電氣工程概論ppt

1、電氣工程概論,河北科技大學(xué)電氣學(xué)院朱維璐,河北科技大學(xué)電氣工程系,四、電氣設(shè)備診斷和在線監(jiān)測(cè),診斷過程包括： 1、通過傳感器及必要的手段，檢測(cè)能表征設(shè)備狀態(tài)的各種特征，得到初始模式。 2、對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行分析處理，抑制干擾，取出能敏感而有效的反應(yīng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的特征參數(shù)，形成待檢模式。 3、將待檢模式與樣本模式（理論知識(shí)、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)研究）對(duì)照，識(shí)別故障模式。 4、根據(jù)多種特征識(shí)別的結(jié)果，綜合分析，判斷設(shè)備狀態(tài)，為下一步設(shè)

2、備維修決策提供依據(jù)。,根據(jù)樣板和模式不同診斷方式可分為：,闋（que）值診斷、時(shí)域波形診斷、頻率特性診斷和指紋診斷。目前診斷還可以用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊數(shù)學(xué)、專家系統(tǒng)等現(xiàn)代計(jì)算機(jī)控制技術(shù)進(jìn)行。5.2.4電力系統(tǒng)過電壓及其防護(hù) 分類,常用的防護(hù)措施有：裝避雷針，避雷器，調(diào)整線路參數(shù)，裝設(shè)并聯(lián)電抗器，靜止無功補(bǔ)償器，在操作斷路器,觸頭上裝設(shè)并聯(lián)電阻，采用快速繼電保護(hù)等。2.2.5 防雷及防雷設(shè)備 1、避雷針（線） 安裝在被

3、保護(hù)建筑物或設(shè)備的上方，使之免受直接雷擊，起作用是將雷電吸引到避雷針（線）上并將其引入大地。保護(hù)范圍為一錐形，其面積的大小與高度有關(guān)。,2、避雷器,由于各種原因，如繞擊、反擊或未完全受避雷針保護(hù)時(shí)，系統(tǒng)出現(xiàn)的過電壓可能沿線路傳到變電站內(nèi)，危機(jī)變電站內(nèi)的設(shè)備，為保證設(shè)備安全和不會(huì)跳閘停電，此時(shí)需要避雷器進(jìn)行保護(hù)。 避雷器有管型和閥型兩種,·,·,3、輸電線路、發(fā)電廠、變電所的防雷保護(hù),發(fā)電廠、變

4、電站是多條線路的交匯點(diǎn)和電力系統(tǒng)的樞紐，輸電線路由于面積大分布面廣，易受雷電襲擊。 在確定防雷措施時(shí)，應(yīng)根據(jù)電壓等級(jí)、負(fù)荷性質(zhì)、系統(tǒng)運(yùn)行方式、雷電活動(dòng)的強(qiáng)弱，并經(jīng)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面的比較來確定。,§2.3 高電壓新技術(shù)及其應(yīng)用,2.3.1 等離子技術(shù)及其應(yīng)用 等離子體是由正負(fù)離子和電子，以及一些原子、分子組成的集合體?？梢允枪虘B(tài)、液體或氣態(tài)，宏觀上一般呈中性。 高溫等離子體的溫度為102～104

5、eV（電子伏1eV =1.1×104K），主要用于核聚變發(fā)電，典型的聚變反應(yīng)為氕（pie）-氘（dao）反應(yīng)和氘-氚（chuan）反應(yīng)。 通常把溫度在幾十萬攝氏度以下的等離子體稱為低溫等離子體，由于低溫等離子體中含有,大量的高能電子、離子、受激原子和分子以及自由基，它易于參與及促進(jìn)各種化學(xué)反應(yīng)，因此它在微電,子制造，材料改性，冶金，環(huán)保等方面得到了大量的應(yīng)用。如下圖。2.3.2 激光發(fā)電 激光是激光振

6、蕩器發(fā)出的強(qiáng)度大、方向集中的光束，當(dāng)激光作用于低壓氣體時(shí)，氣體原子連續(xù)吸收幾個(gè)光子使電子獲得超過獲得電離能的能量時(shí)而成為自由電子，并引發(fā)擊穿。在高壓作用下，形成電子流而發(fā)電。,·,·,§2.3.3 液電效應(yīng)及其應(yīng)用,在封閉的液體容器中進(jìn)行沖擊放電，會(huì)引起容器內(nèi)壓力的急劇變化，這種現(xiàn)象稱為液電效應(yīng)。液電效應(yīng)的瞬時(shí)沖擊壓強(qiáng)可達(dá)600～1500Pa，有巨大實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 液電效應(yīng)的應(yīng)用1

7、、破碎：如導(dǎo)體材料，花崗石、冶金渣等2、成型和鍛壓：3、機(jī)械加工：如2min內(nèi)完成100mm粒徑寶石的鉆孔，切割石英棒、磁管等。,4、探礦：如海中探石油,5、醫(yī)療：如用體外沖擊波碎石機(jī)粉碎腎結(jié)石§2.3.4 靜電技術(shù)及其應(yīng)用1、靜電分選 利用靜電場(chǎng)對(duì)導(dǎo)電材料或介質(zhì)材料的靜電力選擇性的分離不同材料的技術(shù)，如糧食凈化、茶葉挑選、冶煉選礦等。 在進(jìn)入分選區(qū)（靜電場(chǎng)）之前，應(yīng)首先使被分揀的材料帶電，帶電情況分

8、以下三種：1）兩種材料帶相反符號(hào)的電荷，進(jìn)入分揀區(qū)后，所受電場(chǎng)力的方向相反而被分離。,2）兩種材料中只有一種顯著帶電，或兩種材料粒子所受電場(chǎng)力大小不同，當(dāng)電場(chǎng)力的大小足夠時(shí)而被分離。,3）不同材料的粒子進(jìn)入分揀區(qū)時(shí)被極化但偶極距顯著不同而被分離。2、靜電噴涂 靜電噴涂時(shí)利用靜電吸附作用，將涂料或涂液敷到目標(biāo)物體上的技術(shù)。 直徑約5～30μm的聚合物涂料粒子，因電暈電產(chǎn)生的電荷作用而帶電，在壓縮空氣和靜電

9、力的作下，飛向接地的工件。,應(yīng)用：汽車、機(jī)械、家電等。,3、靜電植絨 利用靜電原理生產(chǎn)絨毛制品的技術(shù)可用來生產(chǎn)纖維制品（地毯、坐墊、人造皮毛）、塑料制品（裝飾布）和金屬制品（裝飾材料）。 4、靜電紡紗 利用靜電場(chǎng)對(duì)纖維的作用使纖維得到伸直、排列和凝聚，是一種新型紡紗技術(shù)。 5、靜電制版 利用靜電復(fù)印原理，使具有光導(dǎo)電性能的紙板成靜電照相版，與傳統(tǒng)的制版相比速度快,工序少、成本低、操作簡(jiǎn)便、節(jié)約白銀。,

10、2.3.5 在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用1、靜電除塵 利用靜電場(chǎng)的作用使煙氣中的塵粒帶電，并將其從煙氣中分離、去除的技術(shù)。2、靜電噴霧 利用靜電吸附作用將農(nóng)藥噴灑到防治對(duì)象上。農(nóng)藥的噴灑可使用靜電噴霧機(jī)或靜電噴粉機(jī)，將數(shù)百到數(shù)千千伏的直流高壓接到噴頭，藥液或藥粉通過噴頭時(shí)顆粒帶電，而防治對(duì)象則因,靜電感應(yīng)而帶反號(hào)的電荷，這樣，藥液或藥粉,顆粒在靜電場(chǎng)作用下飛向防治對(duì)象。3、煙氣脫硫 我國(guó)一次能源以煤為主，煤直接燃

11、燒時(shí)產(chǎn)生大量的SO2和NOx等污染物。脈沖電暈放電等離子化學(xué)（PPCP）方法是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一門新技術(shù)，它具有聯(lián)合脫硫脫硝、效率高、可回收資源、無二次污染、可與靜電除塵器聯(lián)合使用。,§2.3.6在材料冶金及加工中的應(yīng)用,電弧等離子體冶煉技術(shù)與電爐冶煉技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)為：電能轉(zhuǎn)換效率高，能提供溫度更高、更干凈的、更集中的熱量，冶金過程更快，反應(yīng)更徹底。§ 2.3.7 在照明技術(shù)中的應(yīng)用光源可

12、分為：1、熱輻射光源，如白熾燈2、氣體放電光源，包括：,1）輝光放電：如霓虹燈、指示燈2）弧光放電：如高壓汞燈、鈉燈、金屬鹵化物燈,用途：攝影、放映、曬圖、照相復(fù)印、光刻工藝、化學(xué)合成、熒光顯微鏡、熒光分析、紫外探傷、殺菌消毒、醫(yī)療、生物栽培、固體激光等。,,論文1題目：論述高電壓新技術(shù)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的推動(dòng)作用格式要求： 題目（三號(hào)） 班級(jí) 學(xué)號(hào) 姓名 （小四號(hào)）

13、 摘要：（100—200字，五號(hào)） 關(guān)鍵詞（3-5個(gè)，五號(hào)） 正文：（不低于3000字，小四號(hào)），見附件 時(shí)間：一周,第三章 電工新技術(shù),§3.1 電工新技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì),§3.2 超導(dǎo)電工技術(shù),21世紀(jì)上半葉，無論是聚變電站、磁流體發(fā)電、還是磁懸浮列車、磁流體推進(jìn)船的商業(yè)化，均促進(jìn)了超導(dǎo)電工的發(fā)展，相信超導(dǎo)輸電、超導(dǎo)限流器、超導(dǎo)變壓器、超導(dǎo)發(fā)電機(jī)與電動(dòng)機(jī)也會(huì)得到越來越

14、多的應(yīng)用。 我國(guó)在超導(dǎo)方面建立了自己的研發(fā)體系，很多方面都接近或達(dá)到世界先進(jìn)水平，這為我國(guó)的超導(dǎo)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)大下了較好的基礎(chǔ)。,·,·,液氦溫區(qū)高溫超導(dǎo)材料---Bi系帶材,液氦溫區(qū)低溫超導(dǎo)材料---NbTi導(dǎo)線,3.2.1 超導(dǎo)現(xiàn)象,1911年荷蘭科學(xué)家昂納斯在低溫下測(cè)水銀的電阻時(shí)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)溫度降到-269℃附近時(shí)，水銀的電阻突然消失，電阻的消失叫做零電阻性。 超導(dǎo)態(tài)的兩個(gè)基本性質(zhì)：1）零電阻

15、效應(yīng)。2）完全抗磁性（邁斯納效應(yīng)）。 在磁場(chǎng)中的一個(gè)超導(dǎo)體只要處于超導(dǎo)態(tài)，其內(nèi)部產(chǎn)生的磁化強(qiáng)度與外磁場(chǎng)相同，即磁力線完全被排斥在超導(dǎo)體外面。利用這一特性可以實(shí)現(xiàn)磁懸浮，如下圖：,·,,3.2.2 超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用,目前正在研究和開發(fā)的超高溫超導(dǎo)材料應(yīng)用項(xiàng)目有超導(dǎo)電機(jī)，超導(dǎo)儲(chǔ)能，超導(dǎo)懸浮軸承，超導(dǎo)懸浮列車，超導(dǎo)變壓器等。 我國(guó)在電力領(lǐng)域已開發(fā)出或正在研制開發(fā)超導(dǎo)裝置的實(shí)用化樣機(jī)，如高溫超導(dǎo)輸電電纜，

16、高溫超導(dǎo)變壓器，高溫超導(dǎo)限流器，超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置等。,一、超導(dǎo)電機(jī),超導(dǎo)電機(jī)的研究對(duì)象主要是超導(dǎo)同步發(fā)電機(jī)。早在20世紀(jì)60年代美國(guó)研制出了第一臺(tái)8kw超導(dǎo)發(fā)電機(jī)，現(xiàn)已研制出5000kw的超導(dǎo)發(fā)電機(jī)。前蘇聯(lián)曾制造出一臺(tái)300Mw超導(dǎo)同步發(fā)電機(jī)。 日本先后研制出了6250kw，30Mw，50Mw的超導(dǎo)發(fā)電機(jī)，最近又將容量提高到了83Mw。如圖 我國(guó)上海1988年研制出了400kw—800kw的超導(dǎo)同步發(fā)電機(jī)。,·,,

17、與常規(guī)發(fā)電機(jī)相比優(yōu)點(diǎn)為：,1）效率高（可提高0.5～0.8%）2）重量輕，體積小（可減小1/3～1/2）3）單機(jī)容量大（可達(dá)1000kw）4）穩(wěn)定性好 不足之處：1）設(shè)計(jì)方法不同，必須有一套新的方法2）必須安裝在低溫容器內(nèi)，就需解決真空絕熱技術(shù)，液氦輸送技術(shù)，冷卻技術(shù)等。3）經(jīng)濟(jì)性。有人認(rèn)為只有當(dāng)容量超過300Mw以上,時(shí)，才有經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性。,高溫超導(dǎo)的出現(xiàn)拓寬了超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用范圍，因?yàn)槠滟M(fèi)用比制冷費(fèi)用低得多，這方面的

18、應(yīng)用主要體現(xiàn)在超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)上。因?qū)Υ笮碗姍C(jī)來講效率可由97%提高到98.3%，節(jié)能效果明顯。 美國(guó)1993年研制出了93kw高溫超導(dǎo)同步電動(dòng)機(jī)，最近又研制出了艦船推進(jìn)超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)，如下兩圖所示。,·,,·,·,我國(guó)也研制成功了300Mw船用超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)，如圖,·,ABB研制出以超導(dǎo)體電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的吊艙式推進(jìn)器，如圖,·,二、超導(dǎo)變壓器,優(yōu)點(diǎn)在于：重量輕，體積小，效率高，故障時(shí)短路電

19、流比普通的小。分析表明：超導(dǎo)變壓器的重量?jī)H為普通的40%或更小，當(dāng)容量超過300kw時(shí)，其優(yōu)越性更加明顯。1996年日本研制出500kw高溫超導(dǎo)變壓器，運(yùn)行在-196℃的液氮中，效率達(dá)到99.1%。其后又研制出了800kw的變壓器，溫度降到-207℃，效率為99.3%。如下圖。我國(guó)科學(xué)院研制出的26kw高溫超導(dǎo)變壓器如下圖,·,,專家預(yù)計(jì)，2010年超導(dǎo)變壓器世界的需求量將達(dá)到15億美元。,三、超導(dǎo)輸電

20、 隨著大城市用電量的增加，高壓架空線路受到限制，常規(guī)輸電電纜受其容量和臨界長(zhǎng)度的限制，不能滿足用電量日益增長(zhǎng)的要求，超導(dǎo)電纜顯示出了巨大的優(yōu)越性。它具有容量大、損耗低、體積小的優(yōu)點(diǎn)。結(jié)構(gòu)如下圖所示。 超導(dǎo)電纜分為：1）直流超導(dǎo)電纜：無交流損耗，體積小。,但兩端須有整流器和逆變器，且在達(dá)到一定長(zhǎng)（≥200km）之后，經(jīng)濟(jì)上才能顯示出優(yōu)越性。,·,2） 交流超導(dǎo)電纜,存在交流損耗和介質(zhì)損耗，輸送功率受到一

21、定的限制，但當(dāng)輸送功率大于1000MW時(shí)，還是有一定的競(jìng)爭(zhēng)力的。 1986年發(fā)現(xiàn)了高溫超到后，美日等國(guó)家都進(jìn)行了相應(yīng)的研究，如美國(guó)研制出了115m長(zhǎng)，110kv，12.5kA的超導(dǎo)電纜。 我國(guó)2003年研制出了30m長(zhǎng)，35kv，2kA的超導(dǎo)電纜，如圖所示。,·,·,四、超導(dǎo)儲(chǔ)能,用電低谷時(shí)利用超導(dǎo)線圈將電磁能直接儲(chǔ)存起來，用電高峰時(shí)再將電磁能返還給電網(wǎng)。一般由超導(dǎo)線圈、低溫容器、制冷裝置、

22、變流裝置和測(cè)控系統(tǒng)組成。可做成螺旋管線圈或環(huán)形線圈。如圖。,目前美、日、法等一些發(fā)達(dá)國(guó)家，在超導(dǎo)儲(chǔ)能,方面的研究上投入了大量的人力和物力。如圖為德國(guó)研制的2MJ超導(dǎo)儲(chǔ)能設(shè)備。,五、超導(dǎo)磁選懸浮列車,常導(dǎo)磁懸浮列車的技術(shù)難題之一是懸浮列車與軌道之間的間隙不能太大，否則電機(jī)的容量和損耗極大，電機(jī)的體積也將非常大，但氣隙又不能太小，否則會(huì)給施工帶來一定的困難，也會(huì)給列車的安全性帶來挑戰(zhàn)。利用超導(dǎo)材料做成的磁懸浮列車就可

23、以解決這個(gè)問題。特點(diǎn)：1）節(jié)能： 利用超導(dǎo)線圈的零電阻做成同步電機(jī)的勵(lì)磁線圈，除了維持低溫所需要的能量以外，超導(dǎo)線圈的巨大電流一旦形成后，就不需外加電源,因此即可減小體積又可節(jié)能。,2）氣隙比普通電機(jī)的大幾十倍（如日本的超導(dǎo)磁懸浮列車為100mm），電機(jī)定子甚至可以做成無鐵芯的空心線圈。如下圖所示為日本超導(dǎo)磁懸浮列車（實(shí)際上是一臺(tái)大型磁懸浮轉(zhuǎn)子超導(dǎo)直線同步電機(jī)）。,·,·,還有一種完全不同的“

24、超導(dǎo)磁懸浮”列車，原理,與上不同，直接利用超導(dǎo)磁體塊與永久磁鐵之間的抗磁性產(chǎn)生懸浮力（圖6-4），一般方案是在車上安放低溫容器和超導(dǎo)塊材，地面鋪設(shè)永久磁鐵，在配備直線電機(jī)即可。優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單。但懸浮力難以根據(jù)重量的大小來控制，永久磁鐵軌道如何維護(hù)和清理等。,六、超導(dǎo)在電工工程領(lǐng)域的其他應(yīng)用,如 磁流體發(fā)電設(shè)備。 磁懸浮軸承：無機(jī)械摩擦，提高旋轉(zhuǎn)速度，可用于飛機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸承等。,§

25、;3.3聚變電工技術(shù),當(dāng)今社會(huì)消耗能源空前，每年消耗的煤炭、石油、天然氣能源高達(dá)數(shù)十億噸，按此速度計(jì)算，全世界的碳?xì)淠茉床坏?00年就會(huì)枯竭，因此今后最重要的能源之一就是核能。 最早被人們發(fā)現(xiàn)的是重元素的原子裂變時(shí)產(chǎn)生的能量，據(jù)此制成了原子彈，后來科學(xué)家又從太陽的熱核反應(yīng)受到啟發(fā)，制造了氫彈，這就是核聚變。 將核裂變控制起來，按我們的需要進(jìn)行釋放，就可以建成核裂變發(fā)電站，這一技術(shù)已經(jīng)成熟。但運(yùn)行時(shí)的

26、安全問題和核廢料的污染問題還沒有完全解決，且所需要的原料---釉的儲(chǔ)藏量也是,·,有限的，同樣將核聚變控制起來，按需要進(jìn)行聚變反應(yīng)所建成的發(fā)電站稱為核聚變發(fā)電站。核聚變發(fā)電站所用的原料是取之不盡的。且運(yùn)行安全，且核聚變時(shí)產(chǎn)生的放射性物質(zhì)較少，燃料用量也少，可從根本上解決人類能源、環(huán)境與生態(tài)持續(xù)發(fā)展的根本問題，所以受控核聚變發(fā)電站將是發(fā)展方向。但是控制技術(shù)遠(yuǎn)比核裂變的控制技術(shù)復(fù)雜，目前世界上還沒有一座使用的核聚變電

27、站。 與核裂變所用的放射性元素---釉不同，核聚變所需要的元素是重氫，而地球上的重氫氘和氚使用之不盡的。,·,在天然水分子中，約7000個(gè)水分子內(nèi)就含有一個(gè)重水分子，2kg重水中含有4g氘，1升水內(nèi)約含0.02g氘，相當(dāng)于燃燒400t煤所放出的熱量，地球表面含有13.7億立方千米海水，其中含有25萬億噸海水，它至少可供人類使用10億年。 實(shí)現(xiàn)受控核聚變反應(yīng)的必要條件是：要把氘和氚加熱到上億

28、攝氏度的超高溫等離子體狀態(tài)，其密度要達(dá)到100萬億個(gè)/cm3，并要使能量約束時(shí)間達(dá)到1s以上，這也是核聚變反應(yīng)的點(diǎn)火條件，此后只需補(bǔ)充燃,,料即可（每秒補(bǔ)充約1g），核聚變反應(yīng)就能繼續(xù)下去。在高溫下，通過熱交換產(chǎn)生蒸汽，就可以推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。 但無論什么樣的固體容器都不能承受這樣的超高溫，所以人們采用高強(qiáng)磁場(chǎng)把高溫等離子體“箍縮”真空容器中平緩的進(jìn)行核聚變反應(yīng)。人們研究較多的是一種叫做托克馬克的環(huán)形核聚變反應(yīng)堆裝置如

29、所示；另一種方法是慣性約束，即用強(qiáng)功率驅(qū)動(dòng)器（激光、電子或離子束）把燃料微粒高度壓縮加熱，實(shí)現(xiàn)一系列微型爆炸，然后把產(chǎn)生的能量取出來，驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。,,,,顯然如果能實(shí)現(xiàn)在室溫下的核聚變反應(yīng)是最理想的。但在目前情況下還做不到。 綜上所述：與裂變反應(yīng)堆主要依靠核工技術(shù)和熱工技術(shù)的結(jié)合而發(fā)展起來的歷史不同，核聚變反應(yīng)的發(fā)展主要依賴于核工技術(shù)和電工新技術(shù)的結(jié)合，這是因?yàn)樗枰年P(guān)鍵技術(shù)是超導(dǎo)技術(shù)、大體積強(qiáng)磁場(chǎng)技術(shù)、大能

30、量脈沖電源技術(shù)、輔助加熱技術(shù)、等離子體控制技術(shù)等。 1982年底，美國(guó)建成了一座為了使輸出能量等于輸入能量、以證明受控核聚變具有現(xiàn)實(shí)可能的大型“托克馬克”,,型核聚變實(shí)驗(yàn)室反應(yīng)堆，近年來美、英、俄三國(guó)正在聯(lián)合建設(shè)一座輸出功率為62萬千瓦的國(guó)際核聚變反應(yīng)堆，1984年9月我國(guó)自行建成了第一座托克馬克裝置------中國(guó)環(huán)流器一號(hào)，經(jīng)20年的努力，正在建設(shè)中國(guó)環(huán)流器新一號(hào)，其縱向磁場(chǎng)2.8T，等離子體電流320kA，等離

31、子體存在時(shí)間4秒，輔助加熱功率5MW，達(dá)到世界先進(jìn)水平。 1991年11月8日，在英國(guó)南部世界最大的核聚變實(shí)驗(yàn)室首次成功進(jìn)行了運(yùn)用氘和氚試驗(yàn)的核聚變，在1s內(nèi)產(chǎn)生了超過100萬千瓦的電能。,,,,§3.4 磁流體發(fā)電技術(shù) 磁流體是“電磁-流體動(dòng)力學(xué)”的簡(jiǎn)稱，這一技術(shù)主要是研究導(dǎo)電流體（如等離子體、海水等）在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。法拉第發(fā)明電磁感應(yīng)定律時(shí)，切割磁力線的對(duì)象是固體導(dǎo)體；但他

32、很快在1832年又提出關(guān)于流體切割磁力線的電磁學(xué)問題。他根據(jù)海水切割地球磁場(chǎng)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的想法，在泰晤士河的兩岸測(cè)量電位差，但因河水流速慢、測(cè)量手段水平低、磁場(chǎng)若等原因而失敗。 1937年哈特曼根據(jù)法拉第的想法，對(duì)水銀在磁場(chǎng)中的流動(dòng)做了試驗(yàn)，并成功提出黏性不可壓縮磁流體力學(xué)的,,理論計(jì)算方法，20世紀(jì)50年代末，人們提出用高溫、高速流動(dòng)的電離氣體（等流子體）通過強(qiáng)磁場(chǎng)來更高效的產(chǎn)生電流，從而成為現(xiàn)在的磁流體發(fā)電技術(shù)。

33、 高溫、高速流動(dòng)的氣體通過磁場(chǎng)時(shí)，這些氣體在高溫下發(fā)生電離，出現(xiàn)自由電子，變成了能夠?qū)щ姷母邷氐入x子氣體。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，當(dāng)高溫等離子氣體高速流過強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，就切割磁力線產(chǎn)生電流，如下圖。 普通氣體在7000℃時(shí)才能發(fā)生電離，若加少量容易電離的低電位堿金屬（鉀、鈉、銫等），在3000℃就能發(fā)生,,,,電離，加熱氣體所使用的熱源，可才用煤炭、石油、天然氣燃燒產(chǎn)生的熱量，也可以使用核反應(yīng)提供的熱能。

34、當(dāng)前世界各國(guó)發(fā)電主要是采用火力發(fā)電，熱效率很低，只有40%，浪費(fèi)大量的燃料、污染環(huán)境，而磁流體發(fā)電是一種可靠性較高的新型發(fā)電技術(shù)，煤炭資源的利用率也高。所以世界各國(guó)都在研究燃煤磁流體發(fā)電，目前世界上在17個(gè)研究磁流體發(fā)電的國(guó)家中，有13個(gè)國(guó)家采用燃煤磁流體發(fā)電。包括中、印、美、法、澳、俄、波蘭等。 磁流體發(fā)電與火力發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)為：,,1、綜合利用高 熱效率可從火電的30-40%提高到50-60%，啟動(dòng)快，在幾秒

35、鐘內(nèi)即可滿負(fù)荷運(yùn)行。2、由于煤炭中的硫可以與鉀、鈉發(fā)生反應(yīng)，因此減少了二氧化硫的產(chǎn)生對(duì)環(huán)境的影響，還可以使用劣質(zhì)煤。3、因沒有旋轉(zhuǎn)的部件，噪音小，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小。 磁流體發(fā)電自20世紀(jì)60年代問世以來，經(jīng)40年的發(fā)展，已達(dá)到最高發(fā)電功率幾萬千瓦，持續(xù)運(yùn)行時(shí)間數(shù)百小時(shí)的水平。有望在21世紀(jì)二三十年代實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)行。,,我國(guó)與上世紀(jì)60年代初研究磁流體發(fā)電，先后在上海、北京、南京等地建成了試驗(yàn)基地，根據(jù)我國(guó)煤炭資源豐富

36、的特點(diǎn)，主要研究燃煤磁流體發(fā)電，并將它作為“863”計(jì)劃中能源領(lǐng)域的兩個(gè)研究主題之一。下圖是中國(guó)科學(xué)院電工研究所研制的磁流體發(fā)電用超導(dǎo)磁體。,,,§3.5磁流體推進(jìn)技術(shù),3.5.1 磁流體推進(jìn)船 底部有線圈通上電流就會(huì)在海水中產(chǎn)生磁場(chǎng)，同時(shí)在船底下裝上磁極，利用海水的導(dǎo)電特性，形成回路，使海水帶電，這樣海水在強(qiáng)磁場(chǎng)的作用下，產(chǎn)生電磁力，向后推動(dòng)海水，在反作用力的作用下，船體向前運(yùn)行。所以不用螺旋槳。,,,,,&#

37、167;3.6可再生能源發(fā)電,據(jù)預(yù)測(cè)，我國(guó)的發(fā)電總量將由現(xiàn)在的3.5億千瓦增加至2020年的約9億千瓦，將水電和火電設(shè)想到最大限度，還缺近1億千瓦，由于核電原料的限制總?cè)萘坎粫?huì)超過4千萬千瓦，從而可再生能源發(fā)電就提到了日程，可再生能源除水電外，還有風(fēng)電、太陽熱、光伏、地?zé)?、生物能等，其中風(fēng)能發(fā)展最快，技術(shù)也最成熟。 1、風(fēng)力發(fā)電,,風(fēng)能是最重要的可再生能源，近年來，風(fēng)電技術(shù)得到了很大的發(fā)展，建設(shè)投資與電能成本大幅下降，在

38、21世紀(jì)電力生產(chǎn)中將占一定的份額。 風(fēng)力發(fā)電的單位容量投資約為核電的一半，其年利用時(shí)間也約為核電的一半。二者的發(fā)電成本相近，風(fēng)電的優(yōu)勢(shì)在于：建設(shè)時(shí)間短，僅需一二年，且沒有放射性物質(zhì)污染，缺點(diǎn)是單機(jī)容量小和不連續(xù)。預(yù)計(jì)2020年可達(dá)2000千瓦。下圖為風(fēng)電與電網(wǎng)并網(wǎng)示意圖。,,,,目前更大型、性能更好的機(jī)組不斷被開發(fā)出來，如丹麥新建的幾個(gè)電風(fēng)場(chǎng)，容量均在2MW以上，德國(guó)正在北海建設(shè)的海風(fēng)電場(chǎng)，單機(jī)容量5MW，總?cè)萘?/p>

39、100MW以上其旋翼區(qū)直徑126m，相當(dāng)于兩個(gè)足球場(chǎng)地，發(fā)電機(jī)塔身和發(fā)電機(jī)總重量1100t，發(fā)電機(jī)由3片旋翼組成，每片長(zhǎng)61.5m，旋翼最高點(diǎn)距地面183m。 其結(jié)構(gòu)和組成如下圖。,,,,,高速軸制動(dòng)器,,,聯(lián)軸器,,,偏航驅(qū)動(dòng)器,,,偏航軸承,,,主軸承,,,主軸承,,,變漿驅(qū)動(dòng)裝置,,,變漿軸承,,,發(fā)電機(jī),,,齒輪箱,,,安裝,,,安裝,,,,,,,2、太陽能發(fā)電,人類雖然很早就開始利用太陽能，但對(duì)其深刻認(rèn)識(shí)和開發(fā)利用，

40、直到最近二三十年內(nèi)才真正開始。 人們利用太陽能的方法主要有三種： 1）是太陽能直接轉(zhuǎn)換成熱能， 即光熱轉(zhuǎn)換。如太陽能熱水器等。 2）使太陽能直接轉(zhuǎn)換成電能，即光電轉(zhuǎn)換。 如太陽能電池等。 3）是太陽能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能，即光化學(xué)轉(zhuǎn)換。,,如太陽能發(fā)動(dòng)機(jī)等。 1945年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室制出了世界上第一塊實(shí)用的硅太陽能電池，開辟了人類使用太陽能的新紀(jì)元。為太陽能的利用提供了廣闊的空間，人造地球衛(wèi)星，宇宙飛船

41、探測(cè)器的翅膀上都安裝了大量的太陽能電池板，此外太陽能飛機(jī)、太陽能汽車、太陽能汽艇等，還有同樣能電話、太陽能彩色電視機(jī)，太陽能電視差轉(zhuǎn)機(jī)，路燈，家庭照明，交通信號(hào)燈等都離不開太陽能電池。 目前世界各國(guó)都在研究新型太陽能電池，提高光電轉(zhuǎn)換效率，使太陽能的利用得到了進(jìn)一步的開發(fā)。,,一、太陽能熱發(fā)電 太陽能熱電站的形式有多種，下圖為太陽能發(fā)熱的四種方式。 圖1是美國(guó)一座塔式太陽能熱電站

42、 圖2是塔式太陽能熱電站的原理示意圖，周圍的平面反射鏡將太陽光反射到塔頂上的鍋爐上，將其內(nèi)的介質(zhì)（水或鈉）加熱后通過管道送給熱交換器3，并通過鼓風(fēng)機(jī)9進(jìn)行循環(huán)，熱交換器中的水變成高溫高壓水蒸氣送給汽輪機(jī)4，是指旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)5發(fā)電。,,,槽形拋物面,菲涅爾透鏡,,,盤形拋物面----中心接收器,分布平面塔式接收器,,,圖2 塔式太陽能熱電站原理示意圖,,,太陽能光伏電池陣,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

43、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(jī)械部分。所以設(shè)備簡(jiǎn)單，可靠性高，壽命長(zhǎng)，無噪聲無污染?？蓱?yīng)用于上至航天器，下至家電的電源，達(dá)到兆瓦級(jí)電站，小到家用電源。如下圖。,,,圖1 美國(guó)的一座塔式太陽能熱電站,,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

44、硅一般用于小系統(tǒng)和計(jì)算器輔助電源。國(guó)產(chǎn)晶體硅效率在10—13%左右，國(guó)外在12---14%。 目前光伏發(fā)電主要用于三大方面：1）為無電場(chǎng)合提供電源：如為居民區(qū)供電，微波通訊電源，通訊，移動(dòng)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(guó)對(duì)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

45、榆中縣建成，完成同樣能的轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)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(jī)容量達(dá)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(yùn)行。其覆蓋面積達(dá)5325m2，單晶和多晶光伏組件達(dá)4000多個(gè)。這也是世界上為數(shù)不多的兆瓦級(jí)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)之一。,,§3.7 磁懸浮列車技術(shù) 20世紀(jì)下半葉鐵路的電氣化是常規(guī)鐵路的運(yùn)行速度達(dá)到了200多公里，為進(jìn)一步提高時(shí)速，懸浮列車受到了廣泛的關(guān)注，它是

46、一種采用磁懸浮、直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的新型無輪高速地面交通工具。具有速度高，運(yùn)客量大，對(duì)環(huán)境影響（噪聲、振動(dòng)）小，能耗低，運(yùn)行安全平穩(wěn)，無脫軌危險(xiǎn)，爬坡能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。,,高速列車有兩種技術(shù)方案： 1、常導(dǎo)磁懸浮列車： 2、超導(dǎo)磁懸浮列車： 采用超導(dǎo)磁懸浮的優(yōu)點(diǎn)是：懸浮氣隙大，軌道結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，車身輕。隨著高溫超導(dǎo)的發(fā)展，將具有更大的優(yōu)越性。目前常導(dǎo)磁懸浮列車的時(shí)速已達(dá)到500km/h，我國(guó)上海引進(jìn)德國(guó)的捷

47、運(yùn)高速磁懸浮系統(tǒng)已投入運(yùn)營(yíng)，時(shí)速為400km/h。 磁懸浮列車的運(yùn)營(yíng)要解決一下問題：,,磁懸浮、直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、車輛設(shè)計(jì)與研究、軌道設(shè)施、供電系統(tǒng)、列車檢測(cè)與控制等高新問題。 磁懸浮列車主要依靠電磁力實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)鐵路中的支撐、導(dǎo)向和牽引功能。由于列車鐵路之間無機(jī)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(gè)問題：

48、即磁懸浮、驅(qū)動(dòng)與導(dǎo)向。 磁懸浮的方式目前主要有三種：,,即電磁式（EMS）、電動(dòng)式（EDS）和永磁式。 驅(qū)動(dòng)用的直線電動(dòng)機(jī)主要分為同步直線電動(dòng)機(jī)和異步直線電動(dòng)機(jī)。 導(dǎo)向分為主動(dòng)（有源）導(dǎo)向和被動(dòng)（無源）導(dǎo)向。下面給出了目前已運(yùn)行的磁懸浮列車的分類:●長(zhǎng)定子同步電機(jī)： 同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子在車上，由諧波發(fā)電機(jī)與電池給轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)供電或采用超導(dǎo)線圈，避免了網(wǎng)軌接觸，可實(shí)現(xiàn)高速。同步電機(jī)的定子在地面，

49、需要地面供電，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。典型代表是德國(guó)電磁懸浮和日本超導(dǎo),,磁懸?。妱?dòng)懸?。穸潭ㄗ赢惒诫妱?dòng)機(jī)：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(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，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(dòng)式磁懸?。ㄈ鹗縎wiss Metro

50、的一個(gè)方案），由于異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)和效率較低，懸浮需要另外的電磁,,,,,,鐵，對(duì)大功率的高速列車一般不用。 由于異步電動(dòng)機(jī)是單邊激磁，轉(zhuǎn)子不需要供電，長(zhǎng)定子比短定子在材料上要高得多，經(jīng)濟(jì)性較差，除非特殊需要，一般不采用長(zhǎng)定子。一、日本超導(dǎo)磁懸浮列車 超導(dǎo)磁懸浮列車的車身上裝有超導(dǎo)磁體并構(gòu)成感應(yīng)動(dòng)力設(shè)備，列車的驅(qū)動(dòng)繞組和懸浮導(dǎo)向繞組安裝在地面導(dǎo)軌的兩側(cè)，地面導(dǎo)軌兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)繞組中通以三相交流電時(shí)，產(chǎn)生行波電

51、磁場(chǎng)，列車上的超導(dǎo)磁體就會(huì)受到一個(gè),,與移動(dòng)磁場(chǎng)同步的推動(dòng)力，推動(dòng)列車前進(jìn)。2003年，高速磁懸浮列車時(shí)速達(dá)到581km/h。在導(dǎo)軌的側(cè)壁上，排列著一組組的懸浮—導(dǎo)向線圈，當(dāng)車輛高速通過時(shí)，車輛上的超導(dǎo)磁場(chǎng)在導(dǎo)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(chǎng)，控制每組懸浮線圈上側(cè)的磁場(chǎng)極性與車輛超導(dǎo)磁場(chǎng)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。,,,日本超導(dǎo)懸浮列車的轉(zhuǎn)向架,,,,二、德

52、國(guó)常導(dǎo)磁懸浮列車 懸浮和導(dǎo)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(dǎo)向磁鐵從側(cè)面使車輛保持運(yùn)行軌跡。每一節(jié)車輛由15個(gè)獨(dú)立的懸浮磁鐵和13個(gè)導(dǎo)向磁鐵。懸浮磁鐵和導(dǎo)向磁鐵安裝在列車的兩側(cè)，驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)依靠同步長(zhǎng)定子直線電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，如下圖：,,,德國(guó)磁懸浮列車的導(dǎo)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

53、的間距控制在一定的范圍內(nèi)。 因此德國(guó)的磁懸浮列車實(shí)際上是一臺(tái)“懸浮轉(zhuǎn)子大型直線同步電動(dòng)機(jī)”，轉(zhuǎn)子磁極兼懸浮磁鐵、同步勵(lì)磁和齒諧波發(fā)電機(jī)電樞的三項(xiàng)功能于一身。,,,三、日本常導(dǎo)磁懸浮列車HSST HSST的工作原理與德國(guó)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(dǎo)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?yán)么宋Χ鴳腋。F軌和軌道的間隙也必須采用閉環(huán)控制。

54、 HSST與德國(guó)不同的是驅(qū)動(dòng)電機(jī)，德國(guó)采用的是長(zhǎng)定子同步電動(dòng)機(jī)，而HSST則是采用的短定子異步電動(dòng)機(jī)，電機(jī)定子安裝在車輛上，電機(jī)的鋁制長(zhǎng)轉(zhuǎn)子（反應(yīng)軌）沿列車前進(jìn)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(chǎng)與導(dǎo)軌磁場(chǎng)鋁板之間的電磁作用驅(qū)動(dòng)列車行駛，但由于要通過導(dǎo)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(yùn)營(yíng)線，為2005年世界博覽會(huì)服務(wù)。如下圖。 我國(guó)和韓國(guó)也在研制類似的磁懸浮列車，

55、但還沒有正式運(yùn)營(yíng)。,,,,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(dú)立實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的磁懸浮，除非在空間的6個(gè)自由度中至少有一個(gè)其他的約束，這一點(diǎn)已在19世紀(jì)得到證明，稱為“Earnshaw” 定律。但采取其他措施后，就可實(shí)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(jī)械導(dǎo)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

56、用于高速磁懸浮列車。如下圖為德國(guó)柏林曾運(yùn)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(bǔ)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(dǎo)磁鐵，與地面感應(yīng)線圈作用，產(chǎn)生懸浮力（屬于電動(dòng)勢(shì)磁懸浮，是美國(guó)“磁飛機(jī)”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(dǎo)材料相互作用，產(chǎn)生穩(wěn)定的完全抗磁性懸浮力。,,5

57、、在車上安裝用永久材料做成的高速自轉(zhuǎn)磁輪，與地面導(dǎo)電材料軌面產(chǎn)生懸浮力，也可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定懸浮。五、其他磁懸浮列車 各國(guó)研究的類型很多，如美國(guó)的城市磁懸浮列車和磁飛機(jī)，瑞士的SwissMetro等，但目前還沒有運(yùn)行或樣機(jī)。,§3.8燃料電池技術(shù),燃料電池的雛形是1839年英國(guó)科學(xué)家格羅夫提出的，（當(dāng)時(shí)稱為氣體伏打電池），1932年，科學(xué)家在理論上進(jìn)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

58、正式問世，其輸出功率5KW，工作溫度為200℃，20世紀(jì)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(xué)燃料

59、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(xué)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(dòng)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(fù)、正兩級(jí)，兩極之間用電解質(zhì)（堿溶液或酸溶液）隔開，燃料和化學(xué)劑分別通入兩個(gè)電極，在催化

60、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(dǎo)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(jī)”。他不但能發(fā)電，還能供熱。與火力發(fā)電優(yōu)點(diǎn)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(shí)間短，可根據(jù)需要隨時(shí)擴(kuò)大容量。

61、5）體積小，重量輕。使用壽命長(zhǎng)，單位體積輸出功率大。,,20世紀(jì)70年代初，美國(guó)建成了一座1000KW的燃料電池發(fā)電裝置，并入電網(wǎng)運(yùn)行了1千多個(gè)小時(shí)，目前人們正在研究高效的燃料電池，預(yù)計(jì)將用在汽車上作為動(dòng)力使用，還可用于戰(zhàn)車，電動(dòng)坦克，衛(wèi)星上的電源。下圖為公計(jì)算機(jī)使用的燃料電池。,,,§3.9飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng),一、原理 飛輪儲(chǔ)能已有幾千年的歷史，古人就懂得用輪盤儲(chǔ)能來制造圓形的瓷器，在汽車、拖拉機(jī)中用飛輪來使旋轉(zhuǎn)更

62、平穩(wěn)。而現(xiàn)代的飛輪儲(chǔ)能是用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)飛輪使之高速旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能 ，需要釋放時(shí)再帶動(dòng)發(fā)電機(jī)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(jì)50年代就有人進(jìn)行了飛輪實(shí)驗(yàn)。如下圖。,,近年來，由于以下三方面的突破，給飛輪儲(chǔ)能帶來了新的活力。1、采用高強(qiáng)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

63、的支持。3、電磁懸浮、超導(dǎo)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(dá)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(guó)空軍研究所與航空航天局飛輪儲(chǔ)能項(xiàng)目的研究目標(biāo)是：近期用于大型航天器軌道機(jī)車、客車、卡車，中期計(jì)劃用于戰(zhàn)車、航天器、航天飛機(jī)、民用飛機(jī)等。,,二、應(yīng)用 1、電力調(diào)峰 1996年德國(guó)研究?jī)?chǔ)能5MWh超導(dǎo)磁懸浮儲(chǔ)能飛輪電站，電

64、站由10個(gè)飛輪模塊組成，每個(gè)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(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)，效率96%。美國(guó)馬里蘭大學(xué)一直致力于研究飛輪儲(chǔ)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(dòng)車輛飛輪電池 將飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)安裝在純電動(dòng)車?yán)镒?/p>

65、為動(dòng)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(chǔ)能量以及94kw的發(fā)電功率。 20世紀(jì)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(shí)，需充電2min。美國(guó)研制的飛輪轎車，充電15min，可行駛560km。英國(guó)研制的飛輪有軌電車，充電90s，可行駛10km，比內(nèi)燃機(jī)節(jié)

66、能2/3。如下圖。,,,,3、飛輪儲(chǔ)能-再生制動(dòng)系統(tǒng) 過去的車輛在制動(dòng)時(shí)，只能將多余的能量轉(zhuǎn)化為剎車片的熱能消化掉，電力機(jī)車與地鐵雖然可以采用再生制動(dòng)，但在技術(shù)上有的問題。內(nèi)燃機(jī)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(dòng)。此時(shí)可采用飛輪再生制動(dòng)系統(tǒng)。將飛輪能量釋放在內(nèi)燃機(jī)上，與內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組配合，向牽引電動(dòng)機(jī)供電。美國(guó)德克薩斯大學(xué)研發(fā)的飛輪儲(chǔ)能燃?xì)廨啓C(jī)輕型機(jī)車，被稱為下一代高速列車，已進(jìn)行了多次試驗(yàn)，效果良好德國(guó)也

67、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(shì)及對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的推動(dòng)作用要求：1、格式：題目（小三號(hào)） 班級(jí) 學(xué)號(hào) 姓名 （小四號(hào)） 摘要：（100—200字，五號(hào)） 正文：（不低于3000字，小四號(hào)）2、可以自定副標(biāo)題3、時(shí)間：二周,第四章 電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化,§4.1 電力系統(tǒng)簡(jiǎn)介4.1.1 電力系統(tǒng)的任務(wù)

68、 安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)、傳輸和分配電能，滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活的需要。4.1.2 現(xiàn)代電力系統(tǒng)的特點(diǎn) 技術(shù)上發(fā)展的特征可用“大機(jī)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(jì)、運(yùn)行考慮的首要因素。20世紀(jì)60年代以來，以控制、通訊和計(jì)算機(jī)技術(shù),,的引入與廣泛應(yīng)用為標(biāo)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(dòng)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

69、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(chǎng)的引入，可提高效率，降低成本，促進(jìn)電力資源的合理使用，使用戶受益。4.1.3 電力資源與負(fù)荷 我國(guó)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(chǔ)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、