电气工程概论_第六章_电工新技术(专业教育)
电气工程概论电工新技术共116页
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
电气工程概论电工新技术 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今！
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
电气工程概论全套教学课件
新原理、新技术和新仪器日新月异，例如测量、监视、控制 等多功能新型装置以及现场测试或实时监测技术对整体系统 精度的改进等，都对电气工程分支学科的发展起了重要作用。
张刘春设计
电气工程概论
技术科学的目的则在于改造客观世界以达到人们的预定要求。
电工学科的基础理论所研究的对象是经过人类加工改造后出 现的新现象，而不是自然界固有存在的现象。还不能只限于现象 的分析，而应包括实现所需现象的综合以及为此所需的代价，从 而使方法和途径也占有重要地位。
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电气工程概论
第一章绪论
电气测量技术在电气工程各分支学科的技术发展中具有耳 目和神经的作用，它是定量研究电气工程技术问题的手段， 随着各分支学科的发展而迅速发展。
其结构简图如下图所示。
张刘春设计
电气工程概论
第一章绪论
张刘春设计
电气工程概论
第一章绪论
电气工程除具有其各分支学科的专业理论外，还具有本学科 的共性基础理论（电路理论、电磁场理论、电磁计量理论等）， 它与基础科学（如物理、数学等）中的相应分支具有密切的联系， 但又具有明显的差别。
基础科学的主要任务是认识客观世界的本质及其内在规律。
张刘春设计
电气工程概论
第一章绪论
在电力电子和电工新技术领域：
1962年，我国试制出第一个晶闸管；
目前，已能批量生产电流达3000A、电压为8500V的晶闸管， 并能研制生产和应用快速、全控器件或设备。
张刘春设计
电气工程概论
第一章绪论
在电力系统方面：
1949年，只有东北、京津唐和上海三个容量不大（分别为646， 259和250MW）的电力系统；
电气工程概论-第六章-电工新技术(二)培训讲学
6.10.2 脉冲功率技术的应用
一、强激光的研究 二、强脉冲X射线 三、 核电磁脉冲 四、高功率微波武器
五、电磁炮
轨道炮
电流
电枢 （等离 子体）
线圈炮
驱动线圈
电枢 线圈
磁悬浮发射器 磁悬浮间隙
电磁发射装置
磁悬浮加速托架
6.11 微机电系统
微机电系统（Micro Electro-Mechanical Systems，MEMS），是融合了硅微加工、光刻 铸造成型和精密机械加工等多种微加工技术制作 的集微型传感器、微型执行器以及信号处理和控 制电路、接口电路、通信和电源于一体的微米 （10-6m）尺度微型机电系统。
上海捷运
三、 日本常导磁悬浮列车HSST
四、永磁磁悬浮列车
6.8 燃料电池技术
6.9 飞轮储能系统
6.9.1 飞轮储能原理
根据牛顿定律，飞轮的 储能为：
W 1 J2
2
6.9.2 飞轮储能的应用
一、 电力调峰
二、电动车辆飞轮电池
三、飞轮储能-再生制动系统
飞轮储能燃气轮机轻型机车—— “下一代高速列车”
电气工程概论-第六章-电工新技 术(二)
海上风力发电场
6.6.2 太阳能发电
一、太阳能热发电
太阳 能热 发电 的四 种方 式二、太阳能光伏发电来自.7 磁悬浮列车技术磁
电动式
永磁式
悬
长定子
长定子
浮
列
车
的
分
类
电磁式 短定子
电磁式 长定子
一、日本超导磁悬浮列车
二、 德国常导磁悬浮列车Transrapid
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电气工程及其自动化专业导论-第6章 电工理论与新技术
哈尔滨理工大学
电气工程及其自动化专业导论
目录
第1章 电气工程及其本科教育 第2章 电机电器及其系统 第3章 电力系统及其自动化 第4章 电力电子与电力传动 第5章 高电压与绝缘技术 第6章 电工理论与新技术
第6章 电工理论与新技术
第六章目录
6.1 电工理论与新技术的主要内容 6.2 电工理论研究进展 6.3 新能源技术 6.4 无线电能传输 6.5 超导电力技术 6.6 磁悬浮技术 6.7 脉冲功率技术 6.8 生物电磁学 6.9 微机电系统 6.10 电工新技术展望
场与物质相互作用问题。
第6章 电工理论与新技术
6.2 电工理论研究进展
6.2.3 电工理论发展方向
2. 电网络 超宽带信号采集理论与系统 模拟及模数混合信号电路设计、测试与故障诊断 电路设计与测试自动化 宽频电暂态的建模与分析 非线性电路分析与设计理论 基于计算机科学、物理学、人工智能新成果的电路建模、分析、设计和诊断技术 智能电网数据分析与处理 学科拓展与交叉研究领域
题，深化研究各类电磁场数值计算方法，提高求解大规模工程实际问题的能力。 新型磁性材料建模方法：针对新型磁性材料的快速发展，深入研究磁性材料磁化与损耗的建
模方法；针对电工设备节能优化设计需要，深入研究磁性材料的磁化与损耗特性机理。 电磁场与物质的相互作用：主要研究高电压、大电流、强功率条件下的特定电磁装置中电磁
第6章 电工理论与新技术
6.3 新能源技术
6.3.1新能源发电
太阳能发电的基本原理是利用光电效应，将太阳辐射转化为电能。太阳能发电由于无污染 、无噪声、运行维护简单、应用环境几乎不受地域影响，资源总量非常丰富，因此一直以来受到 人们的青睐，还被认为是新世纪的主要能源。
电气工程概论第六章
a I a a Ib I 1 c
2
运算子
ae
j120
第五节
简单不对称短路计算
暂态
由上式可以得出正序、负序、零序三组对称分量
矩阵形式 可以用反变换求出 三相不对称的相量
I120 SIabc
Iabc S I120
1
第五节
简单不对称短路计算
暂态
第一节
概述
暂态
短路电流对电力系统将产生极大的危害，主 要有以下方面：
(1)短路电流的热效应使设备急剧发热，持续时间过长就可 能导致设备过热损坏； (2)短路电流将产生很大的电动力，可能使设备永久变形或 严重损坏； (3)短路将引起系统电压大幅度下降，严重影响用户的正常 工作； (4) 短路情况严重时，可能使电力系统的运行失去稳定， 造成电力系统解列，甚至崩溃，引起大面积停电； (5)不对称短路产生的不平衡磁场，会对附近的通讯系统及 弱电设备产生电磁干扰，影响正常工作。
暂态
在标幺制中，三相电路计算公式与单 相电路的计算公式完全相同。
工程计算中，通常选定功率基准值Sd和电压 基准值Ud，这时，电流和阻抗的基准值分别为
2 Ud Ud Zd 3I d S d Sd Id 3U d
S U I U Z I
第二节
标幺值
暂态
电力系统计算中有时采用一些物理量的相对 值来进行计算，这些相对值就叫作标幺值。
一、标幺值
有名值（任意单位） 标幺值 基准值（与有名值同单 位）
Z Z Z d ( R j X ) Z d R j X U U U d I I I d S S Sd ( P j Q) Sd P j Q
电气工程概论 第六章 电工新技术(一)
液氦温区低温超导材料-NbTi导线
液氮温区高温超导材料-Bi系带材
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6.2.1 超导现象
超导态的两个基本性质: 1、零电阻效应 2、完全抗磁性
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6.2.2 超导技术的应用
一、超导电机
83MW超导发电机超导转子（左）与试验车间（日本）
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5兆瓦船用高温超导推进电动机（美国）
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超导电动机作动力的吊舱式螺旋推进器
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二、超导变压器
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中文名称：高温超导变压器 英文名称：High temperature superconducting transformers 定义：利用高温超导材料以提高能效并减 少电力传输损失的变压器
超导电机 superconducting electric machine 绕组由实用超导线绕制成的电机。超导线在临界 温度T、临界磁场强度H及临界电流密度J值以内时具 有超导性，其电阻为零。这将使超导电机绕组的电阻 损耗降为零，既解决了电枢绕组发热、温升问题，又 使电机效率大为提高。更重要的是超导线的临界磁场 强度和临界电流密度都很高，使超导电机的气隙磁通 密度和绕组的电流密度可比传统常规电机提高数倍乃 至数十倍。这就大大提高电机的功率密度，降低电机 的重量、体积和材料消耗。1986年以来，高临界温度 （液氮温区）超导材料的发现，为超导电机的实用化 展现了新的前景。超导电机主要制成汽轮发电机和单 极直流电机。
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三、超导输电
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四、超导储能
电气工程概论
电气工程概论知识点汇总
电气工程概论知识点汇总1，电气工程可分为:电器与电机及其控制技术,电力电子技术,电力系统及其自动化技术,高电压与绝缘技术,电工新技术。
2，开关电器是指用来关合和开断电路的电器。
断路器的作用：主要用在电力网正常工作和发生故障时关合和开断电路。
隔离开关作用：用来将高压设备与电源隔离,以保证检修人员的安全.熔断器作用：用来在电路发生故障或短路时依靠熔件的熔断来开断电路。
低压控制电气：用于接通和分断低压交，直流的控制电路。
3，SF6断路器SF6的作用是灭弧和绝缘介质.高压断路器是电力系统中最重要的高压开关电器，不但要用于关合，开断正常线路工作，更主要用来在电力系统发生短路故障时自动的切断短路电流。
低压断路器主要用于配电线路和电气设备的过载，欠压，失压和短路保护，是低压开关中性能最完善的开关，常在低压大功率电路中作为主控电器。
4，断路器的额定电流是指截流部分和接触部分设计时所根据的电流.熔体的额定电流是指熔体本身所允许通过的最大电流.对同一熔断器来说,通常可分别装入不同额定电流的熔体,最大的熔体额定电流可与熔断器的额定电流相同.5，触头结构经历的三个阶段：圆盘形触头，横向磁场触头，纵向磁场触头。
6，变压器主要由导磁铁心及两个紧密耦合的绕组组成.7，电压互感器的作用：把高电压转换成100V或50V二次电压，供保护、计量、仪表装置使用，对一次设备和二次设备进行隔离。
电流互感器的作用：将很大的一次电流转变为1A或的5A二次电流；为测量装置和继电保护的线圈提供电流；对一次设备和二次设备进行隔离。
8，电流互感器二次绕组不允许开路，二次绕组和外壳必须可靠接地，以防止因绝缘击穿而危害人身安全。
电压互感器二次绕组不允许短路，二次绕组和铁心必须可靠接地，二次负载不易接太多，以免降低负载阻抗，影响测量准确度。
9，并联电容器主要用在交流电系统中进行无功补偿，提高功率因数，降低线路损耗，充分发挥输电设备的效能。
10，电抗器主要用与实现对电力系统和工业用户的限流，无功补偿，移项等功能，对提高电能质量，提高电网运行的可靠性，降低系统故障率具有重要意义。
《电气工程概论》第六章 电气工程新技术发展 课堂笔记及练习题
《电气工程概论》第六章电气工程新技术发展课堂笔记及练习题主题：第六章电气工程新技术发展学习时间：2016年1月18日--1月24日内容：我们这周主要学习电力系统的大电网互联技术，电工技术的最新发展，大功率电力电子技术。
第六章电气工程新技术发展第一节电力系统大电网互联技术电力系统大电网互联技术我国电力系统的发展，是世界电力系统发展的重要组成部分。
我国电力系统发展面临的大容量远距离输电和大电网互联问题，将是我们未来10-20年内要解决的主要问题。
环境保护制约和电力体制改革的影响也将现实地提到日程，必须引起我们高度重视。
到2010年，在我国中部将形成沿长江流域包括四川、华中、华东电网在内的三峡交直流电力系统，总容量将会接近200GW。
与此同时，北方的华北、东北、西北电网将实现互联；南方电网将进一步加强。
届时，全国将形成北、中、南三大互联电网的格局。
通过它们之间的互联，预期2020年左右将基本实现全国联网。
随着东部、中部核电的建设，西部巨型水电和坑口火电的开发，全国范围的远距离输电和电网互联将得到进一步加强。
在我国，大型电厂、电源基地特别是大型水电站的建设，往往导致跨省、跨区大容量远距离送电，对大电网发展起着决定性作用。
大电网互联是实现更大区域范围内资源优化配置和逐步缩小东西部地区经济差距的客观需要，这一发展战略的实施已经成为促进全国联网的重要因素。
大电网互联可以取得显著的联网效益，实现更大范围内的资源优化配置，取得联网送电效益，有利于加大中西部地区能源资源的开发力度，有利于电力工业实施可持续发展战略，能更好地适应市场经济的需要。
大电网互联的联网效益体现在以下几个方面：（1）错锋效益。
（2）水、火电互补效益。
（3）水电流域补偿调节效益。
（4）互为备用效益。
电网互联，为电网之间互相调剂余缺和协调规划与运行提供了前提条件。
扩大电网有利于充分发挥大型水、火电站的作用和效益；可在更大范围内实现系统经济运行。
形成更大区域内的发供竞争局面，相互开拓了电力市场，进而取得企业和社会双重效益；大大改善大机组运行环境，有效地解决小网大机的系统运行问题。
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学习浅析
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➢ 等离子磁流体航天推进器
（a）
（b）
图6-22 等离子推进器
（a）结构示意图 （b）“SMART-1 号”探测器等离子推进器的喷口
图6-19 磁流体发电原理与试验装置（日本）
学习浅析
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图6-20 磁流体发电用超导磁体 （中国科学研究院电工研究所）
学习浅析
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五、磁流体推进技术
➢ 磁流体推进船
图6-21 日本超导磁流体推进船
学习浅析
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一、电工新技术的发展趋势
新理论、新原理 基
放等 电 直 电离 磁 线
础 物子 流 电
理体 体 机 物力 理学
新材料
超永半 导磁导 材材体 料料材
料
新技术
微计 电算 子机
主 放核磁 磁磁
要 电聚流 流悬
分 应变体 体浮
支用
发 推列 电 进车
图6-9 由超导电动机作动力 的吊舱式螺旋推进器 （图片来源：ABB公司）
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➢ 超导变压器
图6-10 500kW, 6600/3300V 图6-11 26kW高温超导变压器 高温超导变压器（日本） （中国科学院电工研究所等）
学习浅析
四 、磁流体发电技术
当前，世界各国的电力主要来源仍旧是火力发电，但这种 发电方式的热效率很低，最高只有40%。磁流体发电的热 效率可以从火力发电的30-40%提高到50-60%甚至更高。
磁流体发电是将高温导电燃气或液体与磁场相互作用而将 热能直接转化为电能的新型发电方式。
学习浅析
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学习浅析
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三、 聚变电工技术
与裂变反应堆主要依靠核工技术与热工技术的 结合而发展起来的历史不同，聚变反应堆的发展 主要依赖于核工技术与电工新技术的结合，因为 需要的关键技术超导技术、大体积强磁场技术、 大能量脉冲电源技术、辅助加热技术、等离子体 控制技术都属于电工新技术。
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二、超导电工技术（续）
图6-3 液氮温区高温超导材料——Bi系带材
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二、超导电工技术（续）
1. 超导现象
1911年荷兰科学家昂纳斯（H. Kamerlingh Onnes）在测量 低温下水银电阻率的时候发现，当温度降到-269℃附近， 水银的电阻突然消失。 超导态的两个基本性质： 一是零电阻效应； 二是完全抗磁性，又称迈斯纳（Meissner）效应，即在磁 场中超导体只要处于超导态，则它内部产生的磁化强度 与外磁场完全抵消，从而内部的磁感应强度为零，即磁 力线完全被排斥在超导体外面。
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图6-14 超导储能装置的储能线圈 图6-15 2 MJ超导储能设备 （德国）
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➢ 超导磁悬浮列车
图6-16 日本超导磁悬浮列车
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图6-17 托克马克装置原理 （环形核聚变反应装置）
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图6-18 基于托克马克的核聚变电站原理
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图6-6 5MW船用高温超导推进电动机
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图6-7 5MW船用高温推进电动机结构图
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图6-8 300kW超导单极电动机 （武汉712所等）
学习浅析
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二、超导电工技术（续）
图6-4 超导体的完全抗磁性现象
学习浅析
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二、超导电工技术（续） 2. 超导技术的应用
➢ 超导电机
图6-5 83MW超导发电机超导转子（左）与试验车间（日本）
➢ 超导在电气工程领域的其他应用 超导电磁线圈：应用于托克马克装置、磁流体发电机等； 超导磁悬浮轴承：无机械摩擦，稳定好。
总之，超导电工已由最初的超导磁体技术扩展到了包括超 导电力应用与强磁场应用等领域，随着低温超导技术和高 温超导技术的不断发展，特别是如果实现了临界温度达到 室温的实用超导体，将带来革命性的改观。
超 永磁 光 电
导 电机 电 力
电 工
与磁 体
应 用
电 子
微 电 数 控 电工 电 磁
子 专 与 机 装置 场 数
用 设 电控 CAD 值 计
备制
算
图6-1 电工新技术的分类
学习浅析
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二、超导电工技术
图6-2 液氦温区低温超导材料——NbTi导线
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➢ 超导输电
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图6-12 2000A高温超导电缆结构 云电英纳超导电缆公司
学习浅析
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图6-13 30m长、35kV、2kA高温超导电缆 云电英纳超导电缆公司
学习浅析
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➢ 超导储能
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第六章 电工新技术
一、 电工新技术的发展趋势 二、 超导电工技术 三、 聚变电工技术 四、 磁流体发电技术 五、 磁流体推进技术 六、 可再生能源发电 七、 磁悬浮列车技术 八、 燃料电池技术 九、 飞轮储能系统 十、 脉冲功率技术 十一、微机电系统