2 电气工程概论_第二章_电机电器及其控制技术

GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论1一．电机的作用与发展简史二．电机的分类与结构三．电机的应用领域四．电动机的选用与运行控制五．电机学的研究内容六．电器的发展历史七．电器的分类八．高压电器九．低压电器第二章电机电器及其控制技术GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论2电机的作用控制电机阀门控制火炮控制计算机……驱动各种机械和装备电动机机床水泵……电能的生产、传输和分配发电机变压器……一、电机的作用与发展简史GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论3一、电机的作用与发展简史（续）1831年法拉第创造了第一部感应发电机的模型1834年雅可比发明了功率为15W的棒状铁芯电动机1836年达文波特首先尝试用电动机驱动机械1845年惠斯通用电磁铁替代永久磁铁制成第一台电磁铁发电机1866年西门子制成第一台使用电磁铁的自激式发电机1870年格拉姆制成了环形电枢自激发电机1878年出现了铁芯开槽法。有槽铁芯和鼓形绕组的结构一直沿用至今1880年爱迪生制造了名为“巨象”的大型直流发电机1885年费拉里斯提出旋转磁场原理，研制出两相异步电动机1888年俄国人制成一台三相交流单鼠笼异步电动机GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论4一、电机的作用与发展简史（续）1882年英国人费朗蒂改进了交流发电机，提出了交流高压输电的概念1882年英国人高登制造了大型两相交流发电机1882年法国人高兰德和英国人约翰·吉布斯成功研制了第一台实用变压器1884年英国人霍普金生又发明了具有封闭磁路的变压器1891年布洛在瑞士制造出高压油浸变压器，使得远距离高压输电成为现实经过100多年的发展，电机的理论已经相当成熟。但是，随着电工科学、材料科学、计算机科学与控制技术的发展，电机的发展又进入了新的阶段。GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论5二、电机的分类与结构1、电机的分类按在应用中的功能分类发电机电动机变压器变流机变频机移相机控制电机按应用的电流种类直流电机交流电机按运行速度分类变压器直流电机异步电机同步电机交流换向器电机按功率分类大型电机中小型电机微型电机特种电机步进电机无刷电机开关灭磁电机超声波电机…GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论6二、电机的分类与结构（续）2、发电机将机械能转变为电能的机械水轮机风力机蒸汽轮机燃气轮机柴油机…定子转子（a）转子定子(b)GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论7二、电机的分类与结构（续）3、电动机将电能转变为机械能的机械同步电动机异步电动机直流电动机伺服电动机…转子定子铁心机座定子绕组GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论8二、电机的分类与结构（续）3电动机GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论9二、电机的分类与结构（续）4、变压器将一种电压的电能变换为另一种电压的电能的装置单相变压器三相变压器…GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论10二、电机的分类与结构（续）5、特种电机1）永磁无刷电动机应用：航空、航天家用电器机器人电动汽车电动车组电动舰船…GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论11二、电机的分类与结构（续）5、特种电机2）直线电机应用：工业机械；轨道交通；电梯；航空母舰飞机发射；导弹发射架；电磁推进潜艇；…海浪直接驱动直线发电机GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论12二、电机的分类与结构（续）5、特种电机3）步进电动机应用：自动控制装置中的执行元件各种步进电动机GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论13二、电机的分类与结构（续）5、特种电机4）超导电机应用：超大型发电机或电动机全电军舰吊舱式推进系统超导直流电动机剖面图GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论14二、电机的分类与结构（续）5、特种电机5）超声波压电电动机应用：生物生命科学；光学仪器；高精密机械；…微型超声波压电电动机GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论15三、电机的应用领域1、电力工业1）汽轮发电机应用：火力发电厂；核电厂；汽轮发电机正在安装转子GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论16三、电机的应用领域（续）1、电力工业2）水轮发电机应用：水力发电厂世界上最大的水轮发电机在三峡电站安装GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论17三、电机的应用领域（续）1、电力工业3）风力发电机应用：风力发电厂永磁外转子大型风力发电机永磁外转子定子GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论18三、电机的应用领域（续）2、工业生产部门与建筑业应用：机床；轧钢机；鼓风机；水泵；起重机；传送带；生产线；…电梯用永磁曳引电动机GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论19三、电机的应用领域（续）3、交通运输业1）电力机车与城市轨道交通电气化铁路；地铁；无轨电车；…电力机车直流牵引电动机GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论20三、电机的应用领域（续）3、交通运输业2）内燃机车电传动内燃机车：直流—直流；交流—直流；交流—直流—交流；…燃油箱柴油机发电机励磁机牵引电动机整流柜电传动内燃机车动力关系示意图GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论21三、电机的应用领域（续）3、交通运输业3）船舶内燃机—电力推进：舰船内燃机—电力推进感应电动机GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论22三、电机的应用领域（续）3、交通运输业4）汽车座椅滑动控制电机座椅升降电机座椅角度调整电机空气靠垫泵电动按摩坐垫天窗控制电机自动窗电机(4)散热器风扇电机油冷却扇电机空调热风电机阻流片控制电机起动电机后灯雨刷(2)碰撞缓冲器控制电机自动门锁电机自动伸缩天线电机燃油泵时钟步进电机录音机电机DVD电机里程表步进电机前雨刷电机(2)风挡清洁泵(2)前灯雨刷(2)空气净化器后部空调自动空调执行器真空泵热量回收泵自动水平校正器自动调速泵油门控制电机后视镜电机(2)后雨刷电机(2)减震直线电机(4)GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论23三、电机的应用领域（续）3、交通运输业5）电动车纯电动车；混合动力车；无轨电车；有轨电车；电瓶车；电动自行车；…GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论24三、电机的应用领域（续）3、交通运输业5）电动车纯电动车；混合动力车；无轨电车；有轨电车；电瓶车；电动自行车；…GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论25三、电机的应用领域（续）3、交通运输业6）磁悬浮列车驱动图2-25GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论26三、电机的应用领域（续）3、交通运输业7）直线电动机轮轨车辆GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论27三、电机的应用领域（续）4、医疗、办公设备与家用电器医疗器械心电机X光机CT牙科手术工具渗析机呼吸机电动轮椅…办公设备DVD驱动器CD-ROM打印机传真机…家用电器电冰箱洗衣机电风扇空调器抽油烟机…GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论28三、电机的应用领域（续）5、航空、航天、国防飞轮储能系统电能变换装置直线电机发射器控制装置定子转子控制台GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论29三、电机的应用领域（续）6、其它演出设备运动训练设备游乐设备电动玩具…GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论30四、电动机的选用与运行控制1、电动机的选用种类：交流电机：三相电机、单相电机直流电机功率：电动机的功率是由生产机械所需的功率确定的。GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论31四、电动机的选用与运行控制（续）2、电动机的运行控制电动机的启动鼠笼异步电动机：直接启动、降压启动、软启动。直流电机：直接启动、串联电阻启动、软启动。同步电动机：同步电动机本身没有启动转矩，启动时采用异步启动法，当启动到接近同步转速时再投入励磁，牵入同步运行。电动机的调速直流调速交流调速电动机的制动能耗制动反接制动回馈制动涡流制动GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论325、电机学研究的内容电机学是电气工程及其自动化本科专业的专业基础课。通过本课程的学习，能够使学生掌握各种电机的结构、电磁关系、基础理论知识、基本运行特性和一般分析方法的训练，为学习后续的专业课程和将来从事专业工作打下良好基础。电机运行原理基于电磁感应定律和电磁力定律。类型有：同步电机、异步电机、变压器、直流电机。电机学分别研究上述电机的以下主要内容：物理模型、数学模型、实际运行、实验测试。GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论336、电器的发展历史电器特指用于对电路进行接通、分断，对电路参数进行变换，以实现对电路和用电设备的控制、调节、切换、检测和保护等动作的电工装置、设备和组件。电器从人类正式使用电能就开始使用。随着电工新材料、电工制造新技术、新工艺的发展，各类电器得到飞速发展。总体趋势是容量增大，传输电压高，自动化程度高。开关电器的发展为例：刀开关；熔断器；高压断路器。GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论347、电器的分类电器按功能可分为：用于接通和分断电路的电器如：刀开关、接触器、负荷开关、隔离开关、断路器等用于控制电路的电器如：电磁启动器、星-三角启动器、变阻器、控制继电器等用于切换电路的电器如：转换开关、主令电器等用于检测电路的电器如互感器、传感器等用于保护电路的电器如熔断器、断路器、限流电抗器、避雷器等电器按工作电压可分为：高压电器低压电器GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论358、高压电器高压开关设备：包括：断路器、隔离开关、重合器、分段器、接触器、熔断器、负荷开关和接地开关等隔离开关真空负荷开关-熔断器组合电器高压真空断路器GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论368、高压电器（续）高压开关设备：包括：断路器、隔离开关、重合器、分段器、接触器、熔断器、负荷开关和接地开关等户外多油断路器220kVSF6瓷柱式户外高压断路器GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论378、高压电器（续）互感器：是电力系统中供测量和保护用的设备，包括：电流互感器、电压互感器两大类。电流互感器电压互感器GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电气工程专业导论388、高压电器（续）避雷器：避雷器是电力系统中的过电压限制在一个合理的水平上。目前常用的有：碳化硅阀型避雷器、金属氧化锌避雷器等。硅橡胶绝缘金属氧化锌避雷器用于变压器保护的避雷器及放电间隙GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY