2018級電氣工程概論范瑜考試重點(diǎn)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上1.1電氣工程在國民經(jīng)濟(jì)中的地位電氣工程是與電能生產(chǎn)和應(yīng)用相關(guān)的技術(shù),同時它也是工程教育體系中的一個學(xué)科。在我國高等學(xué)校的本科專業(yè)目錄中,電氣工程對應(yīng)的專業(yè)是電氣工程及其自動化或電氣工程與自動化。電氣工程的理論基礎(chǔ)是電氣科學(xué)。電氣科學(xué)與電氣工程所涉及的領(lǐng)域十分寬廣,研究的內(nèi)容十分豐富,國家自然科學(xué)基金委員會劃分的電氣科學(xué)與工程的領(lǐng)域和子領(lǐng)域見表1-1。電能是最清潔的能源,而且易于遠(yuǎn)距離傳輸和控制,所以已經(jīng)成為人類現(xiàn)代社會最主要的能源形式。電作為一種特殊的能量存在形態(tài),在物質(zhì)、能量、信息的相互轉(zhuǎn)化過程以及能量的相互轉(zhuǎn)化中起著重要的作用。由于電(或磁、電磁)本身具有極強(qiáng)的

2、可控性,大多數(shù)的能量轉(zhuǎn)換過程都以電(或磁、電磁)作為中間能量形態(tài)進(jìn)行調(diào)控,信息表達(dá)的交換也越來越多地采用電(或磁)這種特殊介質(zhì)來實(shí)施,因此,當(dāng)代高新技術(shù)都與電能密切相關(guān),并依賴于電能：1.4電氣工程的理論基礎(chǔ)電氣工程學(xué)科除具有其各分支學(xué)科的專業(yè)理論外,還具有本學(xué)科的共性基礎(chǔ)理論(電路理論、電磁場理論、電磁計量理論等,它與基礎(chǔ)科學(xué)(如物理、數(shù)學(xué)等)的相應(yīng)分支具有密切的聯(lián)系,但又具有明顯的差別。因?yàn)榛A(chǔ)科學(xué)的主要任務(wù)是認(rèn)識客觀世界的本質(zhì)及其內(nèi)在規(guī)律,而技術(shù)科學(xué)的目的則在于改造客觀世界以達(dá)到人們的預(yù)定要求。在分析與計算電路時,通常這樣規(guī)定電流、電壓和電動勢的方向:電流的方向規(guī)定為正電荷運(yùn)動的方向或負(fù)

3、電荷運(yùn)動的相反方向電壓的方向規(guī)定為由高電位端指向低電位瑞,即為電位降低的方向;電源電動勢的方向規(guī)定為在電源內(nèi)部內(nèi)低電位端指向高電位端,即為電位升高的方向。上述規(guī)定的方向,通常作為它們的實(shí)際方向。二、歐姆定律歐姆定律在物理課中早就學(xué)過,它是電路的基本定律之一,但在電路理論中處理這個定律時并不是簡單重復(fù)過去所講的內(nèi)容,而是通過它進(jìn)一步加深對電壓、電流正方向的理解。要注意兩點(diǎn)：第一,應(yīng)用歐姆定律列式子時,首先要在電路圖上標(biāo)出電流、電壓或電動勢的正方向,當(dāng)電壓和電流的正方向選得相反時,表達(dá)式須帶負(fù)號;第二,在正方向選定之后,電壓和電流本身有正值或負(fù)值。所以這里有兩套正、負(fù)號。如圖1-22與圖1-23所

4、示。三、基爾霍夫定律（1）基爾霍夫電流定律,I=0反映了匯合到電路中任一結(jié)點(diǎn)的各支路電流間相互制約的關(guān)系。其實(shí)質(zhì)是電流連續(xù)性。即在任何一個無限小的時間間隔內(nèi),流向結(jié)點(diǎn)的電荷必然等于流出的電荷,在結(jié)點(diǎn)上不能聚集電荷。(2)基爾霍夫電壓定律,U=0反映了一個回路中各段電壓間相互制約的關(guān)系,其實(shí)質(zhì)是電位單值性原理,即在任一瞬時,從回路中任意一點(diǎn)出發(fā),沿回路繞行一周,電位升之和必然等于電位降之和,回到出發(fā)點(diǎn)時,該點(diǎn)的電位不會發(fā)生變化。2.1.1電機(jī)的作用電機(jī)是以電磁感應(yīng)現(xiàn)象為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能之間的轉(zhuǎn)換以及變換電能的機(jī)械，包括旋轉(zhuǎn)電機(jī)和變壓器兩大類。旋轉(zhuǎn)電機(jī)是機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置,主要用作發(fā)電機(jī),把機(jī)械

5、能轉(zhuǎn)變成電能;或作為電動機(jī),把電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能。有的電機(jī)還用作調(diào)相機(jī),用于改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。此外,還有微特電機(jī),廣泛應(yīng)用于自動控制系統(tǒng)中。變壓器是各部件間無相對運(yùn)動的電能變換裝置,廣泛應(yīng)用于電能傳輸,電壓、電流、阻抗的變換和電路隔離。電機(jī)的主要作用表現(xiàn)在三個方面：1.電能的生產(chǎn)、傳輸和分配在發(fā)電廠中,發(fā)電機(jī)由汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、柴油機(jī)或水輪機(jī)帶動。發(fā)電機(jī)將燃料燃燒、原子核裂變的能量或水的位能轉(zhuǎn)化為機(jī)械動能傳給發(fā)電機(jī),在發(fā)電機(jī)中轉(zhuǎn)換成電能,然后用變壓器升高電壓,通過輸電線把電能送到用電地區(qū),再經(jīng)變壓器降低電壓,供用戶使用。2.驅(qū)動各種生產(chǎn)機(jī)械和裝備在工農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、國防等部門和生活設(shè)施中,極為

6、廣泛地應(yīng)用各種電動機(jī)來驅(qū)動生產(chǎn)機(jī)械、設(shè)備和器具。例如,機(jī)床驅(qū)動、電力排灌、農(nóng)副產(chǎn)品加工、礦石采掘和輸送、電車和電力機(jī)車的牽引、抽水、鼓風(fēng)、起吊、軋鋼、造紙、醫(yī)療設(shè)備及家用電器的運(yùn)行等一般都采用電動機(jī)來拖動。3.作為各種控制系統(tǒng)和自動化、智能化裝置的重要元件隨著工農(nóng)業(yè)和國防設(shè)施自動化水平的日益提高,出現(xiàn)了多種多樣的控制電機(jī),它們在控制系統(tǒng)、自動化和智能化裝置(例如電子計算機(jī)和機(jī)器人)中分別作為執(zhí)行、檢測、放大和解算元件。這類電機(jī)一般功率較小,但品種繁多、用途各異,例如,電梯的自動選層與顯示,閥門遙控,火炮和雷達(dá)的自動定位,飛行器的發(fā)射和姿態(tài)的控制,機(jī)床加工的自動控制和顯示,以及計算機(jī)外圍設(shè)備、各

7、種自動記錄儀表、音像錄放設(shè)備、醫(yī)療器械和現(xiàn)代家用電器設(shè)備等的運(yùn)行控制、檢測或者記錄顯示。2.2.1電機(jī)的分類電機(jī)是進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換或信號轉(zhuǎn)換的電磁機(jī)械裝置的總稱。按照不同的角度,電機(jī)有不同的分類方法：按照所應(yīng)用的電流種類,電機(jī)可以分為直流電機(jī)和交流電機(jī)。按照在應(yīng)用中的功能來分,電機(jī)可以分為下列各類。1)將機(jī)械功率轉(zhuǎn)換為電功率發(fā)電機(jī)。2)將電功率轉(zhuǎn)換為機(jī)械功率電動機(jī)。3)將電功率轉(zhuǎn)換為另一種形式的電功率,又可分為:輸出和輸入有不同的電壓變壓器。輸出與輸入有不同的波形,如將交流變?yōu)橹绷髯兞鳈C(jī)。輸出與輸入有不同的頻率變頻機(jī)。輸出與輸入有不同的相位移相機(jī)。(4)在機(jī)電系統(tǒng)中起調(diào)節(jié)、放大和控制作用的電機(jī)

8、控制電機(jī)。按運(yùn)行速度，電機(jī)又可以分為：(1)靜止設(shè)備變壓器。(2)沒有固定的同步速度直流電機(jī)。(3)轉(zhuǎn)子速度永遠(yuǎn)與同步速度有差異異步電機(jī)。(4)速度等于同步速度同步電機(jī)。(5)速度可以在寬廣范圍內(nèi)隨意調(diào)節(jié)交流換向器電機(jī)。按功率大小,又可以分為大型電機(jī)、中小型電機(jī)和微型電機(jī)。隨著電力電子技術(shù)和電工材料的發(fā)展,出現(xiàn)了其他一些特殊電機(jī),它們并不屬于上述傳統(tǒng)的電機(jī)類型,包括步進(jìn)電動機(jī)、無刷電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)、超聲波電機(jī)等,這些電機(jī)通常被稱為特種電機(jī)。2.2.4變壓器變壓器是一種靜止電機(jī)其主要組成部分是鐵心和繞組。為了改善散熱條件,大、中容量的電力變壓器的鐵心和繞組浸入在盛滿變壓器油的封閉油箱中,各繞組

9、對外線路的連接由絕緣套管引出。為了使變壓器安全可靠地運(yùn)行,還設(shè)有儲油柜、安全氣道、氣體繼電器等附件。圖2-4所示是一臺正在運(yùn)行的三相油浸式電力變壓器。變壓器主體是鐵心及套在鐵心上的繞組,圖2-5所示為三相變壓器的鐵心與繞組。把接交流電源的繞組設(shè)定為一次繞組,其匝數(shù)用字母N1表示;把接負(fù)載的繞組設(shè)定為二次繞組,其匝數(shù)用字母N2表示。當(dāng)一次繞組接通交流電源時,二次繞組接的電燈就會發(fā)光。這可以根據(jù)電磁感應(yīng)原理來說明：2.2.5 特種電機(jī)三、步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī)( Stepping Motor)把電脈沖信號變換成角位移以控制轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動,在自動控制裝置中作為執(zhí)行元件。每輸入一個脈沖信號,步進(jìn)電動機(jī)前進(jìn)一步

10、,故又稱脈沖電動機(jī)。隨著微電子和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,步進(jìn)電動機(jī)的需求量與日俱增,在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域都有應(yīng)用。步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動電源由變頻脈沖信號源、脈沖分配器及脈沖放大器組成,由此驅(qū)動電源向電動機(jī)繞組提供脈沖電流。步進(jìn)電動機(jī)的運(yùn)行性能取決于電動機(jī)與驅(qū)動電源間的良好配合。步進(jìn)電動機(jī)分為機(jī)電式及磁電式兩種基本類型。機(jī)電式步進(jìn)電動機(jī)由鐵心、線圈、齒輪機(jī)構(gòu)等組成。螺線管線圈通電時將產(chǎn)生磁力,推動其鐵心心子運(yùn)動,通過齒輪機(jī)構(gòu)使輸出軸轉(zhuǎn)動一角度,通過抗旋轉(zhuǎn)齒輪使輸出轉(zhuǎn)軸保持在新的工作位置;線圈再通電,轉(zhuǎn)軸又轉(zhuǎn)動一角度,依次進(jìn)行步進(jìn)運(yùn)動。磁電式步進(jìn)電動機(jī)主要有永磁式、反應(yīng)式和永磁感應(yīng)子式三種形式。圖2-8所示為各

11、種步進(jìn)電動機(jī)。四、超導(dǎo)電機(jī)超導(dǎo)電機(jī)在機(jī)電能量轉(zhuǎn)換原理上與普通電機(jī)沒有什么不同,只是其繞組采用超導(dǎo)材料,可以大大減小體積、節(jié)約能源。由于實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)需要制冷設(shè)備,所以結(jié)構(gòu)特別復(fù)雜,因此一般僅用于大型發(fā)電機(jī)或者電動機(jī)(如萬噸巨輪的推進(jìn))。圖2-9所示是一臺艦船用超導(dǎo)直流電動機(jī)。五、超聲波壓電電動機(jī)超聲波壓電電動機(jī)是20世紀(jì)80年代中期發(fā)展起來的一種全新概念的新型驅(qū)動裝置,它沒有磁場與繞組,與傳統(tǒng)電磁式電機(jī)原理完全不同。它是利用壓電材料的逆壓電效應(yīng),將電能轉(zhuǎn)換為彈性體的超聲振動,并將摩擦傳動轉(zhuǎn)換成運(yùn)動體的旋轉(zhuǎn)或直線運(yùn)動。這類電動機(jī)具有運(yùn)行速度低、出力大、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、噪聲小等優(yōu)點(diǎn),而且不受環(huán)境磁場的

12、影響,可以應(yīng)用于生物生命科學(xué)、光學(xué)儀器、高精密機(jī)械等領(lǐng)域。圖2-10所示是一個微型超聲波壓電電動機(jī)。2.3電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域2.3.1電力工業(yè)一、汽輪發(fā)電機(jī)汽輪發(fā)電機(jī)用于火力發(fā)電廠和核電廠,是同步電機(jī)的一種。由于原動機(jī)（汽輪機(jī))轉(zhuǎn)速很高.一般為3000r/min,因此汽輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子細(xì)而長,以減小線速度。圖2-11所示是一臺國產(chǎn)60萬千瓦汽輪發(fā)電機(jī)正在安裝轉(zhuǎn)子。目前世界上最大的汽輪發(fā)電機(jī)容量已經(jīng)超過100萬千瓦。二、水輪發(fā)電機(jī)水輪發(fā)電機(jī)用于水力發(fā)電廠,也是同步電機(jī)的一種。由于原動機(jī)(水輪機(jī))轉(zhuǎn)速較低,一般為幾百轉(zhuǎn)/分以下,因此水輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子粗而短,以增加極數(shù)。圖2-12所示是在三峽電站安裝的水輪

13、發(fā)電機(jī),三峽機(jī)組是目前世界上最大的水輪發(fā)電機(jī)組,功率達(dá)70萬千瓦。三峽電站總裝機(jī)26臺,單機(jī)容量70萬千瓦。三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電就是通過捕風(fēng)裝置的葉輪將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能,再將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的過程。風(fēng)能是最廉價、最清潔、最有開發(fā)價值的新能源。近十幾年來,我國政府加快了風(fēng)電的開發(fā),還引進(jìn)了國外生產(chǎn)的、技術(shù)先進(jìn)的大型風(fēng)力機(jī),組建風(fēng)電場,促進(jìn)了我國風(fēng)電事業(yè)的發(fā)展。按裝機(jī)容量分,風(fēng)力發(fā)電機(jī)有小型、中型、大型、特大型系列。小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)容量為0.1-1kW,中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)為1-100kW,大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)為100-1000kW,特大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)為1000kW以上。幾乎所有類型的發(fā)電機(jī)都用到風(fēng)力發(fā)電中,最

14、常見的有同步、異步、直流和永磁發(fā)電機(jī)。最近,國外特大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)用永磁外轉(zhuǎn)子無刷直流發(fā)電機(jī)的較多。2.7電器的分類電器按功能分為：（1）用于接通和分?jǐn)嚯娐返碾娖?主要有刀開關(guān)、接觸器、負(fù)荷開關(guān)、隔離開關(guān)、斷路器等。（2）用于控制電路的電器 主要有電磁起動器、星-三角起動器、自耦減壓起動器、頻敏起動器、變阻器、控制繼電器等(用于電機(jī)的各種起動器正越來越多地被電力電子裝置所取代)（3）用于切換電路的電器 主要有轉(zhuǎn)換開關(guān)、主令電器等。（4）用于檢測電路系數(shù)的電器 主要有互感器、傳感器等。 (5)用于保護(hù)電路的電器 主要有熔斷器、斷路器、限流電抗器、避雷器等。電器按工作電壓可分為高壓電器和低壓電器兩類

15、。在我國,工作交流電壓在1000V及以下,直流電壓在1500y及以下的屬于低壓電器;工作交流電壓在1000以上,直流電壓在1500V以上的屬于高壓電器。下面主要按電壓的分類介紹電力系統(tǒng)中的高壓電器和低壓電器的基本結(jié)構(gòu)與作用。2.8.2互感器互感器是電力系統(tǒng)中供測量和保護(hù)用的設(shè)備,分為電壓互感器和電流互感器兩大類。互感器的作用是:（1）向測量、保護(hù)和控制裝置傳遞信息。（2）使測量、保護(hù)和控制裝置與高電壓之間隔離。（3）有利于儀器、儀表和保護(hù)、控制裝置小型化、標(biāo)準(zhǔn)化。常用的電流互感器是按電磁變換原理工作的,結(jié)構(gòu)與變壓器相同,稱為電磁式電流互感器。而電壓互感器除了電磁式以外,還有電容式的。圖2-43

16、所示是正在對我國三峽左岸電站的高壓電壓互感器進(jìn)行介質(zhì)損耗試驗(yàn)。3.1電力系統(tǒng)發(fā)展簡史3.1.1電力工業(yè)簡介自然界存在著大量可直接利用的能源,可直接提供熱、光、動力等,這樣的能源稱一次能源主要包括植物能源(柴草等)、礦物能源(煤、油、天然氣等)、可再生能源(水、風(fēng)、潮汐、地?zé)?、太陽能?及核能(核裂變、核聚變)。由一種或多種一次能源經(jīng)過轉(zhuǎn)換或加工得到的能源產(chǎn)品,稱為能二次能源。二次能源更具優(yōu)越性，其利用效率高清潔、方便。電能是一種被極其廣泛地應(yīng)用的二次能源。電能可以方便地轉(zhuǎn)換成機(jī)械能、光能等其他形式的能量供人們使用。電能的生產(chǎn)和使用具有其他形式能源不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。它轉(zhuǎn)換容易、便于遠(yuǎn)距離輸送,能靈

17、活、方便地進(jìn)行控制,生產(chǎn)成本低,電能應(yīng)用對環(huán)境不構(gòu)成污染等。因此,電能已成為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、國防科技及人民生活等各方面不可缺少的能源。電力工業(yè)是生產(chǎn)和銷售電能的行業(yè)。電力工業(yè)的任務(wù)是為社會提供能源,即向用戶提供安全、可靠、方便、優(yōu)質(zhì)經(jīng)濟(jì)的電能。它是現(xiàn)代社會不可或缺的一種公用事業(yè),是國民經(jīng)濟(jì)重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè),也是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略中的重點(diǎn)和先行產(chǎn)業(yè)。電力工業(yè)必須優(yōu)先于其他工業(yè)部門的發(fā)展而發(fā)展，其建設(shè)和發(fā)展的速度必須適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值的增長速度,只有這樣,國民經(jīng)濟(jì)各部門才能夠快速而穩(wěn)定地發(fā)展,這是社會的進(jìn)步、綜合國力的增強(qiáng)及人民物質(zhì)文化生活現(xiàn)代化的需要。電力工業(yè)的主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)有：(1)發(fā)電 利

18、用各種能源資源,生產(chǎn)電能。發(fā)電過程是各種不同形式的能源轉(zhuǎn)換為電能的過程。根據(jù)一次能源的不同,工業(yè)電站(電廠)的類型有:水力、火力、核能、太陽能、風(fēng)能、抽水蓄能、潮汐、波浪、地?zé)?、海洋溫差、沼氣、垃圾、燃料電池、蓄電池等電站。目前世界上的絕大多數(shù)電能是由前三種電站提供的。(2)輸電 電力的輸送。是從發(fā)電廠(站)或發(fā)電中心向消費(fèi)電能地區(qū)輸送大量電力,或在不同電力網(wǎng)之間輸送大量電力。由220kV及以上電壓等級的電力線路及變電站構(gòu)成的電力網(wǎng)絡(luò)完成。(3)變電 電壓等級的變換。是在變電站內(nèi),由變壓器將某個電壓等級變換至不同的電壓等級。(4)配電 電能的分配供給。是在消費(fèi)電能地區(qū)內(nèi),將電能分配至用戶,并直

19、接為用戶服務(wù)。根據(jù)電壓等級的不同分為高壓配電(35-110kV)、中壓配電(1-35kV)和低壓配電(1kV以下,如380/220V)。由相應(yīng)電壓等級的配電線路(饋線)及配電變電站或變壓器構(gòu)成的配電網(wǎng)絡(luò)完成。(5)用電 電能消費(fèi)。社會上應(yīng)用的電能是由一次能源加工轉(zhuǎn)換得來的,送到用戶后又借助各種能量轉(zhuǎn)換裝置(用電設(shè)備)轉(zhuǎn)換為機(jī)械能、熱能、光能、化學(xué)能等,以滿足社會政治、經(jīng)濟(jì)、文化和人民生活的需要。用于輸電、變電、配電的線路、變電站組成的網(wǎng)絡(luò)稱為輸配電網(wǎng)絡(luò)或電力網(wǎng)絡(luò),簡稱電網(wǎng)。輸配電網(wǎng)再加上發(fā)電廠(站)電力用戶就構(gòu)成了電力系統(tǒng)。電力工業(yè)還包括以下環(huán)節(jié):規(guī)劃、勘測設(shè)計、施工建設(shè)、運(yùn)行調(diào)度、維護(hù)改造、

20、安全監(jiān)察、科研開發(fā)、設(shè)備制造、教育培訓(xùn)、法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)、電力營銷(電力市場)等。3.2.1電力系統(tǒng)的功能與作用電力系統(tǒng)是由發(fā)電、變電、輸電、配電、用電等設(shè)備和相應(yīng)的輔助系統(tǒng),按規(guī)定的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)要求組成的一個統(tǒng)一系統(tǒng)。電力系統(tǒng)的基本任務(wù)是安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)、輸送與分配電能,滿足國民經(jīng)濟(jì)和人民生活的需要。一個現(xiàn)代電力系統(tǒng)是由極寬闊的地域內(nèi)的大量電力設(shè)備互聯(lián)在一起形成的。如我國就有華東、東北、華北、華中、川渝、西北、南方四省等區(qū)域電網(wǎng)和部分省網(wǎng),規(guī)劃到2015年實(shí)現(xiàn)全國聯(lián)網(wǎng)。聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)越性表現(xiàn)在:能更經(jīng)濟(jì)合理地開發(fā)利用各種一次能源,能解決能源資源與負(fù)荷分布地區(qū)間的不平衡問題;可以錯開用電高峰低谷,

21、減少裝機(jī)和備用;有利于采用標(biāo)準(zhǔn)化大型設(shè)備,節(jié)省投資和提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性;便于故障時相互支援,提高運(yùn)行安全性;便于集中管理,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)調(diào)度和電力合理分配。發(fā)電、變電、輸電、配電、用電等設(shè)備稱為電力主設(shè)備,主要有發(fā)電機(jī)、變壓器、架空線路、電纜、斷路器、母線、電動機(jī)、照明設(shè)備、電熱設(shè)備等。由主設(shè)備構(gòu)成的系統(tǒng)稱為主系統(tǒng),也稱一次系統(tǒng)。測量、監(jiān)視、控制、繼電保護(hù)、安全自動裝置、通信,以及各種自動化系統(tǒng)等用于保證主系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、正常運(yùn)行的設(shè)備稱二次設(shè)備。二次設(shè)備構(gòu)成的系統(tǒng)稱為輔助系統(tǒng),也稱為二次系統(tǒng)(因?yàn)樗鼈兘佑诨ジ衅鞯亩蝹?cè)或電力主設(shè)備的操作控制接口上）3.2.3電力資源與負(fù)荷我國用于發(fā)電的一次能源蘊(yùn)藏量較

22、為豐富,深埋在1000米以內(nèi)的煤炭總資源量為2.6萬億噸,列世界第2位;我國水力資源蘊(yùn)藏量有6.76×10*8kW,居世界首位,其中可供開發(fā)利用的就有3.7×10*3kW,居世界首位,70%以上的水能資源集中在西南地區(qū);其他如石油、核燃料、風(fēng)能、太陽能、地?zé)岬饶茉匆草^豐富,這些都為我國電力工業(yè)的發(fā)展奠定了雄厚的物質(zhì)基礎(chǔ)。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(jì)的發(fā)展格局(東部領(lǐng)先)決定了中國電網(wǎng)的發(fā)展格局:西電東送、南北互供、全國聯(lián)網(wǎng)。工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸?shù)葒窠?jīng)濟(jì)各部門以及人民生活用電組成電力系統(tǒng)的負(fù)荷。按供電可靠性分類,電力級荷分為三級。(1)一

23、級負(fù)荷 對一級負(fù)荷中斷供電,將可能造成生命危險、損壞設(shè)備、破壞生產(chǎn)過程，使大量產(chǎn)品報廢,給國民經(jīng)濟(jì)造成重大損失,使市政生活發(fā)生混亂。(2)二級負(fù)荷 對二級負(fù)荷停止供電,將造成大量減產(chǎn)、交通停頓,使城鎮(zhèn)居民生活受到影響等。(3)三級負(fù)荷 不屬于一、二級負(fù)荷的其他負(fù)荷。電力負(fù)荷是電力系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計、運(yùn)行、發(fā)電、送電、變電布局、布點(diǎn)的主要依據(jù)。除上述定性分類外,近年來還開展了以概率統(tǒng)計為基礎(chǔ)的定量分析研究。為了有效利用資源,滿足電力用戶的需求,需要做好電力系統(tǒng)規(guī)劃。電力系統(tǒng)規(guī)劃的原則是:要在國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展計劃的指導(dǎo)下,對能源進(jìn)行合理開發(fā)利用,協(xié)調(diào)發(fā)展發(fā)、輸、變、配、用電系統(tǒng),以盡可能少的投資滿足用戶需

24、求,適當(dāng)安排備用以保證運(yùn)行靈活性和安全可靠性,要有足夠的抗干擾能力。由于電力建設(shè)周期較長,大型水電和核電廠8-10年,大型火電廠3-5年,因此需擬訂15-30年的電力系統(tǒng)長遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃,并在其具體指導(dǎo)下,制定5-15年的中期發(fā)展規(guī)劃。前者進(jìn)行電力負(fù)荷需求預(yù)測,掌握可開發(fā)動力資源、新技術(shù)的發(fā)展趨勢、電力系統(tǒng)對社會發(fā)展的適應(yīng)性等資料,然后充分考慮原有系統(tǒng)的條件,提出電源的構(gòu)成與配置輸電網(wǎng)的電壓等級和結(jié)構(gòu),以及配電網(wǎng)的發(fā)展原則等。后者則是對規(guī)劃期內(nèi)系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)行調(diào)研、計算、分析、方案比較,提出具體分階段的電源和電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)項(xiàng)目和進(jìn)度等。3.2.6交流系統(tǒng)與直流系統(tǒng)電力系統(tǒng)的電大致可分為直流電和交流電。

25、直流電的大小相對于時間是恒定的,方向也不改變。以干電池為例,它的極性(正端與負(fù)端)是不變的,因而直流電方向也不變。而交流電則與此不同,其大小及方向隨時間做周期性變化,與直流電相比,其變化比較復(fù)雜。所謂方向變化也就是表示極性的變化。若用示波器觀測直流電與交流電的波形,可得如圖3-4所示的相對于時間變化完全不同的直流電與交流電波形。電力系統(tǒng)的發(fā)展首先是從直流開始的。為了照明的目的,原始的直流發(fā)電機(jī)連接到電力線路上采用110-220V直流電供給串聯(lián)的弧光路燈,供電距離在1-2km以內(nèi)。隨著生產(chǎn)的發(fā)展,要求增大輸送功率與輸電距離,提高輸電效率,這就要求提高輸電電壓,而發(fā)電機(jī)電壓因避免出現(xiàn)電暈不可能提得

26、很高,且直流高壓輸電與用戶低壓用電之間存在著難以克服的矛盾,使得當(dāng)時的直流輸電制遇到很大的挑戰(zhàn)。而交流輸電制卻可使用變壓器,從而簡單、經(jīng)濟(jì)、可靠地解決了提高輸電電壓的問題,使得直流輸電系統(tǒng)逐漸被新興的三相交流輸電制所代替。1885年匈牙利工程師吉里等硏究出封閉磁路的單相變壓器,由此實(shí)現(xiàn)了單相交流輸電。但由于單相交流電動機(jī)起動困難,不能保證增加發(fā)電廠的容量和擴(kuò)大電網(wǎng)的伸展長度。1888年俄國工程師多利沃一多勃羅沃利斯基先后發(fā)明了三相異步電動機(jī)、三相變壓器和三相交流制。1891年德國工程師奧斯卡拉馮·密勒主持建立了最早的三相輸電系統(tǒng)(如圖3-5所示)。由勞芬鎮(zhèn)輸電至法蘭克福,輸送距離是1

27、75km,輸送功率約為130kW。工程的建成標(biāo)志著歷史上輸電技術(shù)的重大突破,由此奠定了現(xiàn)代電力系統(tǒng)的輸電模式。三相交流電的出現(xiàn)克服了原來直流供電容量小、距離短的缺點(diǎn),也比單相交流電更加經(jīng)濟(jì),實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離供電。電力不再僅僅用于照明,而且在工業(yè)、生活中也得到了廣泛應(yīng)用。為了減少線路輸電損耗,不斷地提高線路電壓。隨著電壓的提高,輸送功率和輸送距離便不斷增大。提高線路電壓與線路的絕緣有著密切的關(guān)系,隨后線路的絕緣成為輸電發(fā)展的制約因素。交流系統(tǒng)中的同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性問題也是一個重要的技術(shù)問題。為徹底解決交流輸電中同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性問題,工程師的思想又轉(zhuǎn)向直流輸電。當(dāng)今的直流輸電系統(tǒng)已經(jīng)

28、不同于早年的直流系統(tǒng),現(xiàn)代高壓直流輸電是將三相交流電通過換流站整流變成直流電,然后通過高壓直流輸電線路送往另一個換流站逆變成三相交流電的輸電方式。它基本上由兩個換流站和直流輸電線路組成,兩個換流站與兩端的交流系統(tǒng)相連接(如圖3-6所示)。即由交流發(fā)電機(jī)經(jīng)整流器、高壓直流輸電線路及逆變器后接入受端交流系統(tǒng)。我國目前的直流輸電電壓已達(dá)到±800kV,輸送距離已超過1700km,輸送功率已超過6400MW,居世界領(lǐng)先水平。直流輸電線路造價低于交流輸電線路但換流站造價卻比交流變電站高得多。一般地,架空線路超過600-800km,電纜線路超過40-60km,直流輸電比交流輸電更經(jīng)濟(jì)。隨著高電壓

29、大容量電力電子元件及控制保護(hù)技術(shù)的發(fā)展,換流設(shè)備造價逐漸降低,直流輸電近年來發(fā)展較快。概而言之,輸電技術(shù)的發(fā)展大致經(jīng)歷了直流傳輸一交流傳輸一交直流傳輸?shù)陌l(fā)展過程。3.2.7電力系統(tǒng)的運(yùn)行一、電力系統(tǒng)基本參量主要的電氣參量有電壓、電流、阻抗(電阻、電抗、容抗)、功率(視在功率、有功功率、無功功率）、頻率等。其中,交流系統(tǒng)由于電壓、電流是隨時間交變的,其瞬時功率(電壓u電流i的乘積ui)也是交變的(如圖3-7所示），該瞬時功率在一個周期中的平均值即為有功功率P，基本單位為瓦特（W）。四、電能質(zhì)量電能質(zhì)量是電力系統(tǒng)對用戶供電的規(guī)范條件。在一個理想的交流電力系統(tǒng)中,電能是以一恒定的工業(yè)頻率(50Hz或

30、60Hz)和正弦的波形,按規(guī)定的電壓水平向用戶供電。在三相交流電力系統(tǒng)中各相電壓和電流應(yīng)該是幅值相等,相位差120度的對稱狀態(tài)(如圖3-10所示)所以電能質(zhì)量一般用頻率、電壓、aaaaa波形三相電壓和電流的不對稱度來衡量。電力系統(tǒng)中各種發(fā)、輸、變、配電設(shè)備和用電設(shè)備一般都是按額定工業(yè)頻率和各種電壓等級的額定電壓來設(shè)計的,在這種條件下,電氣設(shè)備的運(yùn)行性能最佳、效率最高。任何頻率和電壓對額定值的偏移都將影響這些設(shè)備的運(yùn)行性能和效率,同時也會縮短各種設(shè)備的壽命。所以,各國電力系統(tǒng)為了保證電氣設(shè)備的正常運(yùn)行,都規(guī)定了相應(yīng)的頻率和電壓質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。理想的電壓波形是正弦波。但由于各種非線性負(fù)荷、設(shè)備的接入,使

31、電壓和電流波形發(fā)生畸變,出現(xiàn)各次諧波。在三相交流電力系統(tǒng)中,大容量單相負(fù)荷的出現(xiàn)、單相負(fù)荷在三相系統(tǒng)中分布的不均勻性、單相負(fù)荷投入斷開的隨機(jī)性,以及電力系統(tǒng)各相元件阻抗的不等,都會使對稱的三相系統(tǒng)變得不對稱。電力系統(tǒng)中的諧波和三相電流、電壓的不對稱都將影響各種電力設(shè)備和通信線路的正常運(yùn)行性能,所以各國及各電力系統(tǒng)也都擬訂了管理電力系統(tǒng)諧波的規(guī)定和電力系統(tǒng)不對稱度的標(biāo)準(zhǔn)。另外,電力系統(tǒng)頻率的波動,電壓的波動和閃變(波動的幅值和頻率),直流輸電系統(tǒng)中的電壓脈動,供電的連續(xù)性(年不停電時間)、可靠性等也都是考核電能質(zhì)量的指標(biāo)。3.3.5新能源發(fā)電目前,世界上除了以利用燃料的化學(xué)能、水的位能、核燃料的

32、裂變和聚合能為生產(chǎn)電能的主要方式外,利用太陽能、風(fēng)能、地?zé)?、潮汐、波浪、海洋溫差、沼氣、垃圾、燃料電池等能源生產(chǎn)電能也在不斷地研究、應(yīng)用中發(fā)展。我國可供利用的這類資源也很豐富。一、太陽能發(fā)電利用太陽光能或太陽熱能來生產(chǎn)電能就是太陽能發(fā)電。通過光電轉(zhuǎn)換元件如光電池等將太陽光直接轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電方式,也廣泛用于宇航裝置、人造地球衛(wèi)星上。利用太陽熱能發(fā)電,有直接熱電轉(zhuǎn)換和間接熱電轉(zhuǎn)換兩種形式。溫差發(fā)電、熱離子和磁流體發(fā)電等,屬于直接轉(zhuǎn)換方式發(fā)電。將太陽能集中或分散地聚集起來,通過熱交換器將水變?yōu)檎羝?qū)動汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電,是間接轉(zhuǎn)換方式發(fā)電(如圖3-15所示)太陽能是取之不盡、用之不完的廉價能源,利用

33、太陽能發(fā)電,不用任何燃料,生產(chǎn)成本低,無污染現(xiàn)象發(fā)生。目前,世界各國在太陽發(fā)電設(shè)備制造及實(shí)用性等方面的研究也取得了很大的進(jìn)展，在全球，太陽能發(fā)電將具有廣闊的發(fā)展前景。3.4.6電網(wǎng)的安全穩(wěn)定控制常見的故障有:1單相接地;兩相接地短路;兩相短路;三相短路;斷線等。系統(tǒng)故障可能造成的后果是：(1)短路故障點(diǎn)強(qiáng)大的短路電流及燃起的電弧,可能損毀設(shè)備。(2)電力系統(tǒng)部分區(qū)域電能質(zhì)量下降,如電壓大幅度降低,影響用戶的正常生產(chǎn)工作。(3)短路電流所通過設(shè)備因熱效應(yīng)和電動力而損壞或縮短了壽命。(4)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性遭到破壞,產(chǎn)生振動，甚至引起系統(tǒng)瓦解。3.6.7 分布式發(fā)電系統(tǒng)集中發(fā)電、遠(yuǎn)距離輸電和太電網(wǎng)互聯(lián)

34、的電力系統(tǒng)是目前電能生產(chǎn)、輸送和分配的主要方式,正在為全世界90%以上的電力負(fù)荷供電。但這種方式也存在一些弊端,主要有:不能靈活跟蹤負(fù)荷的變化;局部事故極易擴(kuò)散和導(dǎo)致大面積的停電;輸電線路產(chǎn)生的電磁影響使開辟新的線路走廊越來越困難。分布式發(fā)電( Distributed Generation)系統(tǒng)是指功率為數(shù)千瓦至50MW的小型、模塊式與環(huán)境兼容的獨(dú)立電源。這些電源由電力部門、電力用戶或第三方所有,用以滿足電力系統(tǒng)和用戶特定的要求,如調(diào)峰、為邊遠(yuǎn)用戶或商業(yè)區(qū)和居民區(qū)供電,節(jié)省輸變電投資、提高供電可靠性等等。隨著電力體制改革的發(fā)展,分布式發(fā)電也可為一些用戶提供一種自主的選擇,使其更能適應(yīng)電力市場。

35、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(diǎn):(1)分布式發(fā)電系統(tǒng)中各電站相互獨(dú)立,用戶由于可以自行控制,不會發(fā)生大規(guī)模停電事故,所以安全可靠性比較高。(2)分布式發(fā)電可以彌補(bǔ)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,成為集中供電方式不可缺少的重要補(bǔ)充。(3)可對區(qū)域電力的質(zhì)量和性能進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控,適合向農(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,可大大減小環(huán)保壓力。(4)分布式發(fā)電的輸配電損耗可以忽略,無需建配電站,可降低或避免附加的輸配電成本,同時土建和安裝成本低。(5)可以滿足特殊場合的需求,如移動分散式發(fā)電車。(6)調(diào)峰性能好,操作簡單,由于參與運(yùn)行的系統(tǒng)少,啟停快

36、速,便子實(shí)現(xiàn)全自動。4.1.1電力電子技術(shù)的作用簡單地說，電力電子技術(shù)就息電子器件為開關(guān),把能得到的電源（如220V50Hz交流、48V直流等)變換為所需要的電源（如15V直流、110V60Hz交流等)的一門科學(xué)應(yīng)用技術(shù)。它是電子工程、電力工程和控制工程相結(jié)合的一門技術(shù),以控制理論為基礎(chǔ)、以微電子器件或微計算機(jī)為工具、以電子開關(guān)器件為執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對電能的有效變換。2000年,IEEE(電氣電子工程師協(xié)會,國際)終身會士、美國電力電子學(xué)會前主席 Thomas G.Wilson總結(jié)了電力電子技術(shù)半個多世的發(fā)展，給出了一個更貼切的定義:電力電子技術(shù)是通過靜止的手段對電能進(jìn)行有效的轉(zhuǎn)換控制和調(diào)節(jié),從而

37、把能得到的輸入電源形式變成所希望得到的輸出電源形式的科學(xué)應(yīng)用技術(shù)概括起來說,電力電子技術(shù)就是變換電源的技術(shù)。它借助于數(shù)學(xué)、軟件等各種分析工具,通過合理選擇使用電氣電子元器件和相關(guān)拓?fù)渥儞Q電路,應(yīng)用各種控制理論和專門設(shè)計技術(shù),高效、實(shí)用、可靠地把能得到的電源變?yōu)樗枰碾娫?以滿足不同的負(fù)載要求,同時以追求電源變換裝置的體積小、重量輕和成本低為目標(biāo)。電力電子技術(shù)的基本工作框圖如圖4-2所示。4.1.2電力電子技術(shù)的萌芽1948年硅晶體管發(fā)明之后,引發(fā)了電子學(xué)的第一次革命。以硅半導(dǎo)體材料制作的電子器件逐步主宰了整個世界。至今為止,無論是低電壓小電流的邏輯器件集成芯片,還是高壓大電流的電力電子器件芯

38、片,絕大多數(shù)都是以硅材料制作的。在能承受相同的反向電壓時,硅晶體管PN結(jié)的正向?qū)妷航当乳l流管和引燃管等要低得多,而反向漏電流比鍺材料制作的器件要小得多。也就是說使用硅半導(dǎo)體器件后,整流器的損耗會大大降低。因此1948年硅晶體管發(fā)明以后,把硅材料用于整流器的努力一直在進(jìn)行。繼1953年研制出100A的鍺功率二極管后,1954年研制出了硅材料的功率極管。到了20世紀(jì)50年代的末期,采用硅材料的功率二極管水量應(yīng)用于大功率的交直流變換系統(tǒng)中。由于硅二極管的低損耗高可靠性,以至于在免永的電力牽引領(lǐng)域,直流傳動重新盛行起來,出現(xiàn)了“直流牽引”時代。硅功率二極管在其他領(lǐng)域的應(yīng)用更是比比皆是。4.1.3電

39、力電子器件的發(fā)展1957年美國通用電氣公司( General Electric,GE)發(fā)明了可控硅( Silicon Controlled Rectifier，SCR）,后被國際電工學(xué)會正式命名為晶閘管( Thyristor)。晶閘管于1960年正式供應(yīng)市場。由于晶閘管是PNPN結(jié)構(gòu),具有更低的導(dǎo)通壓降,文是可控的器件,因此它的發(fā)明被稱為電子學(xué)的第二次革命。從現(xiàn)代角度來理解電力電子技術(shù)的內(nèi)涵,晶閘管可以說是第一種電力電子半導(dǎo)體器件,它開啟了電力電子技術(shù)的新紀(jì)元。由于晶閘管在電源變換中的突出作用和眾多優(yōu)點(diǎn),它自發(fā)明以來得到迅速發(fā)展。圖4-4所示是 Powerex公司開發(fā)的12kV/1.5kA的晶

40、閘管。到1980年,已經(jīng)開發(fā)出采用光觸發(fā)的大功率晶閘管,容量達(dá)到4000V/1500A。晶閘管加上正向電壓后,通過觸發(fā)極可選擇任何時刻控制其開通;一旦導(dǎo)通后,觸發(fā)極便失去作用,只有當(dāng)流過晶閘管的電流為零時才能自然關(guān)斷。這不像機(jī)械開關(guān),既可合閘控制其開通,又可拉閘控制其關(guān)斷。既能控制開通又能控制關(guān)斷的晶閘管于1961年由美國通用電氣公司研究成功,稱為極可關(guān)斷晶閘管,簡稱GTO。1948發(fā)明的硅晶體管(三個極為基極、集電極、發(fā)射極)，通過控制其基極,集射極之間可以起到類似機(jī)械開關(guān)的作用,可以控制電路中電流的通斷。當(dāng)晶體管基射極之間不加正向電流時,甚至加一定反向電壓時,晶體管不導(dǎo)通,相當(dāng)于機(jī)械開關(guān)斷

41、開;當(dāng)晶體管基射極之間加上正向電流大于某一定值時,晶體管進(jìn)入飽和導(dǎo)通態(tài),相當(dāng)于機(jī)械開關(guān)閉合導(dǎo)通。1970年,美國國際整流器公司( International rectifier,IR)開發(fā)出500V/20A的功率晶體管?，F(xiàn)在晶體管一般稱為雙極晶體管( Bipolar Junction Transistor)，簡稱BJT。1975年,300V/400A的功率BJT問世。由于功率晶體管的容量相對于信號用的晶體管,無論是器件耐壓還是電流通過能力都要大得多,因此,功率BJT又稱巨型晶體管( Giant transistor,GTR)。為使功率BJT能達(dá)到高的電流通過能力,采取了一種基射極級聯(lián)的復(fù)合晶體

42、管結(jié)構(gòu),稱為達(dá)林頓結(jié)構(gòu)( Darlington),所以功率BJT也叫達(dá)林頓晶體管。4.1.4 電力電子變換技術(shù)的發(fā)展從電力電產(chǎn)變換器輸入和輸出的交直流關(guān)系來說，通常有四種形式:AC/DC(交流到直流）-整流，DC/AC(直流到交流)-逆變,DC/DC（直流到直流)一斬波，AC/AC（交流到交流)一交流調(diào)壓或周波變換，如圖4-6所示。4.2電子技術(shù)的特點(diǎn)它是從電氣工程(EE)中3大學(xué)科領(lǐng)域（電力、控制、電子）發(fā)展起來的一門新型交叉學(xué)科。4.3電力電子技術(shù)的研究內(nèi)容從以下8個方面介紹電力電子技術(shù)的研究內(nèi)容：電力半導(dǎo)體器件;變換器電路結(jié)構(gòu)與設(shè)計;控制與調(diào)節(jié);電力電子技術(shù)中的儲能元件;電力半導(dǎo)體器件的

43、封裝與制造;電磁干擾和電磁兼容;電機(jī)控制;電力穩(wěn)定與電能質(zhì)量控制。4.3.6電磁干擾和電磁兼容電力電子技術(shù)以控制電子開關(guān)的導(dǎo)通和斷開為基本工作形態(tài)?？刂茖?dǎo)通時,電子開關(guān)兩端的電壓從外加電壓值下降至接近0，流過電子開關(guān)的電流從0上升至負(fù)載電流：控制斷開時,電子開關(guān)兩端的電壓和流過電子開關(guān)的電流變化反之。這說明電力電子技術(shù)是以du/dt和di/dt方式工作的。而du/dt和di/dt就是電磁干擾的本質(zhì)。顯然,電力電子系統(tǒng)工作時,就是一個大的電磁干擾源。因此,電力電子技術(shù)中研究電磁干擾和電磁兼容是其中重要內(nèi)容之一。4.7.2直流電機(jī)傳動直流電機(jī),既可作發(fā)電機(jī)用,又可作電動機(jī)用。通以直流電而產(chǎn)轉(zhuǎn)動機(jī)械

44、能的運(yùn)行方式為直流電動機(jī)工作方式;施加轉(zhuǎn)動機(jī)械能而發(fā)出直流電的運(yùn)行方式為直流發(fā)電機(jī)工作方式。直流電機(jī)傳動主要是電動機(jī)運(yùn)行方式,即通以直流電,使電機(jī)按照要求輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。直流電機(jī)傳動在制動時,電機(jī)可以是發(fā)電機(jī)運(yùn)行方式,發(fā)出直流電,把旋轉(zhuǎn)機(jī)械能變成電能回饋到直流電網(wǎng)中。直流電機(jī)有兩個獨(dú)立的磁通源,且一般情況下兩個磁通源相互正交(垂直)。一個磁通源用于建立電機(jī)主磁場,也稱勵磁磁通,由定子上的勵磁繞組產(chǎn)生;另一個磁通源由轉(zhuǎn)子繞組的電流產(chǎn)生。通以電流的轉(zhuǎn)子繞組在主磁場作用下受力,帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子繞組也稱電樞繞組,轉(zhuǎn)子電流也稱電樞電流。這兩個獨(dú)立的磁通源可以獨(dú)立控制,也可以某種形式的組合控制。直流傳動

45、電機(jī)兩端電壓的調(diào)節(jié)根據(jù)供電電源是交流電源還是直流電源,分為AC/DC的整流方式和DC/DC的直流斬波方式。對于AC/DC的整流方式,電機(jī)兩端電壓的調(diào)節(jié)主要有相控方式和脈寬調(diào)制( Pulse Width Modulation,PWM)方式兩種。如圖4-29所示是二極管全波整流橋、相控整流橋和PWM整流橋三種AC/DC整流方式的電壓波形的對比。直流傳動調(diào)速非常方便,但直流電機(jī)的電刷和機(jī)械換向器給直流傳動帶來了諸多不便和限制。首先,機(jī)械換向器和電刷的存在,給直流電機(jī)帶來了很大的維修量和維修成本。其次是機(jī)械換向器雖然損耗和功率密度不大,但是對于換向器片間電壓、換向電流和電機(jī)轉(zhuǎn)速有嚴(yán)格限制。一般地,直流

46、電機(jī)的最高電壓限制在1500V左右,相應(yīng)地,最大功率不超過800kW。直流電機(jī)還不能用在化學(xué)腐蝕和易于爆炸的環(huán)境中。4.7.3交流電機(jī)傳動（參考書上內(nèi)容）5.1高電壓與絕緣技術(shù)的發(fā)展高電壓與絕緣技術(shù)是以試驗(yàn)研究為基礎(chǔ)的應(yīng)用技術(shù),主要研究在高電壓作用下各種絕緣介質(zhì)的性能和不同類型的放電現(xiàn)象，高電壓設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計，高電壓試驗(yàn)和測量的設(shè)備及方法,電力系統(tǒng)的過電壓，高電壓或大電流產(chǎn)生的強(qiáng)電場、強(qiáng)磁場或電磁波對環(huán)境的影響和防護(hù)措施,以及高電壓、大電流的應(yīng)用等。高電壓技術(shù)對電力工業(yè)、電工制造業(yè)以及近代物理的發(fā)展(如X射線裝置、粒子加速器、大功率脈沖發(fā)生器等)都有重大影響。5.2高電壓與絕緣技術(shù)的主要內(nèi)

47、容高電壓與絕緣技術(shù)學(xué)科研究高電壓的產(chǎn)生,在高電壓下絕緣介質(zhì)及其系統(tǒng)的特性，電氣設(shè)備及絕緣,電氣系統(tǒng)過電壓及其限制措施,高電壓試驗(yàn)技術(shù),電磁環(huán)境及電磁污染防護(hù),以及高電壓技術(shù)的應(yīng)用等,其主要內(nèi)容可分為四部分:各類電介質(zhì)在高電場下的特性,電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)技術(shù),電力系統(tǒng)過電壓與絕緣配合,高電壓技術(shù)在各個領(lǐng)域的應(yīng)用等。5.2.1高電壓的產(chǎn)生1、 雷電雷閃是自然界中的大氣火花放電現(xiàn)象。當(dāng)帶電的雷云之間或雷云與大之間出現(xiàn)很高的電位差時,就會發(fā)生放電,放電會產(chǎn)生強(qiáng)烈的光和熱,通道溫度高達(dá)15000-20000度，使空氣急劇膨脹震動,發(fā)出隆隆聲響,形成雷閃(雷擊)。雷擊的電功率極大,雷電電流達(dá)100kA，云電壓達(dá)1×108V左右,功率為1010kW。但是,雷的能量所持續(xù)的時間非常短,平均電能在300KW·h左右。因此，把雷電轉(zhuǎn)化為可利用