6电气工程概论_第六章_电工新技术

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➢ 超导磁悬浮列车
图6-16 日本超导磁悬浮列车
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➢ 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。
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2. Superconductor Electrotechnics
Liquid Helium region low temperature superconductive material – NbTi wire
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Liquid Nitrogen region high temperature superconductive material - Bi series tapes
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。
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图6-19 磁流体发电原理与试验装置（日本）
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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）
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五、磁流体推进技术 ➢ 磁流体推进船
图6-21 日本超导磁流体推进船
图6-46 马克斯发生器
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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
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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
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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
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图6-28 太阳能光伏电池阵
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七、磁悬浮列车技术
图6-32 Transrapid原理
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➢ 日本常导磁悬浮列车HSST
图6-33 日本名古屋常导磁悬浮列车（Linimo）
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➢ 永磁磁悬浮列车
图6-34 德国柏林永磁半悬浮列车
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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”）。
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二、超导电工技术（续）
图6-4 超导体的完全抗磁性现象
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二、超导电工技术（续） 2. 超导技术的应用
➢ 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）
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图6-6 5MW船用高温超导推进电动机
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图6-7 5MW船用高温推进电动机结构图
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>> Superconducting Phenomenon
A momentous discovery by Dutch scientist H. Kamerlingh Onnes in 1911, that the resistance of the mercury turned to zero when the temperature below -269℃.
电动式 长定子
永磁式 长定子
电磁式 短定子
电磁式 长定子
超导长定子
永磁长定子
常导短定子
常导长定子
图6-29 磁悬浮列车分类
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➢ 日本超导磁悬浮列车
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
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➢ 德国常导磁悬浮列车Transrapid
用 设 电控 CAD 值 计
备制
算
图6-1 电工新技术的分类
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二、超导电工技术
图6-2 液氦温区低温超导材料——NbTi导线
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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
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二、超导电工技术（续）
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。
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➢ 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
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六、可再生能源发电 ➢ 风力发电
图6-23 风力发电站与电力系统并网
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图6-24 海上风力发电机正在安装（丹麦）
谢谢!
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Chapter 6 New Technology of electrotechnics
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1. Developments of Electrotechnics
1. Tendencies of Electrotechnics 2. Superconductor Electrotechnics 3. Nuclear Fusion Electrotechnics 4. Magnetohydrodynamic Power Generation 5. Magnetohydrodynamic Propulsion Technology 6. Renewable Power Generation 7. Magnetic Levitation Train 8. Fuel Cells 9. Flywheel Energy Storage Systems 10. Pulsed Power Technology 11. Micro Electro-Mechanical Systems
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➢ 电力调峰
图6-39 电力系统中的飞轮储能装置
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➢ 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
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➢ 飞轮储能-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
图6-35 燃料电池的外部结构图
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图6-36 为计算机供电的燃料电池
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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。
第六章 电工新技术
一、 电工新技术的发展趋势 二、 超导电工技术 三、 聚变电工技术 四、 磁流体发电技术 五、 磁流体推进技术 六、 可再生能源发电 七、 磁悬浮列车技术 八、 燃料电池技术 九、 飞轮储能系统 十、 脉冲功率技术 十一、微机电系统
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一、电工新技术的发展趋势
新理论、新原理 基
It is a phenomenon displayed by some materials when they are cooled below a certain temperature, known as the superconducting critical temperature, Tc.
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➢ 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。
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图6-43 轨旁飞轮储能再生制动系统
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➢ 卫星姿态控制
图6-44 卫星姿态控制用飞轮系统
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➢ 大功率脉冲放电电源
图6-45 航天飞机电磁发射示意图
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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。
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➢ 超导输电