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科技英语考试重点译文
Unit1电路元素和参数
电路(或电网)是实际电气器件间的一种相互联系。
电路元件的作用是分配电能和把电能转换成其他形式的能量。
相应地,基本的电路元件是有电源,电能转换器和导体连接而成的。
电源(原生电池或者再生电池,发电机等等)把化学能,机械能,热能或者一些其他形式的能量转化为电能。
电能转换器,也称为负载(例如灯,电热器或电动机),把电能转化成光,热和做功等等。
电路过程可以根据电动势和电流来定义。
当电能在产生、传输、和变换时,若电路中相关的电流和电压不随时间而变化,我们便称其为直流电路。
无论图1.2(a)中的电动势E的原动力是什么(即不论是热的、机械的还是其他什么形式),其大小就等于1、2两端之间的开路电压,也就是说,当没有电流流过电源时E=ψ1-ψ2=V12
在实际问题中,人们经常把通过电阻的电压定义为电流的函数V(I),或者是相反的关系I(V),就是人们所知道的伏安特性。
图1.4表示了一个金属丝灯泡和一个碳丝灯泡的福伏安曲线。
如图所示,在各个灯泡中电压和电流的关系不是线性的。
随着电流的上升,金属丝灯泡的电阻是上升的,碳丝灯泡的电阻是下降的。
包含非线性特性元件的电路被称为非线性的。
如果假设电动势和电源内阻还有与之相关的负载电阻与电流电压无关,分别地,电源的外特性V(I)和负载的伏安特性V1(I)将会呈线性。
只包含线性特性元件的电路被称为线性的。
大部分的实际电路被归类为线性的。
因此,研究线性电路的性能和方法具有理论的和应用的意义。
Unit4交流电
交流电在电路中随时间变化。
任何给定的瞬时的电流值被叫做电流的瞬时值,用i表示。
假设正方向的瞬时电流i是从一个导体的横截面流过,则负方向就是从相反方向流过。
流经导体横截面的方向,和负的流经反方向。
电流流经瞬时值为正的方向称为正方向。
如果我们知道瞬时电流的时间函数,i=F(t),和它的正方向,电流就可以完全确定下来了。
电流值在增加相等的时间里重现的电流被称为周期电流,并且这种重复性发生的最少时间增量被称为周期T。
对于周期电流i=F(t)=F(t+T)。
图4.1给出了一个关于周期电流中i=F(t)关系的例子。
图中箭头表示电流流动的正方向。
虚线箭头表示当i>0和i<0时实际的电流方向。
曲线中点a和点b之间或者是点O和点c之间的线段包含了一个周期内电流交替的一个完整循环。
沿某一特定的路径l中A与B两点之间的交变电压周期性地改变符号,这样,若假定自A至B方向的电压为正,则在同一瞬时内从B至A的电压便为负。
这就是为什么标注两个方向中哪个是假定的正方向是重要的。
在图中,用箭头或者是电压的符号下标来标注方向,这方向作为电压的正参考方向。
电气工程采用最简单和最普遍的正弦电流类型,该正弦电流随时间呈正弦性变化,因此称为正弦电流。
优先选择正弦电流是因为非正弦电流产生了附加的能量损耗,感生过电压,并且对通信电产生过大干扰。
长距离的信号传输也采用正弦电流,用幅值,频率或者相位来调制。
周期性的非正弦电流也被看作是由多个同时存在的不同频率的正弦电流组成的。
这就是为什么彻底研究正弦电流电路是非常重要的。
交流发电机
交流发电机有静止部件定子和转动部件转子组成。
通常转子带动周围带有线圈的磁极。
这些是发电机的励磁线圈,因为它们在发电机中建立了磁场。
它们通过流经滑环和电刷的直流电励磁。
由电工钢冲片叠压而成的定子槽装有定子线圈。
定子线圈串联,在图中用实线和虚线表示。
定子导体中的感生电动势由下式给出:
E=Blv。
式中B—相对于导体的磁感应;
l—导体长度
v—导体在磁场中的运动速度
Unit10逻辑电路介绍
介绍
逻辑电路被应用于所有类型的计算机构造,范围大至巨型计算机,小至便携式计算器。
尽管所有这些系统可以由被称为门的仅有少数基本、简单的积木式结构电路来构造,但是许多系统和子系统目前由单个大规模集成电路和超大规模集成电路构造,这些电路包含成千上万的简单门电路。
数字电路和技术实际上涉及到许多领域,这些领域使用传统的线性技术,尤其是在一些高效使用微型计算机的领域。
(1)逻辑与函数
逻辑与函数定义如下:
与函数当且仅当所有的输入变量都是逻辑1状态时,输出才为逻辑1。
在对/错术语中,也就是说只有当所有输入都有对时,输出才是对的,当输入有一个是错的,那输出就是错的。
逻辑符号用来代表与函数的两种输入情况。
这两个输入变是A和B,输出X是这些输入的逻辑与数组。
它由下列代数等式来描述:
X=A*B=AB,式中的点表示逻辑与运算,和简单代数中的乘法相似。
和简单代数一样,通常会把点省略掉,用数组AB表示与函数。
逻辑与函数的真值表已经给出。
就如定义所示。
只有当AB=11时,AB数组才产生1输出。
其他组合都产生0输出。
逻辑与函数可以扩展到任何的输入数组,只适用于基本定义,例如一个5输入的逻辑与门输出1是有条件的,只有当输入数组ABCDE=11111时,才输出1,并且提供实际电路将使连接许多输入的函数适当地静止。
或非门也可以用于执行非函数。
例如,将或非门的两个输入端一起接到同一输入端A,因此输出是A+A的非,是A求反,并且或非门的第二个输入端接到总是处在逻辑0的点,如TTL逻辑电路中的电源负端。
列出A⊕0的真值表将会很快得到输出是A’。
可是,如果或非门的第二个输入端接到逻辑1,则输出端会被固定在逻辑0,结果就一点也不是逻辑函数了。
现在,由于三个基本逻辑函数,与、或、非都可以只用或非门来实现,或非门本身是一个基本函数,所有逻辑函数都可以用或非门都实现。
因此它被称为全能门。
Unit14直流电机介绍
直流电机具有用途广泛的特点。
利用并励、串励和他励绕组的多种组合,他们可以设计出显示动态和稳态运行时的伏安大变化和速度—转矩特性。
由于容易控制,直流机的系统经常被用于需要大范围电机速度或者电机输出的精确控制的应用场合中。
直流电机的基本特性如图解所示。
定子有隐极,且由一个或多个线圈励磁。
由励磁绕组产生的气隙磁通分布关于磁极的中心线对称。
它被称为交轴或直轴。
直流机的应用优势在于由并励、串励和积励可能性提供的各种特性。
有些特性在本文中有简单接触到。
如果增加电刷附加集以便其他电压可以从换向器获得还是有更大的可能性存在。
因此,直流电机的多功能性和他们控制的适应性,有手动和自动,是它们突出的特性。
Unit16三相感应电机
本章介绍当转子停止转动时,感应电机作为变压器运行,这是一种只在设计上不同于传统变压器的变压器(转子和定子的分配绕组存在气隙等)。
至于事物的物理性质,两种情况是一样的。
因此,开始研究感应电机是有利的,就像分析变压器一样,对感应电机的分析是从考虑它的一些特定的运行状况着手的,如空载和短路的条件,并且将当做一台变压器的感应电机的分析引申到电机在转子旋转时的情形,将在后续章节中进行。
在进一步讨论中,我们将考虑带有滑环和转子的三相感应电机,该转子是短路启动或通过电阻制动。
我们将考虑时间和空间正弦函数的所有变量,高次谐波单独作用在后面研究。
电压、电动势和电流用它们的有效值表示,磁动势和磁通用它们的最大值表示。
绕组的相位被假设成对称。
假设感应电机的转子电路是开路的,转子静止,并且定子与电路相连,该电路电压为U1,频率为f1。
这种情况下,感应电机就当做空载变压器。
变压器原边是电机的定子,副边是静止的转子。
相应地,所有与定子有关的值将称为原边值,并用下标“1”来表示;所有与转子有关的值将称为副边值,并用下标“2”表示。
三相感应电机的空载电流组成一个对称的系统,因为三相磁通所有路径的磁阻是一样的。
另一方面,空载电流的波形近似于正弦波,因为存在一个相对较大的空气隙,电流或相应磁通的三次谐波不再重要。
如果我们假定定子和转子绕组中的电流I1和I2不超过短路中的比值,则就像分析变压器一样,我们必须将加在定子两端的电压降至值Usc,Uscd的数值大约是Un的15%-17%(与变压器中的5%-17%相比)。
电流I1和I2产生定子和转子磁动势,从中,根据假设条件,我们将分离出基波磁动势F1和F2。
当n=0时,转子电流频率等于定子电流频率f1。
如果电机中极对数为p,磁动势F1和F2相对于静止的定子和转子以相同的方向和转速n1=f1旋转,也就是说,它们相对静止,并形成合成磁动势Fsc,该合成磁动势以转速n1旋转,并产生与定子和转子绕组相交链的主磁通φsc。
此外,磁动势F1使得只与原边绕组相交链的原边漏磁通φσ1增加,磁动势F2使得只与副边绕组相交链的副边漏磁通φσ2减少。
Unit22下个世纪的电力系统
根本的电力系统控制功能是提供给每个用户在一定频率和电压等级内的供电,该电压等级允许用户在任何时候转换应用。
公众还希望供电既安全又可靠。
然而,用户是分散的,他们是通过由许多输电线、电缆和变压器组成的巨大电网从遥远的发电厂为其供电的。
对待这些任务,供电企业面临着由于财政限制而变得复杂的技术难题事实表明其转折点是1973年至1974年的石油危机。
这场危机不仅导致燃料价格的急剧上涨,还引起了全球范围的经济衰退,这便严重地阻碍了电力需求的增长。
金融短缺严重地阻碍了电力企业对电网的投入。
也正是此时,燃料的价格彻底地改变了发电方式,这便导致了更多的负荷集中在电网的交联处。
随着石油危机的到来,由于环境因素阻碍了新的发电站和输电线的试运行,困难剧增。
所有这些因素都要求改变那种每一电力企业各自为政的电力系统运行方式。
由于邻近的输电线路之间存在着大量负荷的交换,现在供电企业是相互依赖的。
尽管在电力系统的运行控制中有些发展,但这些没有跟上运行复杂性的发展。
直流电能不能储存,但是可以控制频率在一定范围内,发电机输出必须连续地与每个变化系统的有功功率需求相匹配。
频率用作控制参数以使发电机输出随着系统负载的变量而变化。
高负荷预测用于确保足够的发电机运行以满足任何重要负荷,因为启动热能发电机要花费数小时。
冗余发电机先于峰值投切,之后当负载下降(循环运行)时切断。
为确保可靠供电和获得对意外事件的快速反映,发电机在输出降低时以旋转备用容量运行。
这就能满足企业的设备需求,但增加了运行成本和发电站内燃机的喷射。
发电机产生有功功率和无功功率。
无功功率没有到达用户,然而有功功率可以通过系统网络到达用户。
内在问题是由于比所有变压器和EHV线都高得多的反映。
由于它们的负荷越来越重,连续无功功率损耗增加,因此任何发电机的无功功率输出在到达用户之前就很快被消耗掉。
城市发电站的永久报废增加了这个难题。
不仅从目前遥远的发电站输送电能越来越远,而且建立另外的输电线变得越来越难,因此在现有的输电线上增加负荷。
实现上述系统控制目标的关键将是供应足够是储能。
能与电力系统相联系的储能大载体可以用电力机车预见。
电力机车将会有一个大量地显著出现在下个世纪用于解决城市中空气和噪音并且作为保留世界日益减少的石油储量的方法。
可以预测到2001年世界将会有150万台电力机车。
为了开发一个更好更高效的电力系统控制,电力企业鼓励应用电力机车,并且出台一个政策允许用操作方法来储能。
另外,电力机车将会增加电能的销售,从而帮助企业的财政收入。
当电力机车在1998年面市时,这种开关就获得公众和行政的对电力企业的认可。
Unit25发电站和设备的选择
(2)空间需求
空间和发电站所需的建筑是需要考虑的另外一点。
如果厂房建筑和空间需求都很大,土地成本和建设成本也将很大。
因此大城市中心和靠近负荷中心的大型发电厂是不经济的。
柴油发电站通常规模小,需要较小的空间。
火电站需要多的多的空间用于锅炉房、机械控制设备、储煤厂、灰场等等。
水电站需为各种用途提供大量空间:
一是诸如水坝一类的土木工程结构体;二是比其他类型的电厂大得多的厂房建筑;三是与其他类型的发电厂迥然不同的厂房建筑布局。
可是,选址应选在足够水头处有足量的水且土地成本不高的适当位置。
建筑的高度、基础和上层建筑是水电站需要充分考虑的。
火电站不需要这么大的空间,但是它们需要的空间比柴油发电站大。
空间需求和建筑大小在发电站的成本比较中是主要项目。
(5)燃料成本
对于特定的选址,燃料成本是决定发电站类型的重要因素。
柴油发电机需要油作为燃料,且燃料成本取决于发电站的位置。
例如,如果发电站的位置靠近电油厂,那里的油丰富又便宜,且运输成本极低,从燃料成本的观点看,筹建一个柴油发电站是经济的。
可是,如果发电站的位置远离油的源头,燃料成本可能很高。
对于火电站,用于锅炉的煤的成本和煤的来源是很重要的考虑因素。
如果有便宜的油,锅炉可能用油作为燃料,火电站可能与其他类型的发电站竞争。
对于水电站没有燃料的成本,因为功率的来源是水。
但是水电站必须有足够的水头,并且有足量的水来驱动水轮机。
这包括在土木工程结构体上的重要花费。
在重要需求上的利息和折旧是固定成本。
由引水管道内的摩擦引起的功率损耗取决于水轮机设备的大小。
(9)交通设施
发电站的选址某种程度上取决于现有的运输设施。
为了运输燃料煤、燃料油以及用于维护所需的材料,必须有一条现成的铁路线延伸至发电站。
或者,发电站可以选址在河岸上,那里有现成的船作为运输工具。
对于火电站来说,运输机械是非常重的,因为火电站一般比柴油发电站大很多。
对于柴油发电站,运输问题没有这么关键,该发电站一般规模较小,需要运输的机械和设备不是很重,且不需要大量的燃料。
可是,公路运输应该是现成的。
对于水电厂来说,由于其远离现有的铁路和其他交通设施,因此必须修建通往电站的公路。
此外,其他基建设施的布局也应安排得当,以便电站设施能顺利到位。
大型设备可能不得不拆开运输且到位装配。
Unit30新一代的高级过程控制
现代控制技术
现代控制分为三个主要类型:
----状态空间模型和系统辨识与评估用来对系统的参数和状态进行评估和预测,这些参数和状态与系统内部信息有关,但无法进行传感测量。
----最优控制获得一个最优或次优的解决方案,取决于给出的条件和系统驱动。
----当系统准则和环境发生变化时,(控制器参数固定不变情况下的)鲁棒控制和(参数与结构可自调整情况下的)自适应控制都可得到令人满意的控制效果。
精确的数学描述和真实控制问题的过程是现代控制测量的关键。
因此,在实时控制中提供精确的定量解。
但是,使用现代控制技术难于处理系统定性知识、推理和人类因素。
此外,现代控制的应用需要一个精确的数学模型,并且主要适用于线性的、时不变的系统。
可是,那些条件通常不能满足于复杂性系统。
模糊控制
模糊控制被认为是对于复杂性系统控制最有效的策略之一,尤其是对于非线性的、不确定的系统。
与常规知识库不同,模糊关系模型和模糊控制算法可以在模糊规则、生产数据及模糊辨识的基础上建立起来,这样就可以提供系统的半定量信息。
值得注意的是,模糊模型和控制的准确性取决于由设计者决定的模糊集的大小。
此外,可以通过更新描述系统I/O关系的模糊关系矩阵来实现自学习。
和现代控制相似,模糊建模和控制也可以适用于系统建模、状态评估和预测、最优控制、鲁棒性和自适应控制。
但是数学模型是不需要的,并且这种方法可以适用于运用模糊知识的复杂性系统。
数字控制系统的未来方向
现代计算机技术为实现全厂范围计算机的集中生产提供了一个极好的环境。
此外,目前市场上现成的许多软件工具可供工程师使用,实现以数模为基础的专家控制、模糊逻辑控制和人工神经网络控制。
但是,如果我们详细调查真实应用,我们将会找到下列问题:
---现有的分布式控制系统在计算机技术中有显著改善,可是在新的控制理念、体系和策略中发展不快。
这个事实告诉我们,高级过程控制从理论到实践的发展还是缓慢的。
----为了发展新一代分布式控制系统,取决于将本文中描述的各种技术结合在一起的研究和开发是极其重要的。
未来控制开发商间的竞争将不只取决于高级计算机技术用什么,而且可能更取决于对于复杂性系统控制问题,什么类型的高级应用软件是可用的。
----除了对于单个工具的开发,比如神经网络、模糊控制和专家控制等等,集成软件环境的进一步开发将是控制工业界最重要的任务之一。
高级过程控制是一门交叉学科。
需要有一个强大的团队去开发和应用新的技术。
该团队需要计算机专家也需要控制专家。
为了开发新一代的分布式控制系统,控制专家们必须具备现代控制、神经网络、人工智能及过程控制基本原理等多方面知识。
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