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UNIT1A电路1.电路或电网络由以某种方式连接的电阻器、电感器和电容器等元件组成。

如果网络不包含能源如电池或发电机,那么就被称作无源网络。

换句话说,如果存在一个或多个能源,那么组合的结果为有源网络。

在研究电网络的特性时,我们感兴趣的是确定电路中的电压和电流。

因为网络由无源电路元件组成,所以必须首先定义这些元件的电特性2.就电阻来说,电压电流的关系由欧姆定律给出,欧姆定律指出:电阻两端的电压等于电阻上流过的电流乘以电阻值。

在数学上表达为:U=R(1-1A-)式中U=电压,伏特;i=流,安培;R=电阻欧姆3.纯电感电压由法拉第定律定义,法拉第定律指岀电感两端的电压正比于流过电感的电流随时间的变化率。

因此可得到:Uddt式中didt=电流变化率,安培/秒;L=感应系数,享利。

4.电容两端建立的电压正比于电容两极板上积累的电荷q。

因为电荷的积累可表示为电荷增量dq的和或积分,因此得到的等式为U=,式中电量C是与电压和电荷相关的比例常数。

由定义知,电流等于电荷随时间的变化率,可表示为dadt。

因此电荷增量da等于电流乘以相应的间增量,或dq=idt,那么等式(1A3)可写为中C=电容量,法拉。

5.归纳式(1-A1)、(1-1A2)和(1-A4)描述的三无源电路元件如图1A-所示。

注意,图中的参考方向为惯用的参考方向,因此流过元件的电流与电压降的方向一致6.有源电气元件涉及将其它能量转换为电能,例如,电池中的电能来自其储存的化学能,发电机的能是旋转电枢机械能转换的结果。

7.有源电气元件存在两种基本形式:电压源和电源。

其理想状态为:电压源两端的电压恒定,与从电压源中流出的电流无关。

因为负载变化时电压基本恒定,所以上述电池和发电机被认为是电压源。

另一方面,电流源产生电流,电流的大小与电源连接的负载无关。

虽然电流源在实际中不常见,但其概念的确在表示借助于等值电路的放大器件,比如晶体管中具有广泛应用。

电压源和电流源的符号表示如图1A2所示8.分析电网络的一般方法是网孔分析法或回路分析法。

应用于此方法的基本定律是基尔霍夫第定律,基尔霍夫第一定律指出:一个闭合回路的电压代数和为0,换句话说,任一闭合回路中的电压升等于电压降。

网孔分析指的是:假设有个电流一一即所谓的回路电流一一流过电路中的每一个回路,求每一个回路电压降的代数和,并令其为零。

9.考虑图1A3a所示的电路,其由串联到电压源总的电压降为因为在假定的电流方向上,输入电压代表电压升的方向,所以输电压在(1A5式中为负。

因为电流方向是电压下降的方向,所以每一个无源元件的压降为正。

利用电阻和电感压降公式,可得等式(1-A6是电路电流的微分方程式。

或许在电路中,人们感兴趣的变量是电感电压而不是电感电流。

正如图1A_指出的用积分代替式(11A6)中的i,可得1-A7UNIT 7A电力系统介绍电力系统把其它形式的能源转化为电能并输送给用户。

尽管不同于其它形式的能源,电能不容易储存,一旦生产出来,必须得到使用,但是电力的生产和传输相对高效和廉价。

电力系统的组成当今的电力系统由六个主要部分组成:电站升压变压器(将发出来的电升压至传输线所需高电压),传输线,变电站(电压降至配电线电压等级),配电线路和降压变压器(将配电电压降至用户设备使用的电压水平)。

1、电站。

电力系统的电站包括原动机,如由水,蒸汽驱动的涡轮或者燃烧气体操控的电动机和发电机系统,世界上大多数的电能由煤炭、石油、核能或者燃气驱动的蒸汽发电厂产生。

少量电能由水力,柴油和内燃机发电厂产生。

2、变压器。

现代电力系统使用变压器把电能转换为不同的电压。

有了变压器系统的每个阶段都能在合适的电压等级下运行。

在典型的系统中,电站发电机发出的电压范围是1000犬到26000天。

变压器把电压升至13800 765000天后,送至主传输线上。

因为对于长距离传输,电压越高,效率越高。

在变电站,电压被降至69000138000,以便在配电系统中传输。

另外一组变压器把电压进一步降至配电等级,如2400到4160犬,或者15,27,33KV。

最终在使用端,经配电变压器,电压再次被降至240V或120V。

3、传输线。

高压传输系统通常由铜线铝线或者镀铜、镀铝的钢线组成,它们悬挂在高大钢格构塔架上成串的瓷质绝缘体上。

由于含镀层钢线和铁塔的使用,增大了塔与塔之间的距离降低了传输线的成本。

在当前的直线安装中,每公里高压线只需建立6个铁塔。

在一些地区,高压线悬挂于距离较近的木质电线杆上。

对于低压配电线路,更多的使用木质电线杆,而不是铁塔。

在城市和一些地区,明线存在安全危险或者被认为影响美观,所以使用绝缘地下电缆进行配电。

些电缆內核中空,供低压油循环。

油可以为防止水对封闭线路的破坏提供临时保护。

通常使用管式电缆,三根电缆放入线管中,并填满高压油。

这些电缆用于传输高达345<的电流。

4、辅助设备。

每个配电系统包含大量辅助设备来保护发电机、变压器和传输线。

系统通常还包括用来调整电压或用户端其它电力特性的设备。

为了保护电力系统设施,防止短路和过载,对于正常的开关操作,采用断路器。

断路器是大型开关,在短路时或者电流突然上升的情况下自动切断电源。

由于电流断开时,断路器触点两端会形成电流,些大型断路器(如那些用来保护发电机和主输电线的断路器)通常浸入绝缘液体里面,如油,以前普遍采用保险丝。

保险丝由熔点低的合金组成,安装在电路中,当电流超过一定值,它会熔断,切断电路。

现在绝大多数住宅使用空气断路器。

供电故障世界上大多数地方,局部或全国电力设施都连成电网。

电网可以使发电实现区域共享。

同意共享的每个电力企业可以获得不断增加的储备功率,使用更大、效率更高的发电机,从电网中获取电能以应对局部电力故障。

互联的电网是大型复杂系统,包括被不同组织操控的部分。

这些系统可以节约开支,提高整体可靠性,但是也带来了大范围停电的风险。

例如,20038月14日,美国和加拿大发生了历史上最严重的停电事故。

当时,这个区域61800兆瓦的电力供应中断五千万人口受到影响。

(一兆瓦大约可以满足750居民的用电需求)。

停电事件迫切要求更新老化设备,提出关于全国电网可靠性的问题。

尽管存在大范围停电危险,互联电网提供了必要的备份措施和供替换的线路,相对于孤立系统,其整体可靠性要高得多。

国家或地区电网还可以应对由暴风雨、地震、泥石流、森林火灾、人员操作错误或者蓄意破坏造成的意外停电。

供电质量近年来,越来越多的精密复杂生产过程、计算机和网络及许多高科技消费品都使用电力为其提供能量。

这些产品和生产过程对于供电的连续性和电压、频率的恒定性很敏感。

于是,相关部门正采取新措施来保证供电的可靠性和质量。

如提供附加的电气设备来保证电压和电能其它特性保持恒定。

1、电压调整。

长距离传输线存在的电感和电容不容忽视。

当电流流过线路时,随着电流的变化,电感和电容会对线路电压产生影响。

这样供电电压会随负荷变化。

运行中,有几种设备来克服这个波动,被称为电压调整。

这些设备包括感应调节器、三相同步机(也称同步调相机)它们能够改变传输线路中的电感和电容的有效量。

电感和电容作用能相互抵消。

当负载电氵感性电抗大于容性电抗时,这种情况总是岀现在大型电力系统中,对于给定的电压和电流,传送的功率小于两者相等的时候。

这两个量功率之比称为功率因数。

由于传输线损耗和电流成比例如果可能,将在电路中使用电容,这样功率因数尽可能接近于1。

正是这个原因,在电力传输系统中,经常使用大型电容器。

2、世界电力生产。

从1950年到2003年,最近一年的可用数据显示,每年世界电力生产和消费从小于1万亿千瓦时增长到159万亿千瓦时。

同样,发电类型也发生了变化。

在1950年,世界电力约23来自蒸汽源,约13来自水电。

2003年,热源生产65%的电能,水电却降至17%核电占总量的16%出于安全的考虑,在一些国家,特别是美国,核能的增长缓慢2003年,美国电能的20%来自核电厂;在世界领先的法国,这个数字是78%保护世界上大多数电能的生产来自天然气、煤炭、石油和铀等不可再生资源。

煤炭、石油、天然气含有碳元素,它们的燃烧加剧了二氧化碳和其它污染物的排放。

学家们认为,二氧化碳是导致全球变暖,地球表面温度上升的主要因素。

电力用户通过节约用电,如离开房间时关闭电灯等措施消除不必要消耗,可以节省资金,有助于环境保护。

其它保护措施包括购买和使用节能电器和灯泡,在费率较低的非用电高峰使用洗衣机和烘干机等电器。

消费者也可以考虑环境措施,如购买当地公共部门提供的绿色能源等。

绿色能源通常价格较贵,但依靠可再生和环境友好型资源,如风力轮机和地热发电厂。

PART 2 Control Theory UNIT 1Part 3 Computer control technology Unit 1PART 5 Process ControlUNIT 1A: A Process Control SystemAs we shall see in the ensuing pages, processes are dynamic in nature. Changes are always occurring, and if actions are not taken, the important process variables—those related to safely, product quality, and production rates—will not achieve design conditions.在后续的章节中，我们可以看到过程的特性是动态的。

各种参量总是在变化，如果不采取措施，这些重要的，与安全、产量以及生产率有关的过程变量将无法达到设计值。

The engineer designing a control system must be sure that the action taken affects the variable to be controlled, that is, that the action taken affects the measured value. Otherwise, the system is not controlling and will probably do more harm than good.工程师在设计控制系统时，必须确保控制行为是可控的，即，控制行为所影响的变量是可测量的。

否则的话，系统不但是不可控的，而且还会有有害的结果。

注：safely 应该改为safety。

翻译示例：One way to accomplish this objective is by first measuring the temperature T(t), then comparing it to its desired value, and based on this comparison, deciding what to do to correct for any deviation. The flow of steam can be used to correct for the deviation. This is, if the temperature is above its desired value, then the steamvalve can be throttled back to cut the steam flow(energy) to the heat exchanger. If the temperature is below its desired value, then the steam valve could be opened some more to increase the steam flow(energy) to the exchanger. All of these can be done manually by operator, and since the procedure is fairly straightforward, it should present no problem. However, since in most process plants there are hundreds of variables that must be maintained at some desired value, this correction procedure would required a tremendous number of operator. Consequently, we would like to accomplish this control automatically. That is, we want to have instruments that control the variable without requiring intervention from the operator. This is what we mean by automatic process control.完成这个目标的一个方法是首先测量温度，然后将其与期望值比较，在比较的基础上再决定如何去做以消除偏差。