电工学

电工学简介

　　电工学指研究电磁领域的客观规律及其应用的科学技术，以及电力生产和电工制造两大工业生产体系。电工的发展水平是衡量社会现代化程度的重要标志，是推动社会生产和科学技术发展，促进社会文明的有力杠杆。也是工科高等院校为各类非电专业开设的一门技术基础课。课程内容包括：电路和磁路理论、电磁测量、电机与继电接触控制、安全用电、模拟电子电路、数字电路、自动控制系统等。1986年以来，中国有些高等院校已将电工学课程改为电路与电机、电子技术、电路与电子技术等3门课程，以满足不同专业的需要。

电工学百科

　　电工学指研究电磁领域的客观规律及其应用的科学技术，以及电力生产和电工制造两大工业生产体系。电工的发展水平是衡量社会现代化程度的重要标志，是推动社会生产和科学技术发展，促进社会文明的有力杠杆。也是工科高等院校为各类非电专业开设的一门技术基础课。课程内容包括：电路和磁路理论、电磁测量、电机与继电接触控制、安全用电、模拟电子电路、数字电路、自动控制系统等。1986年以来，中国有些高等院校已将电工学课程改为电路与电机、电子技术、电路与电子技术等3门课程，以满足不同专业的需要。

　　理论编辑19世纪末在电工学发展的进程中形成了许多技术基础理论分支。交流电路理论，磁路理论，电机与变压器理论，电能传输理论，电工材料理论，电介质理论，气体放电理论等都发展成为系统的科学知识。20世纪50年代以来，计算机技术、电子技术以及工程控制论等一系列新兴的科学技术理论蓬勃发展，基础科学、应用科学和技术开发之间的知识结构更加紧密，各门学科与专业之间互相渗透，互相交叉，使科学技术和社会生产形成一个既深入分化又高度综合的庞大复杂的整体，同时也促进了电工理论的发展。静电场、电磁场等结构复杂又包括多种媒质的三维物理场求解方法的研究取得新进展。矩量法、变分原理、函数空间等都引入了电工理论。基于等效模型的概念发展了虚拟的磁荷与磁流模型，研究了多种动态位及不同的规范选择，提出了有关广义能量的定理等。由于系统与元件相结合而扩大了元件的内涵，包括了逻辑门、可控源、回转器以及大规模集成块等。各类工程系统的发展形成了共同的网络理论基础，使网络扩展成为研究某种特定空间结构和运动状态的一般性理论方法。广义网络理论又将“场”与“路”结合起来，出现新的边缘理论领域，如物理场论的网络模拟、辐射场的网络方法、等离子体的网络图解等；引用系统论的研究成果，将系统的整体性能和行为与系统结构、参数及局部物理量结合起来，进一步丰富了网络问题的内容。系统稳定性分析，多维系统的研究，状态空间的拓扑等值性，动态系统的反馈理论和渐近性问题，以及网络故障的自动侦察、诊断等，都成为引人注意的研究课题。在人类历史发展的漫长岁月里，技术革命是强大的推动力。取火使人类摆脱了原始蒙昧；金属工具帮助人类建立起农业文明；动力，特别是电能，扩大了人类体力劳动能力，出现了现代化的大工业生产。今天，以电子和计算机技术为特征的新技术又在延伸人类的智力功能。正是电磁规律在能源、信息、控制等领域的技术应用，描绘出现代化社会的蓝图，形成新技术革命的主流。它冲激着社会生产和生活的每一个角落，不仅大幅度地提高了社会生产力，创造出丰富的物质财富，而且改变着人们的生活方式、社会行为、教育训练、思维方法，促进了社会的精神文明。电工正在与现代科学技术相汇合，继续发挥社会支柱的作用。

　　电气化

　　能源是人类社会赖以生存的最基本的物质条件之一。电能以其独特的优点成为人类开发自然能源的最重要方式，是人类征服自然过程中所取得的具有划时代意义的光辉成就。自19世纪80年代开始应用电能以来，几乎所有社会生产的技术部门以及人民生活，都逐步转移到这一崭新的技术基础上，极大地推动了社会生产力的发展，改变了人类的社会生活方式，使20世纪以“电世纪”载入史册。电照明是较早开发的电能应用。它消除了黑夜对人类生活和生产劳动的限制，大大延长了人类用于创造财富的劳动时间，并且改善了劳动生产条件，丰富了人们的生活。这为电能的应用奠定了最广泛的社会基础，成为推动电能生产的强大动力。电传动是范围最广、形式最多的电能应用领域。电动机是冶金、机械、化工、纺织、造纸、矿山、建工等一系列工业部门与交通运输以及医疗电器、家用电器的最重要的动力源。各种类型的电动机占去全部用电设备总功率的70%左右。电传动在效率、精度、操作、控制、节能、安全等许多方面都具有无可比拟的优越性，并且在向着机电一体化以及工业机器人等新技术方向发展，从根本上改变了19世纪以蒸汽动力为基础的初级工业化的面貌。电能转换为热能是电能的另一重要用途。电加热可以直接作用到物体内部，且加热均匀、热效率高、容易控制。因此，电加热在冶金工业及制造工业中成为重要的加工方式。电能在化工领域的应用开辟了电化学工业体系，包括电解工业、电热化学工业，以及等离子体化学、放电化学、界面电化学、电池工业等，推动了化工工业的发展。电物理装置的研制成为电能应用的新领域。各种能级和不同用途的加速器、大功率电脉冲装置、大功率激光设备、受控核聚变装置等所需要的电源技术、磁体技术、控制和监测技术等都促进了电能的利用和电工的发展。总之，随着科学技术的发展，电的应用不仅影响到社会物质生产的各个侧面，也越来越广地渗透到人类生活的各个层面（医疗电器的广泛应用和家用电器的普及只是人们熟知的两个例证）。 电气化已在某种程度上成为现代化的同义语，电气化程度已成为衡量社会物质文明发展水平的重要标志。世界各国都十分重视电能在国民经济中的地位和作用。近一个世纪的实践表明，许多工业发达国家的电力生产大约以年平均7%的速率增长，超前于国民经济的发展速度，避免了经济发展受电能短缺的限制。例如，1950～1980年30年间，美国实际国民经济生产总值年平均增长率为3.4%，而电能生产量年平均增长率为6.26%，两者之比即电力弹性系数为1.84；英国、法国、苏联等国家的电力弹性系数也在1.28与1.97之间。1937年世界发电量为455.8亿千瓦时，1950年9589亿千瓦时，1980年约为82400亿千瓦时，1988年已达到 11万亿千瓦时。50年来增长了240倍，大大超过其他经济部门的增长速度。中国1949～1991年间，电力工业发展也极为迅速。年发电量1949年为43.1亿千瓦时，居世界第25位，而1991年已增至6750亿千瓦时，跃升为世界第4位。据数十个国家的统计，各国人均年产值的增长与人均年耗电量的增长呈线性关系。电能消费的单位指标如单位国民生产总值、单位国民收入和单位人口的电能消费也都呈增长的趋势。例如，1920～1970年期间美国的人均用电量由540千瓦时增加到7950千瓦时，年增长率约为5.56%；1989年达到13450 千瓦时。50年代以前发达国家的电能消耗量约占能源消耗总量的4%，1985年已占30%以上，预测2000年将达到40～50%。扩大电能应用是20世纪各国国民经济发展的显著特征。电能已经成为现代化社会须臾不可中断的经济命脉。社会发展对电能的需求成为电工必将持续发展的巨大动力。

　　新技术

　　电工制造业为电能的生产和消费系统提供物质装备。随着各国对电能需求的不断增加，为满足建设大型电站的需要，通过改进发电机的冷却技术，采用新型绝缘材料、铁磁材料，改进结构设计，使发电机的单机功率增大、效率提高、成本降低。最大火力发电机组的功率1926年为160兆瓦，到60年代已成批生产500～600兆瓦火电机组，1973年第一台1300兆瓦火电机组投入运行。此后，由于受到材料性能以及大型机组在设计制造上的缺陷等因素的限制，投运后事故较多，可用率降低，使大型火电机组的发展趋势减缓。80年代，大约有四分之三的火电设备单机功率稳定在300～700兆瓦。水力发电机组的最大功率由1942年的108兆瓦提高到1961年的230兆瓦，1978年700兆瓦机组投入运行。核电机组的功率由1954年5兆瓦（第一台工业用试验性机组）提高到80年代的1300～1500兆瓦。随着大型电站以及跨地区、跨国际大电网的建设，要求提供超高压、大容量的输变电设备。继1952年制造第一套 380千伏交流输变电成套设备后，1965年制成了735千伏交流输变电成套设备。70年代以来，又先后制成1000～1500千伏交流输变电设备。50年代最大变压器容量为500兆伏安，1975年已达1800兆伏安。断路器的制造经历了多油式、少油式、压缩空气式和六氟化硫 （SF6）气体绝缘等不同发展阶段，近10多年又发展了SF6组合式电器，缩小了占地面积（750千伏级约为1/75）和空间，并提高了运行可靠性。到80年代，高压断路器的额定开断电流已达80～100千安，全开断时间已从50年代的3周波缩短至2周波和1周波，为提高电力系统的稳定性创造了条件。在用电设备中，约有70%左右的负荷为电动机，大的如轧钢电动机（单机功率达 12785千瓦）和高炉鼓风电动机（单机功率达36000千瓦），小的有千百种用途各异的微特电机。工厂中电动机分散传动代替了过去的皮带传动，改善了工厂的环境，提高了机床的效率和精度。电力机车同柴油机车一道代替了蒸汽机车。在家用电器中，出现了洗衣机、吸尘器、电风扇、空调器、电灶、微波炉等，使家庭生活更省力、更舒适。为满足冶金和机械工业的需要，各类电炉正向大容量、大功率、低能耗方向发展。1971年已有 360吨电弧炉投产。进入80年代又开发了 800吨电弧炉。采用超大功率电弧炉一般可将熔炼时间缩短三分之二，电耗降低23%。电力电子技术的出现不仅使直流输电技术得以稳步发展，而且使交、直流传动技术和各种电源转换技术都得到革新。它将微机控制与功率执行紧密结合，统一完成逻辑、控制、监视、保护、诊断等综合功能，有力地推动着机电一体化的技术潮流。80年代，在电动机上采用功率因数控制器后，一般单相电动机可节能20～50%，三相电动机可节能5～10%。通过设备性能改进，产品容量增大，电压等级提高，电网互联运行等，使发电设备容量的利用率得到合理地提高，输配电设备每千伏安的造价大幅度降低。发达国家电力系统的损耗，从30年代约占电能生产总量的18%减少至80年代的7%，预计还将会进一步降低。在此期间，电价降低了约65%。