電氣工程導(dǎo)論

1、廖家平,電 氣 工 程 導(dǎo) 論,序,資料來源：http://www.eecs.mit.edu/,周克定，男，1921年6月1日生，湖南湘陰人，中國首批國家學(xué)位委員會評選的博士生導(dǎo)師，湖北工業(yè)大學(xué)和華中理工大學(xué)（現(xiàn)華中科技大學(xué)）教授，著名工程電磁場專家，中國民主同盟盟員。,序,序,把供電單元輸出的功率10kW電力以微波無線傳輸，用接收到的部分電力點(diǎn)亮了500m遠(yuǎn)處受電單元側(cè)設(shè)置的LED燈。500m的無線供電是日本最長的距離，10kW的輸出

2、功率在日本也是最大的。,序,兩個問題：1.這門課有什么用？2.這門課怎么考試？,序,這門課有什么用？1.了解電氣工程的概貌2.調(diào)查電氣工程教育的國內(nèi)外慨況3.整理電氣工程學(xué)科研究的現(xiàn)狀和未來方向4.對就業(yè)領(lǐng)域及未來工作環(huán)境作準(zhǔn)備,序,這門課怎么考試？1.27位同學(xué)分為5個小組（每5人一組）2.對小組工作的貢獻(xiàn)30%3.小組總體表現(xiàn)30%4.出勤10%5.課程測驗(yàn)30%,序,項目工作初步計劃：1.分組工作及推選組長

3、（含推選各組發(fā)言人）及評估；2.美國電氣工程專業(yè)調(diào)查報告（詳細(xì)課程說明及研究 內(nèi)容說明）；3.各類發(fā)電系統(tǒng)的原理及評估；4.典型電力裝備的原理及評估；5.電氣工程學(xué)科前沿問題描述及討論。,導(dǎo)論分為三個部分：一、電氣工程學(xué)科的起源二、電氣工程的主要研究內(nèi)容及應(yīng)用領(lǐng)域三、電氣工程學(xué)科的發(fā)展趨勢,一、電氣工程學(xué)科的起源,“電氣工程”英文為：Electrical Engineering這個詞早期的翻譯是：“電機(jī)工程

4、”,Electrical Engineering 目前仍被翻譯成“電機(jī)工程”有3個地方：中國電機(jī)工程學(xué)會： CHINESE SOCIETY FOR ELECTRICAL ENGINEERING 中國電機(jī)工程學(xué)報： Proceedings of the CSEE清華大學(xué)電機(jī)工程與應(yīng)用電子技術(shù)系：Tsinghua University Department of ELECTRICAL ENGINEERING,一、電氣工程學(xué)科的起源,關(guān)

5、于Electricity“電”,英國科學(xué)家W .吉爾伯特（William Gilbert）1600年發(fā)表了《論磁》On the Magnet 一書，該書系統(tǒng)地討論了地球的磁性，認(rèn)為地球是個大磁石。可以利用磁傾角判斷地球各處的緯度。并根據(jù)希臘文字（?λ?κτρον）和拉丁文字electrum創(chuàng)造了Electricity這個詞。,一、電氣工程學(xué)科的起源,1600年 摩擦起電機(jī)1729年 發(fā)現(xiàn)導(dǎo)體1745年 發(fā)現(xiàn)電可儲存并制成萊頓瓶

6、19世紀(jì) 制造帶有萊頓瓶的摩擦起電機(jī),www.sparkmuseum.com,一、電氣工程學(xué)科的起源,1752年 首次將正、負(fù)號用于電學(xué)中 Benjamin Franklin1777年 發(fā)明能夠測量電荷量的扭力天平 Charles Augustin de Coulomb1785年 庫倫定律1800年 發(fā)明伏特電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能 Alessandro Volta1820年 發(fā)現(xiàn)電可轉(zhuǎn)化為磁現(xiàn)象 丹麥科學(xué)家奧

7、斯特1820年 發(fā)現(xiàn)兩根通電導(dǎo)線之間會發(fā)生吸引或排斥 Andre Marie Ampere 安培定律成為電動力學(xué)的基礎(chǔ)1827年 用公式描述電壓、電流、電阻之間的關(guān)系，創(chuàng)立了電學(xué)中最基本 的定律：歐姆定律 Georg Simon Ohm,一、電氣工程學(xué)科的起源,庫倫定律：真空中兩個靜止的點(diǎn)電荷之間的相互作用力，與它們的電荷量的乘積成正比，與它們的距離的二次方成反比，作用力的方向在它們的連線

8、上，同名電荷相斥，異名電荷相吸。,一、電氣工程學(xué)科的起源,安培,一、電氣工程學(xué)科的起源,歐姆,一、電氣工程學(xué)科的起源,1831年 “電磁感應(yīng)”實(shí)驗(yàn) Michael Faraday1864年 建立麥克斯韋方程 James Ludwig Maxwell,詹姆斯·克拉克·麥克斯韋,邁克爾·法拉第,一、電氣工程學(xué)科的起源,麥克斯韋方程組（Maxwell‘s equations），是一組描述電場、磁場與電荷

9、密度、電流密度之間關(guān)系的偏微分方程。它由四個方程組成：描述電荷如何產(chǎn)生電場的高斯定律、論述磁單極子不存在的高斯磁定律、描述電流和時變電場怎樣產(chǎn)生磁場的麥克斯韋-安培定律、描述時變磁場如何產(chǎn)生電場的法拉第感應(yīng)定律。,1. 積分形式的麥克斯韋方程組,2. 微分形式的麥克斯韋方程組,一、電氣工程學(xué)科的起源,我國早期大學(xué)設(shè)立電類專業(yè)的年份,資料來源：《百年回眸----中國電氣工程高等教育100周年》,一、電氣工程學(xué)科的起源,關(guān)注美國11所大學(xué)的

10、電氣工程專業(yè),http://www.eecs.mit.eduhttp://ee.stanford.edu/http://engineering.berkeley.edu/academics/undergraduate-programs/electrical-engineering-computer-scienceshttp://www.eecns.caltech.edu/ http://www.ece.illinois.ed

11、u/academics/ http://www.ece.gatech.edu/http://eecs.umich.edu/http://www.ece.cmu.edu/http://ee.princeton.edu/http://www.ece.cornell.edu/http://www.admissions.purdue.edu/majors/majors_details.php?MjrCd=ELECENG,#4伊利諾伊

12、大學(xué)香檳分校 http://www.ece.illinois.edu/academics/,一、電氣工程學(xué)科的起源,湖北省具有電氣工程一級學(xué)科的高校,二、電氣工程的主要研究內(nèi)容及應(yīng)用領(lǐng)域,電機(jī)與電器,電機(jī)分類：●按功率轉(zhuǎn)換方向分：1.發(fā)電機(jī)----將機(jī)械功率轉(zhuǎn)換為電功率2.電動機(jī)----將電功率轉(zhuǎn)換為機(jī)械功率●按應(yīng)用電流的種類分：1.直流電機(jī)----使用直流電流2.交流電機(jī)----使用交流電流●按功率大小分：1.大型

13、電機(jī)2.中小型電機(jī)3微型電機(jī),發(fā)電機(jī),電動機(jī),電機(jī)與電器,電機(jī)與電器,電機(jī)分類：●按運(yùn)行速度分：1.變壓器----非旋轉(zhuǎn)電機(jī)2.直流電機(jī)----沒有固定的同步速度3.異步電機(jī)----轉(zhuǎn)子速度永遠(yuǎn)與同步速度有差異4.同步電機(jī)----速度等于同步速度5.交流換向器電機(jī)----速度可在寬范圍內(nèi)調(diào)節(jié)●特種電機(jī)：步進(jìn)電機(jī)、直線電機(jī)、無刷電機(jī)、稀土永磁電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)、超聲波電機(jī)等。,電機(jī)與電器,步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻?/p>

14、位移或線位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。,步進(jìn)電機(jī) stepping motor,電機(jī)與電器,直線電機(jī) linear motor,直線電機(jī)是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動機(jī)械能，而不需要任何中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的傳動裝

15、置。它可以看成是一臺旋轉(zhuǎn)電機(jī)按徑向剖開，并展成平面而成。 高速磁懸浮列車 磁懸浮列車是直線電機(jī)實(shí)際應(yīng)用的最典型的例子，美、英、日、法、德、加拿大等國都在研制直線懸浮列車，其中日本進(jìn)展最快。,電機(jī)與電器,無刷電機(jī) Brushless motor,無刷電機(jī)和有刷電機(jī)有相似之處，也有轉(zhuǎn)子和定子，只不過和有刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)相反；有刷電機(jī)的轉(zhuǎn)子是線圈繞組，和動力輸出軸相連，定子是永磁磁鋼；無刷電機(jī)的轉(zhuǎn)子是永磁磁鋼，連同外殼一起和輸出軸

16、相連，定子是繞組線圈，去掉了有刷電機(jī)用來交替變換電磁場的換向電刷。依靠改變輸入到無刷電機(jī)定子線圈上的電流波交變頻率和波形，在繞組線圈周圍形成一個繞電機(jī)幾何軸心旋轉(zhuǎn)的磁場，這個磁場驅(qū)動轉(zhuǎn)子上的永磁磁鋼轉(zhuǎn)動，電機(jī)就轉(zhuǎn)起來了。,電機(jī)與電器,稀土永磁電機(jī)的工作原理與電勵磁同步電機(jī)相同，區(qū)別在于前者是以永磁體替代勵磁繞組進(jìn)行勵磁。當(dāng)永磁電機(jī)的三相定子繞組（各相差120°電角度）通入頻率為f的三相交流電后，將產(chǎn)生一個以同步轉(zhuǎn)速推移的旋轉(zhuǎn)磁

17、場。穩(wěn)態(tài)情況下，主極磁場隨著旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)動，因此轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速亦是同步轉(zhuǎn)速，定子旋轉(zhuǎn)磁場恒與永磁體建立的主極磁場保持相對靜止，它們之間相互作用并產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動電機(jī)旋轉(zhuǎn)并進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。,稀土永磁電機(jī),電機(jī)與電器,稀土永磁電機(jī),唐任遠(yuǎn)（1931.6.25——）電氣工程專家，上海市人。1952年畢業(yè)于上海交通大學(xué)。現(xiàn)任沈陽工業(yè)大學(xué)研究所所長、教授、國家稀土永磁電機(jī)工程技術(shù)研究中心主任。2001年當(dāng)選為中國工程院院士。,創(chuàng)建稀土永磁電機(jī)理論研究

18、體系和開發(fā)技術(shù)，在防失磁和永磁磁路設(shè)計等關(guān)鍵技術(shù)上有重大突破。在實(shí)踐中取得重大成果：研制成我國首臺稀土永磁電機(jī)；與工廠聯(lián)合開發(fā)出當(dāng)時世界容量最大60～160kVA稀土永磁副勵磁機(jī)，近期主持研制成1120kW異步起動稀土永磁同步電動機(jī)等12種稀土永磁電動機(jī)，,電機(jī)與電器,開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)所用的開關(guān)磁阻電動機(jī)（SRM）是SRD中實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的部件，也是SRD有別于其他電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的主要標(biāo)志。SRM系雙凸極可變磁阻電動機(jī)，其定、轉(zhuǎn)

19、子的凸極均由普通硅鋼片疊壓而成。轉(zhuǎn)子既無繞組也無永磁體，定子極上繞有集中繞組，徑向相對的兩個繞組聯(lián)接起來，稱為“一相”，SR電動機(jī)可以設(shè)計成多種不同相數(shù)結(jié)構(gòu)，且定、轉(zhuǎn)子的極數(shù)有多種不同的搭配。,開關(guān)磁阻電機(jī) Switched Reluctance Drive,電機(jī)與電器,超聲波電動機(jī)(Ultrasonic Motor縮寫USM)是以超聲頻域的機(jī)械振動為驅(qū)動源的驅(qū)動器。與傳統(tǒng)的電機(jī)不同，超聲波電機(jī)無繞組和磁極，無需通過電磁作用產(chǎn)生運(yùn)動力。

20、一般由振動體(相當(dāng)于傳統(tǒng)電原理機(jī)中的定子，由壓電陶瓷和金屬彈性材料制成)和移動體(相當(dāng)于傳統(tǒng)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子，由彈性體和摩擦材料及塑料等制成)組成。在振動體的壓電陶瓷振子上加高頻交流電壓時，利用逆壓電效應(yīng)或電致伸縮效應(yīng)使定子在超聲頻段(頻率為20KHZ以上)產(chǎn)生微觀機(jī)械振動。并將這種振動通過共振放大和摩擦耦合變換成旋轉(zhuǎn)或直線型運(yùn)動。,超聲波電機(jī) Ultrasonic Motor,電機(jī)與電器,散熱器風(fēng)扇電動機(jī)油冷卻風(fēng)扇電動機(jī)空調(diào)熱風(fēng)電動機(jī)

21、阻流片控制電動機(jī),自動空調(diào)執(zhí)行器真空泵,前燈雨刷,減震直線電動機(jī),自動窗電動機(jī),后視鏡電動機(jī),燃油泵,自動門鎖電動機(jī),碰撞緩沖器控制電機(jī),后燈雨刷電動機(jī),后雨刷電動機(jī),空氣凈化器后部空調(diào),自動伸縮天線電動機(jī),熱量回收泵自動水平校正器自動調(diào)速泵油門控制電動機(jī),啟動電動機(jī),前雨刷電動機(jī)風(fēng)擋清潔泵,座椅滑動控制電動機(jī)座椅升降電動機(jī)座椅角度調(diào)整電動機(jī)空氣靠墊泵電動按摩坐墊,DVD電動機(jī),電機(jī)與電器,電機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域電力工業(yè)：

22、汽輪發(fā)電機(jī)水輪發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)工業(yè)與建筑業(yè)：機(jī)床軋鋼機(jī)鼓風(fēng)機(jī)印刷機(jī)水泵抽油機(jī)起重機(jī)傳送帶生產(chǎn)設(shè)備電梯自動門旋轉(zhuǎn)門,交通運(yùn)輸：電力機(jī)車與城市軌道交通內(nèi)燃機(jī)車船泊汽車電動汽車磁懸浮列車驅(qū)動直線電動機(jī)輪軌車輛驅(qū)動醫(yī)療：心電機(jī)X光機(jī)CT機(jī)呼吸機(jī)電動輪椅人工心臟人造器官,辦公設(shè)備：DVD驅(qū)動器磁盤驅(qū)動器打印機(jī)復(fù)印機(jī)傳真機(jī)碎紙機(jī)家用電器：電冰箱空調(diào)器吸塵器電風(fēng)扇抽

23、油煙機(jī)吹風(fēng)機(jī)電動牙刷微波爐轉(zhuǎn)盤,航空、航天、國防：直線感應(yīng)電動機(jī)飛機(jī)助推器全電艦船軍用雷達(dá)航空器其他領(lǐng)域：演出設(shè)備運(yùn)動訓(xùn)練設(shè)備家具游樂設(shè)備電動玩具,電機(jī)與電器,電動機(jī)的選用與控制電動機(jī)種類的選擇電動機(jī)功率的選擇電動機(jī)的啟動控制電動機(jī)的調(diào)速控制電機(jī)學(xué)研究的內(nèi)容高效節(jié)能電機(jī)成為全球電機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展共識新能源汽車發(fā)展帶動驅(qū)動電機(jī)快速增長,電機(jī)與電器,電器的概念：●廣義的電器概念：指所有的用電器具及設(shè)備●

24、特指的電器概念：在電氣工程中，電器指用于對電路接通、分?jǐn)?，對電路參?shù)進(jìn)行變換，實(shí)現(xiàn)對電路或設(shè)備的控制、調(diào)節(jié)切換、和保護(hù)等作用的電工裝備、設(shè)備和組件。（電機(jī)、變壓器在這里稱為生產(chǎn)和變換電能的機(jī)械，不屬電器之列。）,電機(jī)與電器,電器的分類：●按功能分類：1.用于接通和分?jǐn)嚯娐返碾娖魅纾旱堕_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如：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

25、。,電機(jī)與電器,電器的分類：●按功能分類：3.用于切換電路的電器如：轉(zhuǎn)換開關(guān)、主令電器等。4.用于檢測電路參數(shù)的電器如：互感器、傳感器等。5.用于保護(hù)電路的電器如：熔斷器、斷路器、限流電抗器、避雷器等。,電機(jī)與電器,電器的分類：●按工作電壓分類：1.低壓電器工作交流電壓在1000V及以下、直流電壓在1500V及以下的電器。2.高壓電器工作交流電壓在1000V以上、直流電壓在1500V以上的電器。,1.火力發(fā)電2

26、.水力發(fā)電3.太陽能熱發(fā)電4.太陽能光伏發(fā)電5.核能發(fā)電6.潮汐發(fā)電7.海水發(fā)電8.儲能電站9.垃圾發(fā)電10.秸稈（氣化/燃燒）發(fā)電,電機(jī)與電器,隔離開關(guān),高壓負(fù)荷開關(guān),高電壓與絕緣技術(shù),2013年1月特高壓交流輸電項目獲國家科技進(jìn)步獎特等獎 已經(jīng)建成的1000千伏晉東南—南陽—荊門特高壓交流試驗(yàn)示范工程，線路全長約640千米，投運(yùn)4年以來一直保持安全穩(wěn)定運(yùn)行，累計向華中地區(qū)送電296.44億千瓦時，拉動

27、GDP增長3200多億元，替代輸煤約960萬噸，極大緩解了華中地區(qū)缺電局面；向華北地區(qū)送水電122.81億千瓦時，減少棄水電量55億千瓦時，節(jié)約用煤400多萬噸，減排二氧化碳1200多萬噸，成為我國南北方向一條重要能源輸送通道。,高電壓與絕緣技術(shù),對于電力系統(tǒng)而言：高電壓：1kV以上至220kV超高壓(EHV)：220kV至800kV特高壓(UHV)：1000kV以上,用輸電線將發(fā)電廠發(fā)出的電能輸送到用戶：交流發(fā)電機(jī)發(fā)出的6~10

28、kV的電壓，經(jīng)變壓器升壓，通過主干輸電線送到需求地附近的高壓或超高壓變電站，經(jīng)過降壓，送到二級高壓變電站或特別高壓用戶變電站中，然后通過二級輸電線送到配電變電站，經(jīng)過配電變壓器降壓，輸送到用戶。 在這一過程中，必須盡可能提高輸電電壓，因?yàn)殡娏鞔髸r，在輸電線電阻R上引起的熱損耗將增大。提高輸電電壓，可以提高輸出功率，降低損耗。,高電壓與絕緣技術(shù),電壓提高以后，對絕緣就提出了更高的要求。 電氣絕緣需具備維護(hù)高

29、電壓長期安全工作的功能。這也是將高電壓技術(shù)與絕緣技術(shù)一起討論的原因。,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)（有別于以工程設(shè)計為基礎(chǔ)的應(yīng)用技術(shù)），主要研究內(nèi)容包括： 1.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； 2.高電壓設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計； 3.高電壓試驗(yàn)和測量的設(shè)備及方法； 4.電力系統(tǒng)的過電壓、高電壓或大電產(chǎn)生的強(qiáng)電場、強(qiáng)磁場或電磁波對環(huán)境的影響和防

30、護(hù)； 5.高電壓、大電流的應(yīng)用。,高電壓與絕緣技術(shù),高電壓的產(chǎn)生 高電壓可由一些物理現(xiàn)象自然形成，如雷電、靜電等，也可以是為達(dá)到某種目的而人為產(chǎn)生，如高壓靜電起電機(jī)。電力系統(tǒng)一般通過高壓變壓器，高壓電路瞬態(tài)過程變化產(chǎn)生高電壓。,高電壓與絕緣技術(shù),雷電放電過程電流100kA，電壓108kV，持續(xù)時間短,當(dāng)帶電的雷云之間或雷云與大地之間出現(xiàn)很高的電位差時，就會發(fā)生放電，放電過程產(chǎn)生強(qiáng)烈的光和熱，通道溫度達(dá)到

31、15000~20000℃,使空氣急劇膨脹、震動，發(fā)出隆隆響聲，形成雷閃。 雷擊的電功率很大，雷電電流大100kA，雷云電壓達(dá)108V左右，功率為1010kW。但是雷電能量持續(xù)的時間非常短。因此，把雷電轉(zhuǎn)化為可利用的能源價值不大。,高電壓與絕緣技術(shù),范德格拉夫起電機(jī)（Van de Graaff generator），又稱范德格拉夫加速器，是一種用來產(chǎn)生靜電高壓的裝置。該裝置于1929年由荷蘭裔美國物理學(xué)家羅伯特·

32、杰米森·范德格拉夫發(fā)明。范德格拉夫起電機(jī)通過傳送帶將產(chǎn)生的靜電荷傳送到中空的金屬球表面。范德格拉夫起電機(jī)非常易于獲得非常高的電壓，現(xiàn)代的范德格拉夫起電機(jī)電勢可達(dá)500萬伏特。 曾被用作正離子加速器和高穿透性X射線發(fā)生器的電源。產(chǎn)生正極性電的范德格拉夫起電機(jī)可用作正離子的加速電源，產(chǎn)生負(fù)極性電的則可用于高穿透性的 X 射線發(fā)生器中。,高電壓與絕緣技術(shù),高電壓發(fā)生裝置發(fā)電機(jī)電力變壓器專門的高電壓發(fā)生裝置交流

33、高電壓發(fā)生裝置：工頻試驗(yàn)裝置、串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置、低頻試驗(yàn)裝置。直流高電壓發(fā)i生裝置：指主要用于絕緣和漏電檢測中的高壓電源。還作帶電粒子加速器、電子顯微鏡、X射線機(jī)、靜電除塵器的直流高壓電源。采用了高頻倍壓電路，應(yīng)用了最新的PWM高頻脈寬調(diào)制技術(shù)，閉環(huán)調(diào)整，采用了電壓大反饋，使電壓穩(wěn)定度大幅度提高。使用性能卓越的大功率IGBT器件及其驅(qū)動技術(shù)，并根據(jù)電磁兼容性理論，采用特殊屏蔽、隔離和接地等措施。沖擊電壓電流發(fā)生裝置：沖擊電壓裝置、沖

34、擊電流裝置。,高電壓與絕緣技術(shù),沖擊電壓裝置（人工模擬雷電沖擊、操作沖擊）主要用于電力設(shè)備等試品進(jìn)行雷電沖擊電壓全波、雷電沖擊電壓截波和操作沖擊電壓波的沖擊電壓試驗(yàn)，檢驗(yàn)絕緣性能。,6000kV沖擊電壓發(fā)生器,高電壓與絕緣技術(shù),沖擊電流裝置主要用于檢驗(yàn)電氣設(shè)備耐受沖擊電流穩(wěn)定的能力，廣泛應(yīng)用于氧化鋅避雷器閥片進(jìn)行沖擊電流試驗(yàn)，還可以用于產(chǎn)生等離子體、進(jìn)行受控核聚變研究、產(chǎn)生液電效應(yīng)等研究性試驗(yàn)。,沖擊電流發(fā)生器,高電壓與絕緣技術(shù),三大類

35、絕緣材料1.氣體常用的氣體絕緣材料有：空氣、氮?dú)?、六氟化硫?.液體主要有礦物絕緣油、合成絕緣油（硅油、十二烷基苯、聚異丁烯、異丙基聯(lián)苯、二芳基乙烷等）。3.固體有機(jī)固體：絕緣漆、絕緣膠、絕緣紙、絕緣纖維制品、塑料、橡膠、漆布漆管及絕緣浸漬纖維制品、電工用薄膜、復(fù)合制品和黏帶、電工層壓制品等。無機(jī)固體：云母、玻璃、陶瓷制品。【固體絕緣材料品種多樣，也最為重要】,高電壓與絕緣技術(shù),絕緣材料在電氣設(shè)備中的應(yīng)用金屬導(dǎo)體在高電

36、壓下長期通電流使用，其性能幾乎不劣化。絕緣材料（多為高分子材料）隨著帶高電壓時間延長，其絕緣性能有下降傾向。因此，高電壓系統(tǒng)對提高絕緣材料的長期特性、絕緣設(shè)計合理化、運(yùn)行中電機(jī)電器的絕緣診斷等理論和技術(shù)都有很高的要求。不同的電氣設(shè)備選用不同的絕緣材料：發(fā)電機(jī)繞組通常采用環(huán)氧酚云母帶。變壓器主要采用油-紙絕緣、樹脂固體絕緣、六氟化硫絕緣。斷路器主要采用油、空氣、六氟化硫、真空，相對應(yīng)的有油斷路器、空氣斷路器、六氟化硫斷路器和真空

37、斷路器。電容型設(shè)備主要采用油-紙絕緣。架空輸電線路采用分裂導(dǎo)線，即將一根導(dǎo)線用幾根電位相等但相互有一定空間間隔到線代替，以提高輸電線路的電暈起始電壓。,高電壓與絕緣技術(shù),氣體絕緣變電站簡介GIS（Gas Insulated Substation）氣體絕緣變電站的英文名字簡稱。在氣體絕緣變電站中，大部分的電氣設(shè)備都是被直接或間接密封在金屬管道和套管所組成的管道樹中，從外部看不到任何開關(guān)、線路和接線端子。管道樹的內(nèi)部全部采用SF6氣

38、體作為絕緣介質(zhì)，并將所有的高壓電器元件密封在接地金屬筒中。它是由斷路器、母線、隔離開關(guān)、電壓互感器、電流互感器、避雷器、母線、套管8 種高壓電器組合而成的高壓配電裝置。,（1）GIS具有占地面積小、體積小，重量輕、元件全部密封不受環(huán)境干擾。（2）操作機(jī)構(gòu)無油化，無氣化，具有高度運(yùn)行可靠性。（3） GIS采用整塊運(yùn)輸，安裝方便，周期短，安裝費(fèi)用較低；檢修工作量小時間短。共箱式GIS全部采用三相機(jī)械聯(lián)動，機(jī)械故障率低。（4）優(yōu)越的開斷

39、性能——斷路器采用新的滅弧原理為基礎(chǔ)的自能滅弧室（自能熱膨脹加上輔助壓氣裝置的混合式結(jié)構(gòu)）,充分利用了電弧自身的能量。（5）損耗少、噪音低——GIS外殼上的感應(yīng)磁場很小，因此渦流損耗很小，減少了電能的損耗。彈簧機(jī)構(gòu)的采用，使得操作噪音很低。,高電壓與絕緣技術(shù),高電壓與絕緣技術(shù),電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn) 工程上的電介質(zhì)在電場作用下的主要物理現(xiàn)象如極化、電導(dǎo)、損耗、擊穿等，很難用工程理論的分析得到圓滿解決，這時就需要依靠試驗(yàn)技術(shù)來

40、進(jìn)行研究、解釋和判斷。通過電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)，保證產(chǎn)品質(zhì)量、盡早發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷，從而進(jìn)行相應(yīng)的維護(hù)和檢修，保證設(shè)備安全運(yùn)行。絕緣試驗(yàn)包括：電氣設(shè)備的出廠試驗(yàn)；安裝時的交接試驗(yàn)；運(yùn)行中定期進(jìn)行的預(yù)防性試驗(yàn)。,附注：電氣工程總體上屬于工程學(xué)科，同屬于工程學(xué)科的還有：機(jī)械工程、土木工程等。（一般稱為工學(xué)）材料科學(xué)、化學(xué)、食品、醫(yī)學(xué)等學(xué)科屬于試驗(yàn)學(xué)科。（一般稱為理學(xué)）,高電壓與絕緣技術(shù),電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)的主要內(nèi)容1.絕緣電阻及吸收比的測量；2

41、.泄漏電流的測量；3.介質(zhì)損失角正切值tanδ的測量；4.局部放電測量；5.絕緣油的色譜分析；6.工頻交流耐壓試驗(yàn)；7.直流耐壓試驗(yàn)；8.沖擊高壓試驗(yàn)；9.電氣設(shè)備的在線監(jiān)測。,高電壓與絕緣技術(shù),工頻耐壓試驗(yàn)設(shè)備,高電壓與絕緣技術(shù),局部放電測試系統(tǒng),高電壓與絕緣技術(shù),絕緣油色譜分析儀,高電壓與絕緣技術(shù),高電壓技術(shù)應(yīng)用舉例1.等離子體技術(shù)及其應(yīng)用2.激光放電3.液電效應(yīng)及其應(yīng)用4.靜電技術(shù)及其應(yīng)用5.在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)

42、用6.在材料、冶金及加工中的應(yīng)用7.在照明技術(shù)中的應(yīng)用,靜電分選設(shè)備,電力系統(tǒng)及其自動化,一次能源可以直接利用的能源（直接提供熱、光、動力）稱為一次能源。植物能源（柴草等）礦物能源（煤、油、天然氣、可燃冰等不可再生能源）可再生能源（水、風(fēng)、潮汐、地?zé)?、太陽能等）核能（核裂變、核聚變）二次能源由一種或多種一次能源經(jīng)過轉(zhuǎn)換或加工得到的能源（如電能）稱為二次能源。,電力系統(tǒng)及其自動化,發(fā)電利用各種一次能源資源，生產(chǎn)電能。發(fā)電

43、過程就是各種不同形式能源轉(zhuǎn)換為電能的過程。發(fā)電廠的類型有：1.火力發(fā)電2.水力發(fā)電3.太陽能熱發(fā)電4.太陽能光伏發(fā)電5.核能發(fā)電6.潮汐發(fā)電7.海水發(fā)電8.儲能電站9.垃圾發(fā)電10.秸稈（氣化/燃燒）發(fā)電11.地?zé)岚l(fā)電,電力系統(tǒng)及其自動化,輸電 電力的輸送。從發(fā)電廠或發(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)成的輸電網(wǎng)絡(luò)完成。,

44、變電 電壓等級的變換。在變電站內(nèi)，由變壓器將某個電壓等級變換至不同電壓等級。,配電 電能的分配供給。在消費(fèi)電能地區(qū)內(nèi)，將電能分配給用戶。根據(jù)電壓等級不同，分為： 高壓配電：35kV~110kV 中壓配電：1kV~35kV 低壓配電：1kV以下，如380/220V由相應(yīng)電壓等級的配電線路及配電變電站或變壓器構(gòu)成的配電網(wǎng)絡(luò)完成。,電力系統(tǒng)及其自動化,用電

45、 電能消費(fèi)。電能送到用戶后，借助各種用電設(shè)備將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能、熱能、光能、化學(xué)能等。,電網(wǎng) 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)路，簡稱電網(wǎng)。電力系統(tǒng) 電網(wǎng)、發(fā)電廠（站）、電力用戶構(gòu)成電力系統(tǒng)。,電力系統(tǒng)及其自動化,輸電技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了直流輸電-交流輸電-交直流輸電的過程。,早期的直流輸電 為了照明的目的，早期的直流發(fā)電機(jī)鏈接到電力線路上采用110V~220V

46、直流電供給串聯(lián)的弧光路燈，供電距離在1~2km以內(nèi)。問題：1.不能提供遠(yuǎn)距離、大功率電能，2.發(fā)電機(jī)電壓提高出現(xiàn)電暈的問題，3.直流高壓輸電與用戶低壓用電之間的矛盾。,交流輸電 交流輸電可使用變壓器，從而簡單、經(jīng)濟(jì)、可靠地解決了提高輸出電壓的問題，使得早期的直流輸電系統(tǒng)逐漸被三相交流輸電系統(tǒng)所代替。問題：1.隨著輸電電壓提高，絕緣稱為重要的制約因素，2.同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行穩(wěn)定性問題。,直流輸電 現(xiàn)代直流

47、輸電是將三相交流電通過換流站整流成直流電，然后通過高壓直流輸電線路送到另一個換流站逆變成三相交流電的方式。當(dāng)今的直流輸電電壓已超過±600kV，輸送距離已超過1000km，輸送功率已超過3000MW。,電力系統(tǒng)及其自動化,交流輸電系統(tǒng)示意圖,直流輸電系統(tǒng)示意圖,電力系統(tǒng)及其自動化,電力系統(tǒng)的基本參量電壓電流阻抗（電阻、電抗、容抗）功率（瞬時功率、視在功率、有功功率、無功功率）頻率在交流系統(tǒng)中由于電壓、電流是隨時間交

48、變的瞬時功率：電壓u與電流i的乘積ui，瞬時功率也是交變的有功功率：瞬時功率在一個周期的平均值無功功率：在理想的電感或電容電路中，一個周期內(nèi)的瞬時功率平均值為零。理想 電感和電容在穩(wěn)態(tài)交流電路中不消耗功率，但存在功率交換，該部分交換功率稱為無功功率Q。實(shí)在功率：電壓有效值與電流有效值的乘積。,電力系統(tǒng)及其自動化,總裝機(jī)容量：電力系統(tǒng)中所有發(fā)電機(jī)組額定有功功率的總和。MW年發(fā)電量：電力系統(tǒng)中所有發(fā)電機(jī)組全年所發(fā)電能的總和。MW