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1、第1章 緒論電氣工程概論2022/7/22 第1章 緒論 第2章 電機與電器技術應用及發(fā)展新技術第3章 電力系統(tǒng)及其自動化應用及發(fā)展新技術第4章 電力電子與電力傳動第5章 高電壓與絕緣應用及發(fā)展新技術本書內(nèi)容3第1章 緒論1.1 電氣工程及其自動化專業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀1.2 應用型本科院校電氣專業(yè)的人才培養(yǎng)目標及條件1.3 電氣工程及其自動化專業(yè)未來發(fā)展趨勢 41.1 電氣工程及其自動化專業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀電氣工程的歷史和形成電氣工程的理論基礎及實踐電氣工程專業(yè)形成及發(fā)展現(xiàn)狀電氣工程（Electrical Engineering）是研究電磁領域的客觀規(guī)律及其應用的科學技術，是以電工科學中的理論和方法為基礎而形

2、成的工程技術。5電氣工程 的歷史和形成呢個 1752年，富蘭克林著名的“風箏實驗”為人類解開了電的神秘面紗。麥克斯發(fā)現(xiàn)的電磁理論，讓電氣工程的理論基礎趨于完善。20世紀交接的年代，西方發(fā)達國家陸續(xù)將電氣工程專業(yè)植入大學課程，這是電氣工程專業(yè)最早出現(xiàn)的地方。電氣工程的歷史和形成6電氣工程 的歷史和形成呢個 電磁學理論的建立及通訊技術的發(fā)展（1）庫侖定律（2）“伏打電池”（3）奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應和安培右手定則（4）法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應（5）麥克斯韋建立電磁場理論電氣工程的理論基礎及實踐 7電氣工程 的歷史和形成呢個 電工技術的初期發(fā)展（1）直流發(fā)電機的誕生（2）遠距離輸電和電力工業(yè)技術體系的初步

3、建立（3）交流發(fā)電機電荷電動機的誕生電氣工程的理論基礎及實踐 8電氣工程 的歷史和形成呢個 電工理論的建立（1）電路理論的建立（2）電網(wǎng)絡理論的建立（3）交流發(fā)電機電荷電動機的誕生電氣工程的理論基礎及實踐 9電氣工程 的歷史和形成呢個 新技術革命對電氣工程技術的推動（1）計算機的升級換代對電氣工程技術的推動（2）電子信息技術的發(fā)展電氣工程的理論基礎及實踐 10電氣工程 的歷史和形成呢個 傳統(tǒng)的電氣工程定義為“用于創(chuàng)造產(chǎn)生電氣與電子系統(tǒng)的有關學科的總和”。 應用型本科教育是以高級應用為目的的專業(yè)性通才教育，以現(xiàn)代工程師為培養(yǎng)目標，是學歷教育和素質教育的統(tǒng)一。應用型本科教育在組織形式，育人機制及經(jīng)

4、費來源上應于社會高度聯(lián)合，在人才培養(yǎng)過程和模式上應高度重視和企業(yè)的高度融合。 目前，大多院校的電氣工程及其自動化專業(yè)中，電氣工程一級學科中下屬5個二級學科，分別是電機與電器、電力系統(tǒng)及其自動化、高電壓與絕緣技術、電力電子與電力傳動和電工理論與新技術。電氣工程專業(yè)形成及發(fā)展現(xiàn)狀11電氣工程 的歷史和形成呢個 1、電機與電器學科包括：電力系統(tǒng)中的大型發(fā)電機、電動機，有著廣泛應用的中小型電機。前者側重于運行分析、建模仿真及監(jiān)測診斷，后者側重于理論分析、設計方法及現(xiàn)代節(jié)能控制技術。就電力工業(yè)本身而言，電機就是發(fā)電廠和變電站的主要設備，它在機器制造業(yè)和輕、重型制造工業(yè)中應用廣泛?？梢哉f，只要涉及電機的場

5、所都能看到該學科的研究成果。該專業(yè)畢業(yè)生可在電力系統(tǒng)相關單位從事大型電機運行分析、監(jiān)測控制或故障診斷等相關技術工作，也可在其他行業(yè)從事電機設計及運行控制和節(jié)能技術開發(fā)工作，還可在相關科研單位、高等學校從事科研及教學工作，或從事與電機及其運行控制相關的管理工作。電氣工程專業(yè)形成及發(fā)展現(xiàn)狀12電氣工程 的歷史和形成呢個 2、電力系統(tǒng)及其自動化包括：電力生產(chǎn)的全過程(包括發(fā)電、輸電、配電、用電等)，其研究內(nèi)容衍生的各項技術成果廣泛應用于發(fā)電廠、變壓器、輸電線路和配電裝置中，涉及控制、優(yōu)化、經(jīng)濟、穩(wěn)定等多項指標。除了涉及電氣工程相關知識外，該專業(yè)對自動化、測量、計算機、通信等技術也有較高要求。電氣工程

6、專業(yè)形成及發(fā)展現(xiàn)狀13電氣工程 的歷史和形成呢個 3、高電壓與絕緣技術學科包括：電力系統(tǒng)防雷保護設計、絕緣子在線監(jiān)測、防污閃、水果保鮮、真空斷路器設計、脈沖儲能技術及軍工產(chǎn)品等，其研究內(nèi)容與多個學科交叉，如脈沖與等離子方向、超導技術方向、自動化方向等。電氣工程專業(yè)形成及發(fā)展現(xiàn)狀14電氣工程 的歷史和形成呢個 4、電力電子與電力傳動包括：在各級工業(yè)、交通運輸、電力系統(tǒng)、新能源系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及家電產(chǎn)品等各個領域都有廣泛應用，如航天飛行器中的特種電源、遠程特高壓電壓傳輸系統(tǒng)，家用的空調(diào)、冰箱和計算機電源，都離不開電力電子及電力傳動技術。電力電子技術在輸電網(wǎng)中的應用電磁現(xiàn)象的基礎理論研究

7、及新技術的開發(fā)與應用，為電氣工程學科準備必要的理論基礎.電氣工程專業(yè)形成及發(fā)展現(xiàn)狀15電氣工程 的歷史和形成呢個 隨著基礎理論研究的逐步深入，科學技術的不斷進步，全新的設計理念、設計方法的提出，在今后若干年內(nèi)，它們會對電氣工程學科的發(fā)展趨勢產(chǎn)生較大的影響。 （1）信息技術的進步將對電氣工程學科的發(fā)展產(chǎn)生決定性影響。 （2）電氣工程學科與物理科學的相互交叉面拓寬，將為電氣工程學科的發(fā)展帶來新的機遇。 （3）快速變化的新技術、新方法將成為電氣工程學科提供更科學的技術方案。 電氣工程學科注重理論研究與工程實踐相結合，加強理論基礎，拓寬專業(yè)知識面。隨著電氣工程科技進步和自動化水平的提高，電氣工程學科專

8、業(yè)技術人才必須掌握信息技術、自動化技術和計算機技術。電氣工程專業(yè)形成及發(fā)展現(xiàn)狀161.2電氣工程及其自動化專業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀電氣工程的歷史和形成電氣工程的理論基礎及實踐電氣工程專業(yè)形成及發(fā)展現(xiàn)狀171.2 應用型本科院校電氣專業(yè)的人才培養(yǎng)目標 應用型本科院校以培養(yǎng)學生實踐創(chuàng)新能力為目標，對電氣工程及其自動化的課程體系和培養(yǎng)計劃進行深入研究，構建和實施以“通識教育為基礎的寬口徑專業(yè)教育”的課程體系。 低年級主要在通識教育和基礎課程平臺上培養(yǎng)，高年級按學生興趣選擇專業(yè)或專業(yè)方向，主要在專業(yè)學科基礎課程和專業(yè)特色課程平臺上培養(yǎng)，使同類各專業(yè)學生能做到交叉通融，擴大學生的學習自主權，激發(fā)學生學習的積極性、主

9、動性和創(chuàng)造性。181.2.1 人才培養(yǎng)條件 應用型本科院校培養(yǎng)的學生大多以動手能力較強的工程師及技術工人為主。電氣專業(yè)建設內(nèi)容歸納為； （1）辦學理念和專業(yè)建設觀念的更新。 辦學理念和專業(yè)建設觀念是特色專業(yè)建設的指導思想，影響著特色專業(yè)建設的方向、進程和績效。 （2）專業(yè)教學條件建設與實踐教學建設。 建設實驗室、實習和實訓基地，推動和促進了本專業(yè)的硬件建設。要培養(yǎng)高等技術應用型人才，必須有良好的硬件設施和條件，這是形成工學專業(yè)教育應用型特色人才培養(yǎng)的物質基礎。 總之，電氣專業(yè)也因此要與時俱進，不斷發(fā)現(xiàn)新技術、新工藝、新設備、新材料，提高自身技術素質。191.2.2 人才培養(yǎng)目標 強電和弱電結合

10、，電力技術和電子技術結合，元件與系統(tǒng)結合，計算機軟件與硬件結合。 培養(yǎng)德、智、體、美全面發(fā)展，基礎扎實、知識面寬、具有創(chuàng)新精神，實踐能力強，知識、能力、素質協(xié)調(diào)統(tǒng)一，能適應工礦企業(yè)、發(fā)電廠、電力公司、研究所與設計院等部分科技及生產(chǎn)發(fā)展需要，從事與電氣工程有關的研發(fā)、制造、運行與管理等工作，獲得工程師基本訓練的應用型高級專門人才。201.2.3 電氣工程及其自動化專業(yè)畢業(yè)生應獲得的知識和能力（1）知識結構（2）能力結構（3）素質結構211.3電氣工程及其自動化專業(yè)未來發(fā)展趨勢工廠自動化智能控制及仿真控制新型電工電子功能材料電氣測量儀表和工業(yè)自動化儀表智能化開關設備工業(yè)與民用建筑電氣工程電熱應用通

11、信及網(wǎng)絡系統(tǒng)綠色清潔能源發(fā)電技術及應用其他方向發(fā)展動向22本章小結及知識點回顧出版社 理工分社 謝謝！ 21世紀高等學校本科系列教材第2章 電機與電器技術應用及發(fā)展新技術電氣工程概論2022/7/22第2章電機與電器技術應用及發(fā)展新技術2.1 電機的分類2.2 發(fā)電機2.3 變壓器2.4 電動機2.5 特種電機2.6 電器的歷史和電器的分類2.7 高壓電器2.8 低壓電器2.9 電氣控制技術的發(fā)展 電機運行原理基于電磁感應定律和電磁力定律，電機是以電磁感應現(xiàn)象為基礎實現(xiàn)機械能與電能之間的轉換以及變換電能的機械。電機進行能量轉換時，應具備能做相對運動的兩大部件即建立勵磁磁場的部件和感生電動勢并流

12、過工作電流的被感應部件。這兩個部件中，靜止的稱為定子，做旋轉運動的稱為轉子(習慣上對直線運動的一邊也稱為轉子)。定、轉子之間有空氣隙，以便轉子旋轉(或往復運動)。 電磁轉矩由氣隙中勵磁磁場與被感應部件中電流所建立的磁場相互作用產(chǎn)生。通過電磁轉矩的作用，發(fā)電機從機械系統(tǒng)吸收機械功率，電動機向機械系統(tǒng)輸出機械功率。建立上述兩個磁場的方式不同，形成不同種類的電機。如果兩個磁場均由直流電流產(chǎn)生，則形成直流電機；如果兩個磁場分別由不同頻率的交流電流產(chǎn)生，則形成異步電機；而如果一個磁場由直流電流產(chǎn)生，另一磁場由交流電流產(chǎn)生，則形成同步電機。 當電機繞組流過電流時，將產(chǎn)生一定的磁鏈，并在其耦合磁場內(nèi)存儲一定

13、的電磁能量。磁鏈及磁場儲能的多少隨定、轉子電流以及轉子位置不同而變化。由此產(chǎn)生電動勢和電磁轉矩，實現(xiàn)機電能量轉換。這種能量轉換是可逆的，即同一臺電機既可作為發(fā)電機又可作為電動機運行。2.1 電機的分類 電機是進行機電能量轉換或信號轉換的電磁機械裝置的總稱。按照不同的角度，電機有不同的分類方法：按照所應用的電流種類，電機可以分為直流電機和交流電機。按照在應用中的功能來分，電機可以分為下列各類。(1)將機械功率轉換為電功率發(fā)電機。(2)將電功率轉換為機械功率電動機。(3)將電功率轉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。 輸

14、出與輸入有不同的頻率變頻機。 輸出與輸入有不同的相位移相機。(4)在機電系統(tǒng)中起調(diào)節(jié)、放大和控制作用的電機控制電機。按運行速度，電機又可以分為： 靜止設備變壓器。 沒有固定的同步速度直流電機。 轉子速度永遠與同步速度有差異異步電機。 速度等于同步速度同步電機。 速度可以在寬廣范圍內(nèi)隨意調(diào)節(jié)交流換向器電機。(5)按功率大小，又可以分為大型電機、中小型電機和微型電機。 隨著電力電子技術和電工材料的發(fā)展，出現(xiàn)了其他一些特殊電機，它們并不屬于上述傳統(tǒng)的電機類型，包括步進電動機、無刷電機、開關磁阻電機、超聲波電機等，這些電機通常被稱為特種電機。 2.2 發(fā)電機 發(fā)電機在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防、科技及日常生活中

15、有廣泛的用途。 發(fā)電機的形式很多，但其工作原理都基于電磁感應定律和電磁力定律。 因此，其構造的一般原則是用適當?shù)膶Т藕蛯щ姴牧蠘嫵苫ハ噙M行電磁感應的磁路和電路，以產(chǎn)生電磁功率，達到能量轉換的目的。發(fā)電機通常由定子、轉子、端蓋及軸承等部件構成。定子由定子鐵芯、線包繞組、機座以及固定這些部分的其他結構件組成。轉子由轉子鐵芯（或磁極、磁扼）繞組、護環(huán)、中心環(huán)、滑環(huán)、風扇及轉軸等部件組成。 由軸承及端蓋將發(fā)電機的定子，轉子連接組裝起來，使轉子能在定子中旋轉，做切割磁力線的運動，從而產(chǎn)生感應電勢，通過接線端子引出，接在回路中，便產(chǎn)生了電流。 發(fā)電機可分為直流發(fā)電機和交流發(fā)電機。交流發(fā)電機分為同步發(fā)電機和

16、異步發(fā)電機（很少采用），交流發(fā)電機還可分為單相發(fā)電機與三相發(fā)電機。人們所用的交流電絕大多數(shù)是由交流發(fā)電機發(fā)出的。這些發(fā)電機都是接到交流電網(wǎng)上的，它們必須以固定電角速度旋轉，在任何時候都產(chǎn)生相同頻率的交流電，這類電機稱為同步發(fā)電機。 大型發(fā)電機主要是同步發(fā)電機，單機容量可達數(shù)十萬千瓦。小容量發(fā)電機用于獨立電源系統(tǒng)，如柴油發(fā)電機、風力發(fā)電機等。由于同步發(fā)電機需要勵磁裝置，在部分場合，如風力發(fā)電機，也可使用異步發(fā)電機進行發(fā)電?，F(xiàn)代發(fā)電廠已經(jīng)不再采用直流發(fā)電機，僅僅在一些特殊場合才用到小型直流發(fā)電機。 大型同步發(fā)電機的定子由硅鋼片疊制而成，鐵心的槽內(nèi)放置對稱三相繞組。轉子由鐵磁材料制成，放置勵磁繞組，

17、勵磁繞組經(jīng)過滑環(huán)接入直流勵磁電源。當發(fā)電機由原動機拖動旋轉時，勵磁繞組切割三相繞組導體，在繞組中產(chǎn)生感應電動勢。由于定子繞組為對稱三相繞組，感應出的電動勢為對稱的三相電動勢。大型同步發(fā)電機的轉子構造有兩種類型：隱極式和凸極式。隱極式轉子為圓柱形，發(fā)電機的氣隙為均勻氣隙，這類發(fā)電機多用于高速大容量汽輪發(fā)電機。凸極式轉子多用于水輪發(fā)電機，這種發(fā)電機的轉速較低，電機極數(shù)較多，轉子通過軸與原動機連接。2.2.1 汽輪發(fā)電機 汽輪發(fā)電機是由汽輪機驅動的發(fā)電機。由鍋爐產(chǎn)生的過熱蒸汽進入汽輪機內(nèi)膨脹做功，使葉片轉動而帶動發(fā)電機發(fā)電，做功后的廢汽經(jīng)凝汽器、循環(huán)水泵、凝結水泵、給水加熱裝置等送回鍋爐循環(huán)使用。用

18、于火力發(fā)電廠和核電廠，是同步電機的一種。由于原動機(汽輪機)轉速很高，其轉速一般為3000轉/分（頻率為50赫）。因此高速汽輪發(fā)電機為了減少因離心力而產(chǎn)生的機械應力以及降低風磨耗，轉子直徑一般較小，長度較大（即細長轉子），以減小線速度。20世紀70年代以后，汽輪發(fā)電機的最大容量達130150萬千瓦。如圖2.1所示,為火電廠中的汽輪機。(a)火力發(fā)電廠(b)運行中的汽輪發(fā)電機(c)汽輪發(fā)電機的定子 (d) 汽輪發(fā)電機的轉子圖2. 1火電廠中的汽輪發(fā)電機2.2.2 水輪發(fā)電機 水輪發(fā)電機是指以水輪機為原動機將水能轉化為電能的發(fā)電機。水流經(jīng)過水輪機時，將水能轉換成機械能，水輪機的轉軸又帶動發(fā)電機的轉

19、子，將機械能轉換成電能而輸出。水輪發(fā)電機用于水力發(fā)電廠，是水力發(fā)電廠生產(chǎn)電能的主要動力設備。水輪發(fā)電機也是同步電機的一種。由于原動機(水輪機)轉速較低，一般為幾百轉/分以下，因此水輪發(fā)電機的轉子粗而短，以增加極數(shù)。機組的起動、并網(wǎng)所需時間較短，運行調(diào)度靈活，除一般發(fā)電外，特別宜于作為調(diào)峰機組和事故備用機組。水輪發(fā)電機組的最大容量已達80萬千瓦。我國發(fā)電容量最大的水力發(fā)電站三峽電站總裝機26臺，單機容量70萬千瓦,如圖2.2所示。圖2.2 三峽發(fā)電廠的水輪發(fā)電機圖2.2 三峽發(fā)電廠的水輪發(fā)電機2.2.3 風力發(fā)電機 風力發(fā)電就是通過捕風裝置的葉輪將風能轉換成機械能，再將機械能轉換成電能的過程。風

20、能是最廉價的、最清潔的、最有開發(fā)價值的新能源。近十幾年來，我國政府加快了風電的開發(fā)，還引進了國外生產(chǎn)的技術先進的大型風力機，組建風電場，促進了我國風電事業(yè)的發(fā)展。圖2.3 風力發(fā)電機2.3 變壓器2.3.1 變壓器的概述 變壓器是利用電磁感應的原理來改變交流電壓的裝置，是一種靜止電機。變壓器由鐵芯（或磁芯）和線圈組成，線圈有兩個或兩個以上的繞組，其中接電源的繞組叫初級線圈，其余的繞組叫次級線圈。最簡單的鐵心變壓器由一個軟磁材料做成的鐵心及套在鐵心上的兩個匝數(shù)不等的線圈構成。鐵心的作用是加強兩個線圈間的磁耦合。為了減少鐵內(nèi)渦流和磁滯損耗，鐵心由涂漆的硅鋼片疊壓而成，兩個線圈之間沒有電的聯(lián)系，線圈

21、由絕緣銅線（或鋁線）繞成。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行，還設有儲油柜、安全氣道、氣體繼電器等附件。圖2.4所示為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，如圖2.5所示。圖2.4 三相油浸式電力變壓器的外形圖2.5 三相油浸式電力變壓器的器身 變壓器可以變換交流電壓、電流、阻抗，也可以隔離、穩(wěn)壓（磁飽和變壓器）等。變壓器只能傳遞交流電能，而不能產(chǎn)生電能；它只能改變交流電壓或電流的大小，不改變頻率。變壓器主要在電力工業(yè)中的變電、配電環(huán)節(jié),如圖2.6所示。圖 2.6

22、 變壓器在變電站的應用2.3.2 變壓器的分類 變壓器種類很多，通?？砂雌湎鄶?shù)、用途、繞組形式、鐵心結構、冷卻方式等進行分類。（1）按相數(shù)分1）單相變壓器：用于單相負荷和三相變壓器組。2）三相變壓器：用于三相系統(tǒng)的升、降電壓。（2）按用途分1）電力變壓器：用于輸配電系統(tǒng)的升、降電壓，是生產(chǎn)數(shù)量最多、使用最廣泛的變壓器。按其功能不同又可分為升壓變壓器、降壓變壓器、配電變壓器等。電力變壓器的容量從幾十千伏安到幾十萬千伏安，電壓等級從幾百伏到幾百干伏。2）儀用變壓器：如電壓互感器、電流互感器，用于測量儀表和繼電保護裝置。3）試驗變壓器：能產(chǎn)生高壓，對電氣設備進行高壓試驗。4）特種變壓器：在特殊場合使

23、用的變壓器，如作為焊接電源的電焊變壓器，專供大功率電爐使用的電爐變壓器，將交流電整流成直流電時使用的整流變壓器，電容式變壓器，移相變壓器等均屬特種變壓器。（3）按繞組形式分1）雙繞組變壓器：用于連接電力系統(tǒng)中的兩個電壓等級。2）三繞組變壓器：一般用于電力系統(tǒng)區(qū)域變電站中，連接三個電壓等級。3）自耦變電器：用于連接不同電壓的電力系統(tǒng)。也可做為普通的升壓或降后變壓器用。（4）按鐵芯結構分1）心式變壓器：用于高壓的電力變壓器。2）非晶合金變壓器：非晶合金鐵芯變壓器是用新型導磁材料，空載電流下降約80%，是節(jié)能效果較理想的配電變壓器，特別適用于農(nóng)村電網(wǎng)和發(fā)展中地區(qū)等負載率較低地方。3）殼式變壓器：用于

24、大電流的特殊變壓器，如電爐變壓器、電焊變壓器；或用于電子儀器及電視、收音機等的電源變壓器。（5）按冷卻方式分1）干式變壓器：依靠空氣對流進行自然冷卻或增加風機冷卻，多用于高層建筑、高速收費站點用電及局部照明、電子線路等小容量變壓器。2）油浸式變壓器：依靠油作冷卻介質、如油浸自冷、油浸風冷、油浸水冷、強迫油循環(huán)等。2.4 電動機2.4.1 電動機的概述 電動機是將電能轉換為機械能的設備。它是利用通電線圈（也就是定子繞組）產(chǎn)生旋轉磁場并作用于轉子形成磁電動力旋轉扭矩。電動機主要由定子與轉子組成，通電導線在磁場中受力運動的方向跟電流方向和磁感線（磁場方向）方向有關。電動機工作原理是磁場對電流受力的作

25、用，使電動機轉動。（a）電動機的外形(b)電動機的定子 (c)電動機的轉子圖2.7 電動機的結構 現(xiàn)代各種生產(chǎn)機械都廣泛應用電動機來驅動。生產(chǎn)機械由電動機驅動有很多優(yōu)點，可簡化生產(chǎn)機械的結構、提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質量、能實現(xiàn)自動控制和遠距離操縱、減輕繁重的體力勞動等。其中小功率電動機和微特電動機常常用于電動工具與家用電器中，也可以用在自動控制系統(tǒng)和計算裝置中作為檢測、放大、執(zhí)行元件等。電動機按使用電源不同分為直流電動機和交流電動機，電力系統(tǒng)中的電動機大部分是交流電動機。 直流電動機具有寬廣的調(diào)速范圍、平滑的調(diào)速特性、較高的過載能力、較大的起動和制動轉矩等特點，廣泛應用于對起動和調(diào)速要求較高的生產(chǎn)機

26、械。國產(chǎn)電力機車上常采用直流電機作為牽引電機和輔助壓縮機驅動電機。 交流異步電機主要作用是拖動各種生產(chǎn)機械。異步電機又分為三相異步電機和單相異步電機。和其他電動機比較，它具有結構簡單、制造容易、價格低廉、運行可靠、維護方便、效率較高等一系列優(yōu)點，所以異步電動機得到極其廣泛的應用。目前,在生產(chǎn)上用的電動機主要是三相感應電動機，大約占世界電機數(shù)量的60以上。圖2.8所示為三相感應電動機的結構。圖2.8 三相感應電動機的結構2.4.2 電動機的應用 在工業(yè)中使用的異步電機有中小型軋鋼設備(如圖2.9a所示)、各種金屬切削機床、輕工機械、礦山機械、等。 在農(nóng)業(yè)中使用的異步電動機有水泵(如圖2.9b所示

27、)、脫粒機、粉碎機及其他農(nóng)副產(chǎn)品加工機械等。此外，與日常生活密切相關的電扇、洗衣機等設備中都用到異步電動機。建筑的供水、供暖、通風等需要水泵、鼓風機(如圖2.9c所示)等，這些設備也都是異步電動機驅動的。在電力機車上，由于機車在運行時，變壓器、變流裝置、牽引電機、制動電阻等設備會發(fā)出大量的熱，需要通風機進行強迫冷卻；變壓器需要裝設油泵強迫變壓器油循環(huán)；機車和列車的制動、受電弓升弓等需要壓縮機提供工作風源等。異步電動機的缺點是不能經(jīng)濟地在較大范圍內(nèi)平滑調(diào)速和必須從電網(wǎng)吸收滯后的無功功率，使電網(wǎng)功率因數(shù)降低。(a)軋鋼機 (b)水泵 (c)鼓風機圖2.9 異步電機在工農(nóng)業(yè)中的使用 一個現(xiàn)代機器人的

28、運動控制要用到很多臺電動機。有的機器人的關節(jié)部分直接采用球形電動機(如圖2.10所示)，可以方便地實現(xiàn)萬向運動。圖2.10 球形電動機 在高層建筑中，電梯、滾梯是靠電動機曳引的。賓館的自動門、旋轉門(如圖2.11所示)也是電動機。圖2.11旋轉門2.4.3電動機的選用 選擇電動機的種類是從交流或直流、機械特性、凋速與起動性能、維護及價格等方面來考慮的。因為通常生產(chǎn)場所用的都是三相交流電源，如果沒有特殊要求，一般都應采用交流電動機。在交流電動機中，三相鼠籠型異步電動機結構簡單，堅固耐用，工作可靠，價格低廉，維護方便；其主要缺點是調(diào)速困難，功率因數(shù)較低，起動性能較差。當機械對起動、調(diào)速及制動沒有特

29、殊要求時，一般應采用三相籠型感應電動機，例如，功率不大的水泵、通風機、輸送機、傳送帶、機床的輔助運動機構，差不多都采用籠型電動機。一些小型機床上也采用它作為主軸電動機。對重載起動的機械，例如某些起重機、卷揚機、鍛壓機及重型機床等選用籠型電動機不能滿足起動要求或加大功率不合理時或調(diào)速范圍不大的機械，且低速運行時間較短時，宜采用繞線轉子電動機。對功率較大而且連續(xù)工作的機械，當在技術經(jīng)濟上合理時，應采用同步電動機。當機械對起動、調(diào)速及制動有特殊要求時，電動機類型及其調(diào)速方式應根據(jù)技術經(jīng)濟比較確定。在交流電動機不能滿足機械要求的特性時，宜采用直流電動機；交流電源消失后必須工作的應急機組，也可采用直流電

30、動機。變負載運行的風機和泵類機械，當技術經(jīng)濟上合理時，應采用調(diào)速裝置，并應選用相應類型的電動機。2.5 特種電機 特種電機通常指的是結構、性能、用途或原理等與常規(guī)電機不同，且體積和輸出功率較小的微型電機或特種精密電機，一般其外徑不大于130 mm。特種電機可以分為驅動用特種電機和控制用特種電機兩大類，前者主要用來驅動各種機構、儀表以及家用電器等；后者是在自動控制系統(tǒng)中傳遞、變換和執(zhí)行控制信號的小功率電機的總稱，用作執(zhí)行元件或信號元件。控制用的特種電機分為測量元件和執(zhí)行元件。測量元件包括旋轉變壓器，交、直流測速發(fā)電機等；執(zhí)行元件主要有交、直流伺服電動機，步進電動機等。2.51 伺服電動機 伺服電

31、動機是自動控制系統(tǒng)等裝置中使用的一類小型電動機，如圖2.12所示，在自動控制系統(tǒng)中用作執(zhí)行元件，按照輸入信號進行起動、停止、正轉和反轉等過渡性動作，操作和驅動機械負荷。用于將輸入的控制電壓轉換成電機轉鈾的角位移或角速度輸出，伺服電動機的轉速和轉向隨著控制電壓的大小和極性的改變而改變。它通常作為隨動系統(tǒng)、遙測和遙控系統(tǒng)及各種增量運動控制系統(tǒng)的主傳動元件，廣泛應用于工業(yè)用機器人、機床、辦公設備、各種測量儀器、打印機、繪圖儀等設備中。機圖2.12伺服電動 數(shù)控機床伺服系統(tǒng)是以機床移動部件的機械位移為直接控制目標的自動控制系統(tǒng)，也稱位置隨動系統(tǒng)。它接收來自插補器的步進脈沖，經(jīng)過變換放大后轉化為機床工作

32、臺的位移。高性能的數(shù)控機床伺服系統(tǒng)還由檢測元件反饋實際的輸出位置狀態(tài)，并由位置調(diào)節(jié)器構成位置閉環(huán)控制, 如圖2.13所示。圖2.13 伺服電動機在數(shù)控機床上的應用2.5.2 直線電動機 直線電動機能直接產(chǎn)生直線運動，不需要任何中間轉換機構，如圖2.14所示。它不但省去了旋轉電動機與直線工作機構之間的機械傳動裝置，而又可因地制宜地將直線電動機某一側安放在適當?shù)奈恢弥苯幼鳛闄C械運動的一部分，使整個裝置緊湊合理、降低成本和提高效率。尤其在一些特殊的場合，其作用是旋轉電動機所不能替代的。因此，它在很多的技術領域中得到了廣泛的應用。圖2.14直線電動機 利用直線電動機驅動的高速列車，即磁懸浮列車就是其中

33、的典型一例，它的時速可達400 kmh以上。所謂磁懸浮列車，就是采用磁力懸浮車體，應用直線電動機驅動技術，使列車在軌道上浮起滑行，如圖2.15所示。過山車利用電磁體在軌道上方和列車下方各造出一個磁場，并使兩個磁場互相吸引，直線電動機移動軌道上方的磁場，牽引著后面的列車以極高的速度沿軌道移動，如圖2.16所示。 圖2.15上海磁懸浮列車圖2.16 過山車 直線電動機在城市內(nèi)軌道交通和城市間高鐵中的應用如圖2.17和圖2.18所示。 圖2.17 城市內(nèi)的輕軌 近年來，直線電機在工業(yè)機械、電梯、航空母艦發(fā)射飛機、電磁炮、導彈發(fā)射架，電磁推進潛艇等方面的應用都已經(jīng)實用化。圖2.18城際間的高鐵2.5.

34、3 步進電動機 步進電動機是一種將電脈沖信號轉換成相應角位移的電動機，每當一個電脈沖加到步進電動機的控制繞組上時，它的軸就轉動一定的角度，角位移量與電脈沖數(shù)成正比，轉速與脈沖頻率成正比，在自動控制裝置中作為執(zhí)行元件。每輸入一個脈沖信號，步進電動機前進一步，故又稱脈沖電動機,圖2.19所示。圖2.19 步進電機 步進電動機的驅動電源由變頻脈沖信號源、脈沖分配器及脈沖放大器組成，其利用電子電路將直流電變成分時供電，多相時序控制電流輸出為步進電機分時供電。由此驅動電源向電動機繞組提供脈沖電流，因而步進電動機的運行性能取決于電動機與驅動電源間的良好配合。 隨著微電子和計算機技術的發(fā)展，步進電動機的需求

35、量與日俱增，步進電動機的應用十分廣泛，如機械加工、繪圖機、機器人、計算機的外部設備、自動記錄儀表等。它主要用于工作難度大、要求的速度快、精度高等場合。尤其是電力電子技術和微電子技術的發(fā)展為步進電動機的應用開辟了廣闊的前景。在數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進電動機常用作執(zhí)行元件。圖2.20 數(shù)控機床 下面以數(shù)控機床實例簡單說明步進電動機的應用,如圖2.20所示。數(shù)控機床是數(shù)字程序控制機床的簡稱，它具有通用性、靈活性及高度自動化的特點。主要適用于加工零件精度要求高，形狀比較復雜的生產(chǎn)中。它的工作過程是：首先應按照零件加工的要求和加工的工序，編制加工程序，并將該程序送入計算機，計算機根據(jù)程序中的數(shù)據(jù)和指令進行計

36、算和控制；然后根據(jù)所得的結果向各個方向的步進電動機發(fā)出相應的控制脈沖信號，使步進電動機帶動工作機構按加工的要求依次完成各種動作，如轉速變化、正反轉、起停，等等，這樣就能自動地加工出程序所要求的零件。 步進電機是一種感應電機，分為機電式及磁電式兩種基本類型。機電式步進電動機由鐵心、線圈、齒輪機構等組成。螺線管線圈通電時將產(chǎn)生磁力，推動其鐵心心子運動，通過齒輪機構使輸出軸轉動一角度，通過抗旋轉齒輪使輸出轉軸保持在新的位置；線圈再通電，轉軸又轉動一角度，依次進行步進運動。磁電式步進電動機主要有永磁式、反應式和永磁感應子式三種形式。2.5.4 其他特種電機 除了上述特種電機外，還有超導電機和超聲波壓電

37、電動機。 超導電機在機電能量轉換原理上與普通電機沒有什么不同，只是其繞組采用超導材料，可以大大減小體積、節(jié)約能源。由于實現(xiàn)超導需要制冷設備，所以結構特別復雜，因此一般僅用于大型發(fā)電機或者電動機(如萬噸巨輪的推進)。 超聲波壓電電動機是20世紀80年代中期發(fā)展起來的一種全新概念的新型驅動裝置，它沒有磁場與繞組，與傳統(tǒng)電磁式電機原理完全不同。它是利用壓電材料的逆壓電效應，將電能轉換為彈性體的超聲振動，并將摩擦傳動轉換成運動體的旋轉或直線運動。這類電動機具有運行速度低、出力大、結構緊湊、體積小、噪聲小等優(yōu)點，而且不受環(huán)境磁場的影響，可以應用于生物生命科學、光學儀器、高精密機械等領域。26 電器的歷史

38、和電器的分類 在廣義上，電器指所有用電的器具，但是在電氣工程中，電器特指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)對電路或用電設備的控制、調(diào)節(jié)、切換、檢測和保護等作用的電工裝置、設備和組件。電機(包括變壓器)屬生產(chǎn)和變換電能的機械，習慣上不包括在電器之列。大的有電力系統(tǒng)中所用的二、三層樓高的超高壓斷路器，小的有普通家用開關。一百多年來，電器發(fā)展的總趨勢是容量增大，傳輸電壓增高，自動化程度提高。例如，開關電器由20世紀初采用空氣或變壓器油作滅弧介質，經(jīng)過多油式、少油式、壓縮空氣式，發(fā)展到利用真空作滅弧介質和六氟化硫作滅弧介質的斷路器，其開斷容量從初期約20-30kA到現(xiàn)在的100kA以

39、上，工作電壓提高到1150kV。又如，20世紀60年代出現(xiàn)了晶體管繼電器、接近開關、晶閘管開關等；20世紀70年代后，出現(xiàn)了機電一體化的智能型電器，以及六氟化硫全封閉組合電器等。這些電器的出現(xiàn)與電工新材料、電工制造新技術、新工藝相互依賴、相互促進，適應了整個電力工業(yè)和社會電氣化不斷發(fā)展的要求。 電器的分類按功能可分為： (1)用于接通和分斷電路的電器，主要有刀開關、接觸器、負荷開關、隔離開關、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，

40、主要有轉換開關、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。在我國，工作交流電壓在1000V及以下，直流電壓在1500V及以下的屬于低壓電器；工作交流電壓在l 000V以上，直流電壓在1 500V以上的屬于高壓電器。下面主要按工作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構與作用。27 高壓電器2.7.1 高壓開關設備 高壓開關設備主要用于在額定電壓3000V以上的電力系統(tǒng)中關合及開斷正常電力線路，以及輸送倒換電力負荷；從電力系統(tǒng)中退出故障設備

41、及故障線段，保證電力系統(tǒng)安全、正常運行；將兩段電力線路以至電力系統(tǒng)的兩部分隔開；將已退出運行的設備或線路進行可靠接地，以保證電力線路、設備和運行維修人員的安全。 高壓開關設備的器件主要有斷路器、隔離開關、重合器、分段器、接觸器、熔斷器、負荷開關相接地開關等，以及由上述產(chǎn)品與其他電器產(chǎn)品組合的產(chǎn)品、它們在結構上相互依托，有機地構成一個整體，如隔離負荷開關、熔斷器式開關、敞開式組合電器等。 電力系統(tǒng)中用得最多的高壓開關沒備是斷路器和隔離開關。 斷路器指能夠關合、承載和開斷正?；芈窏l件下的電流并能關合、在規(guī)定的時間內(nèi)承載和開斷異?；芈窏l件下的電流的開關裝置。斷路器分高壓斷路器和低壓斷路器。 高壓斷路

42、器（或稱高壓開關）它不僅可以切斷或閉合高壓電路中的空載電流和負荷電流，而且當系統(tǒng)發(fā)生故障時通過繼電器保護裝置的作用，切斷過負荷電流和短路電流，它具有相當完善的滅弧結構和足夠的斷流能力，可分為油斷路器（多油斷路器、少油斷路器）、六氟化硫斷路器（SF6斷路器，如圖2.21所示）、真空斷路器、壓縮空氣斷路器等。 低壓斷路器又稱自動空氣開關或自動空氣斷路器，如圖2.22所示，它是一種既有手動開關作用，又能自動進行失壓、欠壓、過載、和短路保護的電器。它可用來分配電能，不頻繁地啟動異步電動機，對電源線路及電動機等實行保護，當它們發(fā)生嚴重的過載或者短路及欠壓等故障時能自動切斷電路，其功能相當于熔斷器式開關與

43、過欠熱繼電器等組合。而且在分斷故障電流后一般不需要變更零部件，在配電系統(tǒng)中已獲得了廣泛的應用。 圖2.21 SF6高壓斷路器 圖2.22 低壓斷路器 隔離開關即在分位置時，觸頭間有符合規(guī)定要求的絕緣距離和明顯的斷開標志；在合位置時，能承載正?；芈窏l件下的電流及在規(guī)定時間內(nèi)異常條件（例如短路）下的電流的開關設備。隔離開關（俗稱“刀閘”），一般指的是高壓隔離開關，即額定電壓在1kV及其以上的隔離開關，通常簡稱為隔離開關，是高壓開關電器中使用最多的一種電器，如圖2.23所示。隔離開關的主要特點是無滅弧能力，只能在沒有負荷電流的情況下分、合電路。隔離開關用于各級電壓，用作改變電路連接或使線路或設備與電

44、源隔離，它沒有斷流能力，只能先用其它設備將線路斷開后再操作。一般帶有防止開關帶負荷時誤操作的聯(lián)鎖裝置，有時需要銷子來防止在大的故障的磁力作用下斷開開關。圖2.23 隔離開關 隨著產(chǎn)品成套性的提高，常將上述單個的高壓開關(電器)與其他電器產(chǎn)品，諸如電流互感器、電壓互感器、避雷器、電容器、電抗器、母線和進出線套管或電纜終端等，合理配置，有機地組合在一起，除進、出線外，所有高壓電器器件完全被接地的金屬外殼封閉，并配置二次監(jiān)測及保護器件，組成一個具有控制、保護及監(jiān)測功能的產(chǎn)品金屬封閉開關設備，氣體絕緣金屬封閉開關設備(Gas Insulated Metal-enclosed Switchgear，稱G

45、IS),如圖2.24所示。圖2.24氣體絕緣金屬封閉開關設備 為了使高壓開關設備的成套性進一步提高，近年來，人們將容量不是很大的整個變電站(包括電力變壓器在內(nèi))制作成為一個整體，在制造廠預制、調(diào)試好出廠后整體運送到現(xiàn)場，這樣可顯著地降低在運行現(xiàn)場的安裝及調(diào)試工作量，使安裝調(diào)試周期大為縮短，減少在現(xiàn)場安裝、調(diào)試工作中的失誤及偏差，提高了設備在運行中的可靠性。這類成套設備所需的占地面積和常規(guī)設備相比，也顯著減少。特別是在建筑稠密的地區(qū)，如居民小區(qū)、商業(yè)區(qū)等，釆用無人值守的小型箱式變電站代替?zhèn)鹘y(tǒng)的土建結構變電所，不僅可以節(jié)省建設和維護費用，還可以改善環(huán)境。2.7.2 避雷器 避雷器用于保護電氣設備免

46、受高瞬態(tài)過電壓危害并限制續(xù)流時間也常限制續(xù)流賦值的一種電器，也是通信線纜防止雷電損壞時經(jīng)常采用的另一種重要的設備。電力系統(tǒng)輸變電和配電設備在運行中受到長期作用的工作電壓，由于接地故障甩負載、諧振以及其他原因產(chǎn)生的暫時過電壓，雷電過電壓，橾作過電壓這四種過電壓的作用。 雷電過電壓和操作過電壓可能有非常高的數(shù)值，單純依靠提高設備絕緣水平來承受這兩種過電壓，不僅在經(jīng)濟上不合理，而且在技術上也常常是不可行的。一般是采用避雷器將過電壓限制在一個合理的水平上，過電壓過去之后，避雷器立即恢復截止狀態(tài)，電力系統(tǒng)隨即恢復正常狀態(tài)。避雷器的保護特性是被保護設備絕緣配合的基礎，改善避雷器的保護特性，可以提高被保護設

47、備的運行安全可靠性，也可以降低設備的絕緣水平，從而減輕其重量，降低造價。 目前常用的避雷器主要有碳化硅閥式避雷器和金屬氧化物避雷器，如圖2.25所示。圖2.25 避雷器2.7.3 互感器 互感器是電力系統(tǒng)中供測量和保護用的設備，分為電壓互感器和電流互感器兩大類。互感器的作用是向測量、保護和控制裝置傳遞信息，并實現(xiàn)和高電壓之間隔離。 常用的電流互感器是按電磁轉換原理工作的，結構與變壓器相同，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，如圖2.26示。 隨著技術的發(fā)展，出現(xiàn)了電子式互感器。圖2.26電容式電壓互感器2.8 低壓電器 低壓電器通常是指交流電壓1 000V、直流15

48、00V及以下配電和控制系統(tǒng)中的電器設備。它對電能的產(chǎn)生、輸送、分配起著開關、控制、保護、調(diào)節(jié)、檢測及顯示等作用。低壓電器是組成低壓控制回路的基本器件。低壓電器廣泛應用于發(fā)電廠、變電所以及廠礦企、交通運輸、農(nóng)村、建筑等電力系統(tǒng)中。在工廠中常用繼電器、接觸器、按鈕和開關等電器組成電動機的起動、停止、反轉和制動控制回路。發(fā)電廠發(fā)出的電能，80%以上要通過各種低壓電器傳送與分配。據(jù)統(tǒng)計，每增加1萬千瓦電設備，大約需要4萬件以上各類低壓電器配套。所以，隨著電氣化程度的提高，低壓電器的用量會急劇增加。圖2.27一些低壓轉換開關 繼電器是現(xiàn)代自動控制系統(tǒng)中最基本的電器元件之一，廣泛用于電力系統(tǒng)保護置、生產(chǎn)過

49、程自動化裝置、各類遠功、遙控和通信裝置。繼電器種類繁多，簡單地可分為電量繼電器(其輸入量可為電流、電壓、頻率、功率等)和非電氣量繼電器(其輸入量可為溫度、壓力、速度等)等，但繼電器都有一個共同的特點，即它是一種當輸入的物理量達到規(guī)定時，其電氣輸出電路被接通或阻斷的自動電器, 如圖2.28所示。圖2.28 繼電器繼電器的觸點有三種基本形式：1、動合型（常開），線圈不通電時兩觸點是斷開的，通電后，兩個觸點就閉合。2、動斷型（常閉），線圈不通電時兩觸點是閉合的，通電后兩個觸點就斷開。3、轉換型（Z型）這是觸點組型。這種觸點組共有三個觸點，即中間是動觸點，上下各一個靜觸點。線圈不通電時，動觸點和其中一

50、個靜觸點斷開和另一個閉合，線圈通電后，動觸點就移動，使原來斷開的成閉合，原來閉合的成斷開狀態(tài)，達到轉換的目的。這樣的觸點組稱為轉換觸點。 接觸器是指工業(yè)電中利用線圈流過電流產(chǎn)生磁場，使觸頭閉合，以達到控制負載的電器。是用于遠距離、頻繁地接通和分斷交、直流主電路和大容量控制電路的電器?？煽焖偾袛嘟涣髋c直流主回路和可頻繁地接通與大電流控制（某些型別可達800安培）電路的裝置，所以經(jīng)常運用于電動機做為控制對象也可用作控制工廠設備電熱器工作母機和各樣電力機組等電力負載，接觸器不僅能接通和切斷電路，而且還具有低電壓釋放保護作用。接觸器控制容量大，適用于頻繁操作和遠距離控制。其主要的控制對象為電動機，也可

51、用作控制電熱設備、電照明、電焊機和電容器組等電力負載。接觸器具有較高的操作頻率，最高操作頻率可達每小時1200次。接觸器的壽命長，機械壽命一般為數(shù)百萬次至一千萬次，電壽命一般為數(shù)十萬次至數(shù)百萬次。 接觸器也是低壓電器中使用廣泛的設備，如圖2.29所示。圖2.29 接觸器 低壓電器根據(jù)它在電氣線路中所處的地位和作用，可歸納為低壓配電電器和低壓控制電器兩大類。由于這兩類低壓電器在電路中所處的地位與作用不同，對它們的性能要求也有較大的差異。配電電器一般不需要頻繁操作，對承擔保護功能的配電電器應有較高的分斷能力?？刂齐娖鲃t一般不分斷大電流，而其動作則相對頻繁，因此要求控制電器有較高的操作壽命。低壓電器

52、按照它的動作方式可分為機械動作電器(即有觸點開關電器)和非機械動作器。機械動作電器又可分為自動切換電器和非自動切換電器。自動切換電器在完成接通、分斷動作時，依靠本身參數(shù)的變化或外來信號而自動進行工作，非自動切換電器依靠外力完成動作。 目前，世界各國都十分重視低壓電器的發(fā)展，并注意將微電子等新技術以及新工藝、新材料應用于低壓電器的改進與新產(chǎn)品開發(fā)，特別是在低壓電器智能化、模塊化、組合化、電子化、多功能化等方面已取得了很大進展。2.9 電氣控制技術的發(fā)展 隨著科學技術的不斷發(fā)展，生產(chǎn)工藝不斷提出新的要求，電氣控制技術迅速發(fā)展。在控制方法上主要是從手動控制到自動控制；在控制功能上，是從簡單到復雜；在

53、操作上由笨重到輕巧；從控制原理上，由單一的有觸點硬接線繼電器控制系統(tǒng)轉向以微處理器為中心的軟件控制系統(tǒng)。隨著新的控制理論和新型電器及電子器件的出現(xiàn)，不斷地推動著電氣控制技術的繼續(xù)發(fā)展。 生產(chǎn)機械電力拖動的初期，常以一臺電動機拖動多臺設備，或是一臺機床的多個動作由同一臺電動機拖動，相應的電氣控制線路比較簡單。隨著生產(chǎn)機械功能增多、自動化程度的提高，其機械傳動系統(tǒng)也越來越復雜，為了簡化傳動機構而出現(xiàn)分散拖動形式，即各個運動機構分別有不同電動機拖動，這使電氣控制線路進一步復雜化。此外，在生產(chǎn)過程中，對影響產(chǎn)品質量的各種參數(shù)都要求能自動調(diào)整，促使電氣自動控制技術迅速向前發(fā)展控制線路日趨完善。 初期，常

54、用的控制電器有繼電器、接觸器等，用這種電器進行的控制稱為繼電器接觸器控制，這是一種有觸點的控制方式。長期以來，繼電器接觸器控制在控制設備中發(fā)揮了很大的作用，直到今天，在一般工廠的控制設備中，還占有很大的比重。繼電器接觸器控制雖然有價廉易學的特點，但是在對于經(jīng)常需要變換控制線路的設備來說，存在著改接困難和周期長的缺點。為了生產(chǎn)需要和提高加工精度，人們開始研究容易改變順序的可編程控制器。 在20世紀60年代出現(xiàn)了一種能夠根據(jù)生產(chǎn)需要，方便地改變控制程序，而又遠比電子計算機結構簡單，價格低廉的自動化裝置順序控制器，它能滿足程序經(jīng)常改變的控制要求，使控制系統(tǒng)具有較大的靈活性和通用性。由于它兼?zhèn)淞擞嬎銠C

55、控制和繼電器控制系統(tǒng)兩方面的優(yōu)點，故目前在世界各國已作為一種標準化通用設備普遍應用于工業(yè)控制中。 為了解決占機械加工總量80左右的單件和小批生產(chǎn)的自動化，以提高勞動生產(chǎn)率，提高產(chǎn)品質量和降低勞動強度，在20世紀50年代就出現(xiàn)了數(shù)控機床，它是一種具有廣泛通用性的高效率自動化機床，它綜合應用了電子技術、檢測技術、計算技術、自動控制和機床結構設計等各個技術領域的最新技術成就。目前仍然廣泛應用，并且在一般數(shù)控機床基礎上，發(fā)展成為附帶自動換刀、自適應等功能的復雜數(shù)控系列產(chǎn)品，稱為加工中心。它能對多道工序的工件進行連續(xù)加工，節(jié)省了夾具，縮短了裝夾定位、對刀等輔助時間，提高了工效和產(chǎn)品質量，成功取代了以往依

56、靠模板、凸輪、專用夾具、刀具和定程擋塊來實現(xiàn)順序加工的自動機床、組合機床、專用機床。 上述各種先進控制設備的應用，促進了電氣控制技術的發(fā)展。可以這樣說，可編程控制器、機器人和數(shù)控機床已成為現(xiàn)代控制的三大支柱。思考題2-1 電機有哪些不同的分類方法?2-2 同步發(fā)電機和異步發(fā)電機有何不同？2-3 電動機可應用在哪些領域？2-4 變壓器和電流互感器有什么區(qū)別?2-5 電動機的選用要考慮哪些因素?2-6 我國高壓電器和低壓電器是如何劃分的?2-7 隔離開關與斷路器有什么區(qū)別?2-8 繼電器與接觸器有什么區(qū)別?第3章 電力系統(tǒng)及其自動化應用及發(fā)展新技術電氣工程概論2022/7/22102第3 章 電力

57、系統(tǒng)及其自動化應用及發(fā)展新技術3.1 電力工業(yè)概況及發(fā)展3.2 電力系統(tǒng)組成及設備3.3 發(fā)電廠分類及應用3.4 輸配電系統(tǒng)分類及應用3.5 變電站分類及應用3.6 供用電技術3.7 電力系統(tǒng)及其自動化發(fā)展新技術 1033.1 電力工業(yè)概況及發(fā)展 電力工業(yè)是將煤炭、石油、天然氣、核燃料、水能、海洋能、風能、太陽能、生物質能等一次能源經(jīng)發(fā)電設施轉換成電能，再通過輸電、變電與配電系統(tǒng)供給用戶作為能源的工業(yè)部門。電能的生產(chǎn)過程和消費過程是同時進行的，既不能儲存，又不能中斷，需要統(tǒng)一調(diào)度和分配。電力工業(yè)為工業(yè)和國民經(jīng)濟其他部門提供基本動力，是國民經(jīng)濟發(fā)展的先行部門。 電力工業(yè)主要包括5個生產(chǎn)環(huán)節(jié)： （

58、1）發(fā)電：包括火力發(fā)電、水力發(fā)電、核能和其他新能源發(fā)電技術等。 （2）輸電：包括交流輸電和直流輸電。 （3）變電：變換電壓，包括升壓變電和降壓變電。 （4）配電：匯集和分配電能。 （5）用電：包括用電設備的安裝、使用和用電負荷的控制。 電力工業(yè)還包括以下環(huán)節(jié)：規(guī)劃、勘測設計、施工建設、運行調(diào)度、維護改造、安全監(jiān)察、科研開發(fā)、設備制造、教育培訓、法規(guī)標準、電力營銷（電力市場）等。1043.1.1 世界電力工業(yè)的發(fā)展歷程1875年，法國巴黎北火車站建成世界上第一座火電廠，為附近照明供電。1879年，美國舊金山實驗電廠開始發(fā)電，它是世界上最早出售電力的電廠。80年代，在英國和美國建成世界上第一批水電

59、站。1913年，全世界的年發(fā)電量為500億kWh，電力工業(yè)已作為一個獨立的工業(yè)部門，進入人類的生產(chǎn)生活領域。20世紀30、40年代，美國成為電力工業(yè)的先進國家，擁有20萬kW的機組31臺，容量為30萬kW的中型火電廠9座。同一時期，水電機組達510萬kW。1934年，美國開工興建大古力水電站，1941年開始發(fā)電，到1980時年裝機容量為649萬kW，在80年代中期以前一直是世界上最大的水電站。1950年，全世界發(fā)電量增至9589億kWh，是1913年的19倍。50、60、70年代，平均年增長率分別為9.4%、8.0%、5.3% 。19501980年，發(fā)電量增長7.9倍，平均年增長率7.6%，約

60、相當于每10年翻一番。1051986年，全世界發(fā)電總量中水電占20.3%，火電占63.7%，核電占15.6%；其中美國水電占11.4%，火電占72.1%，核電占16.0%；前蘇聯(lián)水電占13.5%，火電占76.4%，核電占10.1%；日本水電占12.9%，火電占61.8%，核電占25.1%；中國水電占21.0%，火電占79.0%。20世紀70年代，電力工業(yè)進入以大機組、大電廠、超高壓以至特高壓輸電發(fā)展階段，形成以聯(lián)合系統(tǒng)為特點的新時期。1973年，瑞士BBC公司制造的130萬kW雙軸發(fā)電機組在美國肯勃蘭電廠投入運行。蘇聯(lián)于1981年制造并投運世界上容量最大的120萬kW單軸汽輪發(fā)電機組。到197