走进电世界-3PPT文件格式下载.ppt(2)PPT文件格式下载.ppt

1、18岁入普鲁士炮兵服役，后进柏 林陆军大学学习，毕业后到兵厂 工作，斯28岁提升为柏林炮厂厂 长。31岁时和机械师哈尔克在柏 林郊区创设了西门子哈尔斯克 电报机制造厂。,1879年10月，美国发明家爱迪生（Thomas Alva Edison，18471931）发明了电灯。1882年，爱迪生建成世界上第一座较正规的发电厂，装有6台直流发电机，共900马力（1马力=0.735kW，），通过110V电缆供电，最大送电距离1.6km，供6200盏白炽灯照明用，完成了初步的电力工业技术体系。爱迪生曾说：“天才是99的汗水，加上1的灵感。”1892年，爱迪生创立通用电气公司。爱迪生象征着美国由穷变富的理

2、想，爱迪生的一生，是美国从落后农业国向工业国过渡、从全盘照搬欧洲技术到建立美国自己的技术体系的时代。,发明家爱迪生和他的实验室,1885年意大利科学家法拉里提出的旋转磁场原理，对交流电机的发展有重要的意义。美国发明家、工业家威斯汀豪（George Wistinghouse，18461914）生于纽约州的一个农业机械制造商家庭。在龙宁学院学习后，参加南北战争的北军，在陆军和海军服役。1865年发明旋转式蒸汽机而首次获专利。1869年设立威斯汀豪空气制动器公司（西屋空气制动器公司），在匹兹堡建设工厂，生产铁路制动器和铁路信号装置，其产品畅销欧美。,威斯汀豪自1870年代就开始研究电机。1885年，

3、他购置了法国高拉德（18501888）和英国吉布斯于1881年的发明的“供电交流系统”专利权。在他领导下，与研制变压器和配电设备的斯坦利、发明多项交流发电机和感应电动机的特斯拉、研制测量设备的沙伦伯格等，共同完成了交流发电、供电系统，并在匹兹堡创建了交流配电网。在完成这一巨大工程中，显示出他的重用优秀技术专家的领导艺术和组织才能。于1886年成立威斯汀豪电气公司（西屋电气公司）；1889年，威斯汀豪电气公司更名为威斯汀豪电气和制造公司。威斯汀豪一生获专利100多项。,斯坦利主持设计制造的第一台变压器（1885年）（500V/100V）,费兰里斯实验室制造的变压器（1885年）（3000W，变比

4、12或14）,高拉德吉布斯二次发电机（1885年）,西屋公司充油变压器（1891年）,威斯汀豪,美籍南斯拉夫电气工程师特斯拉（Nikola Tesla，18561943）1883年发明了世界上第一台感应电动机。1888年发明的两相异步特斯拉电动机和交流电力传输系统。美国采用60赫兹作为工业用电的标准频率与他有很大关系。特斯拉出生于奥匈帝国的一个牧师家庭，具有难以置信的记忆力和对数学的理解能力。于1884年移居美国，先是受雇于爱迪生；当时正值“电流争论”时期，一方面发明家爱迪生坚持继续使用直流电；另一方面，发明家威斯汀豪则主张改用交流电。由于特斯拉对交流电感兴趣，便离开了爱迪生而加入了威斯汀豪的

5、企业。,通过在威斯汀豪企业中所作出的贡献，特斯拉获得了声誉。1887年在西方联合电报公司资助下，建立特斯拉电气公司。1888年他发明了两相异步特斯拉电动机和交流电力传输系统，他的多相交流发电、输电、配电技术也被社会接受。1890年发明高频发电机；1891年发明特斯拉线圈（变压器），后来被广泛应用于无线电、电视机和其它电子设备中；1893年发明了无线电信号传输系统。特斯拉一生中拥有700多项专利。,特斯拉高频变压器（1891年）,1891年，在德国劳芬电厂安装了世界第一台三相交流发电机，建成第一条三相交流送电线路。三相交流电的出现克服了原来直流供电容量小，距离短的缺点，开创了远方供电，电力除照明

6、外，用于电力拖动等各种用途的新局面。,三相交流发电机原理图,1888年，俄国工程师德布罗夫斯基和德尔伏发明 了三相交流制。次年，三相交流电由试验到应用取得成功。不久三相发电机与电动机相继问世，这就为三相交流电在世界上的普遍应用奠定了基础。,3.2 电工理论的建立,3.2.1 电路理论的建立,1778年，伏特就提出电容的概念，导体上储存电荷QCU。1826年欧姆发表欧姆定律。1831年法拉第发表电磁感应定律。1832年亨利提出了表征线圈中自感应作用的自感系数L，即磁通Li。俄国楞次提出：导体中由电磁感应产生的电流，也遵守欧姆定律。,1845年，德国物理学家基尔霍夫（Gustav Robert K

7、irchhoff,1824-1887）提出电流定律和电压定律。发展了欧姆定律，奠定了电路系统分析方法的基础。,1853年，英国物理学家汤姆逊（William Thomson，18241907）采用电阻、电感和电容的串联电路模型，分析了莱顿瓶的放电过程，并发表了“莱顿瓶的振荡放电”论文。论文中通过分析后得出了放电过程中电流有反复振荡并逐渐衰减的结论，还计算出振荡频率与R、L、C参数之间的关系，由此建立了动态电路的分析基础。,1853年，亥尔姆霍兹提出电路中的等效发电机原理。一个线性含有电源的一端口网络，对外电路而言，可以简化为一个电压源和一个电阻的串联电路来等效替代。1855年汤姆逊发表了电缆传

8、输理论论文，他采用电容、电阻构成的梯形电路，来构成长距离电缆的等效电路模型，分析了电报信号经过长距离传送所产生衰减、延迟、失真的原因。,德国出生的美籍电气工程师施泰因梅茨（C.P.Steinmetz,18651923）对交流电路理论的发展作出巨大贡献。他出生即带有残疾，自幼受人嘲侮，但他意志坚强，刻苦学习，1882年入布雷斯劳大学就读。,正弦交流电路计算方法的一个重要进展，是由施泰因梅茨于1893年提出的分析交流电路的符号法（相量法）。他利用数学中的第莫威定理，用复数的模和辐角来代表有正弦量的效值（或最大值）和初相位。在相同频率下的三角函数运算，就可以转化为复数的代数运算了。,1911年英国电

9、气工程师亥维赛德（Oliver Heaviside,18501925）提出正弦交流电路中阻抗的概念，用相量法分析正弦交流电路时，阻抗也是一个复数，其实部是电阻，虚部是电抗。亥维赛德还提出了求解电路暂态过程的“运算法”。运算法的要点是将描述动态电路的微分方程，变换成为相应的代数方程，然后求解代数方程，最后由代数方程的解对应找出原微分方程的解。这一方法也称为积分变换法。,数学中的积分变换法是由法国著名的数学家、力学家和天文学家拉普拉斯（Pierre Simon Laplace，17491827年）于1779年首先提出来的，人们习惯称之为拉普拉斯变换。拉普拉斯变换是将时域函数的微分方程变换成为复频域

10、函数的代数方程，求得代数方程的解后，通过普拉斯反变换就可求出微分方程的解。这种求解微分方程的方法在物理学、和工程学中应用广泛。电路的暂态过程分析也使用这种方法。,傅里叶（Jean Baptiste Joseph Fourier1768-1830），法国数学家及物理学家。主要 贡献是在研究热的传播时创立了一套数学理论，对19 世纪数学和理论物理学的发展产生深远影响。傅里叶级数（即三角级数）、傅里叶分析等理论 均由此创始。,傅里叶出生于法国奥塞尔，8岁时便成为孤儿。他加入了由天主教修士管理的一所地方军事学院，在那里，他表现出非凡的数学天才。就像他同时代的许多人一样，傅里叶也也被卷入到法国大革命的政

11、治旋涡中去了。他曾两度经历死里逃生的惊险，在拿破仑远征埃及的战争中，他也曾扮演过重要的角色。,3.2.2 记忆电阻器的研究,记忆电阻器是一种可以记忆自身历史的元件，即使在电源被关闭的情况下仍具备这一功能。记忆电阻可以使电脑在电池电量耗尽后很长时间仍能保存信息。早在1971年，美国加州大学伯克利分校的华裔科学家蔡少棠教授，就从理论上预言了记忆电阻器的存在。蔡教授的想法是：忆阻器的电阻值取决于流过这个器件电荷量的多少。也就是说，让电荷从反方向流过，其电阻会增加；如果让电荷从正方向流过，其电阻就会减小。,四种元件的关系,忆阻器科研人员,美国惠普公司实验室的斯坦威廉斯和同事在进行集成电路实验时，终于制

12、造出了忆阻器的实物模型。忆阻器研制成功后，有可能在对电子科学与信息技术的发展产生重大的影响。,记忆电阻半导体忆阻器最简单的应用就是构造新型的非易失性随机存储器，或当计算机关闭后不会忘记它们曾经所处的能量状态的存储芯片。研究人员称，今天的动态随机存储器所面临的最大问题是，当你关闭PC机电源时，动态随机存储器就忘记了那里曾有过什么，所以下次打开计算机电源，你就必须坐在那儿等到所有需要运行计算机的信息都从硬盘装入到动态随机存储器。忆阻器还可以让手机在使用数周或更长时间后无需充电，也可使笔记本电脑在电池电量耗尽后很久仍能保存信息。忆阻器也有望挑战目前数码设备中普遍使用的闪存，因为它具有关闭电源后仍可以

13、保存信息的能力。,3.2.3 电网络理论的建立,20世纪初，由于通讯技术的兴起，促进了电网络理论的研究。1920年，坎贝尔与瓦格纳研究了梯形结构的滤波电路。1923年，坎贝尔还提出了滤波器的设计方法。1924年，福斯特提出了电感、电容二端网络的电抗定理。此后便建立了由给定频率特性而设计电路的电网络综合理论。在电子管问世以后，电子电路分析的理论迅速发展。1932年瑞典科学家奈奎斯特提出了由反馈电路的开环传递函数的频率特性，来判断闭环系统稳定性的判据。,1945年，美国伯德出版了网络分析和反馈放大器一书，书中总结了负反馈放大器的原理，由此形成了分析线性电路、控制系统的频域分析方法，并获得了广泛应用

14、。20世纪中期以后电子计算机的出现，为电工理论的应用提供了强有力的工具。电网络的计算机辅助分析、计算机辅助设计应运而生。电工理论与其他学科的理论相互借鉴，继续在新的技术进步中共同发展。,3.2.4 电磁场理论的建立,19世纪中期已经有了关于静电现象的库仑定律、关于电流和磁场关系的安培环路定律和法拉第电磁感应定律。1846年法拉第发表了一篇论文，设想光是力线振动的表现。他的这些论断，由英国科学家麦克斯韦所继承。麦克斯韦在1856年发表“论法拉第力线”一文，对力线进行了严格的数学描述；1861年麦克斯韦发表的“论物理力线”的重要论文中提出了电位移的概念，并称电位移矢量的时间导数为“位移电流”密度。

15、,1864年麦克斯韦发表了“电磁场的动力学”论文，描述电磁场的空间分布和时间变化规律，提出了电磁场的基本方程组。1887年赫兹用实验证明了电磁波的存在，使麦克斯韦的预言得到证实。他的电磁场理论具有相当普遍的意义，成为电工技术、无线电技术的基本依据。50年代以来，由于电子计算机的发展，有了求数值解的有力手段，扩大了可以进行计算的问题的范围，电路仿真技术、电磁场仿真技术也逐步推广使用。电工理论随着科学技术的进步而不断的发展。新能源利用、电子管、半导体、集成 电路、新技术的广泛应用,3.3 电与新技术革命,新技术革命,概述：新技术革命的主要内容,航空航天技术电子信息技术新材料技术海洋技术环保技术,创

16、立新理论计算机技术自动控制技术能源新技术激光技术,3.3.1 新理论的创立,1、香农创立信息论（1948年）,2、贝塔朗菲创立系统论（1948年）,3、维纳创立控制论（1948年）,3.3.2 电子计算机技术,美国宾夕法尼亚大学莫尔电机工程学院的莫希利（John Mauchly）于 1942年提出了试制第一台电子计算机的初始设想。,第一台计算机与今天的微型电脑,阿兰图灵（Alan Turing 19121954），出生于英国伦敦，是一位非凡的数学家、计算机科学的先驱者、破译纳粹密码的关键人物。他是计算机逻辑的奠基者，许多,人工智能的重要方法也源自于这位伟大的科学家。他对计算机的重要贡献在于他提

17、出的有限状态自动机也就是“图灵机”的概念，对于人工智能，它提出了重要的衡量标准“图灵测试”，如果有机器能够通过图灵测试，那他就是一个完全意义上的智能机，和人没有区别了。,计算机产业的飞速发展第一代：1946 1958，电子管第二代：1959 1963，晶体管第三代：1964 1970，集成电路第四代：1971现在，大规模、超大规模集成电路发展趋势：微型化、巨型化、网络化、智能化目前世界上计算机的最快速度：数1000万亿次/秒,中国设计制造的超级计算机时间：2009.10名称：天河一号计算速度：1206万亿/秒设计制造单位：国防科技大学,3.3.3 自动控制技术,自动控制是在没有人直接参与的情况

18、下，利用控制装置，对生产过程、工艺参数、目标要求等进行自动的调节与控制，使之按照预定的方案达到要求的指标。自动控制技术属于信息科学和信息技术范畴，它是信息处理技术的一项技术。控制系统主要由控制器和控制对象两大部分构成。控制系统的数字模型有两部分组成：一部分是目标函数，由一个关于状态变量X（t），控制变量U（t）和时间t的函数的积分来表示；另一部分是约束条件，这些约束条件包括被控对象状态方程、状态的初始条件等。,自 动 化 防 空 系 统 示 意 图,3.3.4 能源新技术,能源是经济和社会发展的生要的物质基础。现代社会生产的不断发展，随 着机械化、电气化、自动化程度的不断提高，生产上对能源的需

19、求量也就越来越大。能源和人民的衣、食、住、行等密切相关。能源与国防的关系至为密切，不仅在生产种种武器上需用大量能源，而且在使用各种武器时也离不开能源。能源问题直接关系到国民经济的发展、社会的进步和人民生活水平的提高。,能源新技术包括各种能源资源从开采到最终使用各个环节的先进技术,、洁净煤技术 先进燃烧和污染处理技术 煤的气化与液化、核能新技术 新一代压水堆核电站 核燃料的增殖快中子增殖反应堆 新的供热资源低温核供热堆和高温气冷堆 受控热核聚变能,中国第一座依靠自己的力量设计、建造的秦山核电站,大亚湾核电站位于广东省大亚湾沿岸的大坑村，距离深圳市中心约45公里，距离香港的尖沙咀約50公里。,法国

20、电力公司核电厂,、新能源技术 太阳能新技术 风能技术 物质能利用新技术 波浪能和潮汐能 氢能利用技术,、节能新技术 余热回收利用技术 电子电力技术 高效电动机 高效节能照明技术 远红外线加热技术 电热膜加热技术,3.3.5 航空航天技术,航空航天技术是20世纪50年代后期蓬勃发展起来的新兴技术。它主要是利用空间飞行器为手段来研究发生在空间的物理、化学和生命等自然现象。它综合应用了近几百年来人类在数学、天文学、物理学、生物学和医学等方面的研究成果，又和当代许多科学：控制理论、系统理论、信息理论、计算机科学与技术、材料科学、电子科学与技术等的发展密切相关，是衡量一个国家科学技术水平、综合国力和发展

21、程度的主要标志。,早期的电视、广播与现代通信,3.3.6 电子信息技术,器件的诞生，开创了光通信的新时代,半导体材料与基尔比发明集成电路,3.1.7 新材料技术,光学纤维,高锟（Char les K.Kao），光纤通讯、电机工程专家。美国国籍。生于中国上海，原籍上海金山。1957年、1965年先后获英国伦敦大学电机工程学学士、博士学位。1970年迄今任香港中文大学教授，1987-1996年任该校校长。1996年当选为中国科学院外籍院士。2009年获诺贝尔物理奖。,高锟教授1966年在光频率介质纤维表面波导论文中开创性地提出光导纤维在通讯上应用的基本原理，同时开发了实现光通讯所需的辅助性子系统。

22、,3.4 新理论、新材料对电工技术的影响,上世纪40年代末，半导体三极管的发明标志着电子技术进入了一个新的阶段，很快就出现了多种半导体器件，在体积小、重量轻、功耗低等方面显示出优越的性能。使电气工程中的控制设备得到更进一步升级。在40年代末电子计算机的发明是科技进步新的里程碑，50年代末研究出多种计算机语言，使得计算机的使用日趋方便。高速、大容量的电子计算机的作用已远不限于用作快速的计算工具，而是在电力系统的生产、科学研究、管理等方面都成为技术进步的非常有力的手段。,3.4.1 20世纪下半叶对电工技术有影响的研究成果,50年代以后，在受控热核聚变研究和空间技术的推动下，等离子物理学与放电物理

23、学蓬勃发展，在理论和应用两方面都取得丰硕成果。等离子体是宇宙中绝大部分可见物质的存在形式，等离子体科学已涵盖了受控热核聚变、低温等离子体物理及应用、基础等离子体物理、国防和高技术应用、天体和空间等离子体物理等分支领域。这些研究领域对人类面临的能源等许多全局性问题的解决具有重大意义。,核能发电磁流体发电风能发电太阳能发电煤气蒸汽联合发电其它新能源,3.4.2 21世纪上半叶电工技术的发展趋势,2.4.2.1 能源、电力,磁浮列车磁流体推进船电动车,3.4.2.2 交通运输,电 动 车,超导电力电缆超导限流器超导储能超导变压器、超导直流电机,3.4.2.3 超导电工,思考题3.1 在电工技术的初期发展过程中，有哪些科学 家分别作出了什么贡献？3.2 电工理论包含哪几个方面？它对电工技术的 发展有何作用？3.3 人类在对电磁现象的研究过程中，发现了哪 些主要定律？3.4 在新技术革命过程中取得了哪些主要成果？其中哪些成果对电气工程有何影响？,2,