電工學簡介

　　電工學指研究電磁領域的客觀規律及其應用的科學技術，以及電力生產和電工制造兩大工業生產體系。電工的發展水平是衡量社會現代化程度的重要標志，是推動社會生產和科學技術發展，促進社會文明的有力杠桿。也是工科高等院校為各類非電專業開設的一門技術基礎課。課程內容包括：電路和磁路理論、電磁測量、電機與繼電接觸控制、安全用電、模擬電子電路、數字電路、自動控制系統等。1986年以來，中國有些高等院校已將電工學課程改為電路與電機、電子技術、電路與電子技術等3門課程，以滿足不同專業的需要。

電工學百科

　　電工學指研究電磁領域的客觀規律及其應用的科學技術，以及電力生產和電工制造兩大工業生產體系。電工的發展水平是衡量社會現代化程度的重要標志，是推動社會生產和科學技術發展，促進社會文明的有力杠桿。也是工科高等院校為各類非電專業開設的一門技術基礎課。課程內容包括：電路和磁路理論、電磁測量、電機與繼電接觸控制、安全用電、模擬電子電路、數字電路、自動控制系統等。1986年以來，中國有些高等院校已將電工學課程改為電路與電機、電子技術、電路與電子技術等3門課程，以滿足不同專業的需要。

　　理論編輯19世紀末在電工學發展的進程中形成了許多技術基礎理論分支。交流電路理論，磁路理論，電機與變壓器理論，電能傳輸理論，電工材料理論，電介質理論，氣體放電理論等都發展成為系統的科學知識。20世紀50年代以來，計算機技術、電子技術以及工程控制論等一系列新興的科學技術理論蓬勃發展，基礎科學、應用科學和技術開發之間的知識結構更加緊密，各門學科與專業之間互相滲透，互相交叉，使科學技術和社會生產形成一個既深入分化又高度綜合的龐大復雜的整體，同時也促進了電工理論的發展。靜電場、電磁場等結構復雜又包括多種媒質的三維物理場求解方法的研究取得新進展。矩量法、變分原理、函數空間等都引入了電工理論。基于等效模型的概念發展了虛擬的磁荷與磁流模型，研究了多種動態位及不同的規范選擇，提出了有關廣義能量的定理等。由于系統與元件相結合而擴大了元件的內涵，包括了邏輯門、可控源、回轉器以及大規模集成塊等。各類工程系統的發展形成了共同的網絡理論基礎，使網絡擴展成為研究某種特定空間結構和運動狀態的一般性理論方法。廣義網絡理論又將“場”與“路”結合起來，出現新的邊緣理論領域，如物理場論的網絡模擬、輻射場的網絡方法、等離子體的網絡圖解等；引用系統論的研究成果，將系統的整體性能和行為與系統結構、參數及局部物理量結合起來，進一步豐富了網絡問題的內容。系統穩定性分析，多維系統的研究，狀態空間的拓撲等值性，動態系統的反饋理論和漸近性問題，以及網絡故障的自動偵察、診斷等，都成為引人注意的研究課題。在人類歷史發展的漫長歲月里，技術革命是強大的推動力。取火使人類擺脫了原始蒙昧；金屬工具幫助人類建立起農業文明；動力，特別是電能，擴大了人類體力勞動能力，出現了現代化的大工業生產。今天，以電子和計算機技術為特征的新技術又在延伸人類的智力功能。正是電磁規律在能源、信息、控制等領域的技術應用，描繪出現代化社會的藍圖，形成新技術革命的主流。它沖激著社會生產和生活的每一個角落，不僅大幅度地提高了社會生產力，創造出豐富的物質財富，而且改變著人們的生活方式、社會行為、教育訓練、思維方法，促進了社會的精神文明。電工正在與現代科學技術相匯合，繼續發揮社會支柱的作用。

　　電氣化

　　能源是人類社會賴以生存的最基本的物質條件之一。電能以其獨特的優點成為人類開發自然能源的最重要方式，是人類征服自然過程中所取得的具有劃時代意義的光輝成就。自19世紀80年代開始應用電能以來，幾乎所有社會生產的技術部門以及人民生活，都逐步轉移到這一嶄新的技術基礎上，極大地推動了社會生產力的發展，改變了人類的社會生活方式，使20世紀以“電世紀”載入史冊。電照明是較早開發的電能應用。它消除了黑夜對人類生活和生產勞動的限制，大大延長了人類用于創造財富的勞動時間，并且改善了勞動生產條件，豐富了人們的生活。這為電能的應用奠定了最廣泛的社會基礎，成為推動電能生產的強大動力。電傳動是范圍最廣、形式最多的電能應用領域。電動機是冶金、機械、化工、紡織、造紙、礦山、建工等一系列工業部門與交通運輸以及醫療電器、家用電器的最重要的動力源。各種類型的電動機占去全部用電設備總功率的70%左右。電傳動在效率、精度、操作、控制、節能、安全等許多方面都具有無可比擬的優越性，并且在向著機電一體化以及工業機器人等新技術方向發展，從根本上改變了19世紀以蒸汽動力為基礎的初級工業化的面貌。電能轉換為熱能是電能的另一重要用途。電加熱可以直接作用到物體內部，且加熱均勻、熱效率高、容易控制。因此，電加熱在冶金工業及制造工業中成為重要的加工方式。電能在化工領域的應用開辟了電化學工業體系，包括電解工業、電熱化學工業，以及等離子體化學、放電化學、界面電化學、電池工業等，推動了化工工業的發展。電物理裝置的研制成為電能應用的新領域。各種能級和不同用途的加速器、大功率電脈沖裝置、大功率激光設備、受控核聚變裝置等所需要的電源技術、磁體技術、控制和監測技術等都促進了電能的利用和電工的發展。總之，隨著科學技術的發展，電的應用不僅影響到社會物質生產的各個側面，也越來越廣地滲透到人類生活的各個層面（醫療電器的廣泛應用和家用電器的普及只是人們熟知的兩個例證）。 電氣化已在某種程度上成為現代化的同義語，電氣化程度已成為衡量社會物質文明發展水平的重要標志。世界各國都十分重視電能在國民經濟中的地位和作用。近一個世紀的實踐表明，許多工業發達國家的電力生產大約以年平均7%的速率增長，超前于國民經濟的發展速度，避免了經濟發展受電能短缺的限制。例如，1950～1980年30年間，美國實際國民經濟生產總值年平均增長率為3.4%，而電能生產量年平均增長率為6.26%，兩者之比即電力彈性系數為1.84；英國、法國、蘇聯等國家的電力彈性系數也在1.28與1.97之間。1937年世界發電量為455.8億千瓦時，1950年9589億千瓦時，1980年約為82400億千瓦時，1988年已達到 11萬億千瓦時。50年來增長了240倍，大大超過其他經濟部門的增長速度。中國1949～1991年間，電力工業發展也極為迅速。年發電量1949年為43.1億千瓦時，居世界第25位，而1991年已增至6750億千瓦時，躍升為世界第4位。據數十個國家的統計，各國人均年產值的增長與人均年耗電量的增長呈線性關系。電能消費的單位指標如單位國民生產總值、單位國民收入和單位人口的電能消費也都呈增長的趨勢。例如，1920～1970年期間美國的人均用電量由540千瓦時增加到7950千瓦時，年增長率約為5.56%；1989年達到13450 千瓦時。50年代以前發達國家的電能消耗量約占能源消耗總量的4%，1985年已占30%以上，預測2000年將達到40～50%。擴大電能應用是20世紀各國國民經濟發展的顯著特征。電能已經成為現代化社會須臾不可中斷的經濟命脈。社會發展對電能的需求成為電工必將持續發展的巨大動力。

　　新技術

　　電工制造業為電能的生產和消費系統提供物質裝備。隨著各國對電能需求的不斷增加，為滿足建設大型電站的需要，通過改進發電機的冷卻技術，采用新型絕緣材料、鐵磁材料，改進結構設計，使發電機的單機功率增大、效率提高、成本降低。最大火力發電機組的功率1926年為160兆瓦，到60年代已成批生產500～600兆瓦火電機組，1973年第一臺1300兆瓦火電機組投入運行。此后，由于受到材料性能以及大型機組在設計制造上的缺陷等因素的限制，投運后事故較多，可用率降低，使大型火電機組的發展趨勢減緩。80年代，大約有四分之三的火電設備單機功率穩定在300～700兆瓦。水力發電機組的最大功率由1942年的108兆瓦提高到1961年的230兆瓦，1978年700兆瓦機組投入運行。核電機組的功率由1954年5兆瓦（第一臺工業用試驗性機組）提高到80年代的1300～1500兆瓦。隨著大型電站以及跨地區、跨國際大電網的建設，要求提供超高壓、大容量的輸變電設備。繼1952年制造第一套 380千伏交流輸變電成套設備后，1965年制成了735千伏交流輸變電成套設備。70年代以來，又先后制成1000～1500千伏交流輸變電設備。50年代最大變壓器容量為500兆伏安，1975年已達1800兆伏安。斷路器的制造經歷了多油式、少油式、壓縮空氣式和六氟化硫 （SF6）氣體絕緣等不同發展階段，近10多年又發展了SF6組合式電器，縮小了占地面積（750千伏級約為1/75）和空間，并提高了運行可靠性。到80年代，高壓斷路器的額定開斷電流已達80～100千安，全開斷時間已從50年代的3周波縮短至2周波和1周波，為提高電力系統的穩定性創造了條件。在用電設備中，約有70%左右的負荷為電動機，大的如軋鋼電動機（單機功率達 12785千瓦）和高爐鼓風電動機（單機功率達36000千瓦），小的有千百種用途各異的微特電機。工廠中電動機分散傳動代替了過去的皮帶傳動，改善了工廠的環境，提高了機床的效率和精度。電力機車同柴油機車一道代替了蒸汽機車。在家用電器中，出現了洗衣機、吸塵器、電風扇、空調器、電灶、微波爐等，使家庭生活更省力、更舒適。為滿足冶金和機械工業的需要，各類電爐正向大容量、大功率、低能耗方向發展。1971年已有 360噸電弧爐投產。進入80年代又開發了 800噸電弧爐。采用超大功率電弧爐一般可將熔煉時間縮短三分之二，電耗降低23%。電力電子技術的出現不僅使直流輸電技術得以穩步發展，而且使交、直流傳動技術和各種電源轉換技術都得到革新。它將微機控制與功率執行緊密結合，統一完成邏輯、控制、監視、保護、診斷等綜合功能，有力地推動著機電一體化的技術潮流。80年代，在電動機上采用功率因數控制器后，一般單相電動機可節能20～50%，三相電動機可節能5～10%。通過設備性能改進，產品容量增大，電壓等級提高，電網互聯運行等，使發電設備容量的利用率得到合理地提高，輸配電設備每千伏安的造價大幅度降低。發達國家電力系統的損耗，從30年代約占電能生產總量的18%減少至80年代的7%，預計還將會進一步降低。在此期間，電價降低了約65%。