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专业英语 译文

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第1课
译文电网络
电路或电网络是由电阻、电感和电容等器件以某种方式联接在一起所组成的。如果电网络中不包含任何能源，比如电池和发电机，就叫做无源网络。相反，如果存在一个或多个能源，则组合的系统(电网络则称为有源网络。当研究电网络的特性时，我们感兴趣的是电路中的电压和电流。既然网络是由无源元件组成的，我们就必须首先来定义它们的电特性。
就电阻来说，其电压——电流关系由欧姆定律来决定。欧姆定律指出，电阻两端的电压等于流过电阻的电流乘以该电阻的值。从数学上看，这表示为
uiR(1-1
式中，u表示电压，其单位为伏特(V；i表示电流，其单位为安培(A；R表示电阻，其单位为欧姆(。
纯电感两端的电压由法拉第定律来定义。法拉第定律指出，电感两端的电压正比于流过电感的电流随时间的变化率。这样，我们就得出
uL
di
(1-2dt
式中，di/dt是电流变化率，其单位为每秒安培(A/s；L是电感，其单位为亨利(H。
电容两端产生的电压正比于累积在电容两极板上的电荷。因为累积的电荷可用电荷增量dq的和或积分来表示，因此有
u
1
dq(1-3C

式中，电容C是与电压和电荷有关的比例常数。由定义可知，电流等于电荷随时间的变化率，即可以表示为i=dq/dt。因此，电荷的增量dq就等于电流乘以相应的时间增量，或者dq=idt。这样，式(1-3就可写为
u
1
idt(1-4C

式中C为电容，其单位是法拉(F。
表1-1是对三种无源电路元件的表示式(1-1、(1-2和(1-4的概括。注意，根据习惯使用的电流标注方法，电压降的方向表示流过每一个元件的电流方向。
有源电装置涉及到把不同的能量转换成电能的形式。例如电池将其存储的
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化学能转换成了电能，发电机将其旋转电枢的机械能转换成了电能。
有源电路元件有两种基本形式，即电压源和电流源。在它们的理想形式中，一方面电压源产生与流过其电流无关的恒定电压。前面提到的电池和发电机都被认为是电压源，因为其电压当负载变化时基本是恒定的。另一方面，电流源产生一个大小与联到电源的负载无关的电流。尽管实际上我们并不常用电流源，但是在用等效电路表示象晶体管这样的放大器件时得到了广泛的应用。电压源和电流源的电路符号如图1-2所示。
分析电网络的一种常用方法是网孔或回路分析法。在该方法中所使用的基本定律是基尔霍夫第二定律(电压定律。该定律指出，任一闭合路径(回路上的电压的代数和为零，或者在任一闭合路径上电压升之和等于电压降之和。回路(网孔分析法假设流过一个网络的每一个回路都有一个电流(称为回路电流或网孔电流，把它环绕每一个回路所形成的电压降进行代数和，然后令其等于零。
考虑如图1-3a所示的电路，它是由一个电感和电阻串联再联接到一个电压源e后组成的。假设有一个回路电流i，环绕该回路的电压降的代数和为
euRuL0(1-5
其中输入电压以负值相加，因为根据假设电流的方向，它表示了一个电压升。而每一个无源元件的电压却是正值，因为回路电流是电压降的方向。
根据电阻和电感的电压方程式，我们得
L
di
Rie(1-6dt
式(1-6是关于电流的微分方程。
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。正如在图1-1中所表明的那样，i
1
uLdt。把式(1-6中的电流L

i用这个积分替代，有
uL
R
uLdte(1-7L

对时间求导后，式(1-7变成
duLRde
(1-8uL
dtLdt
上式是对电感电压的微分方程。
图1-3显示了含有一个电阻、一个电感和一个电容的串联电路。利用上面

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概述的网孔分析法，该电路的方程为
L
di1Riidte(1-9dtC

回想一下，电流i=dq/dt。利用它，可以将上式中的变量i进行替代，从而从式中消除积分。结果，得到一个二阶微分方程L
第2课译文三相电路
三相电路只是三个单相电路的结合。因而，把分析单相电路的一些方法应用到三相电路的各组件中，就能研究对称三相电路中电流、电压和功率关系。这样看来，我们将发现三相电路的分析比单相电路的分析难不了多少。
为什么要使用三相电路
单相电路的功率本质上讲是脉动的。单位功率因数，即功率因数为1时，单相电路的功率每一个周波有两次为零。当功率因数小于1时，功率在每个周波的有些部分为负值。尽管供给三相电路每一相的功率是脉动的，但可以证明供给平衡三相电路的三相功率总和却是常数。从这个意义上讲，三相装置的特性一般要优于类似的单相装置的特性。
三相电机和控制设备要比相同额定容量的单相的体积小、重量轻，且效率高。除上述三相系统具有的优点外，配送同样容量的功率，三相系统所需的铜导线量只有单相系统的四分之三。
三相电压的产生
三相电路由具有相同频率和在时间相位上相差120度电角度的三个交变电动势供电。三个这样的正弦电动势如图2-1所示。这些电动势由一个交流发电机的三组独立的电枢绕组产生。这三组绕组以互差120度电角度安放在发电机电枢上。为形成三个独立的单相电路，绕组两端都可以从发电机里面引出。然而，绕组通常都要从内部或外部进行相互联接，从而形成三相三线或三相四线系统。
三相发电机绕组的联接方式有两种，并且一般情况下，把任何种类的器件

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d2qdt2
R
dqq
e(1-9dtC


联接到三相电路的方式也有两种。这就是星形(Y形联接和三角形(形联接。大多数发电机都采用星形联接，但是负载却可能是星形联接或三角形联接。
星形联接的发电机电压之间的关系
图2-2a表示发电机三个绕组或相绕组。它们这样排列在电枢表面，以使其产生的电动势在时间相位上相隔120度。每一个绕组两端用字母S和F标注，分别代表始端和末端。图2-2a中所有标注S的绕组端子都联接到一个公共点N上，它叫做中性点(中点，而三个标注F的端子都接到导线端子A、B和C上，从而形成一个三相三线电源。这种联接方式称为星形联接。中性线联接点经常接到接线盒上，正如图2-2a虚线所示，这样来形成一个三相四线系统。
在交流发电机每一相中产生的电压叫做相电压，用符号来EP表示。如果从发电机中引出中线联接点，则由从导线端子A、B或C中任何一个到中点N的电压就是相电压。A、B或C三个导线端子中任何两个端子之间的电压叫做线对线电压，或者简称线电压，用符号EL来表示。
三相系统的三个电压相互交替的次序称为相序，或者称三相电压的相位交替。除非在发电机外面通过交换三个导线中的任何两个(不是一个导线和中线可能颠倒相序外，相序是由发电机旋转方向决定的。
三相按如图2-2b所示的Y形排列对画星形联接时的电路图是有帮助的。注意，图2-2b的电路与图2-2a的电路完全相同，每一种情况下任一个线圈的S端联接到中点，而其F端分别引到导线端子。画出电路图，同时将所有相交点标上字母后，就能得到如图2-2c所示的相量图。该相量图显示了三个彼此相差120o的相电压EAN、EBN和ECN。
应该注意，图2-2中每一个相量都用双下标印刷体字母标注。这两个字母代表电压的两个端点，字母的顺序则表示在正半周时电压的相对极性。例如，符号EAN表示A点和N点之间的电压；在电压正半周，A点相对于N点是正极(高电位。在如图所示相量图中，假设在电压正半周三个端子相对于中点都是正极。由于电压每半周都要反相一次，因此当假定所有三相电压的极性都是一致时，可以假设任何极性。需要注意，如果A点相对于N点的极性(EAN是对正半周而言的，那么ENA在用于同一个相量图中时就应画在与EAN相反的方向上，即与EAN的相位相差180o。
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星形联接的发电机中任何两个导线端之间的电压就是这两个端子相对于中点的电位之差。例如，线电压EAB就等于A点相对于中点N的电压EAN减去B点相对于中点N的电压EBN。为了从EAN减去EBN，就必须将EBN反相，然后再与EAN相加。相量EAN和ENB大小相等，相位相差60o，如图2-2c所示。通过几何方法从图形上可以看出或证明，EAB等于1.73乘以EAN或ENB，对应的图形构造说明于相量图上。因此，平衡星形联接中，有
EL1.73EP
(2-1
星形联接的发电机电流之间的关系
从发电机端子A、B和C流到端线的电流必须流经发电机绕组并通过中点N流出。因此，每一个端线上的电流(线电流IL必定等于它所联接的那一相上的电流(相电流IP。在星形联接中，有
第十课电力系统
电能是一种最便利、最清洁、最安全、最有用的能源形式。现代社会中所需的能量大部分是电能。目前能源短缺（停电）将会用为重大新闻。电能对人们的生活如此重要，因此没有电会引起不便、停产，甚至对正在进行手术（如心脏手术）的人带来危险。当负载增加而发电量没有增加，长期的停电是不可避免的，这样又会引起社会混乱、甚至给国家带来灾难。随着工业的发展和人们生活水平的提高，对电力的需求也在不断地增长。其增长率比其它形式的能源的增长率高得多。现在人平耗电量的高低已经成了衡量一个国家现代化水平的标志。
电能由发电厂发出，发电厂又简称为电站。发电意味着把一次能源变换成电能。目前所发出的这些电能差不多来自：化石燃料燃烧所产生的化学能、核裂变所产生的能量、存在落差的水的动能。它们分别被称作火电、核电和水电。
发电厂发出的电压通常先通过变压器升高后再通过高压或超高压输电线将电能传送到大遍的用电区（负荷区）。由于距离或功率容量大小的缘故或者由于两者的缘故，电能采用高压输送。可能要通过多次变压后，才将电能传送到电力用户处。（到达电力用户处后），首先，在总变电所将电压降低后再通过二次输电线路将电压传送到当地变电所。在那里再次将电压降低再经由配电线路将电能传

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送到用电区（负荷区），再经过馈电线直接传递给电力用户。由发电站、变电所、电力用户、输电线和馈电线组成的整个电气系统就叫做电力系统。按其功能，一个电力系统包括发电、输电、变电、配电和用电。电站和负载不是通过一个简单的路径而是通过一个复杂的网络而联接起来的。电力部门将对电力系统进行规划、设计、建设和操作。
发电厂规模的扩大和高压设备的增加使发电设施相互联接到一起。这样能减小中断供电的可能性，尽可能经济地使用发电机组。使因设备维修而需要的总的备用量减小。必须注意到公众对电力的依赖性，现代电力系统必须有很高的工作可靠性。在理想情况下，供给负载的电压应保持大小和频率均不变。实际上，这意味着电压和频率都必须保持在一定的误差范围内，使用电设备能正常地工作。例如，电压下降了10~15%或系统的频率减少了几赫兹都可能导致接在此电力系统上的电动机的失速，因此必须明确地规定：系统的操作员应保持高标准的持续供电。
现代的电力系统都是采用三相交流电力系统。配电网络的设计应使其正常运行时相当接近三相对称运行。对整个系统的分析只要分析一相电路的情况就可以了。尽可能将民用负荷均匀地分配到低压配电线上的每一相上，确保三相电力系统上的负荷是对称的。工为负荷通常采用三相供电。用图来表示一个网络的简单而有用的方法是原理图或接线图。它是用单线来表示三相电路的联接情况。各种元件均采用标准符号来表示。输电线是用一根带有两个端点的单线来表示的。这个简化的图叫做单线电路图。单线图概括了系统所研究的具体问题的相关信息。例如，在分析正常运行状态下的问题时，继电器和断路器是无关紧要的，然而考虑故障状态时，继电器和断路器的位置就变得重要了，因此要将其包括在单相电路中。国际电工委员会、美国国家标准局和电气电子工程师学会出版了一套画电气图的标准符号。旋转电机的标准符号是一个圆圈。
现代电力系统中的用到的基本元件如图10-1所示。很显然，不可能把电力系统中每一个元件都画在图中。例如，燃汽轮机、断路器、熔断器就没有包括在内。为了方便地区分大容量供电系统和配电系统而使用地界分离符。发电厂、一次输电线、主变电所标在虚线上面，负荷（除了大的工业用户）和配电线标示在虚线下面。在大多数实际系统中，所有元件或多或少的有序地相互联接在一起。
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第十一课电网
电网是指除了发电机和用户以外的电力系统，它包括变电所、传输线和配电网。电网的作用是将用户和发电站连接在一起。在最小扰动下，通过传输线和配电系统来输送能量。在电压和频率不变的情况下，最有效地、可靠地将电能传递给用户。电网按操作电压等级可分成下列几部分：一次传输系统、二次传输系统和配电系统。一次传输系统或称为网架的电力网的电压等级最高。从其工作、作用的观点看，电网大体上分成两部分：传输系统（包括二次传输系统和配电所）与变电所。最大、最远外的发电厂发出的电功率通常经过高压线路送到用户区，这就是输电。二次传输通常被认为介于一次传输系统和配电系统之间的那部分系统。若发电厂位于负荷区或靠近负荷区，则不需要从发电厂引出一次传输线。它可以直接连接到二次传输系统或配电系统。二次传输的电压介于传输电压和配电电压之间。有的系统只有一个二次传输电压，通常的系统多于一个。配电系统属于电力系统的零售部分，它为居民、商业用户和一些小的工业用户供电（大工业用户的用电直接取自二次传输系统）。最后配电所负责在正常电压下对用户持续供电。在大多数系统内，配电部分占整个系统投资的35%~45%，损耗占整个系统的一半。
高于220KV的电压通常称作为超高压（EHV）。高于800KV的电压称作为特高压（UHV）。采用EHV和UHV输电有很大的优点：每个线路走廊传输的功率容量高，所需传输用量小，故使用尽可能高的电压来传输以节省导线材料是一种明智的做法。然而必须意识到高的输电电压导致变压器、开关箱和其它装置的成本的增加，因此在具体情况下，为了经济地运行必须对输电电压有一个限制。尽管在目前，主要利用交流电来输电，然而直流输电的兴趣也在日益增长。引入汞弧整流器和晶闸管后，就可将发、配用的交流电变换成高压直流来传输。
与高压直流传输相比，高压交流传输有以下的优点：（1）产生交流功率时的电压较高；（2）交流变电所的维护容易、维护费用低；
（3）交流电压的升高和降低容易且效率高。它可以在高压下输电，在安全电压
下配电。
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高压直流传输相对于高压交流传输有以下的优点：（1）交流传输需要三根导线，直流传输只需要二条。（2）在直流传输中不存在感抗、容抗、相位移和浪涌的问题。
（3）由于不存在感抗，对于相同的负荷和送电端电压，直流传输线上的压降比
交流传输的低。因此，直流传输有较好的电压调节特性。（4）在直流系统中无集肤效应。整个截面的导线均可利用。
（5）工作电压相同时，直流传输中绝缘上的电势应力比交流的要小，所以直流
传输线需要的绝缘小些。
（6）直流传输的电晕损耗小，对通讯线路干扰小。
（7）高压直流输电无介质损耗，特别是在电缆中不存在介质损耗。（8）直流传输系统中不存在稳定运行的问题和同步的问题。
一次传输线和二次传输线引接到变电所或配电所。变电所或配电所的装置包括电力变压器、互感器、避雷器、断路器、隔离开关、电容器组、干线和控制室。电站控制设备、继电保护器等等放置在控制室内。变电所所需设备的多少由它们所要实现的功能而定。一些变电所采用手动操作，而另一些变电所完全实现了自动化操作。配电系统由配电所供电。一些配电所容量很大，可通过馈电线供电给大片用户，有一些则容量小且靠近负荷区，只需少量的馈电线路，有时只需一条线路（称单线单压变电站）。
目前，为了从经济的观点来考虑，电网普遍采用三相三线制交流电力系统，然而配电则采用三相三线制。

第十三课高压直流输电
最近几年来，HVDC输电已经被应用于某些特殊场合。因HVDC系统与交流系统相比有某些优势，当要求某些特殊性能时，可以考虑使用直流输电。直流输电的一些例子是水下输电以及需要运距离输电或需要异步联接的场合。直流输电有两个重要的技术方面的原因如下：1）通过小容量的联络线联接大系统。一个例子就是法英跨海的联接，两个大系统的频率稍有不同就会在小容量联络线路中
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引起严重的输电控制问题。直流输电线是将两个刚性系统采用异步或作软性联接。
2）对于一定的传输线距离需要采用地下高压电缆。由于采用交流时对充电电流的限制和对长度的限制，要么人为地加电抗器，要么采用直流输电。使用直流输电的优点还有：直流输电线的工作电压与等效的交流电压的峰值相同时，直流输电线的电晕损耗较交流的低得多。这是很重要的。与其说是因为损耗低，还不如说是由于对无线电视传输的干扰小。一般说来，直流输电线的损耗比相应的交流输电线的要小。调查表明：带有直流联络线操作的交流系统要比带有交流连接线操作的交流系统的故障级小些。当电压较高时许多交点大大地增加了断路器所能够承受的故障容量，这一点是很重要的。
HVDC输电系统的电路图表明在图13-1中。直流终端站的主要电气设备在那里已标明。直流终端站基本上是由许多带有直流输出端的换流单元组成。直流输出采用串联联接，以使它们共同输出的电压为输电线路全压。每个换流器是一个由交流开关、一个带有负载可变抽头的换流变压器、直流换流阀和一个旁路开关组成的工作单元。交流断路器将换流单元联接到交流系统上。利用联接到系统上的交流滤波器来限制谐波电流。另外，用联接到交流系统上的并联电容器组来提供换流器的无功功率以降低交流系统的无功需求。通过电抗器将换流器联接到直流线上以使运行平稳（因电抗器能很好地抑制脉动电流中的高频成份），起限制直流系统中故障电流的作用。直流开关的转换是通过使用控制级控制换流阀来实现的。换流器的控制装置规定了电流设定值在一端的输入口，带有通信设备的监视装置用来协调两终端的操作。能够将交流功率变换为直流功率的换流终端称为整流器，能够将直流功率变换为交流功率的换流终端称为逆变器。大多数直流终端既可以作为整流器又可作为逆变器运行。直流终端基本上是由一些六脉波、全波、双向换流电路组成的。在大多数现代装置中，用两个六脉波桥串联来形成12脉波的换流器。用几个12脉波的换流器联接可以实现高电压和高功率容量。对于功率容量较低的，只用一个换流单元就够了。
换流变压器联接在交流系统和换流阀之间。经过特殊设计使其能满足直流系统的绝缘要求，并能将交流电压变换到适当的电压等级以满足换流阀的最佳设计。在工作期间，联合的可变抽头装置根据负载大小来调节换流阀电压。换流变
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压器也可通过换流阀绕组的适当连接为12脉波运行提供所需的相位移。在图13-1中，给一个六脉波供电的换流变压器的换流阀绕组接成Y形，给串联连接的第二个六脉波供电的换流变压器的换流阀绕组接成△形，利用星形和三角形联接有300的相位移使第二个六脉波桥的电压波形相对于第一个位移300以满足12脉波运行。
固态换流器利用低压可控硅整流器（SCR）来控制单个单元的电流和电压情况。SCR与有关的电路元件串联或并联，形成一个矩阵变换电路。因为采用串联和并联，固态换流设备给额定电流和额定电压提供了一个很大的裕度。几个半导体装置装在一个功率模块上，各种功率模块再组装在绝缘室形成固态换流阀。功率模块容易在阀中进行替换以使维护简单，减少停工时间。
HVDC换流器会产生谐波电流，可利用谐波过滤器来减小流进交流系统的谐波电流。过滤器通常有阻拦低频的调谐式滤波器和阻拦高频谐波的高通滤波器。直流电抗器能平缓直流输电线中的电流脉动，还能抑制故障电流以及将换流阀和直流输电线或电缆和线路上的脉冲电压隔离开来。

第十八课电力系统中的谐波
在理想的电力系统中，向用户设备供电的电压以及所形成的电流是完全正弦波的。然而，实际中的情况并不理想，电压、电流波形常有畸变。谐波畸变对电力部门来讲并不是新的问题，事实上，这种畸变早在20年代就被电力部门运行人员注意到了。这种畸变一般是由接在配电系统中的非线性负荷所引起的，例如，电弧火炉就是一种非线性负荷，因不加上正弦电压后，它将形成非正弦电流（大量谐波）。而畸变的负荷电流引起整个系统中母线电压畸变。过去这样的谐波源并不普遍使用，通过采用接地的Y-△联接变压器可有效减轻谐波。然而现在由于以下发展的影响，增加谐波解决措施已有必要：（1）近年来迅速扩大使用静止电力换流器。（2）新出现的电力谐波。
（3）电力系统设备和负荷对谐波更不敏感。
现有两个准则可用来评价谐波畸变。第一个准则是限制用户可送入电力系统
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的谐波电流。表18-1列出了根据用户谐波相对于系统大小的谐波电流极限值。ISC/IL的比值是在公共偶合点的短路电流与额定基波负荷电流之比。这样，随着用户负荷大小相对系统大小的比值的减小，允许进入公共电力系统的谐波电流百分比就增大。这样就保护了在同一馈电线上的用户或向用户提供优质供电的电力部门。第二个准则规定了需向用户提供的电压质量。表18-2列出了用户可接受的来自电力部门的电压畸变。此表类似于目前颁布的IEEE519标准。由于电力部门是用户间的公共耦合点，它有责任监视每个用户注入到系统的谐波电流，并有责任保证此谐波电流不会使电压畸变超过表18-2所列的数值。表18-2所列的数值足够低到可确保设备正常运行。
表18-1IEEE519标准的谐波电流极限值（%）ISC=在公共耦合点的最大短路电流
IL=在公共耦合点的最大用户负荷电流（基频）TDD=以最大用电量百分数表示的总用电畸变TDD=---=谐波总畸变
表18-2按IEEE519标准的最大电压畸变
（条件为持续时间超过一个小时，持续时间更短，极限值可增加50%）谐波通常并不是由电力系统本身产生的，而是由与电力系统相联接的负荷所产生的。较普遍的谐波源有：静止电力换流器，过励磁的变压器，荧光灯，固体电路器件（计算机、调光器开关、变速装置）。
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译文
第三十三课可编程控制器
PLC（可编程逻辑控制器）现在正面临着越来越多的综合性的挑战。当它悄悄地取代继电器并将一份临时报告传给公共主机架时，它将被划分成许多个单元、被赋予新工作和新语言，并被迫与一个不断壮大的控制系统进行竞赛。我们想就今年全年度PLC的技术更新这些主题及其它方面与PLC的生产者进行查询。
编程语言
较高水平的PLC编程语言已经出现一段时间了，但最近它们像雨后春笋般地流行开来。正如西门子公司能源和自动化的程控部的副主席兼总经理RaymondLeveille先生指出的：“随着可编程控制被用于越来越复杂的工作，是语言而不是梯形逻辑已变得更现实、高效和有力了。例如，你就很难用梯形逻辑写出一个三角函数来。”编程语言已经被包括布尔代数、控制系统流程图和类似于Graphcet及其变量的功能图语言所接受，而且人们就象对待C语言和BASIC语言一样，对编程语言的兴趣日渐高涨。
用于过程控制的PLC
很久以来，PLC一直没有被广泛用于连续过程控制。这种状况还将继续吗？“我一直有这样感觉”，通用北美区负责GEFaunc软件第1到第6版产品生产的计划部经理KenJannotta说，“因为PLC将被用于过程工业中，但没必要用于过程控制”。
一些厂家坚信持反对意见的人恰好利用了PLC的优势将其用于过程控制。Allen-bradley公司可编程控制部门的商贸部经理RichRyan先生谈到PLC在诸如食品、医药和石油工业中的应用得到了快速增长。他感到PLC在两个方面将会得到合理应用。“一方面”，他说，“过程控制系统的规格是由自动控制而不是由DCS（分布控制系统）进行调整。由于这些产品货签上的标价相对较高，一台
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可编程控制器给人的感觉就是一种小型的、低环路的计算器。第二方面，PLC能让你将回路和时序逻辑紧密结合在一起。程序组控制器就是一个主要例子，它们的动作顺序和保存的过程变量纠缠得非常紧，以至于用一个可编程控制器去完成顺序逻辑的好处在价值上已超过了未采用分布式控制系统所造成的缺陷”。
Triconex公司主席BillBarkovitz先生预言：“未来在过程控制系统贸易中，所有的控制器都将包含更多的PLC技术，并且具有比以前任何时候都强大的功能”。
通讯和主控程序（MAP）
通讯对作为一个整体的单个自动控制单元和自动化工厂都非常重要。在过去几年里，我们已经听说了很多关于MAP的事情，并且许多公司也加入了到这个大有希望的事业中。然而，当一个完全确定和完成的MAP规范没能立即出现时，他们感到了失望。LarryKomarek先生说：“现在，MAP对生产厂家而言还只是一个活动的目标，并不是一个最终的规范。比如，现在大家正在开发适合MAP2.1标准的产品。但当新的MAP3.0标准出现后，原来基于2.1标准开发的产品又将被废弃。”
正因为此，许多PLC的生产厂家正摆脱采取全MAP工具，就像欧姆龙公司正在进行的一个关于MAP兼容性的项目。但欧姆龙工业部主管FrankNewburn先生在一份报告中说，由于缺乏一种企业规范，欧姆龙公司生产的PLC还没有涉及到MAP。
总之，由于PLC与能与宽带MAP进行对话的单个PIC不同，生产厂家都将注意力集中到了企业自建的网络中。按照SalProvanzano的说法，用户担心假如他们将产品装于控制板而厂家将MAP从中取出的话，这些产品将成为一堆只剩通讯结构但得不到网络支持的设备。
通用I/O口
人们在关心PLC和不同用户之间缺少能兼容的通讯协议的同时，另一个相关的问题——I/O接口——出现了。毫无例外，I/O也是企业自制的，但也有人认为I/O接口最终将成为一种通用产品。GEFanuc公司正通过他们的吉尼斯智能化I/O生产线来完成这个目标，众多的I/O生产者们都在朝着这个目标前进。

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很多人会说I/O是一个价值很高的项目，生产者通常会保守企业机密。就像KenJannotta先生所说：“在硬件销售市场中，I/O将是一种与其数量不相称的的产品，当然，每一个PLC的生产者都会想法去保护它。”正因为此，他还说，PLC的生产者还没有开始将通用I/O卖给别人。“如果我们开始出售这种产品的话”，Jannotta先生说，“我们还能生产什么呢？”
随着许多智能化I/O接口的出现，SalProvanzano感到在不同的制造厂生产的PLC将产生更大的区别。“在那些将I/O变得非常智能化并成为系统中的一部分的地方”，他说，“确实很难定义谁是I/O，谁是CPU。它会成为一种真正的分布式处理器。现在，如果你愿意的话，CPU完全可以像I/O一样，在系统中将那些分布式处理工作进行集成。”
PLC与PC的连接
由于PLC可能继续使用企业自制的I/O接口，一些厂家还可能将他们的I/O接口与IBMPC（个人计算机）－兼容设备相连。Allen-dradley，Gould以及CincinnatiMilacron已经有了这种I/O，并且据传闻GE也正沿着这一思路在做计划。GEFanuc公司北美生产计划主管BillKetehut先生将这种产品视为通用的I/O接口的替代品。“我认为通用I/O接口的替代品成为一种多用途的主接口是一种趋势，”SquareD自动化公司的市场主管JodieGlore先生这样说，并视其为PIC的另一个发展方向，对工业计算机有时也是如此。
PLC对PC
假若IBM7552、主设备BC22和其他计算机出现在工厂平台上，它们对PLC而言是不是意味着出现了一种新的竞争对象呢？RichRyan先生认为：“从某些控制功能看，有些工作计算机可能做的更好，而可编程控制器被迫去适应那些应用。”但与我们交谈的大多数厂家并不认为“个人计算机入侵”将会给他们造成多大麻烦。大多数人说PLC和PC在完成不同工作的体系机构上相距甚远。PC是用来处理通讯和管理报告，PLC是用来完成控制。他们没有感到PC将完成PLC的工作，这是由于PLC的I/O存储体现在能与PC机相连；他们相信这只是意味着PLC和PC将能同时享受同样数据。
“在通用计算机中存在一些内部结构上的不同”，RichRyan先生说，“并且

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可编程控制器也是如此。今天，正是这些硬件结构通过对差不多每一个生产者的可编程控制器建立图标、定制硬件，从而去运行梯形逻辑和解机器代码”。他指出的一个基本区别被称作“机器态”。Ryan说：“当你关机，或中断循环，或跳到循环中的另一个地点时，可编程控制器本身已将机器的状态存储下来：定时器会怎样，计算器会怎样，以及所有寄存器的状态会怎样，而计算机本身是不能做那些工作的。”
第三十四课直流电机
电机的基本结构
电机由定子、转子两个主要部件构成，气隙将这两个主要部件分开。定子：电机中静止不动的部分，通常是在电机的外部框架。转子：电机中能自由转动的部分，通常是在电机的内部。
定、转子均由磁性材料构成。在大多数电机中，在定子的内圆周上和转子的外圆周上开有槽，导体就嵌放在这些槽内。利用铁心使定、转子绕组（由导体构成）的之间的耦合作用增强，以提高电机中的磁通密度而减小电机的体积。若定子或转子（或两者）产生的磁通是随时间而变化的，则铁心用叠片构成以降低涡流损耗。
安放在定子或转子槽里的导体相互连接形成绕组。在其中产生感应电势的绕组叫电枢绕组。流过电流产生主磁通源的绕组叫做磁场绕组。有些电机使用永磁体来提供电机的主磁通。
旋转电机种类繁多，形式多样。三种基本的也是普通的电机是直流电机，同步电机和异步电机。还有其它种类的电机，如永磁电机，磁阻电机和步进电机。直流电机的结构
在直流电机中，电枢绕组放置在转子上，磁场绕组放置在定子上。一个两极直流电机的基本特征如图34-1所示。定子为凸极，它由一个或多个磁场绕组来激励，这多个绕组就叫做并励绕组和串励绕组。励磁绕组产生的气隙磁密分布是关于极轴（也叫做磁场轴线，直轴或d轴）对称的。
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在电枢绕组的线匝中感应的电压是交变的。利用电刷和换向器配合作为机械整流器，使电枢端电压方向不变，并使电枢电流产生的磁动势波形在空间保持不动。电刷的放置应使电枢线圈的两个边通过两个磁极的中心的时候，其电流的方向会改变。这就使在一个极下的所有导体的电流方向相同。因此，电枢电流产生的磁动势的轴线处在相邻两个磁极的中间，相邻两个磁极的中间叫交（或d）轴。在图34-1的原理图中，电刷被表明放置在交轴上表示：当线匝（或线圈）电流换向时它的边处在交轴上。然而，因为端部连接，电刷的实际位置应与图34-1所表明的位置近似地相隔90度电角度。
注意：因为电刷和换向器的装配，电枢磁动势（沿交轴方向）与励磁磁动势（d轴）正交。磁势的这种排列使产生的转矩最大。改变电刷的装配位置电枢磁势的轴线也会改变。为了改善性能，需要（在两个主极之间）装上换向极和（在主磁极表面上）补偿绕组。直流电机的分类
可用不同的方法将励磁电路和电枢电路相互联接起来去得到很多种工作特性——直流电机的一个显著特点。另外，磁极能由两个励磁绕组来激励，一个是并励绕组，一个是串励绕组。并励绕组匝数多而流过的电流小（小于额定电流的5%）。这个绕组可以和电枢绕组联到一起（例如，和电枢绕组并联），因此叫做并励绕组。串励绕组匝数少但流过的电流大，它与电枢绕组串联，因此取名为串励绕组。若既有并励绕组又有串励绕组，则串励绕组绕在并励绕组的上部。图34-2表示了励磁电路和电枢电路的各种联接方式。在他励直流电机中（图34-2a），励磁绕组由单独的电源供电。在自励直流电机，励磁绕组有三种不同的联接方式。它可以和电枢绕组串联，形成串励直流电机（图32-2b），它可以和电枢绕组并联，形成并励直流电机（图34-2c）；或同时采用并励绕组和串励绕组而形成复励电机。
通常在并励绕组的电路中串一个变阻器来控制磁场电流以改变励磁磁势。励磁磁场也可由永磁体来提供，可以把它看做他励电机，永磁体提供单独的然而是不变的磁场。
直流电机的转矩—速度特性
在许多应用场合中，用直流电机去驱动机械负载。某些场合要求当加在电动机
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轴上的机械负载变化的时候而其转速保持不变。相反，一些场合要求，速度应在一个很大的范围内可调。一个工程师若想知道在某个具体的情况下应作用什么样的直流电动机就必须了解电机的转矩和速度之间的关系。
考虑图4-3所示的他励直流电动机，电压、电流、转矩的关系如下：
EaUtIaRa（34-1）
TKmIa（34-2）从方程式（34-1）得，速度为：m
UtIaRa
（34-3）从
KaUtRa
2
KaKaKm
方程式（34-2）和（34-3）得：m
若电机端电压和电机的磁通为常数，转矩速度特性图图34-4所示。随转矩的增加转速的下降很小，提供了一种优良的调速性能。在实际电机中，当T或Ia增加时，由于电枢反应的影响磁通会减小，结果速度降比图中所示的要小些。因此，在直流电机中，电枢反应能改善速度调节。
方程式34-4指出可用下列方法实现直流电机的速度控制：
1）电枢电压控制（Ua）2）磁场控制
3）电枢电阻控制（Ra）

第三十五课感应（异步）电机
异步电机是最坚固的、在工业上使用最广泛的一种电机。如前节所讨论的直流电机一样，感应电机也有装在轴承上的定子和转子，定子、转子通过气隙而分开。然而在感应电机中，定、转子绕组中流过的都是交流。交流电直接施加在定子绕组里，转子绕组中的电流是由于感应产生的，因此它的名
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字就叫感应电机。
结构特征
和直流电机不同，感应电机的气隙是均匀的。定子是由优质硅钢片叠成。三相绕组装在定子内表面的槽内。转子也是由磁性材料迭片构成，转子槽开在转子的外圆表面上。转子绕组有两种型式：笼式和绕线式。笼型绕组由嵌放在转子槽内的铝条或铜条组成，面两端通过铝端环或铜端环短路。绕线型转子的绕组与字子绕组的结构相同，转子绕组的端部连接到三个滑环上，通过压紧在滑环上的电刷，转子出线端级和外电路相连。事实上，为了控制感应电动机的转速，可将外部三相电阻器和转子出线端连接到一起。很显然，笼式感应电机比绕线式感应电机结构简单、价格便宜、更坚固耐用。
定子的三相绕组和转子的三相绕组（在绕线式电机中）都是分布绕组，分布绕组能更好的利用铁材和铜材，也能改善磁势波形，使电机所产生的转矩波动小。每相绕组分布在几个槽内。当电流流过一个分布绕组，它就会产生一个在空间基本上按正弦波规律分布的磁动势。
图35-1表示一个三相笼型感应电动机的剖面图。为了简单起见，用三个集中线圈表示的三相定子绕组实际上是一个分布绕组。这些绕组的轴线是相差120度电角度。线圈aa'表示在同一个极下属于a相分布绕组的所有的均布的元件。同样，线圈bb'表示b相分布绕组，线圈cc'表示c相分布绕组。这绕组的端部用Y或形方法联接起来形成三相联接方式。若对称三相电流流过三相分布绕组，则在气隙中产生一个速度和大小均不变的磁场，这个磁场将在转子回路中感应电流产生转矩。
三种运行方式
感应电机的运行方式有三种：电动运行、发电运行和反向制动运行。为了说明三种运行方式，将一台感应电机和一台直流电机用机械的方法联接起来。
电动运行：若定子出线端接到三相电源上，转子将按定子旋转磁场方向旋转。这就是感应电机的普通（或电动）运行方式。稳态转速n小于同步转速ns。
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发电运行：调节所连的直流电动机使系统的转速大于同步转速，系统将按与定子旋转磁场方向相同的转向旋转。感应电机将会产生一个发电制动转矩。即是一个与转子转向相反的转矩。在某些驱动场合中利用这种发电运行方式来产生再生发电制动。例如，设有一台感应电机由变频电源供电去控制系统的转速。为了使这个系统停车，电源的频率慢慢减小。在这个过程中，由于驱动系统的惯性，驱动系统的瞬时速度大于瞬时同步转速。结果，感应电机的发电运行就会引起功率反向流动，驱动系统的动能回馈给电源。这个过程就叫再生发电制动。
反向制动：若调节直流电动机使系统的转向与定子旋转磁场方向相反，转矩的方向则与旋转磁场方向相同，阻止转子的运动。这个转矩就是制动转矩。
这种运行方式有时使用在那些需要很快停车的场合，假设有一台感应电动机正在以稳态转速运行。若电机的出线端相序突然改变，定子旋转磁场的方向将会与转子的转向相反，发生再生制动运行。电动机将迅速趋于零速，并且如果在零速时不断开电源，将向相反方向加速。
笼型电动机的等级
工业需要多种多样。为了满足工业应用上的各种起动和运行的性能要求，笼型电动机的几种标准设计可从产品目录中得到。普通结构的电机容易得到而且符合国家电气制造协会颁布的标准，它们的转矩速度特性如图35-2所示。在这些电动机中重要的设计参数是转子笼型电路中的有效电阻。
A类电动机：这些电动机适合于起动时负载转矩小（如风扇或泵类负荷）能很快达到额定转速的场合，因此能解决起动时的过热问题。在大容量电机中，需要采用降压起动来限制起动电流。
B类电动机：这类电动机的通用性好、工业上应用广泛。特别适合于恒速驱动且对起动转矩要求不严的场合。例如风扇、鼓风机和电动机-发电机组的驱动。
C类电动机：C类电动机适合于驱动压缩机、运输设备等等。D类电动机：这类电动机适合于驱动需要快速加速的间歇负荷和冲击负荷如穿孔机或大剪刀。在驱动冲击负荷时，要在系统中装一个飞轮，当电动
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机随负荷冲击转速有些下降时，在此期间飞轮会释放一些动能。
时间和空间谐波
感应电机经常采用电压源或电流源逆变器来控制，因此，电机中的电流是非正弦波的。其中含有基波和谐波成份。谐波电流在气隙中产生的旋转磁场的转速比基波电流产生的旋转磁场的转速大些。时间相量的谐波电流和它产生的旋转磁场将在电机中产生寄生转矩。
感应电机中每相绕组分布在电机中的有限的几个槽内，因此，当电流流过绕组时在气隙中产生的磁动势是按非正弦规律分布的。所以气隙磁通中含有基波磁通和谐波磁通。分布绕组产生的谐波磁通叫做空间谐波，它也在电机中产生一个寄生转矩。
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