【文章內(nèi)容簡介】 流電在世界上的普遍應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。1891年，在德國勞芬電廠安裝了世界第一臺三相交流發(fā)電機，建成第一條三相交流送電線路。三相交流電的出現(xiàn)克服了原來直流供電容量小，距離 短的缺點，開創(chuàng)了遠(yuǎn)方供電，電力除照明外，用于 電力拖動等各種用途的新局面。 v v v v v v v 1778年，伏特就提出電容的概念，導(dǎo)體上儲存電荷Q＝CU。1826年歐姆發(fā)表歐姆定律。1831年法拉第發(fā)表電磁感應(yīng)定律。1832年亨利提出了表征線圈中自感應(yīng)作用的自感系數(shù)L，即磁通Φ＝Li。俄國楞次提出：導(dǎo)體中由電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電流，也遵守歐姆定律。1845年，德國物理學(xué)家基爾霍夫(Gustav Robert Kirchhoff, 18241887)提出電流定律和電壓定律。發(fā)展了歐姆定律，奠定了電路系統(tǒng)分析方法的基礎(chǔ)1853年，英國物理學(xué)家湯姆遜（William Thomson，1824～1907）采用電阻、電感和電容的串聯(lián)電路模型，分析了萊頓瓶的放電過程，并發(fā)表了“萊頓瓶的振蕩放電”論文。論文中通過分析后得出了放電過程中電流有反復(fù)振蕩并逐漸衰減的結(jié)論，還計算出振蕩頻率與R、L、C參數(shù)之間的關(guān)系，由此建立了動態(tài)電路的分析基礎(chǔ)。v 1853年，亥爾姆霍茲提出電路中的等效發(fā)電機原理。一個線性含有電源的一端口網(wǎng)絡(luò)，對外電路而言，可以簡化為一個電壓源和一個電阻的串聯(lián)電路來等效替代。v 1855年湯姆遜發(fā)表了電纜傳輸理論論文，他采用電容、電阻構(gòu)成的梯形電路，來構(gòu)成長距離電纜的等效電路模型，分析了電報信號經(jīng)過長距離傳送所產(chǎn)生衰減、延遲、失真的原因。v 德國出生的美籍電氣工程師施泰因梅茨（, 1865—1923）對交流電路理論的發(fā)展作出巨大貢獻；正弦交流電路計算方法的一個重要進展，是由施泰因梅茨于1893年提出的分析交流電路的符號法（相量法）。他利用數(shù)學(xué)中的第莫威定理，用復(fù)數(shù)的模和輻角來代表有正弦量的效值（或最大值）和初相位。在相同頻率下的三角函數(shù)運算，就可以轉(zhuǎn)化為復(fù)數(shù)的代數(shù)運算了。v 1911年英國電氣工程師亥維賽德(Oliver Heaviside, 1850～1925)提出正弦交流電路中阻抗的概念，用相量法分析正弦交流電路時，阻抗也是一個復(fù)數(shù)，其實部是電阻，虛部是電抗。v 亥維賽德還提出了求解電路暫態(tài)過程的“運算法”。運算法的要點是將描述動態(tài)電路的微分方程，變換成為相應(yīng)的代數(shù)方程，然后求解代數(shù)方程，最后由代數(shù)方程的解對應(yīng)找出原微分方程的解。這一方法也稱為積分變換法。v 數(shù)學(xué)中的積分變換法是由法國著名的數(shù)學(xué)家、力學(xué)家和天文學(xué)家拉普拉斯(Pierre Simon Laplace，1749～1827年)于1779年首先提出來的，人們習(xí)慣稱之為拉普拉斯變換。v v v 拉普拉斯變換是將時域函數(shù)的微分方程變換成為復(fù)頻域函數(shù)的代數(shù)方程，求得代數(shù)方程的解后，通過普拉斯反變換就可求出微分方程的解。這種求解微分方程的方法在物理學(xué)、和工程學(xué)中應(yīng)用廣泛。電路的暫態(tài)過程分析也使用這種方法。傅里葉（Jean Baptiste Joseph Fourier17681830），法國數(shù)學(xué)家及物理學(xué)家。主要貢獻是在研究熱的傳播時創(chuàng)立了一套數(shù)學(xué)理論，對19 世紀(jì)數(shù)學(xué)和理論物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。傅里葉級數(shù)（即三角級數(shù)）、傅里葉分析等理論均由此創(chuàng)始。v 20世紀(jì)初，由于通訊技術(shù)的興起，促進了電網(wǎng)絡(luò)理論的研究。1920年，坎貝爾與瓦格納研究了梯形結(jié)構(gòu)的濾波電路。1923年，坎貝爾還提出了濾波器的設(shè)計方法。v v 1924年，福斯特提出了電感、電容二端網(wǎng)絡(luò)的電抗定理。此后便建立了由給定頻率特性而設(shè)計電路的電網(wǎng)絡(luò)綜合理論。在電子管問世以后，電子電路分析的理論迅速發(fā)展。1932年瑞典科學(xué)家奈奎斯特提出了由反饋電路的開環(huán)傳遞函數(shù)的頻率特性，來判斷閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性的判據(jù)。v 1945年，美國伯德出版了《網(wǎng)絡(luò)分析和反饋放大器》一書，書中總結(jié)了負(fù)反饋放大器的原理，由此形成了分析線性電路、控制系統(tǒng)的頻域分析方法，并獲得了廣泛應(yīng)用。v 20世紀(jì)中期以后電子計算機的出現(xiàn)，為電工理論的應(yīng)用提供了強有力的工具。電網(wǎng)絡(luò)的計算機輔助分析、計算機輔助設(shè)計應(yīng)運而生。電工理論與其他學(xué)科的理論相互借鑒，繼續(xù)在新的技術(shù)進步中共同發(fā)展。電磁場理論的建立v v v v v v v 19世紀(jì)中期已經(jīng)有了關(guān)于靜電現(xiàn)象的庫侖定律、關(guān)于電流和磁場關(guān)系的安培環(huán)路定律和法拉第電磁感應(yīng)定律(三大定律)。1846年法拉第發(fā)表了一篇論文，設(shè)想光是力線振動的表現(xiàn)。他的這些論斷，由英國科學(xué)家麥克斯韋所繼承。麥克斯韋在1856年發(fā)表“論法拉第力線”一文，對力線進行了嚴(yán)格的數(shù)學(xué)描述；1861年麥克斯韋發(fā)表的“論物理力線”的重要論文中提出了電位移的概念，并稱電位移矢量的時間導(dǎo)數(shù)為“位移電流”密度。1864年麥克斯韋發(fā)表了“電磁場的動力學(xué)”論文，描述電磁場的空間分布和時間變化規(guī)律，提出了電磁場的基本方程組。1887年赫茲用實驗證明了電磁波的存在，使麥克斯韋的預(yù)言得到證實。他的電磁場理論具有相當(dāng)普遍的意義，成為電工技術(shù)、無線電技術(shù)的基本依據(jù)。50年代以來，由于電子計算機的發(fā)展，有了求數(shù)值解的有力手段，擴大了可以進行計算的問題的范圍，電路仿真技術(shù)（proteus 、PSpice）、電磁場仿真技術(shù)（ANSYS、Ansoft）也逐步推廣使用。電工理論隨著科學(xué)技術(shù)的進步而不斷的發(fā)展。第三次技術(shù)革命（始于20世紀(jì)中葉）基礎(chǔ)：電子技術(shù)、信息理論、系統(tǒng)理論，控制理論主要標(biāo)志：新能源利用、電子管、半導(dǎo)體、集成電路、新技術(shù)的廣泛應(yīng)用 自動控制技術(shù)v 自動控制是在沒有人直接參與的情況下，利用控制裝置，對生產(chǎn)過程、工藝參數(shù)、目標(biāo)要求等進行自動的調(diào)節(jié)與控制，使之按照預(yù)定方案達到要求的指標(biāo)。自動控制技術(shù)屬于信息科學(xué)和信息技術(shù)范疇，它是信息處理技術(shù)的一項技術(shù)。v v 控制系統(tǒng)主要由控制器和控制對象兩大部分構(gòu)成?？刂葡到y(tǒng)的數(shù)字模型有兩部分組成：一部分是目標(biāo)函數(shù)，由一個關(guān)于狀態(tài)變量X(t)，控制變量U(t)和時間t的函數(shù)的積分來表示；另一部分是約束條件，這些約束條件包括被控對象狀態(tài)方程、狀態(tài)的初始條件等。 激光技術(shù)：“受激輻射”基于偉大的科學(xué)家愛因斯坦在1916年提出的一套全新的理論。這一理論是說在組成物質(zhì)的原子中，有不同數(shù)量的粒子（電子）分布在不同的能級上，在高能級上的粒子受到某種光子的激發(fā)，會從高能級跳到（躍遷）低能級上，這時將會輻射出與激發(fā)它的光相同性質(zhì)的光，而且當(dāng)處于高能級上的粒子數(shù)大于低能級上的粒子數(shù)時，就能出現(xiàn)一個弱光激發(fā)出一個強光的現(xiàn)象。這就叫做“受激輻射的光放大”，簡稱激光。產(chǎn)生激光的裝置稱為激光器。等離子體；發(fā)生電離(無論是部分電離還是完全電離)的氣體稱之為等離子體(或等離子態(tài))。等離子體的獨特行為與固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)截然不同，因此稱之為物質(zhì)第四態(tài)。 電能利用的發(fā)展歷程火力發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成：燃燒系統(tǒng)，汽水系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，電氣系統(tǒng)水力發(fā)電的類型：1流水式水利發(fā)電：大坡度河川上修壩，取水口水借助落差驅(qū)動水輪機2調(diào)整式水利發(fā)電：建設(shè)調(diào)整水庫（溪谷）能夠存儲一天的容量來調(diào)節(jié)發(fā)電3水庫式水力發(fā)電：建設(shè)大型水庫、存儲洪水、豐水，枯水期補給發(fā)電4揚水式水力發(fā)電：用谷期多余電量抽下部水庫水到島上部水庫，峰期發(fā)電；核反應(yīng)堆類型：壓水堆，重水堆，沸水堆，石墨沸水堆，石墨氣冷堆，高溫氣冷堆，快中子增殖堆；；潮汐能發(fā)電：利用海水漲落及其所造成的水位差來推動水輪機，再由水輪機帶動發(fā)電機來發(fā)電，其發(fā)電原理與一般的水力發(fā)電差不多。n n 發(fā)電分類：利用潮汐的動能發(fā)電 利用潮汐的勢能發(fā)電 風(fēng)能發(fā)電風(fēng)能特性：可再生能源；清潔能源；具有統(tǒng)計性規(guī)律；風(fēng)能發(fā)電優(yōu)勢：占地極少；工程建設(shè)周期短；裝機規(guī)模靈活方便；運行簡單；產(chǎn)品質(zhì)量可靠；經(jīng)濟性日益提高。地?zé)崮埽旱責(zé)崮芫褪堑厍騼?nèi)部的熱釋放到地表的能量。形成地?zé)豳Y源的四要素：熱儲層、熱儲體蓋層、熱流體通道、熱源 地?zé)崮艿睦梅绞?燃料電池優(yōu)點：污染極少、噪音?。荒芰D(zhuǎn)換效率高；適應(yīng)能力強，供電質(zhì)量高；占地少，建設(shè)快，構(gòu)造簡單，便于維護保養(yǎng)；燃料廣泛，補充方便；不需要大量的冷卻水，適合于內(nèi)陸及城市地下應(yīng)用；靈活性強，可構(gòu)成不同規(guī)格、功率的電池。燃料電池分類：堿性燃料電池（AFC）磷酸型燃料電池(PAFC)熔融碳酸鹽型燃料電池(MCFC)固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)固體高分子型（對稱質(zhì)子交換膜）燃料電池(PEFC/PEMFC)直接甲醇型燃料電池（DMFC）垃圾發(fā)電3項關(guān)鍵技術(shù)：垃圾焚燒爐的設(shè)計、制造和管理；垃圾的質(zhì)量管理；對焚燒爐溫度和蒸汽產(chǎn)量的控制 變壓器變壓器的最基本形式，包括以電感方式耦合在一起的兩組線圈。當(dāng)一交流電流于其中一組線圈時，于另一組線圈中將感應(yīng)出具有相同頻率的交流電壓，感應(yīng)電壓的大小取決于兩線圈耦合及磁交鏈的程度。用公式表示如下：一次電壓/二次電壓=一次線圈/二次線圈；一次側(cè)的功率=二次側(cè)的功率 斷路器斷路器(英文名稱:circuitbreaker，circuit breaker)是指能夠關(guān)合、承載和開斷正常回路條件下的電流并能關(guān)合、在規(guī)定的時間內(nèi)承載和開斷異?；芈窏l件下的電流的開關(guān)裝置。 電力系統(tǒng)繼電保護電力系統(tǒng)對安全可靠有著非常高的要求，系統(tǒng)中的短路、雷擊、誤操作等故障都可能損壞設(shè)備、不能正常供電而使生產(chǎn)停頓，甚至發(fā)生人員傷亡事故。早期的電力線路中只裝有簡單的熔斷器、避雷器。1930年左右，已研制出多種電磁繼電器及相應(yīng)的保護設(shè)施，繼電保護技術(shù)已趨成熟 引入電子技術(shù)，使用固體電子器件如晶體管、晶閘管整流元件，進而使用計算機技術(shù)，更為電力系統(tǒng)繼電保護技術(shù)的發(fā)展開辟了新的途徑 電力網(wǎng)絡(luò)已成為現(xiàn)代社會生產(chǎn)、人民生活中的主要動力來源。保持這種系統(tǒng)的正常運行，對其進行管理、調(diào)度、監(jiān)控，就形成了包括許多技術(shù)部門的龐大的產(chǎn)業(yè)體系。隨著電能的應(yīng)用日益廣泛，電力的需求不斷增長，許多電廠通過輸電線互相聯(lián)接，形成功率強大、遍及廣大地區(qū)的電力網(wǎng) 社會對電力生產(chǎn)、供給的要求安全可靠：如果電力生產(chǎn)過程、供電設(shè)備發(fā)生故障造成供電中斷，不僅影響用戶正常生產(chǎn)、生活，還可能造成發(fā)電、供電設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞和人身傷害。力求經(jīng)濟：目前，我國電力生產(chǎn)仍以火電為主，如果發(fā)電煤耗平均下降lg/kWh，按2004年的發(fā)電量計算，全年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤200多萬噸。保證質(zhì)量：電能是一種商品，衡量電能的質(zhì)量主要是電網(wǎng)的頻率、電壓。在功率因數(shù)較低或無功功率變化較大的局部地區(qū)，應(yīng)進行無功補償 控制污染：對于一些生產(chǎn)工藝落后而嚴(yán)重污染環(huán)境、高耗能的小型機組予以關(guān)閉，以達到“節(jié)能減排”的目的。：社會公用事業(yè)，技術(shù)密集產(chǎn)業(yè)，資金密集產(chǎn)業(yè)：1平衡性，發(fā)電、用電同時完成且兩者平衡2 瞬時性，開關(guān)一合，電能就以300000km/s的速度送到用戶，發(fā)電、用電瞬間完成 3 功率特殊性，電力系統(tǒng)所特有的無功功率。為保持電網(wǎng)電壓在一定的水平和電網(wǎng)穩(wěn)定，必須保持無功功率的平衡。6．1 電力系統(tǒng)及其組成電力系統(tǒng)的組成：由發(fā)電廠、變電站、輸電網(wǎng)、配電網(wǎng)和電力用戶等環(huán)節(jié)組成的電能生產(chǎn)與利用系統(tǒng)。電力系統(tǒng)的功能：一次能源轉(zhuǎn)化成電能，將電能輸送到負(fù)荷中心，再由配電變電站向用戶供電或直接分配到大用戶，由大用戶的配電裝置為用戶進行供電。電力系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)：電源電力網(wǎng)負(fù)荷中心電力網(wǎng)的功能是將電源出的電壓升高到一定等級后，通過高壓輸電線路將電能輸送到負(fù)荷中心變電站，再降壓至一定等級后，經(jīng)配電線路與用戶相聯(lián)。為確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟地運行，必須在不同層次上按技術(shù)要求配置各類自動控制裝置與通信系統(tǒng)，組成信息與控制子系統(tǒng)。系統(tǒng)運行分為正常運行狀態(tài)與異常運行狀態(tài)。其中，正常狀態(tài)又分為安全狀態(tài)和警戒狀態(tài)；異常狀態(tài)又分為緊急狀態(tài)和恢復(fù)狀態(tài)。電力系統(tǒng)運行包括了所有這些狀態(tài)及其相互間的轉(zhuǎn)移。各種運行狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移需通過不同控制手段來實現(xiàn)。電力系統(tǒng)在保證電能質(zhì)量、實現(xiàn)安全可靠供電的前提下，還應(yīng)實現(xiàn)經(jīng)濟運行。即努力調(diào)整負(fù)荷曲線，提高設(shè)備利用率，合理利用各種動力資源，降低燃料消耗、廠用電和電力網(wǎng)絡(luò)的損耗，以取得最佳經(jīng)濟效益。6．2．1 火力發(fā)電利用煤、石油、天然氣等自然界蘊藏量極其豐富的化石燃料發(fā)電稱為火力發(fā)電。按發(fā)電方式分為：汽輪機發(fā)電，燃?xì)廨啓C發(fā)電，內(nèi)燃機發(fā)電，燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)發(fā)電，火電機組既供電又供熱的“熱電聯(lián)產(chǎn)”火力發(fā)電廠的三大系統(tǒng) 1燃燒系統(tǒng)包括鍋爐的燃燒部分和輸煤，除灰和煙氣排放系統(tǒng)等,燃燒系統(tǒng)的功能是將煤的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成熱能，把鍋爐里的水加熱變?yōu)檎羝?汽水系統(tǒng)：包括鍋爐，汽輪機，凝汽器及給水泵等組成的汽水循環(huán)和水處理系統(tǒng)，冷卻水系統(tǒng)等。3電氣系統(tǒng)：電氣系統(tǒng)包括發(fā)電機，勵磁系統(tǒng)，廠用電系統(tǒng)和升壓變電站等。發(fā)電機的機端電壓和電流隨其容量不同而變化，其電壓一般在10～2