電氣工程導(dǎo)論——

專題一電機(jī)基礎(chǔ)11/29/2023一、電機(jī)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(jī)械力的情況建立了安培定律11/29/20232電氣工程導(dǎo)論1、直流電機(jī)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(yùn)動，第一次實(shí)現(xiàn)了電磁運(yùn)動向機(jī)械運(yùn)動的轉(zhuǎn)換，從而建立了電動機(jī)的實(shí)驗(yàn)室模型，被認(rèn)為是世界上第一臺電機(jī)。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(yùn)動。11/29/20233電氣工程導(dǎo)論第一臺真正意義上的電機(jī)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(jī)──法拉第圓盤發(fā)電機(jī)。這臺發(fā)電機(jī)制構(gòu)造跟現(xiàn)代的發(fā)電機(jī)不同，在磁場所中轉(zhuǎn)動的不是線圈，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。11/29/20234電氣工程導(dǎo)論振蕩電動機(jī)1831年夏，亨利對法拉第的電動機(jī)模型進(jìn)行了改進(jìn)該裝置的運(yùn)動部件是在垂直方向上運(yùn)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吸引或排斥，使電磁鐵以每分鐘75個周期的速度上下運(yùn)動。亨利的電動機(jī)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(yùn)動，是電磁鐵在電動機(jī)中的真正應(yīng)用。亨利的振蕩電動機(jī)照片原理圖11/29/20235電氣工程導(dǎo)論第一臺能產(chǎn)生連續(xù)運(yùn)動的旋轉(zhuǎn)電動機(jī)1832年，斯特金發(fā)明了換向器，據(jù)此對亨利的振蕩電動機(jī)進(jìn)行了改進(jìn)，并制作了世界上第一臺能產(chǎn)生連續(xù)運(yùn)動的旋轉(zhuǎn)電動機(jī)。后來他還制作了一個并勵直流電動機(jī)。11/29/20236電氣工程導(dǎo)論雅可比的電動機(jī)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(jī)都沒有多大商業(yè)價值，用電池作電源，成本太大、不實(shí)用。11/29/20237電氣工程導(dǎo)論直流發(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57千米1500～2000伏電線輸送到慕尼黑，證明直流遠(yuǎn)距離輸電的可能性。直流在傳輸中的缺點(diǎn)：電壓越高，電能的傳輸損失越小，但高壓直流發(fā)電機(jī)困難較大，而且單機(jī)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(jī)。11/29/20238電氣工程導(dǎo)論2、交流電機(jī)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(jī)械力。1825年，他重復(fù)這一實(shí)驗(yàn)時，發(fā)現(xiàn)外圍環(huán)的轉(zhuǎn)動又使磁針偏轉(zhuǎn)，這些實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致了后來感應(yīng)電動機(jī)的出現(xiàn)。11/29/20239電氣工程導(dǎo)論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(jī)。它是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成，又稱感應(yīng)電動機(jī)，這種電動機(jī)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(jī)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(jī)，但愛迪生堅(jiān)持只搞直流方式，因此他就把兩相交流發(fā)電機(jī)和電動機(jī)的專利權(quán)賣給了西屋公司。11/29/202310電氣工程導(dǎo)論電機(jī)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300×735.5W55V三相交流發(fā)電機(jī)的電流經(jīng)三相變壓器提高到了萬伏，輸運(yùn)175千米，順利通電，從此三相交流電機(jī)很快代替了工業(yè)上的直流電機(jī)，因?yàn)槿嘀频膬?yōu)點(diǎn)十分明顯：材料可靠，結(jié)構(gòu)簡單，性能好，效率高，用銅省，在電力驅(qū)動方面又有重大效益。各種各樣的電機(jī)迅速發(fā)展起來。1896年，特斯拉的兩相交流發(fā)電機(jī)在尼亞拉發(fā)電廠開始勞動營運(yùn)，3750KW，5000V的交流電一直送到40公里外的布法羅市。11/29/202311電氣工程導(dǎo)論（一）、電機(jī)分類按類別分電機(jī)靜止電機(jī)——變壓器旋轉(zhuǎn)電機(jī)直流電機(jī)交流電機(jī)控制電機(jī)異步電機(jī)同步電機(jī)二、電機(jī)基礎(chǔ)知識11/29/202312電氣工程導(dǎo)論（二）、電機(jī)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位電能生產(chǎn)——由同步發(fā)電機(jī)生產(chǎn)；高壓輸電——由升壓變壓器將發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓升高到輸電電壓再輸送；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(jī)械的拖動——由各種電動機(jī)實(shí)現(xiàn)；控制系統(tǒng)中的信號轉(zhuǎn)換——由各種控制電機(jī)完成。11/29/202313電氣工程導(dǎo)論請找出電力系統(tǒng)圖中使用電機(jī)（變壓器）的部分？11/29/202314電氣工程導(dǎo)論11/29/202315電氣工程導(dǎo)論機(jī)器人11/29/202316電氣工程導(dǎo)論三、電機(jī)學(xué)的教學(xué)開課時間：大三上學(xué)期《電機(jī)學(xué)》是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(jī)設(shè)計(jì)、電機(jī)控制、電力拖動、電力系統(tǒng)分析、繼電保護(hù)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)。11/29/202317電氣工程導(dǎo)論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)。AN

i11/29/202318電氣工程導(dǎo)論電磁感應(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)。11/29/202319電氣工程導(dǎo)論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(yùn)行及變壓器的負(fù)載運(yùn)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(jī)車供電儀用變壓器、控制變壓器無線電變壓器，僅傳輸信號。11/29/202320電氣工程導(dǎo)論電力變壓器變壓器的總?cè)萘看笾孪喈?dāng)于發(fā)電機(jī)容量的三倍。輸電過程中，通常將電壓升高，通過高壓輸電線傳送到遠(yuǎn)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(yuǎn)方。配電變壓器11/29/202321電氣工程導(dǎo)論配電變壓器輸電變壓器11/29/202322電氣工程導(dǎo)論3、直流電機(jī)將在《電力拖動》課程（大三下學(xué)期開課）中講述直流電機(jī)的運(yùn)行特性；直流電動機(jī)起動、調(diào)速方法和制動方法。11/29/202323電氣工程導(dǎo)論4、交流繞組及其電動勢和磁動勢11/29/202324電氣工程導(dǎo)論5、感應(yīng)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)分析主要用作電動機(jī)；

籠型異步電機(jī)剖面圖轉(zhuǎn)軸定子繞組轉(zhuǎn)子定子鐵心端蓋接線盒11/29/202325電氣工程導(dǎo)論6、同步電機(jī)的穩(wěn)態(tài)分析主要用作發(fā)電機(jī)11/29/202326電氣工程導(dǎo)論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(jī)和其他小型機(jī)組迅速發(fā)展。11/29/202327電氣工程導(dǎo)論水電站的發(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11/29/202328電氣工程導(dǎo)論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11/29/202329電氣工程導(dǎo)論3、引水式水電站在河流坡降陡的河段上筑一低壩(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(jī)進(jìn)行發(fā)電。11/29/202330電氣工程導(dǎo)論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(jī)組，然后利用潮汐漲落時海水位的升降，使海水通過輪機(jī)轉(zhuǎn)動水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。11/29/202331電氣工程導(dǎo)論最大的潮汐電站——法國朗斯電站江廈潮汐試驗(yàn)電站是我國最大的潮汐能電站，到2006年12月31日，電站累計(jì)發(fā)電1.35億千瓦時。11/29/202332電氣工程導(dǎo)論汽輪機(jī)秦山核電站湛江火電廠火電廠中的汽輪機(jī)組11/29/202333電氣工程導(dǎo)論汽輪機(jī)的發(fā)展大型汽輪機(jī)組的研制是汽輪機(jī)未來發(fā)展的一個重要方向；研究提高熱效率是汽輪機(jī)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(jī)組，推廣供熱汽輪機(jī)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(jī)的數(shù)量正在快速增加，因此研究適用于不同反應(yīng)堆型的、性能良好的汽輪機(jī)具有特別重要的意義。全世界利用地?zé)岬钠啓C(jī)的裝機(jī)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(jī)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(jī)尚待繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)研究。11/29/202334電氣工程導(dǎo)論四、電機(jī)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(jī)系統(tǒng)11/29/202335電氣工程導(dǎo)論1、大容量、超高速三峽工程開工時，國內(nèi)尚無制造單機(jī)容量700MW水輪發(fā)電機(jī)組的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)三峽工程水輪發(fā)電機(jī)組采購實(shí)行國際公開招標(biāo)。1997年9月14臺左岸水輪發(fā)電機(jī)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(jī)組，美國通用電氣、德國伏伊特、西門子組成的VGS集團(tuán)供應(yīng)另外6臺（套）機(jī)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(jī)組制造廠東方電機(jī)股份有限公司和哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司總計(jì)分包2.3億美元，約31％的制造任務(wù)，并通過與外商約定的技術(shù)轉(zhuǎn)讓條款，使這兩個廠進(jìn)一步掌握三峽機(jī)組的關(guān)鍵技術(shù)，為三峽工程右岸電站12臺機(jī)組的“以我為主”制造打下基礎(chǔ)。11/29/202336電氣工程導(dǎo)論三峽左岸機(jī)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(dú)立承擔(dān)大型水電機(jī)組制造的能力。今天11/29/202337電氣工程導(dǎo)論東方電機(jī)：交付首臺三峽右岸水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪2006年10月東方電機(jī)開發(fā)出三峽右岸水輪發(fā)電機(jī)組，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(jī)組。改變了我國巨型水輪發(fā)電機(jī)組研發(fā)技術(shù)依靠國外進(jìn)口的狀況，標(biāo)志著東方電機(jī)已系統(tǒng)掌握包括從水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪水力開發(fā)、水輪機(jī)真機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到真機(jī)加工制造的全部核心技術(shù)。

11/29/202338電氣工程導(dǎo)論哈電機(jī)廠三峽右岸水輪機(jī)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(jī)核心部件——三峽右岸水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪在哈爾濱電機(jī)廠遼寧葫蘆島制造成功，將在三峽工地“服役”。這是我國獨(dú)立研制成功并擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的巨型水輪機(jī)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(jìn)口的歷史。11/29/202339電氣工程導(dǎo)論超高速電機(jī)研制超高速電機(jī)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(jī)或負(fù)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(diǎn)。超高速電機(jī)轉(zhuǎn)速高美國Calntix公司開發(fā)2MW高速永磁發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)速19000～22500r/min；永磁無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)速最高可達(dá)452000r/min。我國已研制出50000r/min小功率高速電機(jī)；對高速電機(jī)的需求比較迫切。11/29/202340電氣工程導(dǎo)論高速電機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域（超）高速電機(jī)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(jī)；高速電動工具以及航空航天等領(lǐng)域。11/29/202341電氣工程導(dǎo)論2、大功率、超低速主要應(yīng)用于船舶和艦艇推進(jìn)系統(tǒng)的直接電力驅(qū)動和大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)。體積大國外已能生產(chǎn)4.5MW的直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)速8～13r/min。11/29/202342電氣工程導(dǎo)論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(jī)器人等。成為電工科學(xué)新的研究領(lǐng)域。超聲波電機(jī)是近年發(fā)展迅速的一種壓電執(zhí)行器。11/29/202343電氣工程導(dǎo)論超聲波電機(jī)超聲波電機(jī)是今年來發(fā)展的一門新技術(shù)，超聲波電機(jī)是一種完全不同與傳統(tǒng)的電機(jī)。超聲波電機(jī)是一種借助摩擦傳遞動力的驅(qū)動機(jī)構(gòu)。它與傳統(tǒng)的電動機(jī)相比有體積小，機(jī)構(gòu)簡單，易于控制和無磁污染超聲馬達(dá)的超靜運(yùn)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(jī)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(dá)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(dá)所不可替代的地位。超聲波電機(jī)是在1961年，Bulova鐘表公司首次開始應(yīng)用它作為動力。11/29/202344電氣工程導(dǎo)論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11/29/202345電氣工程導(dǎo)論TRUM-60旋轉(zhuǎn)型行波超聲電機(jī)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(jī)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)量與電學(xué)量(電場E和電位移D或極化強(qiáng)度P)互相聯(lián)系起來——電機(jī)藕合。驅(qū)動轉(zhuǎn)子運(yùn)動的新型電機(jī)。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(jī)或超聲馬達(dá)，也可統(tǒng)稱為壓電致動器。11/29/202346電氣工程導(dǎo)論2）目前發(fā)展日本在超聲電機(jī)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(jī)，努力追趕日本。特別是美國，僅Pennysyvania州立大學(xué)在1994－1998年就投入1.5億專門從事壓電材料和超聲電機(jī)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(jī)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(jī)的研究，但尚未進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用。清華大學(xué)物理系超聲電機(jī)項(xiàng)目研究組http:///usm/南京航天航空大學(xué)超聲電機(jī)研究中心http:///11/29/202347電氣工程導(dǎo)論3）超聲電機(jī)技術(shù)的應(yīng)用11/29/202348電氣工程導(dǎo)論日本Canon公司生產(chǎn)了帶有環(huán)型超聲電機(jī)的照相機(jī)，使得該相機(jī)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(jī)聚焦鏡頭應(yīng)用了超聲電機(jī)，其他Nikon，Olympus等公司的照相機(jī)也逐步在采用超聲電機(jī)。超聲電機(jī)能減輕機(jī)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(jī)用于機(jī)器人。日本豐田公司已在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(jī)。日本處于領(lǐng)先地位11/29/202349電氣工程導(dǎo)論美國在宇宙飛船、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(jī)。比用傳統(tǒng)的電磁電機(jī)降低30%的重量。NASA的CoddarSpaceFlightCenter將超聲電機(jī)應(yīng)用空間機(jī)器人技術(shù)。其中微型機(jī)器手MicroArmI使用了具有力矩0.05NM的超聲電機(jī)?；鹦菣C(jī)器手MarsArmII使用了三個具有力矩為0.68NM和一個具有0.11NM的超聲電機(jī)。比使用同等功能的直流電機(jī)輕40%。11/29/202350電氣工程導(dǎo)論目前計(jì)算機(jī)軟盤（FD）、光盤（CD-ROM）和硬盤（HD）的磁頭的直線運(yùn)動是采用旋轉(zhuǎn)電磁電機(jī)加上齒輪機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的。在這樣的傳動系統(tǒng)中，如要使機(jī)構(gòu)進(jìn)一步小型化和提高運(yùn)動精度是十分困難的。但如果改用直線型超聲電機(jī)，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(jī)引到計(jì)算機(jī)上來。11/29/202351電氣工程導(dǎo)論4）超聲電機(jī)技術(shù)的未來21世紀(jì)，航空航天是我國重點(diǎn)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(jī)。如納米衛(wèi)星、微型飛機(jī)、宇宙飛船和空間探測器等，應(yīng)用超聲電機(jī)，可以減少其重量，增強(qiáng)其可控性；機(jī)器人和微型機(jī)械，也是我國21世紀(jì)重點(diǎn)發(fā)展的領(lǐng)域之一。超聲電機(jī)可以使機(jī)器人和微型機(jī)械簡化結(jié)構(gòu)，減輕重量，增強(qiáng)其可控性。隨著超聲電機(jī)的微型化，微型機(jī)械可進(jìn)入人體，如作為人造心臟的驅(qū)動器，它將會大大推動人造器官的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)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(qiáng)磁場干擾，使得在磁浮列車上的傳統(tǒng)的電磁電機(jī)工作失效，超聲電機(jī)將大有可為；11/29/202352電氣工程導(dǎo)論未來豪華轎車上的電機(jī)之多可達(dá)80個，使汽車體積增加，電磁干擾增強(qiáng)。應(yīng)用超聲電機(jī)，由于不需齒輪箱從而大大降低其體積；由于超聲電機(jī)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(jī)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電磁電機(jī)；隨著掌上計(jì)算機(jī)，可視電話電視、手提式儀器等的發(fā)展，微型超聲電機(jī)將可得到廣泛應(yīng)用。超聲電機(jī)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(jī)的位置控制精度很高，可達(dá)微米級甚至納米級。超聲電機(jī)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。11/29/202353電氣工程導(dǎo)論納米發(fā)電機(jī)超聲波驅(qū)動的納米發(fā)電機(jī)能收集周圍環(huán)境中微小的震動機(jī)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。這種震動機(jī)械能普遍存在于自然界以及人們?nèi)粘Ｉ钪?，如空氣或水的流動、引擎的轉(zhuǎn)動、空調(diào)或其它機(jī)器的運(yùn)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(xì)微變化也有可能帶動納米發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能。 納米發(fā)電機(jī)的發(fā)明為實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)的微型化帶來了可能；對于實(shí)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)。11/29/202354電氣工程導(dǎo)論4、多功能集成電機(jī)系統(tǒng)交直流供電系統(tǒng)Powerformer磁懸浮技術(shù)11/29/202355電氣工程導(dǎo)論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(duì)及野外作業(yè)、艦艇、飛機(jī)、移動通信基站戶外基站以及大型電站。發(fā)電11/29/202356電氣工程導(dǎo)論2）Powerformer發(fā)電機(jī)發(fā)出的電要經(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(jī)供電。形成這一怪圈的根本原因是輸電電壓很高，而電機(jī)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(jī)，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(jī)。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）的水輪發(fā)電機(jī)進(jìn)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(jī)；1932年BBC公司為比利時提供了一臺36kV的汽輪發(fā)電機(jī)（以后曾制造多臺）。不過由于他們都是在傳統(tǒng)電機(jī)結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)絕緣系統(tǒng)上下功夫，進(jìn)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(jìn)行下去。11/29/202357電氣工程導(dǎo)論1990年，ABB公司瑞典分部開始進(jìn)行與電網(wǎng)直接連接的超高壓發(fā)電機(jī)的研究。摒棄傳統(tǒng)電機(jī)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(jī)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(yùn)行。該機(jī)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)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(yùn)行。第一臺超高壓發(fā)電機(jī)11/29/202358電氣工程導(dǎo)論/files/wx/dfdqpl/2002-3/1.htm

/html/001/009/003/20014.htm

11/29/202359電氣工程導(dǎo)論P(yáng)OF特點(diǎn)電機(jī)與變壓器合一的高壓發(fā)電機(jī)；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(jī)、沖擊電壓保護(hù)器、發(fā)電機(jī)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(jī)，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(jī)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，可靠性較高。11/29/202360電氣工程導(dǎo)論3）磁懸浮技術(shù)磁懸浮列車是將列