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6电气工程导论第六章 电工新技术

作者:888扑克手机版 发布时间:2020-08-05 18:35 点击数:

  6.电气工程导论第六章 电工新技术_工学_高等教育_教育专区。电气工程导论

  电气工程导论 曾祥君 电气与信息工程学院 目录 CONTENTS 第一章 绪论 第二章 电机电器及其控制技术 第三章 电力系统及其自动化技术 第四章 电力电子技术与电力传动 第五章 高电压与绝缘技术 第六章 电工新技术 目录 CONTENTS 第一章 绪论 第二章 电机电器及其控制技术 第三章 电力系统及其自动化技术 第四章 电力电子技术与电力传动 第五章 高电压与绝缘技术 第六章 电工新技术 第六章 电工新技术 主要内容: 6.1 电工新技术的发展趋势 6.2 超导电工技术 6.3 聚变电工技术 6.4 磁流体发电技术 6.5 磁流体推进技术 6.6 可再生能源发电 6.7 磁悬浮列车技术 6.8 燃料电池技术 6.9 飞轮储能系统 6.10 脉冲功率技术 6.11 微机电系统 第六章 6.1 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 物子 流 电 础 理体 体 机 物力 理学 新材料 超永半 导磁导 材材体 料料材 料 第六章 新技术 微计 电算 子机 主 放核磁 磁磁 要 电聚流 应变体 流悬 体浮 分用 发 推列 支 电 进车 超永 导磁 电 工 电 机 与 磁 体 光电 微 数 电电 电力 电 控 工磁 应电 子 与 装场 用子 专 机 置数 用 电 CAD 值 设控 计 备制 算 图6-1 电工新技术的分类 6.2 超导电工技术 第六章 图6-2 液氦温区低温超导材料——NbTi导线 超导电工技术 第六章 图6-3 液氮温区高温超导材料——Bi系带材 6.2 超导电工技术 第六章 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。 6.2 超导电工技术 第六章 图6-4 超导体的完全抗磁性现象 6.2 超导电工技术 2. 超导技术的应用 ? 超导电机 第六章 图6-5 83MW超导发电机超导转子(左)与试验车间(日本) 6.2 超导电工技术 第六章 图6-6 5MW船用高温超导推进电动机 6.2 超导电工技术 第六章 图6-7 5MW船用高温推进电动机结构图 6.2 超导电工技术 第六章 图6-8 300kW超导单极电动机 (武汉712所等) 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) 6.2 超导电工技术 ? 超导变压器 第六章 图6-10 500kW, 6600/3300V 高温超导变压器(日本) 图6-11 26kW高温超导变压器(中国科 学院电工研究所等) 6.2 超导电工技术 ? 超导输电 第六章 图6-12 2000A高温超导电缆结构 云电英纳超导电缆公司 6.1 电工新技术的发展趋势 第六章 图6-13 30m长、35kV、2kA高温超导电缆 云电英纳超导电缆公司 6.2 超导电工技术 ? 超导储能 第六章 图6-14 超导储能装置的储能线 MJ超导储能设备 (德国) 6.2 超导电工技术 ? 超导磁悬浮列车 第六章 图6-16 日本超导磁悬浮列车 6.2 超导电工技术 第六章 ? 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。 6.3 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。 第六章 图6-17 托克马克装置原理 (环形核聚变反应装置) 6.3 聚变电工技术 第六章 图6-18 基于托克马克的核聚变电站原理 6.4 磁流体发电技术 第六章 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。 6.4 磁流体发电技术 第六章 图6-19 磁流体发电原理与试验装置(日本) 6.4 磁流体发电技术 第六章 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) 6.5 磁流体推进技术 ? 磁流体推进船 第六章 图6-21 日本超导磁流体推进船 6.5 磁流体推进技术 ? 等离子磁流体航天推进器 第六章 (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 6.6 可再生能源发电 ? 风力发电 第六章 图6-23 风力发电站与电力系统并网 6.6 可再生能源发电 第六章 图6-24 海上风力发电机正在安装(丹麦) 6.6 可再生能源发电 ? 太阳能发电 第六章 主要有三种: 一是使太阳能直接转变成热能,即光热转换, 如太阳能热水器; 二是使太阳能直接转换成电能,即光电转换, 如太阳能电池; 三是使太阳能直接转变成化学能,即光化学转换, 如太阳能发电机。 1945年,美国贝尔电话实验室制造除了世界上第一块 实用的硅太阳能电池,开创了现代人类利用太阳能的 新纪元。 6.6 可再生能源发电 第六章 图6-25 太阳能发电的四种方式 (a)槽型抛物面 (b)菲涅耳透镜 (c)盘形抛物面-中心接受器 (d)分布平面塔式接收器 6.6 可再生能源发电 第六章 图6-26太阳能热发电站 图6-27 塔式太阳能热电站 原理示意图 6.6 可再生能源发电 第六章 图6-28 太阳能光伏电池阵 6.7 磁悬浮列车技术 电动式 长定子 永磁式 长定子 电磁式 短定子 第六章 电磁式 长定子 超导长定子 永磁长定子 常导短定子 图6-29 磁悬浮列车分类 常导长定子 6.7 磁悬浮列车技术 ? 日本超导磁悬浮列车 第六章 图6-30 日本超导磁悬浮列车 图6-31 日本超导磁悬浮列车 的转向架 的导轨结构 6.7 磁悬浮列车技术 ? 德国常导磁悬浮列车Transrapid 第六章 图6-32 Transrapid原理 6.7 磁悬浮列车技术 ? 日本常导磁悬浮列车HSST 第六章 图6-33 日本名古屋常导磁悬浮列车(Linimo) 6.7 磁悬浮列车技术 ? 永磁磁悬浮列车 第六章 图6-34 德国柏林永磁半悬浮列车 6.7 磁悬浮列车技术 第六章 长沙磁悬浮列车“追风者” 最高时速100公里 6.8 燃料电池技术 第六章 燃料电池的雏形是1839年由英国科学家格罗夫(William Robert Grove,1811-1896)提出的(当时称为“气体伏打 电池”)。 图6-35 燃料电池的外部结构图 6.8 燃料电池技术 第六章 图6-36 为计算机供电的燃料电池 6.8 燃料电池技术 第六章 第一代燃料电池,碱性燃料电池,效率最高,但成本昂贵; 第二代燃料电池,磷酸型燃料电池,技术先进,实用; 第三代燃料电池,熔融碳酸盐型(MCFC)电池,效率比磷酸 型高,燃料也不仅仅限于氢气,是一种大容量发电燃料电池; 第四代燃料电池,固体电解质型燃料电池(SOFV),性能优良, 电解是固体,因此免去了腐蚀和溢漏的危险; 第五代燃料电池,聚合物电解质型薄膜燃料电池(PEMFC)与 氢能源关系十分密切; 最近又出现了生物燃料电池,具有功率大,体积小,效率高, 成本低等优点。 6.9 飞轮储能技术 第六章 图6-37 瑞士1955年试制的 飞轮储能轨道试验车 图6-38 飞轮储能系统 6.9 飞轮储能技术 飞轮储能的应用 ? 电力调峰 ? 电动车辆飞轮电池 ? 飞轮储能-再生制动系统 ? 风力发电系统不间断供电 ? 卫星姿态控制 ? 大功率脉冲放电电源 ? 其他应用 第六章 6.9 飞轮储能技术 ? 电力调峰 第六章 图6-39 电力系统中的飞轮储能装置 6.9 飞轮储能技术 ? 电动车辆飞轮电池 第六章 图6-40 英国Bristol的新型 纯飞轮供电有轨车 6.9 飞轮储能技术 ? 飞轮储能-再生制动系统 第六章 图6-41 德国采用飞轮储能装置 的LIREX混合动力轻轨列车 图6-42 美国内燃机发电机-飞轮 储能混合动力公交车ATTB 6.9 飞轮储能技术 第六章 图6-43 轨旁飞轮储能再生制动系统 6.9 飞轮储能技术 ? 卫星姿态控制 第六章 图6-44 卫星姿态控制用飞轮系统 6.9 飞轮储能技术 ? 大功率脉冲放电电源 第六章 图6-45 航天飞机电磁发射示意图 6.10 脉冲功率技术 第六章 脉冲功率技术的基础是冲击电压发生器,也叫马克斯发生器 或冲击机,是德国人马克斯(E.Marx)在1924年发明的。 图6-46 马克斯发生器 6.10 脉冲功率技术 第六章 目前,脉冲功率技术的发展方向是提高功率水平,具体的 主攻方向是: 提高储能密度,研制大功率和高重复率的转换开关,向着 高电压、大电流、窄脉冲、高重复率的方向发展。 脉冲功率技术的应用: ? 强激光的研究 ? 强脉冲X射线 ? 核电磁脉冲 ? 高功率微波武器 ?电磁炮 6.10 脉冲功率技术 轨道炮 电流 电枢(等 离子体) 第六章 线圈炮 驱动线圈 电枢 线圈 磁悬浮发射器 磁悬浮间隙 磁悬浮加速托架 图6-47 电磁发射装置 6.10 脉冲功率技术 第六章 图6-48 国外研制的电磁炮 6.11 微机电系统 第六章 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(10e-6m)尺寸微型机电 系统。 6.11 微机电系统 第六章 图6-49 微机电系统电机 和一根头发的对比(显微图) 图6-50 微机电系统继电器 (放大图) 6.11 微机电系统 第六章 图6-51 微机电系统陀螺仪 6.11 微机电系统 第六章 图6-52 封装好的微机电系统产品 6.11 微机电系统 第六章 图6-52 微机电系统卫星(概念图) 结束语 第六章 电工新技术涉及的领域非常广阔,我们介绍的只是其 中很小的一部分。随着科学技术的进步,更新颖、更 先进的电工新技术还将不断涌现,为人类做出更大的 贡献。 答疑时间 希望大家能够热爱电气工程专业, 谢谢大家!


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