电气工程及其自动化专业导论PPT第2章

哈尔滨理工大学电气工程及其自动化专业导论戈宝军陶大军付敏周永勤刘骥职务：教授单位：哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学目录电气工程及其自动化专业导论第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哈尔滨理工大学第2章电机电器及其系统第二章目录2.1电机的作用和发展历程2.2电机的分类和主要类型2.3电机的主要应用2.4电器的分类及主要类型2.5电机电器及其控制发展趋势哈尔滨理工大学电机与电器学科：较早的电气工程专业一般被称为电机系，随着电磁理论与电磁装置的成熟和发展，电气工程的内涵也随之不断扩展，电机与电器学科发展成为电气工程一级学科下的二级学科之一。专业方向简介：主要研究电机、电器、及其系统的运行理论、电磁问题、设计与控制理论，主要涉及电机电器的基本理论、特种电机及其控制系统、电机计算机辅助设计及优化技术、电机电磁场数学模型与数值分析、电机的控制理论及方法、特种电机设计、电机电器可靠性理论与检测技术等研究领域。第2章电机电器及其系统哈尔滨理工大学核心课程：主要学习与电机、电器，以及与控制相关的学科基础课程和专业方向课程，开设的课程一般包括电机学、电力电子技术、自动控制原理、PLC电气控制、电机设计、电机运动控制、电机测试技术、电机与电力拖动、特种电机或永磁电机、电机控制、控制电机、电机结构工艺学等课程。就业去向：毕业后可以进入一些电气装备制造行业从事与电机、电器等设备相关的设计、开发、控制、运行、检测维护等方面的工作，也可以进入电力系统运行与维护行业从事运行监测、系统维护、经济运行、质量保障、技术管理等工作。第2章电机电器及其系统哈尔滨理工大学2.1电机的作用和发展历程2.1.1电机的主要作用电机是以电磁理论为基础，实现机械能与电能的相互转换或电能传递的一种电磁装置。电机主要包括发电机、变压器和电动机等类型。主要作用概括为以下三个方面：1、用于电能的产生、传输、和分配。2、用于驱动各种生产机械或装备。3、用以作为各种控制系统或自动化、智能化装置的重要元件。第2章电机电器及其系统哈尔滨理工大学第2章电机电器及其系统2.1.1电机的主要作用哈尔滨理工大学2.1电机的作用和发展历程2.1.2电机的发展历程第2章电机电器及其系统直流电机的形成和发展时期直流电机电机理论电机统一理论的形成、发展和成熟时期交流电机交流电机的形成和发展时期发展新时期材料、控制技术对促进电机发展的新时期哈尔滨理工大学第2章电机电器及其系统2.1.2电机的发展历程哈尔滨理工大学第2章电机电器及其系统2.1.2电机的发展历程哈尔滨理工大学2.2电机的分类和主要类型2.2.1电机的主要分类依据不同的分类标准，电机有不同的分类方法：1.按照所应用的电流种类，电机可以分为直流电机和交流电机。2.按照在应用中的功能来分，电机可以分为下列各类。（1）将机械功率转换为电功率——发电机。（2）将电功率转换为机械功率——电动机。（3）将电功率转换为另一种形式的电功率，又可分为：①输出和输入有不同的电压——变压器。第2章电机电器及其系统哈尔滨理工大学2.2电机的分类和主要类型2.2.1电机的主要分类②输出与输入有不同的波形，如将交流变为直流——变流机。③输出与输入有不同的频率——变频机。④输出与输入有不同的相位——移相机。（4）在机电系统中起调节、放大和控制作用的电机——控制电机。3.按运行速度，电机又可以分为：（1）静止设备——变压器。（2）没有固定的同步速度——直流电机。第2章电机电器及其系统哈尔滨理工大学2.2电机的分类和主要类型2.2.1电机的主要分类（3）转子速度永远与同步速度有差异——感应电机（异步电机）。（4）速度等于同步速度——同步电机。（5）速度可以在宽广范围内随意调节——交流换向器电机。4.按功率大小，又可以分为大型电机、中小型电机和微型电机。第2章电机电器及其系统哈尔滨理工大学直流电机交流电机电动机发电机变压器变流机移相机同步机感应（异步）机无固定速度……第2章电机电器及其系统2.2.1电机的主要分类哈尔滨理工大学2.2电机的分类和主要类型2.2.2电机的主要类型（一）发电机发电机是实现机械能转换为电能的主要机械装备，发电机发出的电一般经变压器升高电压后并入电能传输系统——电网。提供机械能的机械装备通常称为原动机，主要有水轮机、汽轮机、风机等。第2章电机电器及其系统隐极汽轮发电机凸极水轮发电机哈尔滨理工大学2.2电机的分类和主要类型2.2.2电机的主要类型（二）电动机电动机的作用是将电能转换为机械能。现代各种生产机械都广泛应用电动机来驱动。中小功率电动机常常被用于电动工具与家用电器中，也可以用在自动控制系统和计算装置中作为检测、放大、执行元件等。第2章电机电器及其系统笼型感应电动机直流电动机哈尔滨理工大学2.2电机的分类和主要类型2.2.2电机的主要类型（三）变压器变压器是一种静止电机，其主要组成部分是铁芯和绕组。为了改善散热条件，大、中容量的电力变压器的铁芯和绕组浸在盛满变压器油的封闭油箱中，各绕组对外线路的连接由绝缘套管引出。为了使变压器安全可靠地运行，还设有储油柜、安全气道、气体继电器的等附件。第2章电机电器及其系统哈尔滨理工大学2.2电机的分类和主要类型2.2.2电机的主要类型（四）特种电机1.永磁无刷电动机无刷电动机是一种典型的机电一体化产品，主要由电动机本体、位置传感器、控制器及相关线路组成。转子采用永磁材料的无刷电动机，称做永磁无刷电动机，其转子结构既有传统的内转子结构，又有盘式结构、外转子结构和直线结构等新型结构形式。第2章电机电器及其系统无刷电机哈尔滨理工大学2.2电机的分类和主要类型2.2.2电机的主要类型（四）特种电机2.直线电动机直线电动机的历史，最早可追溯到1840年惠斯登开始提出和制作的略具雏形但并不成功的直线电机，至今已有180年的历史。在这段历史过程中，直线电动机经历了探索实验、开发应用和实用商品化三个时期。第2章电机电器及其系统哈尔滨理工大学2.2电机的分类和主要类型2.2.2电机的主要类型（四）特种电机3.步进电动机步进电动机是把电脉冲信号变换成角度位移的一种旋转电机，一般在自动控制装置中作执行元件使用。每输入一个脉冲信号，步进电动机就前进一步，故又称为脉冲电动机。第2章电机电器及其系统哈尔滨理工大学2.2电机的分类和主要类型2.2.2电机的主要类型（四）特种电机4.超导电动机超导电动机在机电能量转换原理上与普通电动机没有什么区别,只是组采用超导材料，可以大大减小体积，节约资源。第2章电机电器及其系统哈尔滨理工大学2.2电机的分类和主要类型2.2.2电机的主要类型（四）特种电机5.超声波压电电动机超声波压电电动机是20世纪80年代中期发展起来的一种全新概念的新型驱动装置,它没有磁场与绕组,与传统电磁式电动机原理完全不相同。它是利用压电材料的逆压电效应,将电能转化为弹性体的超声振动,并将摩擦传动转换为运动体的旋转或直线运动。第2章电机电器及其系统哈尔滨理工大学2.2电机的分类和主要类型2.2.2电机的主要类型（四）特种电机6.音圈电机音圈电机（VoiceCoilMotor）是一种特殊形式的直接驱动电机。具有结构简单体积小、高速、高加速响应快等特性。其工作原理是，通电线圈（导体）放在磁场内就会产生力，力的大小与施加在线圈上的电流成比例，基于此原理制造的音圈电机运动形式可以为直线或者圆弧。第2章电机电器及其系统哈尔滨理工大学2.3电机的主要应用2.3.1电力工业在电力工业中，电机主要作为电力的产生装备——发电机。依据驱动发电机的原动机能量来源的不同，主要有汽轮发电机、水轮发电机、风力发电机三类型。第2章电机电器及其系统上海电气集团股份有限公司生产100万千瓦超超临界燃煤汽轮发电机转子哈尔滨电机厂有限责任公司生产的600MW汽轮发电机定子永磁直驱风力发电机组示意图湘潭电机集团7-8MW风电机组结构方案示意图哈尔滨理工大学2.3电机的主要应用2.3.2工农业生产在工农业中，中、小功率的感应电动机在工农业生产中有着极其广泛的应用，在工业车床、鼓风机、磨面机、电风扇、行车（吊车）、球磨机、数控机床、油压机、提升机、电拖车、制砖机、压风机等设备的驱动中，均使用了大量的感应电动机。第2章电机电器及其系统哈尔滨理工大学2.3电机的主要应用2.3.2工农业生产第2章电机电器及其系统哈尔滨理工大学2.3电机的主要应用2.3.3交通运输作为21世纪的绿色交通工具，电动汽车在各国受到普遍重视，电动车辆驱动用电机主要是大功率永磁无刷直流电动机、永磁同步电动机、开关磁阻电动机、高效感应电动机等，这类电机的发展趋势是高效率、高出力、智能化。第2章电机电器及其系统哈尔滨理工大学2.3电机的主要应用2.3.4其他领域电机在其他领域也有着非常广泛的应用,例如消费电子领域，电唱机、录音机、VCD视盘和DVD视盘等影音设备，配套电机主要为永磁直流电动机、印制绕组电动机、线绕盘式电动机、无刷直流电动机等。第2章电机电器及其系统哈尔滨理工大学2.4电器的分类和主要类型第2章电机电器及其系统高压电器低压电器控制电器主令电器手动电器自动电器……保护电器执行电器配电电器……哈尔滨理工大学2.4电器的分类和主要类型2.4.1电器的主要分类电器（electricapparatus）泛指所有用电的器具，但是在电气工程领域中，主要指用于对电路进行接通、分断，对电路参数进行变换，以实现对电路或用电设备的控制、调节、切换、检测和保护等作用的电工装置、设备和元件。主要分类：1.按工作电压等级分类（1）高压电器（2）低压电器第2章电机电器及其系统哈尔滨理工大学2.4电器的分类和主要类型2.4.1电器的主要分类2.按用途分类（1）控制电器（2）主令电器（3）保护电器（4）执行电器（5）配电电器第2章电机电器及其系统哈尔滨理工大学2.4电器的分类和主要类型2.4.1电器的主要分类3.按动作原理分类（1）手动电器（2）自动电器4.按工作原理分类（1）电磁式电器（2）非电量控制电器第2章电机电器及其系统哈尔滨理工大学2.4电器的分类和主要类型2.4.1电器的主要分类5.按功能分类（1）用于接通和分段电路的电器,主要有刀开关、接触器、负荷开关、隔离开关、断路器等。（2）用于控制电路的电器，主要有电磁启动器、星三角启动器、自耦减压启动器、频敏启动器、变阻器、控制继电器等（用于电机的各种启动器正越来越多地被电力电子装置所取代）。（3）用于切换电路的电器，主要有转换开关、主令电器等。（4）用于检测电路参数的电器，主要有互感器、传感器等。（5）用于保护电路的电器，主要有熔断器、断路器、限流电抗器、避雷器等。第2章电机电器及其系统哈尔滨理工大学2.4电器的分类和主要类型2.4.2高压电器（一）高压开关设备高压开关设备主要用于在额定电压3000V以上的电力系统中关合及开断正常电力线路，以及输送倒换电力负荷；从电力系统中退出故障设备及故障线段，保证电力系统安全、正常地运行；将两段电力线路以至电力系统的两部分隔开；将已退出运行的设备或线路进行可靠接地，以保证电力线路、设备和运行维修人员的安全。高压开关设备的器件主要有断路器、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，以及由上述产品与其他电器产品组合的系统。第2章电机电器及其系统哈尔滨理工大学2.4电器的分类和主要类型2.4.2高压电器（二）互感器互感器是电力系统中供测量和保护用的设备，分为电压互感器和电流互感器两大类。互感器的作用是：（1）向测量、保护和控制装置传递信息；（2）使测量、保护和控制装置与高电压之间隔离；（3）有利于仪器、仪表和保护、控制装置小型化、标准化。第2章电机电器及其系统哈尔滨理工大学2.4电器的分类和主要类型2.4.2高压电器（三）避雷器电力系统输变电和配电设备在运行中受到四种电压的作用，分别是：（1）长期作用的工作电压；（2）由于接地故障、甩负载、谐振以及其他原因产生的暂时过电压；（3）雷电过电压；（4）操作过电压。第2章电