自动专业英语(仅供复习)

1、UNIT5     A   直流电机分类现在可以买到的直流电机基本上有四种：永磁直流电机，串励直流电机，并励直流电机，复励直流电机。每种类型的电动机由于其基本电路和物理特性的不同而具有不同的机械特性。永磁直流电机永磁直流电机，如图1-5A-1所示，是用与直流发电机同样的方法建造的。永磁直流电机用于低转矩场合。当使用这种电机时，直流电源与电枢导体通过电刷/换向器装置直接连接。磁场由安装在定子上的永磁磁铁产生。永磁磁铁电机的转子是绕线式电枢。 这种电机通常使用铝镍钴永磁合金或陶瓷永磁磁铁而不是励磁线圈。铝镍钴永磁合金用于大功率电机。陶瓷永

2、磁磁铁通常用于小功率、低速电机。陶瓷永磁磁铁抗退磁性能高， 但它产生的磁通量较低。磁铁通常安装在电机外壳里边，在安装电枢前将其磁化。永磁电机相对于常规直流电机有几个优点。优点之一是减少了运行损耗。永磁电机的转速特性类似于并励式直流电机的转速特性。永磁电机的旋转方向可通过将电源线反接来实现。串励式直流电动机直流电机电枢和激磁电路的连接方式确定了直流电机的基本特性。每一种直流电机的结构与其对应的直流发电机的结构类似。大部分情况下，二者的唯一区别在于发电机常作为电压源，而电动机常作为机械能转换装置。串励式直流电动机，如图1-5A-2所示，电枢和激磁电路串联连接。仅有一个通路供电流从直流电压源流出。因

3、此，激磁绕组匝数相对少、导线直径大，以使激磁绕组阻抗低。电机轴上负载的变化引起通过激磁绕组电流的变化。如果机械负载增加，电流也增加。增加的电流建立了更强的磁场。当负载从零增加到很大时，串励式电机的转速从很高变化到很低。由于大电流可以流过低阻抗的激磁绕组，串励式电动机产生一个高转矩输出。串励式电动机用于启动重负载，而速度调节并不重要的场合。一个典型应用是车辆启动电机。并励式直流电动机 并励式直流电动机是最常用的一种直流电机。如图1-5A-3所示，并励式直流电动机的激磁绕组与电枢绕组并联连接。这种直流电机的激磁绕组匝数多、导线直径小，因而阻抗相对比较高。 由于激磁绕组是并励式电动机电路的高阻抗并联

4、通道，流过激磁绕组的电流很小。由于形成激磁绕组的导线的匝数多，产生的电磁场很强。并励式电动机的大部分电流（大约95%）流过电枢电路。由于电流对磁场强度几乎没有什么影响，电机转速不受负载电流变化的影响。流过并励式直流电动机的电流关系如下： IL=Ia+If公式中， IL电机总电流Ia 电枢电流 If 激磁电流。通过在激磁绕组中串联一个可变电阻可以改变激磁电流。由于激磁回路电流小，低功耗可变电阻器可用于改变激磁绕组阻抗，进而改变电机转速。激磁阻抗增加，激磁电流会减少。励磁电流的减小会使磁场减弱。当磁通减少时，转子会由于与减弱的磁场相互作用而加速旋转。因此使用励磁变阻器，并励式直流电动机的转速很容易

5、调节。并励式直流电动机具有优良的转速调节功能。当负载增加时，由于增加了电枢绕组上的压降，转速稍微有一点降低。由于它的优良的转速调节特性和转速控制的简易性，并励式直流电动机通常用于工业场合。许多种可调速机床由并励式直流电动机驱动。 复励式直流电动机图1-5A-4所示的复励式直流电动机有两个激磁绕组，一个与电枢绕组串联，一个与电枢绕组并联。这种电机综合了串励式电机和并励式电机的预期特性。复励式电动机有两种连接方法：累加与差动。累加复励式直流电动机的串联和并联绕组的激磁方向一致。差动直流电动机的串联和并联绕组的激磁方向相反。串联绕组的连接方法有两种。一种方法称为短并联（见图1-5A-4），这种方法是

6、将并联绕组跨接在电枢绕组两端。长并联方法是将并联绕组跨接在电枢绕组和串联绕组的两端（见图1-5A-4）。 复励式电机具有类似于串励式电机的高转矩，同时也具有类似于复励式电机的优良的速度调节。因此，当既需要良好的转矩特性又需要良好的速度调节时可采用复励式直流电动机。复励式直流电动机的一个主要缺点是价格贵。 直流电机速度-转矩特性在许多应用场合，直流电机用于驱动机械负载。某些应用场合要求电机驱动的机械负载变化时，而电机的转速保持恒定。另一方面，某些应用场合要求调速范围宽。想把直流电机用于特定场合的工程师必须了解电机的转矩和速度之间的关系。首先我们讨论并励式电机，再把这种方法用于其它电机。为此，两个

7、相关的公式是转矩和电流公式 图1-5A-5给出了并励式、累加复励式和串励式电机转速-转矩特性的一般曲线。为便于比较，三条曲线都通过额定转矩和额定转速这个公共点。公式中的两个变量是转速n 和电枢电流Ia。在电机输出额定转矩时，电枢电流输出的是额定电枢电流，转速输出的是额定转速。当负载转矩为零时，电枢电流变得相对较小，使转速n 的分子项变得较大。这导致转速上升。转速增加的范围取决于电枢电路压降的大小与电枢端电压的比值。 UNIT 6 A   交流机简介将电能转换成机械能或将机械能转换成电能的电机是传动系统中的主要组成部分。从电学、机械学和热学的角度看，电机具有复杂的结

8、构。虽然一百多年前就开始使用电机，关于电机的研究与开发工作一直在继续。但是，与电力电子器件和电力电子变换器相比，电机的发展十分缓慢。从传统观念上，由恒频正弦电源供电的交流机一直用于恒速场合，而直流机则用于变速场合。但在最近二、三十年，我们已经看到在变频、变速交流机传动技术上取得的研究与开发成果，并且它们正逐步取代直流传动。 在大多数情况下，新设备都使用交流传动。一般可将交流机分类如下：感应电机：鼠笼或绕线式转子（双馈），旋转或直线运动；同步电机：旋转或直线运动，启动、绕线式激磁（转子）或永磁磁铁，径向或轴向气隙（圆盘状），凸磁极或内（隐）磁极，正弦波磁场或梯形波磁场；变阻抗电机：开关磁阻电机，

9、步进电机。感应电机在所有的交流电机中，感应电机，尤其是鼠笼型感应电机，在工业上得到了最广泛的应用。这些电机价格便宜、结实、可靠，并且从不到一个马力到数兆瓦容量的电机都可买到。小容量电机一般是单相电机，但多相（三相）电机经常用于变速传动。  图1-6A-1给出了一台理想的三相、两极感应电机，图中定子和转子的每一个相绕组用一个集中线圈来表示。三相绕组在空间上按正弦分布并嵌入在槽里。对绕线式转子电机而言，转子绕组与定子绕组类似，但鼠笼式电机的转子具有鼠笼状结构，并且有两个短路环。基本上，感应电机可以看作是一个具有可旋转并且短路的二次绕组的一台三相变压器。定子和转子的核用层压铁磁钢片制成，电

10、机内的气隙实际上是均匀的（非凸极结构）。感应电机的一个最基本的原理是在气隙中建立旋转和按正弦分布的磁场。如果忽略槽和由于非理想分布的绕组产生的空间谐波的影响，可以证明，在三相定子绕组中能以三相对称电源建立一个同步旋转的旋转磁场。旋转速度由公式(1-6A-1)给出Ne称作同步转速，单位是转/分，（）  是定子频率，单位是赫兹。P是电机的极对数。 转子绕组切割磁场，就会在短路的转子中产生感应电流。气隙磁通和转子磁动势的相互作用产生转矩使转子旋转。但转子的转速低于同步转速。因此称它为感应电机或异步电机。为了满足各种工业应用中对启动和运行的要求，可从制造厂家得到几种标准设计的鼠笼电机。 最常

11、见的转矩-速度特性，与国家电气制造协会的标准一致的，并很容易获得和定型的设计，如图1-6A-2所示。这些电机中最有意义的设计变量是转子笼型电路的有效阻抗。 A类电机 这类电机适用于启动负载低（诸如风扇、泵类负载）以便能快速达到全速，因而避免了启动过程电机过热的问题。对大容量电机而言，需要降压启动以限制启动电流。B类电机 这类电机是很好的通用电机，有着广泛的工业应用。它们特别适合对启动转矩要求不是特别严格的恒速驱动。比如驱动风扇、泵类负载、鼓风机和电动发电机组。 C类电机 C类电机适合驱动压缩机、输送机等等。D类电机 此类电机适合驱动要求迅速加速的间歇性负载和冲床、剪床这样的高冲击性负载。在驱动

12、冲击性负载的情况下，在系统中加一个调速轮。当电机转速随负载冲击有点下降时，在负载冲击期间调速轮释放它的一部分动能。 同步电机 同步电机，正像名字所表示的，一定是像公式(1-6A-1) 那样以同步速度旋转。对感应电机恒速驱动应用而言，它是一位非常重要的竞争者。图1-6A-3给出了一台理想的三相、两极绕线式激磁的同步电机。同步电机的定子绕组与感应电机的定子绕组一样，但同步电机的转子上有一个绕组，这个绕组通过直流电流，在气隙中产生磁通，该磁通协助定子感应的旋转磁场来拉动转子与它一同旋转。直流激磁电流由静态整流器通过滑环和电刷提供给转子，或由无刷励磁电源提供。因为转子总是以同步转速

13、旋转，同步旋转的de-qe 轴与转子的相对位置是不变的，如图所示，de 轴对应N极。在转子中没有定子感应的感应电势，因此转子的磁动势仅由激磁绕组提供。这使得电机在定子侧可以任意的功率因数运行，即引前、滞后或同相。从另一角度说，在感应电机中，定子给转子提供励磁使得电机功率因数总是滞后。 转矩产生的原理有点类似于感应电机。如图所示的同步电机是凸极式同步机，因为转子周围的气隙是不均匀的，不均匀的气隙在d 轴和q 轴上造成了不对称的磁阻。与其(凸极式同步机)对应的另一种电机是有均匀气隙的圆柱体形转子结构的电机(与异步机相似)，定义为隐极式同步电机。例如，水电站使用的低速发电机是凸极同步机，而火力发电厂

14、使用的高速发电机是隐极式同步机。除激磁绕组之外，转子通常有一个阻尼器，或叫阻尼绕组，它就像感应电机中短路的鼠笼棒。同步机更昂贵但效率也高一些。绕线式激磁绕组同步机通常用于大功率（数兆瓦）驱动。变阻抗电机变阻抗或双阻抗电机，正像名字所表示的那样，有两个凸极，这意味着电机的定子和转子都是凸极结构。如前所述，变阻抗电机有两种：开关磁阻电机和步进电机。 步进电机基本上是一种数字电机，即它根据数字脉冲运动固定的步数或角度。小型步进电机广泛用于计算机外围设备。然而，由于步进电机不适合调速应用场合，不再作进一步讨论。有关文献对开关磁阻电机驱动十分关注，最近做了许多工作来使其商品化以参与和感应电机的竞争。图1

15、-6A-4给出了有四对定子极对数、三对转子极对数的四相开关磁阻电机的截面图。电机转子没有任何绕组或永磁磁铁。定子极上有集中绕组（不是正弦分布绕组），每一对定子极绕组，如图所示，由变换器的一相供电。例如，当转子极对a-a接近定子极对A-A时，定子极对A-A被通电，通过磁拉力产生转矩，当两个极对重合时，定子极对A-A'断。借助于转子位置编码器，电机的四对绕组依次、与转子同步得电，得到单向转矩。可给出转矩的幅值               &#

16、160;   式中m =感应速率，i = 瞬时电流。感应速率恒定则电流i 为常数。高速运行时，转子感应的反电动势也高。这种电机的优点是结构简单、坚固；也可能它比其它电机要便宜一些。但是，这种电机有转矩脉动和严重的噪声问题。   B   感应电机传动装置感应电机的转速由电机的同步速和转差决定。同步速与电源频率有关，转差由供给电机的电压或电流调节控制。 为控制感应电机的转速，存在几个机理，它们是： (1) 变电压恒频率或定子电压控制 ，(2) 变电压变频率控制， (3) 变电流变频率控制，和 (4) 转差功率调节。这些方法之一，

17、变电压变频率控制可被描述如下。方波逆变器传动装置 馈电电压逆变器（也称电压源逆变器，VSI）通常分为两类：方波逆变器和脉宽调制逆变器。此类逆变器从二十世纪六十年代初，当先进的强制换相技术开始发展时就被提出。 图1-6B-1显示了方波逆变器传动装置的传统电力电路，三相桥整流器把交流电变换为可变电压的直流电，作为强制变换桥逆变器的输入。逆变器产生变电压变频率电源，控制电机速度。 由于大的滤波电容器给逆变器提供了一个刚性的电压源，且逆变器的输出电压不受负载种类的影响，因此，此类逆变器叫做馈电电压逆变器。通常，相对于假想的直流电源的中心点，逆变器每一桥臂上的每个晶闸管导通180°，在电机的一

18、相产生方波电压。线电压可被显示为如图所示的六个阶梯形电压波。因为感应电机构成了滞后的功率因数负载，所以逆变器的晶体管需要强制换相。反馈二极管可利用滤波电容器促进负载无功能量的循环，并维持输出电压定位在直流链接电压上，二极管也参与换相和制动过程。变压变频速度控制方法的理论可由图1-6B-2和1-6B-3来帮助解释。用于此类传动装置的电机具有低转差特性，并提高效率。电机转速可通过简单改变同步速，例如，改变逆变器频率来改变。然而，随着频率的增加，电机的气隙磁通下降，导致产生的转矩降低。 如果电压随频率变化，从而使电压/频率之比保持恒定，则就像直流并激电机一样可使气隙磁通保持不变。图1-6B-2显示了

19、期望的电机电压-频率关系。在基频(1.0 标幺值) 以下，气隙磁通由于伏特/赫兹恒定而保持不变，这将导致恒定的转矩。处于低频时，定子阻抗超过漏感，占主导地位，因此，附加电压被施加，以补偿此作用。处于基频时，通过前推整流器触发角至所允许的最小值，电机全电压被建立，高于基频后，当频率增加时，由于气隙磁通的损失，转矩下降，电机以如图所示的恒功率方式运行。这与直流电机弱磁调速类似。电机恒转矩和恒功率区的转矩-转速曲线如图1-6B-3 所示，其中每一条转矩-转速曲线都对应于电机接线端特定的电压和频率组合。分别对应于恒定负载和变化负载的两个稳态运行点A 和 B如图所示。 电机以最大可得转矩从零加速，以恒磁

20、通转差控制方式或以恒转差磁通控制方式达到稳定点。稳态运转的磁通和转差调节均可提高电机效率。馈电电压方波传动装置通常用于中、小功率的工业场合，其调速比一般不超过10:1。最近，此类传动装置在很大程度上已被下一部分将要介绍的PWM传动装置所代替。馈电电压逆变器非常适合多电机驱动，在这种情况下，许多感应电机的速度可得到精确控制。脉宽调制型（PWM） 逆变器传动装置在前一部分描述的变压变频逆变器传动装置中，若使用二极管整流器，则直流链接（link）电压不可控，基频输出电压可利用脉宽调制技术在逆变器中进行控制。利用这种方法，晶闸管在半周期中开合多次，产生低谐波的变压输出。 在几种脉宽调制（ PWM） 技

21、术中，正弦脉动宽调制（PWM）是最常见的，其原理如图1-6B-4所示。 等腰三角形载波波形与正弦波信号比较，得到的交叉点确定变换点。除低频范围外，载波与信号同步， 载波频率与信号频率之比保持为3的偶数倍以改善谐波。通过改变调制指数可改变基频输出电压。可见，如果调制指数小于一，那么在输出中只有与残留边带相关的基频的载波频率谐波出现。与方波相比，此种波形产生相当小的谐波温升和转矩脉动。随着调制指数超过1，电压可一直增加，直到获得方波波形中的最大电压。因此，PWM电压控制适用于恒转矩区（如图1-6B-2），然而，在恒功率区，运行等同于方波传动装置。 指定谐波消除PWM（selected harmon

22、ic elimination）技术最近引起广泛关注。在这种方法中，换相点由预先确定的方波角度决定，此方波角度允许电压控制消除被选谐波。 也可编程设计换相点角度，以使对于特定负载条件的电流谐波的有效值达到最小。微型计算机特别适合此类PWM，其中角度查询表存储在ROM 存储器中。在PWM乓乓控制方法中，逆变器开关控制的目的是让电流波被限制在参考波的磁滞带间，这样产生的纹波电流小。尽管电机谐波损耗在和PWM传动装置中有很大改善，但由于在每半周期存在多次换相，逆变器效率有所降低。在设计完善的 PWM 传动装置中，应在器件允许的条件下增加换相频率，以便在逆变器损耗的增加和电机损耗的降低间找到一个合适的平

23、衡点。在前节末尾提出的简单的、经济的二极管整流器可减少电网波形畸变和提高功率因数，减小滤波器容量，并提高系统运行的可靠性。因为直流链接电压相对恒定，所以晶闸管的换相在整个基频电压范围内均令人满意。 另外，在低频区，低谐波和最小的转矩脉动允许大范围的速度控制，实际上是从电机具有最大转矩的停止状态开始。因为直流链接电压不可控，一些独立控制的逆变器可利用同一个整流器电源运行，这将节省大量的整流器费用。通过接通直流链接中的电池，传动系统可不受交流电源故障的干扰。对于电池或直流供电的传动系统，例如电车或地铁的发动机，电源可直接吸收再生发电制动能量。UNIT7 A  电力系统介绍 &#

24、160;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

25、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伏到26000伏。变压器把电压升至138000到765000伏后，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69000到138000伏，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伏，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

26、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。一些电缆内核中空，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345KV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

27、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，一些大型断路器（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，以熄灭电流。在大型空气开关和油断路器中，使用磁场来削弱电流。小型空气开关用于商场，工厂和现代家庭设备的保护。在住宅电气布线中，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

28、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，2003年8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

29、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，有几种设备用来克服这个波动，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

30、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。当负载电流感性电抗大于容性电抗时，这种情况总是出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15.9万亿千瓦时。同样，发电类型也发生了变化。在1950年，世界电力约2/3来自蒸汽源，约1/3 来自水电。2003年，热

31、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。科学家们认为，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

32、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。  B  电力系统自动化概述 提高生产力，降低成本，是电力供应商一直以来面对的问题。这就转化为需要管理者，工程师、操作员、计划者、现场人员和其它人员收集并执行决策信息。电力系统供应商遵从这一趋势，使设备变得智能化，这样，它们就可以创造并交流信息。术语“电力系统”描述的是用来产生、传输和分配电能的物理系统的组成设备集合。术语“设备和控制系统”指的是用来监视、控制和保护电力系统的设备集合。电力系统自动化指的是使用I&C 设备执行自动

33、决策并对电力系统进行控制。数据采集：数据采集指的是获取或者采集数据。采集的数据形式为测量的模拟电压或电流值，接触点的开关状态。采集到的数据可以被采集设备使用，发送到同一变电站的其它设备或者从变电站发送到一个或多个数据库供操作人员、工程师、计划人员和管理人员使用。电力系统监视：有了获得的数据，计算机可以处理，人员可以监控电力系统的状况和状态。操作人员和工程师在远程可以通过计算机显示和图形墙显示，或者在现场，通过设备的前面板和笔记本电脑对信息进行监视。电力系统控制：控制指的是对设备发送命令消息，实现对I&C和电力系统设备的操作。传统的监控和数据采集系统依赖于操作人员在主计算机的操控台监视系

34、统并发送命令。现场人员也可以使用前面板按钮或笔记本电脑控制设备。电力系统自动化：系统自动化是通过使用计算机和智能I&C设备的自动化过程而自动控制电力系统的行为。这个过程依赖于数据采集，电力系统监视和控制协调、自动地工作。像操作人员发送命令一样，命令自动生成，并以同样的方式传送。 I&C System IEDs：使用微处理器制造的I&C 设备通常指的是智能电子设备。微处理器是单片机，利用其制造的设备能够像计算机一样处理数据、接受命令和通信。在IED中，可以运行自动过程，像计算机通信端口一样，通过串口处理通信。在变电站和杆顶都能发现IED的身影。电力系统自动化设备电力系统自

35、动化包括很多设备。下面列出主要设备并进行简单描述。仪表（用）互感器：仪表（用）互感器用来检测电力系统电流和电压值。它们和电力系统设备连接在一起，把实际的电力系统信号，包括高电压，电流幅值，转换为小信号水平。变换器：变换器把仪表（用）互感器输出的模拟信号从一种幅值变换到另一种，或者从一种类型变换到另一种，如把交流电流信号转换位直流电压信号。 远程终端单元：如名称所示，远程终端设备，是安装在远端，操作起来像终端点控制现场触点一样的IED。特意安排的一对铜导线用来检测每个触点和变换器的值。这些导体引自电力系统设备，安装在电缆沟或架空电缆盘中，终端连与RTU的面板。RTU可以通过串口把采集到的数据传送

36、给其它设备，并接收来自其它设备的数据和命令。用户可编程RTU指的是智能RTU。通信端口交换机：通信交换机是能按照要求在不同串行口之间转换的设备。远程用户通常用租用线路，或者电话拨号与变电站建立连接，并用端口交换机进行通信。一旦建立链接，用户可以通过端口交换机与连接的变电站IED进行通信。端口交换机只不过是IED通信的通道。仪表：仪表是用来对电力系统电流、电压和功率进行精确测量的IED。测量值（如需求量和峰值）可以保存在仪表中，用于创建电力系统运行的历史信息。数字故障记录仪：数字故障记录仪，是记录电力系统干扰信息的IED。当检测到电力系统出现情况时，它能以数字形式存储数据。谐波、频率和电压都是能

37、被DRF捕捉到的例子。负载抽头开关转换器：负载抽头开关转换器是用来改变变压器抽头位置的装置。这些设备可以自动工作，或者受控于现场IED或者远程操作人员或过程。自动重合闸控制器：自动重合闸控制器远程控制自动重合闸装置和开关。这些设备监视、存储电力系统状况，决定进行控制操作的时机。它们也接收来自远程人员或过程的命令。 时间同步源：时间同步源是一种智能电子设备，用来产生日历时钟值，并传送给其它IED，使其时钟保持一致。协议网关：IED通过特定语言或协议进行串行通信连接。协议网关把一种通信协议转换为另一种。这个任务通常由PC机的软件完成。人机界面：变电站中作为系统数据和人员控制接口的前端显示面板或按钮

38、或个人电脑。 可编程逻辑控制器：正如其名，PLC是可编程进行逻辑控制的IED。和RTU一样，每个触点和变换器都有一对专用的铜导线连到PLC的面板。熟悉PLC开发环境的人员可以对其进行编程，从传感器数据生成信息，执行自动控制。PLC可以通过串口，将采集到的数据传输给其它设备，也可以从其它设备接收数据和控制命令。保护继电器：保护继电器是一种用来检测电力系统扰动，自动执行I&C系统和电力系统中控制操作，保护人员和设备安全的智能电子设备。继电器拥有现场引出端，因此对应于每个触点的铜导线不必连接到RTU和PLC的终端面板上。由于继电器直接从仪表（用）变压器接收信号，也不必使用变换器。保护继电器产

39、生测量信息，收集系统状态信息和存储电力系统操作的历史记录。通信处理机：通信处理机是变电站控制器，把其它许多I&C设备的功能整合到一台IED中。它具有多个通信端口，支持多种同步通信链接。通信处理机执行数据采集功能，控制其它变电站的IED，并把用于发送的采集数据集中到变电站内部和外部的一个或多个主机上。通信处理机集成了很多IED的特性，包括RTU， 通信交换机，协议网关，时间同步源和有限的PLC功能。通信处理机具有本地终端I/O， 当状态发生改变时，能够进行拨叫，让人员和处理机提高警惕。电力系统自动化电力系统集成：电力系统集成是在I&C系统中的IED和远程用户之间进行数据通信的操作

40、。变电站集成指的是将局部和整个变电站的IED数据进行合成，对于变电站内所有I&C数据，只有一个单一联系点。杆顶设备通常通过无线或光纤连接与变电站进行通信。远程、本地变电站和馈线控制像单一联系点一样通过变电站控制器。一些系统用直接连接与RTU，保护继电器和控制器等杆顶设备进行旁路连接。电力系统自动化：电力系统自动化是通过I&C设备自动控制电力系统的行为。变电站自动化指的是使用IED数据、变电站内部的调节和自动控制能力和来自远程用户的控制命令去控制电力系统设备。由于真正的变电站自动化依赖于变电站集成，这两个术语通常互用。电力系统自动化涵盖电力生产和发送的各个环节。其中一些环节涉及电

41、力传输和分配的各个级别，即电力输送自动化。对于变电站和杆顶电力输送系统的监控能减少断电的发生，缩短断电时间。IED、通信协议和前面描述的通信方法作为一个系统协同工作，实现电力系统自动化。电力输送自动化：尽管各个公共部门不同，但大多数认为电力输送自动化，配电变电站和馈电线路应包括：监控和数据采集操作员监视和控制，配电自动化故障定位，自动隔离，自动分段，自恢复供电，变电站自动化断路器故障（失灵），自动重合闸，电池监视，故障变电站转移和变电站负荷转移，能源管理系统潮流，无功和电压监控，发电控制，变压器和馈电线路负荷平衡，故障分析和设备维护。没有自动控制的系统仍然具有远程监视和操作员控制电力系统设备的

42、优点，包括:远程监控断路器和自动开关远程监视非自动开关和熔丝远程监控电容组合远程监视和电压控制远程电力质量监控电力系统自动化特点前面描述的IED用来执行电力系统集成和自动化。很多设计要求一个IED扮演变电站控制器的角色，执行数据采集和控制其它IED的功能。变电站控制器也要求支持系统自动化任务。通信行业对设备使用术语客户/服务器，主设备或客户从其它设备得到数据，从设备或服务器向其它设备发送数据客户端/服务器动态地收发数据。数据集中器通过收集，集中来自其它设备的动态数据创建变电站数据库。在这种方式下，来自每个IED的重要数据子集通过一次数据转移发送给主设备。数据集中器数据库用于间接连接的IED之间

43、的数据传输。变电站档案客户端/服务器从几个设备收集、存储数据。存档数据可以方便供用户检索。现在变电站的IED寿命差别很大。大多数IED仍然有用但是缺少最新的协议。通过特定波特率和协议与IED通信，通信处理机可以延长每个IED的可用时间。使用通信处理机进行变电站集成可以很容易地适应未来的IED。在变电站升级工程中，弃用所有现存的IED是很少见的。 电力系统自动化对公共的益处电力传输的监视，远程控制和自动化的优点包括提高员工和公众安全，推迟购买新设备的花销。同时，运行和维护成本的降低得益于现存设备的使用，通过降低断电造成的损失优化电力系统性能，提高电压分布。信息的收集可以用于进行更好的计划和协调设

44、计，日益增加的客户满意度源自改善的响应性、服务可靠性和供电质量的提高。A: 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 variablesthose related to safely, product quality, and production rateswill not achie

45、ve 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 c

46、ontrolling 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。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, decidin

47、g 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 steam valve can be throttled back to cut the steam flow(energy) to the heat exchanger. If the temperature is below its desired value

48、, 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

49、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 operat

50、or. 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。蒸汽的流量可以用于消除偏差。即， 如果温度高于期望值，将蒸汽阀关小以削减进入热交换器的蒸汽（能量）。如果温度低于期望值，则蒸汽阀门就会打开大一点以增加蒸汽流量（能量）。 所有这些都可以由操作员手工完成，而且由于步骤很直观，不会有什么问题。然而。在大多数的生产过程中有数百的变量必须维持在期望值，这就要求有很多的操作员。因此，我们就希望采用自动控制来完成这些工作。即，我们要用仪表来控制这些变量

51、而不需操作员干预。这就是过程的自动控制。To accomplish this objective a control system must be designed and implemented. A possible control system and its basic components are shown in Fig. 5-1A-2. The first thing to do is to measure the outlet temperature of the process steam. A sensor (thermocouple, resistance tempera

52、ture device, filled system thermometers, thermistors, etc) does this. This sensor is connected physically to a transmitter, which takes the output from the sensor and converts it to a signal strong enough to be transmitted to a controller. The controller then receives the signal which is related to

53、the temperature, and compares it with desired value. Depending on this comparison, the controller decides what to do to maintain the temperature at its desired value. Base on this decision, the controller then sends another signal to final control element, which in turn manipulates the steam flow. 为

54、了实现这一目标，必须设计与安装一个控制系统。一个可能的控制系统以及基本的元件如图5-1A-2所示。首先是测量出口处的蒸汽温度。可以使用一个传感器（热电偶、热敏电阻、温度计、热电阻等）来检测温度。该传感器与一变送器相连，变送器用于将传感器信号转换为足够强的可传输给控制器的信号。控制器接收这一与温度有关的信号将其与期望值比较。基于这一比较，控制器决定如何去作，以维持温度在期望值。然后控制器送出一个信号给执行机构以操纵蒸汽流量。As mentioned, these three operations, M, D, and A must be present in every system. The

55、decision-making operation in some system is rather simple, while in other it is more complex. 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 cont

56、rolling and will probably do more harm than good. 正如前面所说的，测量（M）、决策（D）和动作（A）这三种操作出现在每一个系统中。决策行为在一些系统中是相当简单，而在一些系统则比较复杂。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。 1 Each of these motors has different characteristics due to its basic circuit arrangement and physical propertie

57、s.每种类型的电动机由于其基本电路的不同而具有不同的特征和物理特性。2 The only difference, in most cases, is that the generator acts as a voltage source while the motor functions as a mechanical power conversion device.很多情况下，二者的唯一区别在于发电机常作为电压源，而电动机常作为机械能转换装置。3 A decrease in field current reduces the strength of the electromagnetic f

58、ield. When the field flux is decreased, the armature will rotate faster, due to reduced magnetic-field interaction.励磁电流的减小会使磁场减弱。当磁通减少时，转子会由于与减弱的磁场相互作用而加速旋转。 1 Neglecting the effect of slots and space harmonics due to non-ideal winding distribution, it can be shown that a sinusoidal three-phase bala

59、nced power supply in the three-phase stator winding creates a synchronously rotating magnetic field.如果忽略槽和由于非理想分布的绕组产生的空间谐波的影响，可以证明，在三相定子绕组中能以三相对称电源建立一个同步旋转的旋转磁场。2 The rotor winding will be subjected to a sweeping magnetic field, and have inducing current in the short-circuited rotor.转子绕组切割磁场，就会在短路的转子中产生感应电流。 3 This is in contrast to a machine with a cylindrical rotor structure having a uniform air gap (such as an induction motor), defined as a nonsalient pole