电气工程概论第六章电工新技术参考课件

电气工程概论第六章电工新技术电气工程概论第六章电工新技术电电气工程概气工程概论论第六章第六章电电工新技工新技术术1电气工程专业导论电气工程专业导论2新理论、新原理新材料新技术等离子体物理放电物理电磁流体力学直线电机超导材料永磁材料半导体材料微电子计算机放电应用核聚变磁流体发电磁流体推进磁悬浮列车超导电工永磁电机与磁体光电应用电力电子微 电子 专用 设备数控与机电控制电工装置CAD电 磁场 数值 计算 基础主要分支图6-1 电工新技术的分类 一、电工新技术的发展趋势一、电工新技术的发展趋势一、电工新技术的发展趋势一、电工新技术的发展趋势电电气工程气工程专业导论专业导论2新理新理论论、新原理新材料新技、新原理新材料新技术术等离子体物理放等离子体物理放电电2电气工程专业导论电气工程专业导论3二、超导电工技术二、超导电工技术二、超导电工技术二、超导电工技术图6-2 液氦温区低温超导材料NbTi导线 电电气工程气工程专业导论专业导论3二、超二、超导电导电工技工技术图术图6-2 液氦温区低温超液氦温区低温超导导3电气工程专业导论电气工程专业导论4二、超导电工技术（续）二、超导电工技术（续）二、超导电工技术（续）二、超导电工技术（续）图6-3 液氮温区高温超导材料Bi系带材电电气工程气工程专业导论专业导论4二、超二、超导电导电工技工技术术（续续）图图6-3 液氮温区高液氮温区高4电气工程专业导论电气工程专业导论51.超导现象超导现象超导现象超导现象2.1911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。3.超导态的两个基本性质：4.一是零电阻效应；零电阻效应；零电阻效应；零电阻效应；5.5.二是完全抗磁性，又称迈斯纳（二是完全抗磁性，又称迈斯纳（二是完全抗磁性，又称迈斯纳（二是完全抗磁性，又称迈斯纳（MeissnerMeissner）效应，即）效应，即）效应，即）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在磁场中超导体只要处于超导态，则它内部产生的磁化强在磁场中超导体只要处于超导态，则它内部产生的磁化强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，即磁度与外磁场完全抵消，从而内部的磁感应强度为零，即磁度与外磁场完全抵消，从而内部的磁感应强度为零，即磁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。力线完全被排斥在超导体外面。力线完全被排斥在超导体外面。力线完全被排斥在超导体外面。二、超导电工技术（续）二、超导电工技术（续）二、超导电工技术（续）二、超导电工技术（续）电电气工程气工程专业导论专业导论5超超导现导现象二、超象二、超导电导电工技工技术术（续续）5电气工程专业导论电气工程专业导论6二、超导电工技术（续）二、超导电工技术（续）二、超导电工技术（续）二、超导电工技术（续）图6-4 超导体的完全抗磁性现象电电气工程气工程专业导论专业导论6二、超二、超导电导电工技工技术术（续续）图图6-4 超超导导体的完体的完6电气工程专业导论电气工程专业导论7二、超导电工技术（续）二、超导电工技术（续）二、超导电工技术（续）二、超导电工技术（续）2.2.超导技术的应用超导技术的应用超导技术的应用超导技术的应用 超导电机超导电机超导电机超导电机图6-5 83MW超导发电机超导转子（左）与试验车间（日本）电电气工程气工程专业导论专业导论7二、超二、超导电导电工技工技术术（续续）2.超超导导技技术术的的应应用用7Magnetohydrodynamic Propulsion TechnologySuperconducting Maglev bogieHigh power microwave weaponPulsed Power TechnologyIntense pulse X-ray图6-13 30m长、35kV、2kA高温超导电缆二是使太阳能直接转换成电能，即光电转换，图6-15 2 MJ超导储能设备track test vehicle in 1955Flywheel energy storage-regenerative braking system和一根头发的对比（显微图）Superconducting motor1911年荷兰科学家昂纳斯（H.图6-13 30m长、35kV、2kA高温超导电缆(Institute of electrical engineering Chinese academy of science)In short,superconducting electrotechnics has gained advanced development from superconducting magnet to superconducting power applications fields.How does a Maglev Train work?Marx in 1924.Japan superconducting MHD propulsion ship电气工程专业导论电气工程专业导论8图6-6 5MW船用高温超导推进电动机Magnetohydrodynamic Propulsion8电气工程专业导论电气工程专业导论9图6-7 5MW船用高温推进电动机结构图电电气工程气工程专业导论专业导论9图图6-7 5MW船用高温推船用高温推进电动进电动机机结结构构图图9A momentous discovery by Dutch scientist H.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。500kW,6600/3300VSuperconducting Maglev trackand ones that use opposing magnets that attract with each other.图6-11 26kW高温超导变压器（中国科学院电工研究所等）图6-28 太阳能光伏电池阵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Electric vehicles flywheel batteryFour methods to collect solar energy,showed in the figuresPulsed Power Technology developed from impulse voltage generator,图6-41 德国采用飞轮储能装置Superconductor Electrotechnics300kW superconducting图6-20 磁流体发电用超导磁体Solar power generation图6-16 日本超导磁悬浮列车的转向架图6-48 国外研制的电磁炮图6-30 日本超导磁悬浮列车How does a Maglev Train work?二、超导电工技术（续）“LIREX”with flywheel energy storagePulsed Power Technologyas follows:The Yamanashi Maglev(Japan)and the projected Florida Maglev use Electrodynamic Suspension(EDS).超导态的两个基本性质：图6-2 液氦温区低温超导材料NbTi导线A superconductive disk on the bottom,cooled by liquid nitrogen,Micro Electro-Mechanical Systems图6-1 电工新技术的分类图6-41 德国采用飞轮储能装置Renewable Power GenerationGermany hybrid power light rail trainFlywheel energy storage-regenerative braking system的导轨结构图6-6 5MW船用高温超导推进电动机图6-1 电工新技术的分类电气工程专业导论电气工程专业导论10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）A momentous discovery by Dutch10电气工程专业导论电气工程专业导论11 超导变压器超导变压器超导变压器超导变压器图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）电电气工程气工程专业导论专业导论11 超超导变压导变压器器图图6-10 500kW,611电气工程专业导论电气工程专业导论12 超导输电超导输电超导输电超导输电图6-12 2000A高温超导电缆结构云电英纳超导电缆公司电电气工程气工程专业导论专业导论12 超超导输电图导输电图6-12 2000A高温超高温超导导12Magnetohydrodynamic Power Generation图6-6 5MW船用高温超导推进电动机Flywheel Energy Storage和一根头发的对比（显微图）How does a Maglev Train work?beside the track或冲击机，是德国人马克斯（E.The floating magnet induces a current,and therefore a magnetic field,In recently,there appeared a new type fuel cell called microbial fuel cell(MFC),large power,small size,and high efficiency.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MEMS relay(Magnified)一是零电阻效应；图6-9 由超导电动机作动力图6-1 电工新技术的分类Bristol new tramcars with flywheel power supply一是使太阳能直接转变成热能，即光热转换，图6-1 电工新技术的分类（c）盘形抛物面-中心接受器（d）分布平面塔式接收器Flywheel energy storage-regenerative braking systemNuclear fusion electrotechnics三是使太阳能直接转变成化学能，即光化学转换，Tokamak fusion reactor power plantIntegrated with silicon micromachining,photo-etching,precision machining,mini-sensor,micro-actuator,signal processing,control or interface circuits,communication and power supply it develops the micrometer scale Micro Electro-Mechanical Systems.电气工程专业导论电气工程专业导论13图6-13 30m长、35kV、2kA高温超导电缆云电英纳超导电缆公司Magnetohydrodynamic Power Gene13电气工程专业导论电气工程专业导论14 超导储能超导储能超导储能超导储能图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）电电气工程气工程专业导论专业导论14 超超导储导储能能图图6-14 超超导储导储能装置的能装置的储储能能14电气工程专业导论电气工程专业导论15 超导磁悬浮列车超导磁悬浮列车超导磁悬浮列车超导磁悬浮列车图6-16 日本超导磁悬浮列车电电气工程气工程专业导论专业导论15 超超导导磁磁悬悬浮列浮列车图车图6-16 日本超日本超导导磁磁悬悬15电气工程专业导论电气工程专业导论16 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。p 总之，超导电工已由最初的超导磁体技术扩展到了包括超总之，超导电工已由最初的超导磁体技术扩展到了包括超总之，超导电工已由最初的超导磁体技术扩展到了包括超总之，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导电力应用与强磁场应用等领域，随着低温超导技术和高导电力应用与强磁场应用等领域，随着低温超导技术和高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温超导技术的不断发展，特别是如果实现了临界温度达到温超导技术的不断发展，特别是如果实现了临界温度达到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。室温的实用超导体，将带来革命性的改观。室温的实用超导体，将带来革命性的改观。室温的实用超导体，将带来革命性的改观。电电气工程气工程专业导论专业导论16 超超导导在在电电气工程气工程领领域的其他域的其他应应用用16电气工程专业导论电气工程专业导论17三、三、三、三、聚变电工技术聚变电工技术聚变电工技术聚变电工技术 与裂变反应堆主要依靠核工技术与热工技术的与裂变反应堆主要依靠核工技术与热工技术的与裂变反应堆主要依靠核工技术与热工技术的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，聚变反应堆的发展结合而发展起来的历史不同，聚变反应堆的发展结合而发展起来的历史不同，聚变反应堆的发展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，因为主要依赖于核工技术与电工新技术的结合，因为主要依赖于核工技术与电工新技术的结合，因为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、需要的关键技术超导技术、大体积强磁场技术、需要的关键技术超导技术、大体积强磁场技术、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、等离子体大能量脉冲电源技术、辅助加热技术、等离子体大能量脉冲电源技术、辅助加热技术、等离子体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。控制技术都属于电工新技术。控制技术都属于电工新技术。控制技术都属于电工新技术。电电气工程气工程专业导论专业导论17三、三、聚聚变电变电工技工技术术17电气工程专业导论电气工程专业导论18图6-17 托克马克装置原理（环形核聚变反应装置）电电气工程气工程专业导论专业导论18图图6-17 托克托克马马克装置原理克装置原理18电气工程专业导论电气工程专业导论19图6-18 基于托克马克的核聚变电站原理电电气工程气工程专业导论专业导论19图图6-18 基于托克基于托克马马克的核聚克的核聚变电变电站原理站原理19电气工程专业导论电气工程专业导论20四四四四 、磁流体发电技术、磁流体发电技术、磁流体发电技术、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，但这种当前，世界各国的电力主要来源仍旧是火力发电，但这种当前，世界各国的电力主要来源仍旧是火力发电，但这种当前，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，最高只有发电方式的热效率很低，最高只有发电方式的热效率很低，最高只有发电方式的热效率很低，最高只有40%40%40%40%。磁流体发电的热。磁流体发电的热。磁流体发电的热。磁流体发电的热 效率可以从火力发电的效率可以从火力发电的效率可以从火力发电的效率可以从火力发电的30-40%30-40%30-40%30-40%提高到提高到提高到提高到50-60%50-60%50-60%50-60%甚至更高。甚至更高。甚至更高。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。热能直接转化为电能的新型发电方式。热能直接转化为电能的新型发电方式。热能直接转化为电能的新型发电方式。电电气工程气工程专业导论专业导论20四四、磁流体、磁流体发电发电技技术术20电气工程专业导论电气工程专业导论21图6-19 磁流体发电原理与试验装置（日本）电电气工程气工程专业导论专业导论21图图6-19 磁流体磁流体发电发电原理与原理与试验试验装置（日装置（日21电气工程专业导论电气工程专业导论22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）电电气工程气工程专业导论专业导论22图图6-20 磁流体磁流体发电发电用超用超导导磁体磁体22电气工程专业导论电气工程专业导论23五、磁流体推进技术五、磁流体推进技术五、磁流体推进技术五、磁流体推进技术 磁流体推进船磁流体推进船磁流体推进船磁流体推进船图6-21 日本超导磁流体推进船电电气工程气工程专业导论专业导论23五、磁流体推五、磁流体推进进技技术图术图6-21 日本超日本超导导磁磁23电气工程专业导论电气工程专业导论24 等离子磁流体航天推进器等离子磁流体航天推进器等离子磁流体航天推进器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电电气工程气工程专业导论专业导论24 等离子磁流体航天推等离子磁流体航天推进进器器 （a24电气工程专业导论电气工程专业导论25 风力发电风力发电风力发电风力发电图6-23 风力发电站与电力系统并网六、可再生能源发电六、可再生能源发电六、可再生能源发电六、可再生能源发电电电气工程气工程专业导论专业导论25 风风力力发电图发电图6-23 风风力力发电发电站与站与电电力系力系25电气工程专业导论电气工程专业导论26图6-24 海上风力发电机正在安装（丹麦）电电气工程气工程专业导论专业导论26图图6-24 海上海上风风力力发电发电机正在安装（丹麦机正在安装（丹麦26电气工程专业导论电气工程专业导论27 太阳能发电太阳能发电太阳能发电太阳能发电 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。电电气工程气工程专业导论专业导论27 太阳能太阳能发电发电27电气工程专业导论电气工程专业导论28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电电气工程气工程专业导论专业导论28图图6-25 太阳能太阳能发电发电的四种方式的四种方式28电气工程专业导论电气工程专业导论29图6-26太阳能热发电站图6-27 塔式太阳能热电站 原理示意图电电气工程气工程专业导论专业导论29图图6-26太阳能太阳能热发电热发电站站图图6-27 塔式塔式29（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。2000A HTS cableMEMS relay(Magnified)图6-32 Transrapid原理Fifth,proton exchange membrane fuel cell(PEMFC),closely related to hydrogen energy;Magnetic Levitation TrainFlywheel energy storage-regenerative braking systembeside the track图6-49 微机电系统电机beside the track图6-12 2000A高温超导电缆结构beside the trackPlasma Magnetohydrodynamic spaceflight propellerRenewable Power GenerationMagnetohydrodynamic Propulsion TechnologyNormal conducting maglev-Linimo in Nagoya,Japan（c）盘形抛物面-中心接受器（d）分布平面塔式接收器30m length、35kV、2kA HTS cables system电气工程专业导论电气工程专业导论30图6-28 太阳能光伏电池阵（Micro Electro-Mechanical Syst30电气工程专业导论电气工程专业导论31七、磁悬浮列车技术七、磁悬浮列车技术七、磁悬浮列车技术七、磁悬浮列车技术 超导长定子永磁长定子常导短定子常导长定子电动式长定子电磁式短定子电磁式长定子永磁式长定子图6-29 磁悬浮列车分类电电气工程气工程专业导论专业导论31七、磁七、磁悬悬浮列浮列车车技技术术 超超导长导长定子永磁定子永磁长长31电气工程专业导论电气工程专业导论32 日本超导磁悬浮列车日本超导磁悬浮列车日本超导磁悬浮列车日本超导磁悬浮列车图6-30 日本超导磁悬浮列车 的转向架图6-31 日本超导磁悬浮列车 的导轨结构电电气工程气工程专业导论专业导论32 日本超日本超导导磁磁悬悬浮列浮列车图车图6-30 日本超日本超导导32电气工程专业导论电气工程专业导论33 德国常导磁悬浮列车德国常导磁悬浮列车德国常导磁悬浮列车德国常导磁悬浮列车TransrapidTransrapid图6-32 Transrapid原理电电气工程气工程专业导论专业导论33 德国常德国常导导磁磁悬悬浮列浮列车车Transrapid33电气工程专业导论电气工程专业导论34 日本常导磁悬浮列车日本常导磁悬浮列车日本常导磁悬浮列车日本常导磁悬浮列车HSSTHSST图6-33 日本名古屋常导磁悬浮列车（Linimo）电电气工程气工程专业导论专业导论34 日本常日本常导导磁磁悬悬浮列浮列车车HSST图图6-33 34电气工程专业导论电气工程专业导论35 永磁磁悬浮列车永磁磁悬浮列车永磁磁悬浮列车永磁磁悬浮列车图6-34 德国柏林永磁半悬浮列车电电气工程气工程专业导论专业导论35 永磁磁永磁磁悬悬浮列浮列车图车图6-34 德国柏林永磁德国柏林永磁35电气工程专业导论电气工程专业导论36八、燃料电池技术八、燃料电池技术八、燃料电池技术八、燃料电池技术燃料电池的雏形是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电电气工程气工程专业导论专业导论36八、燃料八、燃料电电池技池技术术燃料燃料电电池的池的雏雏形是形是183936电气工程专业导论电气工程专业导论37图6-36 为计算机供电的燃料电池电电气工程气工程专业导论专业导论37图图6-36 为计为计算机供算机供电电的燃料的燃料电电池池37电气工程专业导论电气工程专业导论38p 第一代燃料电池，碱性燃料电池，效率最高，但成本昂贵；p 第二代燃料电池，磷酸型燃料电池，技术先进，实用；p 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；p 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；p 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；p 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。电电气工程气工程专业导论专业导论38 第一代燃料第一代燃料电电池，碱性燃料池，碱性燃料电电池，效率最高池，效率最高38电气工程专业导论电气工程专业导论39九、飞轮储能系统九、飞轮储能系统九、飞轮储能系统九、飞轮储能系统图6-37 瑞士1955年试制的 飞轮储能轨道试验车图6-38 飞轮储能系统电电气工程气工程专业导论专业导论39九、九、飞轮储飞轮储能系能系统图统图6-37 瑞士瑞士195539Permanent Maglev(PM)图6-22 等离子推进器Superconducting magnetic energy storage(SMES)图6-11 26kW高温超导变压器（中国科学院电工研究所等）Magnetohydrodynamic Propulsion Technology500kW,6600/3300V图6-1 电工新技术的分类二、超导电工技术（续）的LIREX混合动力轻轨列车图6-15 2 MJ超导储能设备Superconducting magnet of MHD power generator的转向架图6-32 Transrapid原理图6-20 磁流体发电用超导磁体图6-25 太阳能发电的四种方式超导磁悬浮轴承：无机械摩擦，稳定好。In short,superconducting electrotechnics has gained advanced development from superconducting magnet to superconducting power applications fields.室温的实用超导体，将带来革命性的改观。电气工程专业导论电气工程专业导论40p 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Permanent Maglev(PM)电电气工程气工程专业导论专业导论440电气工程专业导论电气工程专业导论41图6-39 电力系统中的飞轮储能装置 电力调峰电力调峰电力调峰电力调峰电电气工程气工程专业导论专业导论41图图6-39 电电力系力系统统中的中的飞轮储飞轮储能装置能装置 41电气工程专业导论电气工程专业导论42 电动车辆飞轮电池电动车辆飞轮电池电动车辆飞轮电池电动车辆飞轮电池图6-40 英国Bristol的新型 纯飞轮供电有轨车电电气工程气工程专业导论专业导论42 电动车辆飞轮电电动车辆飞轮电池池图图6-40 英国英国Br42电气工程专业导论电气工程专业导论43 飞轮储能飞轮储能飞轮储能飞轮储能-再生制动系统再生制动系统再生制动系统再生制动系统图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电电气工程气工程专业导论专业导论43 飞轮储飞轮储能能-再生制再生制动动系系统图统图6-41 德德43电气工程专业导论电气工程专业导论44图6-43 轨旁飞轮储能再生制动系统电电气工程气工程专业导论专业导论44图图6-43 轨轨旁旁飞轮储飞轮储能再生制能再生制动动系系统统44Ones that use repelling magnets are called Superconducting Maglevs,图6-13 30m长、35kV、2kA高温超导电缆switches research,high current narrow pulse achieving,etc.(Institute of electrical engineering Chinese academy of science)当前，世界各国的电力主要来源仍旧是火力发电，但这种generatorflywheel energy storage83 MW superconducting rotor and its test plant(Japan)Nuclear fusion electrotechnicsFlywheel energy storage-regenerative braking systemApplications超导态的两个基本性质：America internal combustion engine的转向架Flywheel energy storage-regenerative braking system（a）槽型抛物面（b）菲涅耳透镜Magnetohydrodynamic Power GenerationTokamak fusion reactor power plantPulsed Power TechnologyJapan superconducting Maglev trains(a)Parabolic trough(b)Fresnel lenscould reaches 50-60 percent or even higher.Space shuttle electromagnetic launch电气工程专业导论电气工程专业导论45 卫星姿态控制卫星姿态控制卫星姿态控制卫星姿态控制图6-44 卫星姿态控制用飞轮系统Ones that use repelling magnet45电气工程专业导论电气工程专业导论46 大功率脉冲放电电源大功率脉冲放电电源大功率脉冲放电电源大功率脉冲放电电源图6-45 航天飞机电磁发射示意图电电气工程气工程专业导论专业导论46 大功率脉冲放大功率脉冲放电电电电源源图图6-45 航天航天飞飞机机46电气工程专业导论电气工程专业导论47十、脉冲功率技术十、脉冲功率技术十、脉冲功率技术十、脉冲功率技术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 马克斯发生器电电气工程气工程专业导论专业导论47十、脉冲功率技十、脉冲功率技术术脉冲功率技脉冲功率技术术的基的基础础是冲是冲击击47电气工程专业导论电气工程专业导论48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电电气工程气工程专业导论专业导论48目前，脉冲功率技目前，脉冲功率技术术的的发发展方向是提高功率水展方向是提高功率水48电气工程专业导论电气工程专业导论49轨道炮线圈炮磁悬浮发射器 磁悬浮加速托架磁悬浮间隙电枢线圈 驱动线圈线圈 电枢（等离子体）电流图6-47 电磁发射装置电电气工程气工程专业导论专业导论49轨轨道炮道炮线线圈炮磁圈炮磁悬悬浮浮发发射器射器 磁磁悬悬浮加速托浮加速托49电气工程专业导论电气工程专业导论50图6-48 国外研制的电磁炮电电气工程气工程专业导论专业导论50图图6-48 国外研制的国外研制的电电磁炮磁炮50图6-4 超导体的完全抗磁性现象等离子磁流体航天推进器Renewable Power GenerationPulsed Power Technology图6-29 磁悬浮列车分类Wind power generation systems uninterrupted power supply图6-41 德国采用飞轮储能装置(a)Parabolic trough(b)Fresnel lens(Institute of electrical engineering Chinese academy of science)Satellite attitude control风力发电系统不间断供电当前，世界各国的电力主要来源仍旧是火力发电，但这种主要依赖于核工技术与电工新技术的结合，因为Nuclear and heat engineering technology,Fifth,proton exchange membrane fuel cell(PEMFC),closely related to hydrogen energy;Wind power plant and grid connected当前，世界各国的电力主要来源仍旧是火力发电，但这种（a）槽型抛物面（b）菲涅耳透镜solar water heater;图6-22 等离子推进器Each project is developing its own version of Maglev but the main difference rests on the way the magnetic field is generated.电气工程专业导论电气工程专业导论51十一、微机电系统十一、微机电系统十一、微机电系统十一、微机电系统微机电系统微机电系统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（10e-6m）尺寸微型机电系统。图图6-4 超超导导体的完全抗磁性体的完全抗磁性现现象象电电气工程气工程专业导论专业导论51十一、微十一、微51电气工程专业导论电气工程专业导论52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）电电气工程气工程专业导论专业导论52图图6-49 微机微机电电系系统电统电机机图图6-50 微微52电气工程专业导论电气工程专业导论53图6-51 微机电系统陀螺仪电电气工程气工程专业导论专业导论53图图6-51 微机微机电电系系统统陀螺陀螺仪仪53电气工程专业导论电气工程专业导论54图6-52 封装好的微机电系统产品电电气工程气工程专业导论专业导论54图图6-52 封装好的微机封装好的微机电电系系统产统产品品54How does a Maglev Train work?Berlin permanent magnet half levitating train,Germany（c）盘形抛物面-中心接受器（d）分布平面塔式接收器超导态的两个基本性质：High power laserSuperconducting magnet of MHD power generator的LIREX混合动力轻轨列车How does a Maglev Train work?（712 institute of Wu Han,China）图6-44 卫星姿态控制用飞轮系统High power laser图6-11 26kW高温超导变压器（中国科学院电工研究所等）Fuel cell exterior structure储能混合动力公交车ATTB和一根头发的对比（显微图）图6-10 500kW,6600/3300V二、超导电工技术（续）Discharging pulsed high power supplyIn short,superconducting electrotechnics has gained advanced development from superconducting magnet to superconducting power applications fields.图6-30 日本超导磁悬浮列车3）Photochemical conversion,chemical energy beingPulsed Power Technology developed from impulse voltage generator,电气工程专业导论电气工程专业导论55图6-52 微机电系统卫星（概念图）How does a Maglev Train work?电电55电气工程专业导论电气工程专业导论56谢谢!电电气工程气工程专业导论专业导论56谢谢谢谢!56电气工程专业导论电气工程专业导论57Chapter 6 New Technology of electrotechnics 电电气工程气工程专业导论专业导论57Chapter 657Meissner Effectsolar water heater;图6-4 超导体的完全抗磁性现象gas or liquid and magnetic field.3）Photochemical conversion,chemical energy beingbeside the track控制技术都属于电工新技术。当前，世界各国的电力主要来源仍旧是火力发电，但这种and produce steam to run electrical turbines,such as（中国科学研究院电工研究所）图6-3 液氮温区高温超导材料Bi系带材Marx in 1924.图6-48 国外研制的电磁炮图6-1 电工新技术的分类图6-32 Transrapid原理图6-49 微机电系统电机图6-25 太阳能发电的四种方式Superconducting magnetic energy storage(SMES)How does a Maglev Train work?EMS uses the attractive magnetic force of a magnet beneath a rail to lift the train up.Superconductor Electrotechnics电气工程专业导论电气工程专业导论581.Developments of Electrotechnics1.Developments of Electrotechnics1.Tendencies of Electrotechnics1.Tendencies of Electrotechnics2.Superconductor Electrotechnics2.Superconductor Electrotechnics3.Nuclear Fusion Electrotechnics3.Nuclear Fusion Electrotechnics4.Magnetohydrodynamic Power Generation4.Magnetohydrodynamic Power Generation5.Magnetohydrodynamic Propulsion Technology5.Magnetohydrodynamic Propulsion Technology6.Renewable Power Generation6.Renewable Power Generation7.7.Magnetic Levitation TrainMagnetic Levitation Train8.Fuel Cells8.Fuel Cells9.Flywheel Energy Storage Systems9.Flywheel Energy Storage Systems10.Pulsed Power Technology10.Pulsed Power Technology11.Micro Electro-Mechanical Systems11.Micro Electro-Mechanical SystemsMeissner Effect电电气工程气工程专业导论专业导论581.De58电气工程专业导论电气工程专业导论592.Superconductor Electrotechnics2.Superconductor ElectrotechnicsLiquid Helium region low temperature superconductive material NbTi wire 电电气工程气工程专业导论专业导论592.Superconductor El59图6-13 30m长、35kV、2kA高温超导电缆一是零电阻效应；Ones that use repelling magnets are called Superconducting Maglevs,3）Photochemical conversion,chemical energy beingMeissner EffectSuperconducting magnet of MHD power generator图6-13 30m长、35kV、2kA高温超导电缆How does a Maglev Train work?二是使太阳能直接转换成电能，即光电转换，Pulsed Power Technology developed from impulse voltage generator,当前，世界各国的电力主要来源仍旧是火力发电，但这种High power laserand ones that use opposing magnets that attract with each other.（712 institute of Wu Han,China）generated from solar energy.Plasma Magnetohydrodynamic spaceflight propeller图6-6 5MW船用高温超导推进电动机At present,the efficiency of coal-fired power generating电气工程专业导论电气工程专业导论60Liquid Nitrogen region high temperature superconductive material-Bi series tapes图图6-13 30m长长、35kV、2kA高温超高温超导电缆电导电缆电气工程气工程专专60电气工程专业导论电气工程专业导论61 Superconducting Phenomenon Superconducting Phenomenon A momentous discovery by Dutch scientist H.Kamerlingh H.Kamerlingh OnnesOnnes in 1911,that the resistance of the mercury turned to zero when the temperature below-269.It is a phenomenon displayed by some materials when they are cooled below a certain temperature,known as the superconducting critical temperature,Tc.HTSHTS:high Tc superconductor Below Tc,superconducting materials exhibit two characteristic properties:Zero electrical resistance;Full diamagnetism(Meissner Effect).When the superconductor below its critical temperature，and a magnet is brought near to it,the inner magnetic field intensity of the superconductor is completely expelled to zero,behaving as a full diamagnet.电电气工程气工程专业导论专业导论61 Superconducting P61电气工程专业导论电气工程专业导论62 Meissner EffectA superconductive disk on the bottom,cooled by liquid nitrogen,causes the magnet above to levitate.The floating magnet induces a current,and therefore a magnetic field,in the superconductor,and the two magnetic fields repel to levitate the magnet.电电气工程气工程专业导论专业导论62 62电气工程专业导论电气工程专业导论63 Applications Applications Superconducting motorSuperconducting motor83 MW superconducting rotor and its test plant(Japan)电电气工程气工程专业导论专业导论63 Applications Supe63电气工程专业导论电气工程专业导论645MW HTS ship propulsion motor电电气工程气工程专业导论专业导论645MW HTS ship propuls64电气工程专业导论电气工程专业导论655MW HTS ship propulsion motor structures电电气工程气工程专业导论专业导论655MW HTS ship propuls65电气工程专业导论电气工程专业导论66300kW superconducting homopolar motor（712 institute of Wu Han,China）Superconducting motor podded propeller电电气工程气工程专业导论专业导论66300kW superconductin66电气工程专业导论电气工程专业导论67 Superconducting transformerSuperconducting transformer500kW,6600/3300VJapan HTS transformer26kW HTS transformer (Institute of electrical engineering Chinese academy of science)电电气工程气工程专业导论专业导论67 Superconducting tra67电气工程专业导论电气工程专业导论68 Superconducting power transmission Superconducting power transmission 2000A HTS cableInnopower superconductor cable Co.,Ltd.,Beijing电电气工程气工程专业导论专业导论68 Superconducting pow68电气工程专业导论电气工程专业导论6930m length、35kV、2kA HTS cables system电电气工程气工程专业导论专业导论6930m length、35kV、2kA 69电气工程专业导论电气工程专业导论70 Superconducting magnetic energy storage(SMES)Superconducting magnetic energy storage(SMES)SMES coilGermany 2 MJ SMES电电气工程气工程专业导论专业导论70 Superconducting mag70电气工程专业导论电气工程专业导论71 Superconducting magnetic levitating train(Maglev)Superconducting magnetic levitating train(Maglev)Japan superconducting Maglev train电电气工程气工程专业导论专业导论71 Superconducting mag71电气工程专业导论电气工程专业导论72 Applications in electrical engineering Superconducting coil:Tokamak device,Magnetohydrodynamic Power Generation Superconducting Maglev