磁生电
http://www.newdu.com 2024/11/28 08:11:40 人民教育出版社 佚名 参加讨论
磁生电 湖北省当阳市干溪中小学 叶贵强 叶富森 一、电能的输送 许多大型水电站建设在远离我们的高山峡谷之中，电能在那里生产出来，并不能马上被使用，它只有通过电力网跨过千山万水到达城市、工厂，走进千家万户，才能被使用；离城市较近的火电厂、核电站生产出的电能也要通过电力网传输，才能被使用。因此，电力网成为连接电厂和用户的纽带，它就像是电力系统中的“血管”。 电力网是由升压变压器、传输线路、高压塔架、降压变压器、无功补偿器、避雷器等电气设备，以及监视和控制自动装置所组成的复杂网络系统。下图即为一变电站的输配电系统。 变电站的输配电系统 电能在发电机中生产出来，此时电压为10kv左右，经升压变压器变成220kv或500kv后，通过超高压输电线输送到城市的供电网上，再经多级降压变压器最终变为220 v，才能供我们使用。这就是常见的交流输电方式。 由于交流输电日益暴露出一些问题。因此人们也开始采用新型的高压直流输电方式进行远距离输电，在我国建成的就有“葛－上”（葛洲坝－上海）500kv直流输电线。高压直流输电方式就是在原有的交流输电网中增加了整流器（把交流电变为直流电）和逆变器（把直流电变为交流电），来完成其任务的。 那为什么传输时要采用超高压（500kv等）输电呢？主要是因为要减少线损（Q），也就是电能在传输时在传输线上以热能等形式白白损失掉的能量。只有不断地提高电压，才能减少线损QQ与通过传输线的电流I有这样的关系：Q=I2R，因为传输线的电阻R一定，因此要减少Q就要减小I，而I又与电压U成反比，因此，减少线损就要提高电压。 我们平时最常见到的传输线路就是架空线路，其次是电力电缆。最新的、最有前途的传输线要数高温超导导线了，据华中理工大学超导电力科研与发展中心提供的一份报告，目前，中国输配电系统的网络损耗高达百分之八点五，到2010年，按预测的装机容量，中国在输配电网上将损失二到三个三峡电站所发出的电能。而高温超导导线由于其零电阻的特性，将能极大地减少线损。 输配电除了需要变压器、传输线路等电气设备外，还需要输配电自动化技术的支持。输配电自动化控制的主要任务是： 1．要保证传输电能的质量，也就是要保证所传输电的电压、频率，而这就要合理地分配电网中的无功功率和有功功率，这就要精确地进行潮流计算，再进行功率分配和功率补偿。 2．要保证电力网运行的安全，也就是要保证变压器、传输线路等的故障的预防、排除和恢复等等。 我国由于能源分布不均衡，高电压、长距离的电力输送日趋增加，这使电力系统的稳定性问题变得十分突出。同时，随着城市化进程的加快，常规的电力技术也难以解决大城市高密度送电问题。因此，输配电自动化技术将需要更快速地发展，在电力系统中发挥更大的作用。 二、风力发电 风很早就被人们利用--主要是通过风车来抽水、磨面……。现在，人们感兴趣的，首先是如何利用风来发电。 风是一种潜力很大的新能源，人们也许还记得，十八世纪初，横扫英法两国的一次狂暴大风，吹毁了四百座风力磨坊、八百座房屋、一百座教堂、四百多条帆船，并有数千人受到伤害，二十五万株大树连根拔起。仅就拔树一事而论，风在数秒钟内就发出了一千万马力(即750万千瓦；一马力等于0．75千瓦)的功率!有人估计过，地球上可用来发电的风力资源约有100亿千瓦，几乎是现在全世界水力发电量的10倍。目前全世界每年燃烧煤所获得的能量，只有风力在一年内所提供能量的三分之一。因此，国内外都很重视利用风力来发电，开发新能源。 利用风力发电的尝试，早在本世纪初就已经开始了。三十年代，丹麦、瑞典、苏联和美国应用航空工业的旋翼技术，成功地研制了一些小型风力发电装置。这种小型风力发电机，广泛在多风的海岛和偏僻的乡村使用，它所获得的电力成本比小型内燃机的发电成本低得多。不过，当时的发电量较低，大都在5千瓦以下。 目前，据了解，国外已生产出15，40，45，100，225千瓦的风力发电机了。1978年1月，美国在新墨西哥州的克莱顿镇建成的200千瓦风力发电机，其叶片直径为38米，发电量足够60户居民用电。而1978年初夏，在丹麦日德兰半岛西海岸投入运行的风力发电装置，其发电量则达2000千瓦，风车高57米，所发电量的75%送入电网，其余供给附近的一所学校用。1979年上半年，美国在北卡罗来纳州的蓝岭山，又建成了一座世界上最大的发电用的风车。这个风车有十层楼高，风车钢叶片的直径60米；叶片安装在一个塔型建筑物上，因此风车可自由转动并从任何一个方向获得电力；风力时速在38公里以上时，发电能力也可达2000千瓦。由于这个丘陵地区的平均风力时速只有29公里，因此风车不能全部运动。据估计，即使全年只有一半时间运转，它就能够满足北卡罗来纳州七个县1%到2%的用电需要。 怎样利用风力来发电呢? 我们把风的动能转变成机械能，再把机械能转化为电能，这就是风力发电。风力发电所需要的装置，称作风力发电机组。这种风力发电机组，大体上可分风轮(包括尾舵)、发电机和铁塔三部分。 风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件，它由两只(或更多只)螺旋桨形的叶轮组成。当风吹向浆叶时，桨叶上产生气动力驱动风轮转动。桨叶的材料要求强度高、重量轻，目前多用玻璃钢或其它复合材料(如碳纤维)来制造。 由于风轮的转速比较低，而且风力的大小和方向经常变化着，这又使转速不稳定；所以，在带动发电机之前，还必须附加一个把转速提高到发电机额定转速的齿轮变速箱，再加一个调速机构使转速保持稳定，然后再联接到发电机上。为保持风轮始终对准风向以获得最大的功率，还需在风轮的后面装一个类似风向标的尾舵。 铁塔是支承风轮、尾舵和发电机的构架。它一般修建得比较高，为的是获得较大的和较均匀的风力，又要有足够的强度。铁塔高度视地面障碍物对风速影响的情况，以及风轮的直径大小而定，一般在6-20米范围内。 发电机的作用，是把由风轮得到的恒定转速，通过升速传递给发电机构均匀运转，因而把机械能转变为电能。 多大的风力才可以发电呢? 一般说来，3级风就有利用的价值。但从经济合理的角度出发，风速大于每秒4米才适宜于发电。据测定，一台55千瓦的风力发电机组，当风速每秒为9。5米时，机组的输出功率为55千瓦；当风速每秒8米时，功率为38千瓦；风速每秒为6米时，只有16千瓦；而风速为每秒5米时，仅为9。5千瓦。可见风力愈大，经济效益也愈大。 在我国，现在已有不少成功的中、小型风力发电装置在运转。 我国的风力资源极为丰富，绝大多数地区的平均风速都在每秒3米以上，特别是东北、西北、西南高原和沿海岛屿，平均风速更大；有的地方，一年三分之一以上的时间都是大风天。在这些地区，发展风力发电是很有前途的。 风是没有公害的能源之一。而且它取之不尽，用之不竭。对于缺水、缺燃料和交通不便的沿海岛屿、草原牧区、山区和高原地带，因地制宜地利用风力发电，非常适合，大有可为。 三、电网上能打电话吗？ 电力系统的电力传输线深入到千家万户，用它来作为通讯媒介将是经济而方便的通信方式。使用电力线作为通讯媒介最早可以追朔到30年代，被称为动力载波通讯。动力载波通讯是利用电磁辐射的电场成分传送模拟信号。系统的频率范围在30KHz-300KHz，其没有得到大力发展的原因是模拟带宽的局限、信号衰减和多通道处理。为了提高信息的传输速率，有的系统把载波频率提高到1MHz以上，但发现来自电力线的电磁干扰严重干扰了信号的传递。此外，传统的电力载波通讯的载波信号不能越过变压器与本地变压器以外的终端通讯。 随着数字技术的发展，将数字技术应用于动力载波通讯，使通讯系统在减少电力线上的电磁干扰方面有所进展。但由于使用电磁辐射的电场成分通讯不能使信号越过变压器，使动力载波通讯难以满足高速、大容量、远距离信息通讯的应用。 微波磁场电力线网络通讯技术的出现，利用电磁辐射的磁场成分进行动力载波通讯的技术，给动力载波带来了革命性的发展。使得电力线网络由于不需要任何线路的建设和改造就能提供高速、大容量、远距离的数字通讯。其成功的发展和普及，将使得通讯网络行业面临新的竞争与重组。 用户物理上通过本地变压器经变电所再经变电站到达高压电网连接到另一个变电站的变电所的变压器与其他用户完成连接。安装在变电站的控制中心和网络传输站构成系统的控制中心。 网络传输站是微波磁场电力线网络的核心。系统的关键器件是微波激射器，微波激射器使电力线周围的原子产生能级跃迁，通过Q-开关和复合磁透镜实现直接泵浦，在电力线磁场中产生原子的粒子数的翻转，从而实现与原子能级变化频率相同沿电力线传输的微波振荡，频率在30GHz-300GHz之间。复合磁透镜是一个对磁场有会聚作用的透镜，它对微波脉冲有聚焦作用。而由于Q-开关有控制微波脉冲送达聚焦透镜的作用，从而用信息控制Q-开关以达到信息传送的目的。 控制中心包括一台计算机、一个信号处理器、一台服务器和一个网络交换设备。感应耦合器件用来接收电力线周围的磁场传来的信息，一般使用铁铬合金的高灵敏传感器，将检测到的电磁波转换成信号处理器可分析处理的电信号。信号处理器使用常用的类似RCE网络的神经元网络系统处理接收的电信号。 交换设备将各种信号源经过变换送入服务器，或从服务器将数字信号变换为象电话、有线电视和因特网服务器的信息送至相应网络。计算机控制Q-开关的操作、通过程序选择消息路径、信号处理器处理的信息及事件管理。系统使用IP地址将信息通过正确的路由送至用户。 用户端主要由接口控制器和设备控制器组成。接口控制器是可寻址的，并负责变换数字信号到电话、有线电视及计算机网络信号。假设有一个电话通讯，电话通过可寻址接口控制器连接到电力线上，它就可以通过电力线连接到网络控制中心，通过网络中心的网络交换设备与普通电话实现通讯。 用户的可寻址接口控制器包括RAM、一个用来确定用户位置的无源GPS缓冲器、一个无源的TDR缓冲器和一个ROM芯片。另外控制器还提供网络连接接口、有线电视接口和电话接口。设备控制器可以遥控家中的电子设备的开关，象计算机、电视和电灯。这些设备的控制信息也能通过电力线传送。 通信技术、数字技术的发展会使电力系统载波通讯进一步完善和发展，在电力系统和其他领域中发挥更大的作用。 (责任编辑：admin) |
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