驅(qū)動器主軸采用永磁無刷電動機，打印機、復(fù)印機、傳真機、碎紙機、電動卷筆刀等也用電動機。如下圖。家電中的電冰箱、空調(diào)、洗衣機、甩干機、吸塵器、電風扇、抽煙機、微波爐轉(zhuǎn)盤、錄像機、攝像機、全自動照相機、吹風機、按摩器、電動剃須刀、電動牙刷、攪拌機、開罐機、電鐘等。5、航空、航天、國防美國最近投入使用的航空母艦用直線感應(yīng)電動機飛機取代了傳統(tǒng)的蒸汽推動器，不僅體積減小了，而且推力大大增加，如下圖。目前國外正在試用直線電動機直接發(fā)射航天飛機，稱為“太空電梯”。

在航空器中，目前的一個發(fā)展趨勢是用電磁執(zhí)行器取代傳統(tǒng)的液壓、氣動執(zhí)行器。

6、電機在其它領(lǐng)域的應(yīng)用演出設(shè)備（電影放映機、旋轉(zhuǎn)舞臺），運動訓練設(shè)備（電動跑步機、電動液壓籃球架、電動發(fā)球機），家具、游樂設(shè)備（纜車、過山車等）以及電動玩具。§5.4電動機的選用與運行控制5.4.1、電動機的選用

1、電動機種類的選擇●當機械對起動、調(diào)速、制動要求不高時，應(yīng)選三相籠式異步電動機。如功率不大的水泵、通風機、輸送機、傳送帶、機床的輔助運動?！駥χ剌d起動且工作不連續(xù)的機械：如起重機、卷揚機、鍛壓機及重型機床，應(yīng)選用繞線轉(zhuǎn)子電動機?！駥β瘦^大且連續(xù)工作的機械：當在技術(shù)上合理時，應(yīng)采用同步電動機，也可采用異步電動機。

●當機械對起動、調(diào)速、制動有特殊要求時：可由技術(shù)、經(jīng)濟指標確定，可考慮使用三相異步電動機加調(diào)速裝置或采用直流電動機。

2、電動機功率的選擇功率要根據(jù)具體的使用場合確定，要避免大馬拉小車和小馬拉大車的現(xiàn)象。5.4.2電動機的運行控制一、電動機的起動1、籠式異步電動機的起動方法

1）直接起動（7kw以下）

2）降壓起動包括：Y-△起動、自耦變壓器啟動、延邊三角形起動。

3）軟啟動器起動采用電力電子器件，按照一定的控制方式（電壓按一定的斜率或?qū)㈦娏骺刂圃谝欢ǖ姆秶鷥?nèi)）進行起動。如下圖的軟啟動器。2、直流電動機的起動

1）直接起動（1kw以下）

2）電樞回路串電阻起動

3）軟啟動（改變電源電壓起動）

3、同步電動機的起動同步電動機本身沒有啟動轉(zhuǎn)矩，于是在結(jié)構(gòu)上采取措施，使之作為異步電動機起動。其方法很多，如同步電動機將阻尼繞組和實心磁極當成二次繞組而作為異步電動機起動，或?qū)⑼诫妱訖C的勵磁繞組和絕緣的阻尼繞組當成二次繞組而作為繞線式異步電動機進行起動。當速度接近同步轉(zhuǎn)速時投入勵磁，牽入同步運行。二、電動機的調(diào)速在交流調(diào)速中，雖然方法很多，但變頻調(diào)速是應(yīng)用最多，最簡單，最成熟、性能最好的的一種方法。見下圖

三、電動機的制動

1、能耗制動

2、反接制動

3、回饋制動

4、渦流制動安裝一個利用渦流吸收能量的制動器?！?.5電機學的研究內(nèi)容

是電氣工程及其自動化的專業(yè)基礎(chǔ)課，通過本課程的學習，能夠掌握各種電機的結(jié)構(gòu)，電磁關(guān)系基本運行特性和一般分析方法的訓練，為學習后繼的專業(yè)課和將來從事專業(yè)工作打下良好的基礎(chǔ)。電機運行原理是基于電磁感應(yīng)定律和電磁力定律。電機進行能量轉(zhuǎn)換時應(yīng)具備的條件是:

具有磁場和導體運動（對發(fā)電機而言），或具有磁場和電流（對電動機而言）。

電磁轉(zhuǎn)矩是由氣隙磁場與被感應(yīng)部件中的電流相互作用產(chǎn)生的。通過電磁轉(zhuǎn)矩發(fā)電機從機械系統(tǒng)中吸收機械功率，轉(zhuǎn)換成電功率；電動機從電系統(tǒng)中吸收電功率轉(zhuǎn)換成機械功率。在電機內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換中，存在電能、機械能、電磁能、熱能。熱能是由內(nèi)部的損耗產(chǎn)生的。對電動機：輸入電能=耦合電磁場內(nèi)儲存的能量+能量損耗+輸出機械能對發(fā)電機：輸入的機械能=耦合電磁場內(nèi)儲存的能量+能量損耗+輸出電能對變壓器：輸入電能=耦合電磁場內(nèi)儲存的能量+能量損耗+輸出電能在電機學中以下幾方面的內(nèi)容非常重要：1）物理模型首先應(yīng)了解基本結(jié)構(gòu)，工作原理，機械特性，應(yīng)用場合和使用方法。分析電機內(nèi)部的物理現(xiàn)象，空載運行和負載運行時內(nèi)部的電磁關(guān)系。2）數(shù)學模型能夠正確的建立電機的基本方程，牢固掌握穩(wěn)態(tài)運行時的分析方法和運行特性。明確能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，掌握電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系。3）實際運行了解電機的發(fā)熱和冷卻，電機的額定值、效率、功率因數(shù)、過載能力、等主要運行指標和指標的變化范圍。4）實驗測試試驗是研究電機的主要手段，要熟練掌握電機的基本試驗方法，電動機的起動和調(diào)速，并能正確分析和評價。電機的試驗方法有兩種：●直接法：電機在接近實際運行的條件下進行試驗，并把所測得的數(shù)據(jù)與理論計算結(jié)構(gòu)進行比較以確定是否正確?！耖g接法：利用較為簡單的基本實驗（空載試驗、短路試驗）測出電機的參數(shù)，然后間接計算電機的性能。§5.6電器的發(fā)展史

廣義的講，電器是指所有用電的器具。但在電氣工程中，電器特制用于對電路進行接通、分斷、對電路參數(shù)進行變換，以實現(xiàn)對電路或用電設(shè)備的控制、調(diào)節(jié)、切換、檢測和保護等作用的電工裝置、設(shè)備和組件。因電機屬于產(chǎn)生、變換和消耗電能的機械，習慣上不包括在電器范圍之內(nèi)。

18世紀就開始使用刀開關(guān)。

19世紀后期，各種電器相繼問世，但容量小，均為手動。

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