電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)導(dǎo)論-第2章-電機(jī)電器及其系統(tǒng)

哈爾濱理工大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)導(dǎo)論目錄電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)導(dǎo)論第1章電氣工程及其本科教育第2章電機(jī)電器及其系統(tǒng)第3章電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化第4章電力電子與電力傳動(dòng)第5章高電壓與絕緣技術(shù)第6章電工理論與新技術(shù)哈爾濱理工大學(xué)第2章電機(jī)電器及其系統(tǒng)第二章目錄2.1電機(jī)的作用和發(fā)展歷程2.2電機(jī)的分類和主要類型2.3電機(jī)的主要應(yīng)用2.4電器的分類及主要類型2.5電機(jī)電器及其控制發(fā)展趨勢(shì)電機(jī)與電器學(xué)科：

較早的電氣工程專業(yè)一般被稱為電機(jī)系，隨著電磁理論與電磁裝置的成熟和發(fā)展，電氣工程的內(nèi)涵也隨之不斷擴(kuò)展，電機(jī)與電器學(xué)科發(fā)展成為電氣工程一級(jí)學(xué)科下的二級(jí)學(xué)科之一。專業(yè)方向簡(jiǎn)介：主要研究電機(jī)、電器、及其系統(tǒng)的運(yùn)行理論、電磁問(wèn)題、設(shè)計(jì)與控制理論，主要涉及電機(jī)電器的基本理論、特種電機(jī)及其控制系統(tǒng)、電機(jī)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及優(yōu)化技術(shù)、電機(jī)電磁場(chǎng)數(shù)學(xué)模型與數(shù)值分析、電機(jī)的控制理論及方法、特種電機(jī)設(shè)計(jì)、電機(jī)電器可靠性理論與檢測(cè)技術(shù)等研究領(lǐng)域。第2章電機(jī)電器及其系統(tǒng)核心課程：主要學(xué)習(xí)與電機(jī)、電器，以及與控制相關(guān)的學(xué)科基礎(chǔ)課程和專業(yè)方向課程，開(kāi)設(shè)的課程一般包括電機(jī)學(xué)、電力電子技術(shù)、自動(dòng)控制原理、PLC電氣控制、電機(jī)設(shè)計(jì)、電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制、電機(jī)測(cè)試技術(shù)、電機(jī)與電力拖動(dòng)、特種電機(jī)或永磁電機(jī)、電機(jī)控制、控制電機(jī)、電機(jī)結(jié)構(gòu)工藝學(xué)等課程。就業(yè)去向：畢業(yè)后可以進(jìn)入一些電氣裝備制造行業(yè)從事與電機(jī)、電器等設(shè)備相關(guān)的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、控制、運(yùn)行、檢測(cè)維護(hù)等方面的工作，也可以進(jìn)入電力系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)行業(yè)從事運(yùn)行監(jiān)測(cè)、系統(tǒng)維護(hù)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、質(zhì)量保障、技術(shù)管理等工作。第2章電機(jī)電器及其系統(tǒng)2.1電機(jī)的作用和發(fā)展歷程2.1.1電機(jī)的主要作用電機(jī)是以電磁理論為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能的相互轉(zhuǎn)換或電能傳遞的一種電磁裝置。電機(jī)主要包括發(fā)電機(jī)、變壓器和電動(dòng)機(jī)等類型。

主要作用概括為以下三個(gè)方面：

1、用于電能的產(chǎn)生、傳輸、和分配。

2、用于驅(qū)動(dòng)各種生產(chǎn)機(jī)械或裝備。

3、用以作為各種控制系統(tǒng)或自動(dòng)化、智能化裝置的重要元件。第2章電機(jī)電器及其系統(tǒng)第2章電機(jī)電器及其系統(tǒng)2.1.1電機(jī)的主要作用電能的產(chǎn)生電能的傳輸電能的使用2.1電機(jī)的作用和發(fā)展歷程2.1.2電機(jī)的發(fā)展歷程第2章電機(jī)電器及其系統(tǒng)直流電機(jī)的形成和發(fā)展時(shí)期直流電機(jī)電機(jī)理論電機(jī)統(tǒng)一理論的形成、發(fā)展和成熟時(shí)期交流電機(jī)交流電機(jī)的形成和發(fā)展時(shí)期發(fā)展新時(shí)期材料、控制技術(shù)對(duì)促進(jìn)電機(jī)發(fā)展的新時(shí)期第2章電機(jī)電器及其系統(tǒng)2.1.2電機(jī)的發(fā)展歷程第2章電機(jī)電器及其系統(tǒng)2.1.2電機(jī)的發(fā)展歷程2.2電機(jī)的分類和主要類型2.2.1電機(jī)的主要分類依據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，電機(jī)有不同的分類方法：1.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)。2.按照在應(yīng)用中的功能來(lái)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(dòng)機(jī)。（3）將電功率轉(zhuǎn)換為另一種形式的電功率，又可分為：①輸出和輸入有不同的電壓——變壓器。第2章電機(jī)電器及其系統(tǒng)2.2電機(jī)的分類和主要類型2.2.1電機(jī)的主要分類②輸出與輸入有不同的波形，如將交流變?yōu)橹绷鳌兞鳈C(jī)。③輸出與輸入有不同的頻率——變頻機(jī)。④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)——控制電機(jī)。3.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(méi)有固定的同步速度——直流電機(jī)。第2章電機(jī)電器及其系統(tǒng)2.2電機(jī)的分類和主要類型2.2.1電機(jī)的主要分類（3）轉(zhuǎn)子速度永遠(yuǎn)與同步速度有差異——感應(yīng)電機(jī)（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)。4.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)。第2章電機(jī)電器及其系統(tǒng)

直流電機(jī)交流電機(jī)電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)變壓器變流機(jī)移相機(jī)同步機(jī)感應(yīng)（異步）機(jī)無(wú)固定速度……第2章電機(jī)電器及其系統(tǒng)2.2.1電機(jī)的主要分類2.2電機(jī)的分類和主要類型2.2.2電機(jī)的主要類型（一）發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)是實(shí)現(xiàn)機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的主要機(jī)械裝備，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電一般經(jīng)變壓器升高電壓后并入電能傳輸系統(tǒng)——電網(wǎng)。提供機(jī)械能的機(jī)械裝備通常稱為原動(dòng)機(jī)，主要有水輪機(jī)、汽輪機(jī)、風(fēng)機(jī)等。

第2章電機(jī)電器及其系統(tǒng)隱極汽輪發(fā)電機(jī)凸極水輪發(fā)電機(jī)2.2電機(jī)的分類和主要類型2.2.2電機(jī)的主要類型（二）電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的作用是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能?，F(xiàn)代各種生產(chǎn)機(jī)械都廣泛應(yīng)用電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。中小功率電動(dòng)機(jī)常常被用于電動(dòng)工具與家用電器中，也可以用在自動(dòng)控制系統(tǒng)和計(jì)算裝置中作為檢測(cè)、放大、執(zhí)行元件等。

第2章電機(jī)電器及其系統(tǒng)籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)2.2電機(jī)的分類和主要類型2.2.2電機(jī)的主要類型（三）變壓器變壓器是一種靜止電機(jī)，其主要組成部分是鐵芯和繞組。為了改善散熱條件，大、中容量的電力變壓器的鐵芯和繞組浸在盛滿變壓器油的封閉油箱中，各繞組對(duì)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(chǔ)油柜、安全氣道、氣體繼電器的等附件。第2章電機(jī)電器及其系統(tǒng)2.2電機(jī)的分類和主要類型2.2.2電機(jī)的主要類型（四）特種電機(jī)1.永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)無(wú)刷電動(dòng)機(jī)是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，主要由電動(dòng)機(jī)本體、位置傳感器、控制器及相關(guān)線路組成。轉(zhuǎn)子采用永磁材料的無(wú)刷電動(dòng)機(jī)，稱做永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)既有傳統(tǒng)的內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，又有盤式結(jié)構(gòu)、外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和直線結(jié)構(gòu)等新型結(jié)構(gòu)形式。第2章電機(jī)電器及其系統(tǒng)無(wú)刷電機(jī)2.2電機(jī)的分類和主要類型2.2.2電機(jī)的主要類型（四）特種電機(jī)2.直線電動(dòng)機(jī)直線電動(dòng)機(jī)的歷史，最早可追溯到1840年惠斯登開(kāi)始提出和制作的略具雛形但并不成功的直線電機(jī)，至今已有180年的歷史。在這段歷史過(guò)程中，直線電動(dòng)機(jī)經(jīng)歷了探索實(shí)驗(yàn)、開(kāi)發(fā)應(yīng)用和實(shí)用商品化三個(gè)時(shí)期。第2章電機(jī)電器及其系統(tǒng)2.2電機(jī)的分類和主要類型2.2.2電機(jī)的主要類型（四）特種電機(jī)3.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是把電脈沖信號(hào)變換成角度位移的一種旋轉(zhuǎn)電機(jī)，一般在自動(dòng)控制裝置中作執(zhí)行元件使用。每輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就前進(jìn)一步，故又稱為脈沖電動(dòng)機(jī)。第2章電機(jī)電器及其系統(tǒng)2.2電機(jī)的分類和主要類型2.2.2電機(jī)的主要類型（四）特種電機(jī)4.超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)在機(jī)電能量轉(zhuǎn)換原理上與普通電動(dòng)機(jī)沒(méi)有什么區(qū)別,只是組采用超導(dǎo)材料，可以大大減小體積，節(jié)約資源。第2章電機(jī)電器及其系統(tǒng)2.2電機(jī)的分類和主要類型2.2.2電機(jī)的主要類型（四）特種電機(jī)5.超聲波壓電電動(dòng)機(jī)超聲波壓電電動(dòng)機(jī)是20世紀(jì)80年代中期發(fā)展起來(lái)的一種全新概念的新型驅(qū)動(dòng)裝置,它沒(méi)有磁場(chǎng)與繞組,與傳統(tǒng)電磁式電動(dòng)機(jī)原理完全不相同。它是利用壓電材料的逆壓電效應(yīng),將電能轉(zhuǎn)化為彈性體的超聲振動(dòng),并將摩擦傳動(dòng)轉(zhuǎn)換為運(yùn)動(dòng)體的旋轉(zhuǎn)或直線運(yùn)動(dòng)。第2章電機(jī)電器及其系統(tǒng)2.2電機(jī)的分類和主要類型2.2.2電機(jī)的主要類型（四）特種電機(jī)

6.音圈電機(jī)音圈電機(jī)（VoiceCoilMotor）是一種特殊形式的直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單體積小、高速、高加速響應(yīng)快等特性。其工作原理是，通電線圈（導(dǎo)體）放在磁場(chǎng)內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生力，力的大小與施加在線圈上的電流成比例，基于此原理制造的音圈電機(jī)運(yùn)動(dòng)形式可以為直線或者圓弧。第2章電機(jī)電器及其系統(tǒng)2.3電機(jī)的主要應(yīng)用2.3.1電力工業(yè)在電力工業(yè)中，電機(jī)主要作為電力的產(chǎn)生裝備——發(fā)電機(jī)。依據(jù)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的原動(dòng)機(jī)能量來(lái)源的不同，主要有汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)三類型。

第2章電機(jī)電器及其系統(tǒng)上海電氣集團(tuán)股份有限公司生產(chǎn)100萬(wàn)千瓦超超臨界燃煤汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的600MW汽輪發(fā)電機(jī)定子永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組示意圖湘潭電機(jī)集團(tuán)7-8MW風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)方案示意圖2.3電機(jī)的主要應(yīng)用2.3.2工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在工農(nóng)業(yè)中，中、小功率的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著極其廣泛的應(yīng)用，在工業(yè)車床、鼓風(fēng)機(jī)、磨面機(jī)、電風(fēng)扇、行車（吊車）、球磨機(jī)、數(shù)控機(jī)床、油壓機(jī)、提升機(jī)、電拖車、制磚機(jī)、壓風(fēng)機(jī)等設(shè)備的驅(qū)動(dòng)中，均使用了大量的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。第2章電機(jī)電器及其系統(tǒng)2.3電機(jī)的主要應(yīng)用2.3.2工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)第2章電機(jī)電器及其系統(tǒng)2.3電機(jī)的主要應(yīng)用2.3.3交通運(yùn)輸作為21世紀(jì)的綠色交通工具，電動(dòng)汽車在各國(guó)受到普遍重視，電動(dòng)車輛驅(qū)動(dòng)用電機(jī)主要是大功率永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)、永磁同步電動(dòng)機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)、高效感應(yīng)電動(dòng)機(jī)等，這類電機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)是高效率、高出力、智能化。第2章電機(jī)電器及其系統(tǒng)2.3電機(jī)的主要應(yīng)用2.3.4其他領(lǐng)域電機(jī)在其他領(lǐng)域也有著非常廣泛的應(yīng)用,例如消費(fèi)電子領(lǐng)域，電唱機(jī)、錄音機(jī)、VCD視盤和DVD視盤等影音設(shè)備，配套電機(jī)主要為永磁直流電動(dòng)機(jī)、印制繞組電動(dòng)機(jī)、線繞盤式電動(dòng)機(jī)、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)等。第2章電機(jī)電器及其系統(tǒng)2.4電器的分類和主要類型第2章電機(jī)電器及其系統(tǒng)高壓電器低壓電器控制電器主令電器手動(dòng)電器自動(dòng)電器……保護(hù)電器執(zhí)行電器配電電器……2.4電器的分類和主要類型2.4.1電器的主要分類電器（electricapparatus）泛指所有用電的器具，但是在電氣工程領(lǐng)域中，主要指用于對(duì)電路進(jìn)行接通、分?jǐn)?，?duì)電路參數(shù)進(jìn)行變換，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電路或用電設(shè)備的控制、調(diào)節(jié)、切換、檢測(cè)和保護(hù)等作用的電工裝置、設(shè)備和元件。

主要分類：

1.按工作電壓等級(jí)分類（1）高壓電器（2）低壓電器第2章電機(jī)電器及其系統(tǒng)2.4電器的分類和主要類型2.4.1電器的主要分類

2.按用途分類（1）控制電器（2）主令電器（3）保護(hù)電器（4）執(zhí)行電器（5）配電電器第2章電機(jī)電器及其系統(tǒng)2.4電器的分類和主要類型2.4.1電器的主要分類

3.按動(dòng)作原理分類（1）手動(dòng)電器（2）自動(dòng)電器4.按工作原理分類（1）電磁式電器（2）非電量控制電器第2章電機(jī)電器及其系統(tǒng)2.4電器的分類和主要類型2.4.1電器的主要分類

5.按功能分類（1）用于接通和分段電路的電器,主要有刀開(kāi)關(guān)、接觸器、負(fù)荷開(kāi)關(guān)、隔離開(kāi)關(guān)、斷路器等。（2）用于控制電路的電器，主要有電磁啟動(dòng)器、星三角啟動(dòng)器、自耦減壓?jiǎn)?dòng)器、頻敏啟動(dòng)器、變阻器、控制繼電器等（用于電機(jī)的各種啟動(dòng)器正越來(lái)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(kāi)關(guān)、主令電器等。（4）用于檢測(cè)電路參數(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。第2章電機(jī)電器及其系統(tǒng)2.4電器的分類和主要類型2.4.2高壓電器（一）高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備主要用于在額定電壓3000V以上的電力系統(tǒng)中關(guān)合及開(kāi)斷正常電力線路，以及輸送倒換電力負(fù)荷；從電力系統(tǒng)中退出故障設(shè)備及故障線段，保證電力系統(tǒng)安全、正常地運(yùn)行；將兩段電力線路以至電力系統(tǒng)的兩部分隔開(kāi)；將已退出運(yùn)行的設(shè)備或線路進(jìn)行可靠接地，以保證電力線路、設(shè)備和運(yùn)行維修人員的安全。高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備的器件主要有斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、重合器、分段器、接觸器、熔斷器負(fù)荷開(kāi)關(guān)和接地開(kāi)關(guān)等，以及由上述產(chǎn)品與其他電器產(chǎn)品組合的系統(tǒng)。第2章電機(jī)電器及其系統(tǒng)2.4電器的分類和主要類型2.4.2高壓電器（二）互感器互感器是電力系統(tǒng)中供測(cè)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?；ジ衅鞯淖饔檬牵海?）向測(cè)量、保護(hù)和控制裝置傳遞信息；（2）使測(cè)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。第2章電機(jī)電器及其系統(tǒng)2.4電器的分類和主要類型2.4.2高壓電器（三）避雷器電力系統(tǒng)輸變電和配電設(shè)備在運(yùn)行中受到四種電壓的作用，分別是：（1）長(zhǎng)期作用的工作電壓；（2）由于接地故障、甩負(fù)載、諧振以及其他原因產(chǎn)生的暫時(shí)過(guò)電壓；（3）雷電過(guò)電壓；（4）操作過(guò)電壓。第2章電機(jī)電器及其系統(tǒng)2.4電器的分類和主要類型2.4.3低壓電器低壓電器通常是指交流電壓1000V、直流1500V及以下配電和控制系統(tǒng)中的電器設(shè)備。它對(duì)電能的產(chǎn)生、輸送、分配起著開(kāi)關(guān)、控制、保護(hù)、調(diào)節(jié)、檢測(cè)及顯示等作用。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。第2章電機(jī)電器及其系統(tǒng)2.4電器的分類和主要類型2.4.4可編程控制器可編程控制器全稱為可編程邏輯控制器(ProgrammableLogicController，PLC)，是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)。它采用一種可編程的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來(lái)控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程。第2章電機(jī)電器及其系統(tǒng)2.5電機(jī)電器及其系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)2.5.1智能交通驅(qū)動(dòng)