電氣工程導(dǎo)論專題--電機基礎(chǔ)

1、2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論—— 專題一 電機基礎(chǔ),2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,2,一、電機學(xué)發(fā)展史,1820年奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流磁效應(yīng)，隨后安培通過總結(jié)電流在磁場中所受機械力的情況建立了安培定律,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,3,1、直流電機的產(chǎn)生與形成,1821年9月法拉第發(fā)現(xiàn)通電的導(dǎo)線能繞永久磁鐵旋轉(zhuǎn)以及磁體繞載流導(dǎo)體的運動，第一次實現(xiàn)了電磁運動向機械運動的轉(zhuǎn)換，從而建立了電動機的實

2、驗室模型，被認為是世界上第一臺電機。,盤子內(nèi)注入水銀，盤子中央固定一個永磁體，盤子上方懸掛一根導(dǎo)線，導(dǎo)線的一端可在水銀中移動，另一端跟電池的一端連接在一起，電池的另一端跟盤子連在一起，構(gòu)稱導(dǎo)電回路，載流導(dǎo)線在磁場中受力運動。,,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,4,第一臺真正意義上的電機,1831年，法拉第利用電磁感應(yīng)發(fā)明了世界上第一臺真正意義上的電機──法拉第圓盤發(fā)電機。這臺發(fā)電機制構(gòu)造跟現(xiàn)代的發(fā)電機不同，在磁場所中轉(zhuǎn)動的不是線圈，

3、而是一個紫銅做的圓盤。圓心處固定一個搖柄，圓盤的邊緣和圓心處各與一個電刷緊貼，用導(dǎo)線把電刷與電流表連接起來；銅圓盤放置在蹄形永磁體的磁場中，當(dāng)轉(zhuǎn)動搖柄使銅圓盤旋轉(zhuǎn)起來時，電流表的指針偏向一邊，電路中產(chǎn)生了持續(xù)的電流。,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,5,振蕩電動機,1831年夏，亨利對法拉第的電動機模型進行了改進該裝置的運動部件是在垂直方向上運動的電磁鐵，當(dāng)它們端部的導(dǎo)線與兩個電池交替連接時，電磁鐵的極性自動改變，電磁鐵與永磁體相互

4、吸引或排斥，使電磁鐵以每分鐘75個周期的速度上下運動。亨利的電動機的重要意義在于這是第一次展示了由磁極排斥和吸引產(chǎn)生的連續(xù)運動，是電磁鐵在電動機中的真正應(yīng)用。,亨利的振蕩電動機照片,原理圖,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,6,第一臺能產(chǎn)生連續(xù)運動的旋轉(zhuǎn)電動機,1832年，斯特金發(fā)明了換向器，據(jù)此對亨利的振蕩電動機進行了改進，并制作了世界上第一臺能產(chǎn)生連續(xù)運動的旋轉(zhuǎn)電動機。后來他還制作了一個并勵直流電動機。,2024/3/21,電氣工

5、程導(dǎo)論,7,雅可比的電動機,1834年，德國的雅可比在兩個U型電磁鐵中間，裝一六臂輪，每臂帶兩根棒型磁鐵，通電后，棒型磁鐵與U型磁鐵之間產(chǎn)生相互吸引和排斥作用 ，帶動輪軸轉(zhuǎn)動。安在小艇上，用320個丹尼爾電池供電，1838年小艇在易北河上首次航行，時速只有2.2公里，但種電動機都沒有多大商業(yè)價值，用電池作電源，成本太大、不實用。,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,8,直流發(fā)電,1882年，德國將米斯巴哈水電站發(fā)出的2千瓦直流電通過5

6、7千米 1500～2000伏 電線輸送到慕尼黑，證明直流遠距離輸電的可能性。直流在傳輸中的缺點：電壓越高，電能的傳輸損失越小，但高壓直流發(fā)電機困難較大，而且單機容量越大，換向也越困難，換向器上的火花使工作不穩(wěn)定。因而人們就把目光轉(zhuǎn)向交流電機。,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,9,2、交流電機的產(chǎn)生與形成,1824年，法國人阿拉果（D．F．J．Arago）在轉(zhuǎn)動懸掛著的磁針時發(fā)現(xiàn)其外圍環(huán)上受到機械力。1825年，他重復(fù)這一實驗時，

7、發(fā)現(xiàn)外圍環(huán)的轉(zhuǎn)動又使磁針偏轉(zhuǎn)，這些實驗導(dǎo)致了后來感應(yīng)電動機的出現(xiàn)。,,,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,10,1888年南斯拉夫出生的美國發(fā)明家特斯拉發(fā)明了交流電動機。它是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成，又稱感應(yīng)電動機，這種電動機結(jié)構(gòu)簡單，使用交流電，無火花，因此被廣泛應(yīng)用于工業(yè)的家庭電器中，交流電動機通常用三相交流供電。美國的特斯拉在愛迪生公司的時候就決心開發(fā)交流電機，但愛迪生堅持只搞直流方式，因此他就把兩相交流發(fā)電機和電動機的專利權(quán)賣給了

8、西屋公司。,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,11,電機迅速發(fā)展,1891年，奧斯卡·馮·米勒在法蘭克福世界電氣博覽會上宣布：他與多里沃合作架設(shè)的從勞芬到法蘭克福的三相交流輸電電路，可把勞芬的一架300×735.5W 55V三相交流發(fā)電機的電流經(jīng)三相變壓器提高到了萬伏，輸運175千米，順利通電，從此三相交流電機很快代替了工業(yè)上的直流電機，因為三相制的優(yōu)點十分明顯：材料可靠，結(jié)構(gòu)簡單，性能好，效率高，用銅省，

9、在電力驅(qū)動方面又有重大效益。各種各樣的電機迅速發(fā)展起來。 1896年，特斯拉的兩相交流發(fā)電機在尼亞拉發(fā)電廠開始勞動營運，3750KW，5000V的交流電一直送到40公里外的布法羅市。,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,12,（一）、電機分類,按類別分電機,二、電機基礎(chǔ)知識,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,13,（二）、電機在國民經(jīng)濟中的地位,電能生產(chǎn)——由同步發(fā)電機生產(chǎn)；高壓輸電——由升壓變壓器將發(fā)電機發(fā)出的電壓升高到輸

10、電電壓再輸送；降壓用電——由降壓變壓器將輸來的高壓電降為所需低電壓，供給用電設(shè)備；生產(chǎn)機械的拖動——由各種電動機實現(xiàn)；控制系統(tǒng)中的信號轉(zhuǎn)換——由各種控制電機完成。,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,14,請找出電力系統(tǒng)圖中使用電機（變壓器）的部分？,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,15,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,16,機器人,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,17,三、電機學(xué)的教學(xué),開課時間：大三 上學(xué)期《電機學(xué)》是

11、電氣工程及其自動化專業(yè)的主干課程及重要專業(yè)基礎(chǔ)課，是學(xué)習(xí)電機設(shè)計、電機控制、電力拖動、電力系統(tǒng)分析、繼電保護等課程的基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)本課程不僅為學(xué)習(xí)專業(yè)課做好準(zhǔn)備，而且為今后從事的專業(yè)工作打下基礎(chǔ)。,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,18,1、磁路 掌握磁路的基本定律，了解各種常用的鐵磁材料及其性質(zhì)。,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,19,電磁感應(yīng)定律,閉合回路中的磁通量隨時間發(fā)生變化，該線圈中必然有感應(yīng)電勢產(chǎn)生，稱這種現(xiàn)象為電磁感應(yīng)。,

12、2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,20,2、變壓器,了解變壓器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和額定值。 變壓器的空載運行及變壓器的負載運行分析。,用途分類：電力變壓器，電力系統(tǒng)傳輸電能電爐變壓器，專給煉鋼爐供電整流變壓器，大型電解電鍍、直流電力機車供電儀用變壓器、控制變壓器無線電變壓器，僅傳輸信號。,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,21,電力變壓器,變壓器的總?cè)萘看笾孪喈?dāng)于發(fā)電機容量的三倍。輸電過程中，通常將電壓升高，通過高壓輸電線

13、傳送到遠方的城市，經(jīng)過降壓變壓器降為10kv電壓，再經(jīng)過配電降壓變壓器分配給用戶。輸送同樣的功率，電壓低則電流大，一方面由于大電流在輸電線路上引起損耗，另一方面大電流在線路阻抗上產(chǎn) 生大的壓降，受電端電壓很低，電能傳送不出去。只有高電壓能將電能輸送到遠方。,配電變壓器,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,22,配電變壓器,輸電變壓器,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,23,3、直流電機,將在《電力拖動》課程（大三下學(xué)期開課）中講述直流電

14、機的運行特性；直流電動機起動、調(diào)速方法和制動方法。,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,24,4、交流繞組及其電動勢和磁動勢,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,25,5、感應(yīng)電機的穩(wěn)態(tài)分析 主要用作電動機；,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,26,6、同步電機的穩(wěn)態(tài)分析主要用作發(fā)電機,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,27,為了充分利用各種水力資源，潮汐、落差很低的平原河流甚至波浪等也引起普遍重視，從而使貫流式水輪機和其他小型機組

15、迅速發(fā)展。,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,28,水電站的發(fā)展,葛州壩水電站,一般修建在河道中下游河道縱坡平緩的河段上,1、壩式水電站 河床式電站,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,29,2、壩后式水電站,當(dāng)水頭較大時，廠房本身抵抗不了水的推力，將廠房移到壩后，由大壩擋水。一般修建在河流的中上游。三峽水電站就是壩后式水電站,三門峽水電站,三峽水電站,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,30,3、引水式水電站,在河流坡降陡的河段上筑一低

16、壩(或無壩)取水，通過人工修建的引水道(渠道、隧洞、管道)引水到河段下游，集中落差，再經(jīng)壓力管道引水到水輪機進行發(fā)電。,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,31,4、潮汐電站,潮汐發(fā)電就是在海灣或有潮汐的河口建一攔水堤壩，將海灣或河口與海洋隔開構(gòu)成水庫，再在壩內(nèi)或壩房安裝水輪發(fā)電機組，然后利用潮汐漲落時海水位的升降，使海水通過輪機轉(zhuǎn)動水輪發(fā)電機組發(fā)電。,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,32,最大的潮汐電站——法國朗斯電站江廈潮汐試驗電

17、站是我國最大的潮汐能電站，到2006年12月31日，電站累計發(fā)電1.35億千瓦時。,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,33,汽輪機,秦山核電站,湛江火電廠,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,34,汽輪機的發(fā)展,大型汽輪機組的研制是汽輪機未來發(fā)展的一個重要方向；研究提高熱效率是汽輪機發(fā)展的另一方向，采用更高蒸汽參數(shù)和二次再熱，研制調(diào)峰機組，推廣供熱汽輪機的應(yīng)用則是這方面發(fā)展的重要趨勢?，F(xiàn)代核電站汽輪機的數(shù)量正在快速增加，因此研究適用于

18、不同反應(yīng)堆型的、性能良好的汽輪機具有特別重要的意義。全世界利用地?zé)岬钠啓C的裝機容量，1983年已有3190兆瓦，不過對熔巖等深層更高溫度地?zé)豳Y源的利用尚待探索；利用太陽能的汽輪機電站已在建造，海洋溫差發(fā)電也在研究之中。所有這些新能源方面的汽輪機尚待繼續(xù)進行試驗研究。,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,35,四、電機研究現(xiàn)狀,大容量、超高速大功率、超低速智能材料多功能集成電機系統(tǒng),2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,36,1、大容

19、量、超高速,三峽工程開工時，國內(nèi)尚無制造單機容量700MW水輪發(fā)電機組的實踐經(jīng)驗三峽工程水輪發(fā)電機組采購實行國際公開招標(biāo)。1997年9月14臺左岸水輪發(fā)電機組（7.4億美元）；法國阿爾斯通和瑞士ABB公司聯(lián)合制造供應(yīng)8臺套）機組，美國通用電氣、德國伏伊特、西門子組成的VGS集團供應(yīng)另外6臺（套）機組。合同的另一關(guān)鍵內(nèi)容：我國兩家知名的水輪發(fā)電機組制造廠東方電機股份有限公司和哈爾濱電機廠有限責(zé)任公司總計分包2.3億美元，約31％的制

20、造任務(wù)，并通過與外商約定的技術(shù)轉(zhuǎn)讓條款，使這兩個廠進一步掌握三峽機組的關(guān)鍵技術(shù)，為三峽工程右岸電站12臺機組的“以我為主”制造打下基礎(chǔ)。,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,37,三峽左岸機組與外商的合作制造，使我國發(fā)電設(shè)備制造業(yè)的水平有了階段性的提高，哈電、東電等已具備獨立承擔(dān)大型水電機組制造的能力。,今天,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,38,東方電機：交付首臺三峽右岸水輪機轉(zhuǎn)輪,2006年10月東方電機開發(fā)出三峽右岸水輪發(fā)電機組，

21、我國完全擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，綜合性能全面優(yōu)于三峽左岸水輪發(fā)電機組。改變了我國巨型水輪發(fā)電機組研發(fā)技術(shù)依靠國外進口的狀況，標(biāo)志著東方電機已系統(tǒng)掌握包括從水輪機模型轉(zhuǎn)輪水力開發(fā)、水輪機真機結(jié)構(gòu)設(shè)計到真機加工制造的全部核心技術(shù)。,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,39,哈電機廠三峽右岸水輪機轉(zhuǎn)輪研制成功,2006年11月30日，目前世界上最大70萬千瓦水輪機核心部件——三峽右岸水輪機轉(zhuǎn)輪在哈爾濱電機廠遼寧葫蘆島制造成功，將在三峽工地“服役”。

22、這是我國獨立研制成功并擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的巨型水輪機組。它的研制成功結(jié)束了我國在此領(lǐng)域內(nèi)長期依賴進口的歷史。,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,40,超高速電機研制,超高速電機轉(zhuǎn)速高，幾何尺寸小，可以有效節(jié)約材料；響應(yīng)快，可以與原動機或負載直接連接，省去變速裝置，減小噪音，提高傳動的效率?！獓H電工領(lǐng)域的研究熱點。超高速電機轉(zhuǎn)速高 美國Calntix公司開發(fā)2MW高速永磁發(fā)電機，轉(zhuǎn)速19000～22500r/min；永磁無刷直流電機

23、 轉(zhuǎn)速最高可達452000r/min。我國已研制出50000r/min小功率高速電機；對高速電機的需求比較迫切。,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,41,高速電機應(yīng)用領(lǐng)域,（超）高速電機可廣泛用于高速磨頭，高速的車床、鉆床、銑床；醫(yī)療器械和手術(shù)器械中用的高速電機；高速電動工具以及航空航天等領(lǐng)域。,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,42,2、大功率、超低速,主要應(yīng)用于船舶和艦艇推進系統(tǒng)的直接電力驅(qū)動和大型風(fēng)力發(fā)電機。體積大國外已能

24、生產(chǎn)4.5MW的直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機，轉(zhuǎn)速8～13r/min。,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,43,3、智能材料,近年，新型功能材料——智能材料，如壓電陶瓷、超磁致伸縮、電致伸縮、溫控與磁控形狀記憶合金等等。由智能材料構(gòu)思出各種新型能量轉(zhuǎn)換器件與系統(tǒng)，如傳感器、執(zhí)行器和機器人等。成為電工科學(xué)新的研究領(lǐng)域。超聲波電機是近年發(fā)展迅速的一種壓電執(zhí)行器。,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,44,超聲波電機,超聲波電機是今年來發(fā)展的一門新技術(shù)

25、，超聲波電機是一種完全不同與傳統(tǒng)的電機。超聲波電機是一種借助摩擦傳遞動力的驅(qū)動機構(gòu)。它與傳統(tǒng)的電動機相比有體積小，機構(gòu)簡單，易于控制和無磁污染超聲馬達的超靜運行特別適用于醫(yī)院、賓館、辦公室等要求低噪聲的場合；它的大能量密度適用于機器人的驅(qū)動，驅(qū)動過程中不需要齒輪裝置，適用于精密定位裝置中；在汽車工業(yè)和航天工業(yè)中超聲馬達也有著廣泛的應(yīng)用前景，特別是在航天領(lǐng)域，它有著電磁馬達所不可替代的地位。超聲波電機是在1961年，Bulova鐘表公司

26、首次開始應(yīng)用它作為動力。,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,45,1）壓電效應(yīng) 逆壓電效應(yīng),當(dāng)材料受力作用而變形時, 其表面會有電荷產(chǎn)生,,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,46,TRUM-60旋轉(zhuǎn)型行波超聲電機之軸測分解圖,利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)，把電信號加到壓電陶瓷 - 金屬構(gòu)成的定子上，使定子產(chǎn)生一定軌跡的機械振動，帶動彈性體產(chǎn)生彎曲彈性波,靠外力加壓產(chǎn)生摩擦力,是轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),也就是說,顯示壓電性的晶體,通過壓電效應(yīng),把力學(xué)量

27、與電學(xué)量(電場E和電位移D或極化強度P)互相聯(lián)系起來——電機藕合。驅(qū)動轉(zhuǎn)子運動的新型電機。由于定子的振動頻率多數(shù)工作在超聲頻范圍，因此也被稱為超聲波電機或超聲馬達，也可統(tǒng)稱為壓電致動器。,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,47,2）目前發(fā)展,日本在超聲電機的研究和應(yīng)用上都處于領(lǐng)先地位。美國、德國、法國、英國等都己經(jīng)或正在投入大批的人力、物力開發(fā)超聲電機，努力追趕日本。特別是美國，僅Pennysyvania州立大學(xué)在1994－1998年

28、就投入1.5億專門從事壓電材料和超聲電機研究。德國GmbH公司的產(chǎn)品已用于奔馳汽車自動窗門。我國超聲電機研究是從二十世紀(jì)九十年代開始，其中清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、吉林工業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)、南京航空航天大學(xué)先后開展了超聲電機的研究，但尚未進入商業(yè)應(yīng)用。清華大學(xué)物理系超聲電機項目研究組 http://www.phys.tsinghua.edu.cn/usm/南京航天航空大學(xué) 超聲電機研究中心http://rcum.nuaa.edu.c

29、n/,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,48,3）超聲電機技術(shù)的應(yīng)用,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,49,日本Canon公司生產(chǎn)了帶有環(huán)型超聲電機的照相機，使得該相機聚焦系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、聚焦快，噪聲小。Canon公司已有37種照相機聚焦鏡頭應(yīng)用了超聲電機，其他Nikon，Olympus等公司的照相機也逐步在采用超聲電機。超聲電機能減輕機器人的重量，簡化其結(jié)構(gòu)，提高響應(yīng)速度，世界各國研究者都正在把超聲電機用于機器人。日本豐田公司已在

30、出口到美國的汽車反光鏡、方向盤和座椅頭靠等都應(yīng)用了超聲電機。,日本處于領(lǐng)先地位,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,50,美國在宇宙飛船、火星探測器、導(dǎo)彈、核彈頭等航空航天工程中都陸續(xù)應(yīng)用了超聲電機。比用傳統(tǒng)的電磁電機降低30%的重量。NASA的Coddar Space Flight Center將超聲電機應(yīng)用空間機器人技術(shù)。其中微型機器手MicroArmI使用了具有力矩0.05NM的超聲電機?；鹦菣C器手MarsArmII使用了三個具有

31、力矩為0.68NM和一個具有0.11NM的超聲電機。比使用同等功能的直流電機輕40%。,,,,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,51,目前計算機軟盤（FD）、光盤（CD-ROM）和硬盤（HD）的磁頭的直線運動是采用旋轉(zhuǎn)電磁電機加上齒輪機構(gòu)來實現(xiàn)的。在這樣的傳動系統(tǒng)中，如要使機構(gòu)進一步小型化和提高運動精度是十分困難的。但如果改用直線型超聲電機，就可以使傳動系統(tǒng)變小、變薄。最近幾年，日本學(xué)者正在努力把直線型超聲電機引到計算機上來。,202

32、4/3/21,電氣工程導(dǎo)論,52,4）超聲電機技術(shù)的未來,21世紀(jì)，航空航天是我國重點發(fā)展的領(lǐng)域之一。從國外的應(yīng)用的情況看，它必將應(yīng)用超聲電機。如納米衛(wèi)星、微型飛機、宇宙飛船和空間探測器等，應(yīng)用超聲電機，可以減少其重量，增強其可控性； 機器人和微型機械，也是我國21世紀(jì)重點發(fā)展的領(lǐng)域之一。超聲電機可以使機器人和微型機械簡化結(jié)構(gòu)，減輕重量，增強其可控性。隨著超聲電機的微型化，微型機械可進入人體，如作為人造心臟的驅(qū)動器，它將會大大推動人造

33、器官的產(chǎn)業(yè)化進程； 21世紀(jì)，我國將要大力發(fā)展磁浮列車。磁浮列車上的強磁場干擾，使得在磁浮列車上的傳統(tǒng)的電磁電機工作失效，超聲電機將大有可為；,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,53,未來豪華轎車上的電機之多可達80個，使汽車體積增加，電磁干擾增強。應(yīng)用超聲電機，由于不需齒輪箱從而大大降低其體積；由于超聲電機不產(chǎn)生磁場而使汽車的電磁兼容性得到大大改善。汽車上的中央門鎖、門窗玻璃的升降，前視鏡和雨刮器等，均可用超聲電機來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電磁電

34、機； 隨著掌上計算機，可視電話電視、手提式儀器等的發(fā)展，微型超聲電機將可得到廣泛應(yīng)用。超聲電機將使這些微型儀器降低重量和體積，減少其能量損耗； 由于超聲電機的位置控制精度很高，可達微米級甚至納米級。超聲電機將會在一些精密儀器、醫(yī)療設(shè)備以及半導(dǎo)體制造技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,54,納米發(fā)電機,超聲波驅(qū)動的納米發(fā)電機能收集周圍環(huán)境中微小的震動機械能并轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔軄頌槠渌{米器件，如傳感器，探測器等提供能量。這

35、種震動機械能普遍存在于自然界以及人們?nèi)粘Ｉ钪校缈諝饣蛩牧鲃?、引擎的轉(zhuǎn)動、空調(diào)或其它機器的運轉(zhuǎn)等引起的各種頻率的噪音，人行走時肌肉伸縮能或腳對地的壓縮能等。甚至在人體內(nèi)由于呼吸，心跳或是血液流動帶來的體內(nèi)某處壓力的細微變化也有可能帶動納米發(fā)電機產(chǎn)生電能。,納米發(fā)電機的發(fā)明為實現(xiàn)能源系統(tǒng)的微型化帶來了可能；對于實現(xiàn)具有完全無線，可生物植入，以及長時期甚至終生無需照管的納米或微電子器件，提供了一種理想的電源系統(tǒng)。,2024/3/21,電

36、氣工程導(dǎo)論,55,4、多功能集成電機系統(tǒng),交直流供電系統(tǒng)Powerformer磁懸浮技術(shù),2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,56,1）交直流集成供電系統(tǒng),交直流集成供電系統(tǒng)提供直流動力；還提供正弦交流220V/380V、50HZ電力適合應(yīng)用于無電山村、郵電通信、邊防海島、部隊及野外作業(yè)、艦艇、飛機、移動通信基站戶外基站以及大型電站。,,,發(fā)電,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,57,2） Powerformer,發(fā)電機發(fā)出的電

37、要經(jīng)過升壓變壓器升壓后才與高壓電網(wǎng)相連，而高壓電網(wǎng)又需要用降壓變壓器降壓才能向電動機供電。形成這一怪圈的根本原因是輸電電壓很高，而電機電壓較低。即由于絕緣水平的限制，人們無法制造能與電網(wǎng)直接相連的電機，這也使人們對發(fā)電－輸電－供電的系統(tǒng)習(xí)以為常。很早以來就有人想研究一種與電網(wǎng)直接相連的超高壓發(fā)電機。早在1905年，門加里尼和匈牙利岡茨工廠的工程師一道，對意大利Subjaco水電站的兩臺30kV，5.2MVA，450r/min（45Hz

38、）的水輪發(fā)電機進行了研究；1928年，帕森斯（C.A.Parsoas）和羅森（J.Rosen）研制成一臺直接與電網(wǎng)相連的33kV，25MVA，3000r/min的汽輪發(fā)電機；1932年BBC公司為比利時提供了一臺36kV的汽輪發(fā)電機（以后曾制造多臺）。不過由于他們都是在傳統(tǒng)電機結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)絕緣系統(tǒng)上下功夫，進展不大，效果不佳。與之同時，電網(wǎng)電壓迅速提高，到20世紀(jì)50年代，這種探索終于無法進行下去。,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,58

39、,1990年，ABB公司瑞典分部開始進行與電網(wǎng)直接連接的超高壓發(fā)電機的研究。摒棄傳統(tǒng)電機的繞組及其絕緣結(jié)構(gòu)，從高壓輸電用交聯(lián)聚乙烯(XLPE)電纜的電壓提高獲得靈感，將輸電電纜融入發(fā)電機結(jié)構(gòu)中。1998年2月，世界上第1臺采用高壓交聯(lián)聚乙烯電纜繞制定子繞組的Powerformer在瑞典PoJus水電站直接并網(wǎng)運行。該機組容量11MVA、電壓45kV、轉(zhuǎn)速600r/min。2000年初，阿爾斯通(ALSTOM)合并ABB公司后，繼續(xù)

40、支持Powerformer的開發(fā)與研究。之后有；3臺商業(yè)用的Powerformer投產(chǎn)運行。,第一臺超高壓發(fā)電機,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,59,http://www.bjx.com.cn/files/wx/dfdqpl/2002-3/1.htm http://info.electric.hc360.com/html/001/009/003/20014.htm,,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,60,POF特點,電機與變壓器

41、合一的高壓發(fā)電機；無需升壓變壓器就可以直接連接高壓電網(wǎng)POF無需升壓變壓器就可以直接連接電網(wǎng)，常規(guī)電廠中的發(fā)電機、沖擊電壓保護器、發(fā)電機側(cè)開關(guān)、母線和升壓變壓器可全部由1臺POF代替。Powerformer不僅僅是一臺高壓發(fā)電機，而且代表了電廠中一個全新的概念，它打破了1個世紀(jì)以來電廠的傳統(tǒng)模式。Powerformer是水力發(fā)電和火力發(fā)電的專有名詞，與同步發(fā)電機的區(qū)別主要在定子方面。全部定子繞組由一根電纜繞制，中間沒有接頭，可靠性較

42、高。,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,61,3）磁懸浮技術(shù),磁懸浮列車是將列車用磁力懸浮起來，使列車與導(dǎo)軌脫離接觸，以減小摩擦，提高車速。列車由直線電機牽引。直線電機的一個級固定于地面，跟導(dǎo)軌一起延伸到遠處；另一個級安裝在列車上，初級通以交流，列車就沿導(dǎo)軌前進。列車上裝有磁體（有的就是兼用直線電機的線圈），磁體隨列車運動時，使設(shè)在地面上的線圈（或金屬板）中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的磁場和列車上的磁體（或線圈）之間的電磁力把列車懸浮起來．

43、懸浮列車的優(yōu)點是運行平穩(wěn)，沒有顛簸，噪聲小，所需的牽引力很小，只要幾千kw的功率就能使懸浮列車的速度達到550km／h。懸浮列車減速的時候，磁場的變化減小，感應(yīng)電流也減小，磁場減弱，造成懸浮力下降。,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,62,磁懸浮中的直線電機liner motor,將傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機從轉(zhuǎn)子中心向一側(cè)切開并且展直，這樣旋轉(zhuǎn)電機則變?yōu)橹本€電機。或者認為直線電機是半徑無限大的旋轉(zhuǎn)電機。這時定子中的旋轉(zhuǎn)磁場將變?yōu)橹本€移動磁場，車輛

44、將隨著直線電機磁場的移動而向前運動。 直線電機可以劃分為長定子直線電機和短定子直線電機長定子直線電機的定子（初級線圈）設(shè)置在導(dǎo)軌上，其定子繞組可以在導(dǎo)軌上無限長地鋪設(shè)，故稱為“長定子”。長定子直線電機通常用在高速及超高速磁懸浮鐵路中，應(yīng)用在長大干線及城際鐵路領(lǐng)域。,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,63,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,64,高速、超高速磁懸浮鐵路一般使用該種長定子直線同步電機。德國的運捷TR和日本的MLX系統(tǒng)均使

45、用這種直線同步電機。,2024/3/21,電氣工程導(dǎo)論,65,我國第一輛國產(chǎn)懸浮磁客車,我國第一輛國產(chǎn)懸浮磁客車（長春客車廠）德國和日本之后，第三個掌握磁懸浮客車技術(shù)的國家。 由長春客車廠、西南交通大學(xué)和株洲電力機車研究所聯(lián)合開發(fā)研制的。為常導(dǎo)吸浮式磁懸浮車，采用電磁吸力將車輛浮起，與軌道間距始終保持在８至１０毫米之間，采用直線電機驅(qū)動車，推進速度取決于直線電機的牽引力，運營時速６０公里，最高試驗時速可達１００公里。,2024/3/