1、电工电子技术的现状与发展【摘要】电工电子技术既是电气工程及其相关学科的基础学科，又可成为边缘学科和交叉学科的生长点。本文结合我国电力工业实际和发展需要，从电工电子技术的基本理论、电气化设备的应用以及电工电子领域出现的新技术等几个方面作了简单的介绍。【关键词】电工电子技术;电气设备;现状;发展电工电子技术是士官职业技术学校电类专业的一门专业基础课程。电工技术和电子技术的发展十分迅速，应用非常广泛，现代一切新的科学技术无不与电有着密切的关系。作为一名从事此类教学的教员，有必要对这一技术的现状和发展作出深入的研究。一、电工电子技术概述电工技术基础理论：电工技术包括电磁能量和信息在产生、传输、控制、应
2、用这一全过中所涉及到的各种手段和活动。作为一门技术，它的内容包括：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。电子技术基础理论：电子技术基础理论属于这一类的分支学科有：电子线路与网络分析、微波、天线、电波传播、测量、电源、显示技术、信号处理、信息论、自动控制原理、可靠性理论等。它们是构成功能性电子系统所需的各种技术手段或基础理论。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
3、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、辐射场的络方法、等离子体的网络
4、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。在人类历史发展的漫长岁月里，技术革命是强大的推动力。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。二、电气设备的现状与发展（一）电气设备的“健康”状况存在
5、差异首先是设备的先天条件不一样，进口设备和国产设备的技术状况不一样;同样是国产设备，不同厂商因技术与管理水平不一样，使其产品质量也不一样;即使是同一厂商，因技术、管理上的差异，其产品质量不同;不同时期、不同批次的产品，其质量也会不一样。因此应当承认设备投运的初始状态是千差万别的。其次，设备的使用环境不一样，不同的环境将对设备运行状况产生不同的影响，这种环境主要有两种：一是设备所处的外部自然环境不一样，尤其是供电设备，大部分暴露在室外自然环境中，因温度、湿度、污染、紫外线、日照等有较大差异，对设备的影响有较大不同;二是设备在电力系统的位置不同，所承受系统运行电压、短路电流和热稳定时间等不尽相同，
6、尤其是故障时系统短路容量差异较大。（二）电气设备的维修制度：定期维修的弊端由于电气设备的初始状况和现场设备的运行状况有很大差异，即现场设备的“健康”状况好坏相差甚大，而定期维修制度几乎无视这些状况的差异，而采用统一的、一刀切的定期维修方式，其最主要的表现在维修结果上，要么维修过剩，要么维修不足。工程的实际情况大多是出现维修过剩，经常出现“小病大治”、“无病亦治”的盲目维修的现象，这种维修过剩的结果，必将出现如下维修的弊端：一些状态良好的设备，因盲目维修而出现故障或潜在故障，维修达不到恢复设备原有的可靠性的作用，而是增加了设备的故障隐患和故障率。目前，定期维修是电气设备停运的主要原因，往往占全部
7、停运时间的 60%以上。在今后的研究方向上，专家们注重状态维修完全替代定期维修的可能性。（三）电气设备的状态检测技术电气设备状态监测为设备的故障诊断和性能评估提供了依据。因此有必要对他们的运行状态进行监测，及时了解和掌握设备的状况，以确保整个电力系统的安全、稳定运行。状态监测是指通过各种测量、检测和分析方法，结合系统运行的历史和现状，对设备的运行状态进行评估，以便了解和掌握设备的运行状况，并且对设备状态进行显示和记录，对异常情况进行处理，并为设备的故障分析诊断、性能评估提供基础数据。近年来我国电气设备制造引进不少国外先进的技术、装备和管理，尤其是 21 世纪以后，新技术、新材料的使用，使得电气
8、系统的装备水平得到较大的改善。因此，电气设备的维修制度和维修方法也要随着形势适当的进行调整，才能提升电气设备的稳定性、降低生产成本，为企业创造出更多的经济利益。三、电子设备的现状与发展2010 年全球半导体制造设备销售总额达到 395.4 亿美元，恢复到历史最高水平。各个地区的设备支出都呈现了两位数甚至三位数百分比的增长，增长最快的是中国大陆和韩国。2010 年中国内地半导体设备市场为 22.4 亿美元，预计 2011 年为 26.4 亿美元。按此增长率推算，到 2015 年，我国半导体设备市场规模将达到 300 亿元人民币。2010 年，全球光伏生产设备销售额比上年增长 40%，达到 104
9、 亿美元，预计 2011 年将达到 124 亿美元，同比增长 24%。从区域市场来看，2010 年中国大陆地区占全球市场 51%的份额，预计未来 5 年还将继续保持这一较高比例。据此，可以判断到 2015 年我国光伏设备将继续保有巨大市场空间。新能源汽车用锂离子动力电池、高性能驱动永磁式同步电机、金属化超薄膜电力电容器等新型电子元器件生产设备将成为我国电子专用设备市场新的增长点。多学科交汇为电子仪器开辟了新的发展空间，物联网技术发展和三网融合对电子仪器提出新的测试需求，预计上述领域的电子仪器以及环境保护测试仪器和医疗电子仪器会面临大发展。四、电工新技术我们已在准备进入 21 世纪。21 世纪，
10、人类期望着进入一个持续协调发展的新时代，我国将以无愧于我们这个伟大民族的新姿态屹立于世界之林。整个进程中，科技的进步与发展有着特别重要的意义。从能源发展看，我国在上半叶还不大可能扭转以煤为主的能源结构，从而在提高煤的利用效率，特别是燃煤发电效率方面还要做出很大的努力。与此同时，还要大力促进核能和可再生能源的应用发展，使之更快地在技术和经济上成熟起来，才能期望得以较快地改变以化石能源为主的能源结构，走上能源、环境与生态持续、协调、稳定发展的道路。在交通运输方面，实现高速度将是主要发展方向，而各种交通运输高速化都必须以电力推进系统的发展做为基础。在能源、交通和其他工业的发展中，电工新技术的发展将起
11、着重要的作用，20 世纪下半叶的一些进展已为此奠定了良好的基础，随着新原理，新技术与新材料的发展，还将出现一些新兴的领域。这里简要展望一下一些可见的重大进展，包括受控核聚变，磁流体发电，太阳能与风力发电，磁浮列车，磁流体船舶推进与超导电工。（一）受控核聚变受控核聚变的实现将为人类提供实际上用之不竭的洁净能源，从根本上解决人类能源，环境与生态的持续协调发展。20 世纪下半叶的巨大努力，已在大型的托卡马克磁约束聚变装置上达到了“点火”条件，证实了聚变反应堆的科学现实性，正在进行聚变试验堆的国际联合的设计研制工作，期望在下世纪能建成、运行试验堆。然后还需要经过示范堆与商用堆两个阶段的展，预期可在下世
12、纪四五十年代建成第一座商用的聚变电站，走向产业化。与裂变反应堆主要依靠核工技术与热工技术的结合而发展起来的历史不同，聚变反应堆的发展主要依赖于核工技术与电工新技术的结合，这里要把大体积、强磁场技术，大能量，脉冲电源技术，辅助加热技术与等离子体控制技术提高到新的水平。除此之外，还要探索利用聚变产生的带电粒子直接发电的可能性。聚变电站的实现也将导致一些新兴的电工产业的形成。（二）磁流体发电磁流体发电是将高温导电燃气与磁场相互作用而将热能直接转化成电能的新型发电方式。由于其初温可高达 3000K，与已有的燃气及蒸汽发电组成联合循环，可望将燃煤电站的热电转换效率提高到 50%以上，具有高效率、低污染、
13、少用水的重大优越性。磁流体发电自 60 年代初原理性实验成功以来，经过 30 年的持续努力，已达到了最高发电功率几万千瓦，持续数百小时的水平。再经过试验电站、示范电站与商用电站几个阶段的发展，可望在 21 世纪二三十年代实现商业化。磁流体发电的发展过程表明，所遇到的困难比原设想的大得多，特别是用于燃煤的长时间可靠发电，这里需要大力发展电工、热工、材料、化工等多方面的新技术，在电工方面要解决电站系统、发电通道、超导磁体、功率调节与逆变等一系列关键技术问题，在现有基础上还要有长足的前进。由于我国属于燃煤为主和电力迅速发展的国家，燃煤磁流体发电的商业化具有特别重大的意义。（三）太阳能与风力发电太阳能
14、与风能是最重要的可再生能源，它们是广泛存在，机会均等，自由索取，最终可依赖的初级能源。近年来，在太阳能与风力发电技术方面取得了可喜的进展，建设投资与电能成本有了大幅度下降，几十万千瓦的太阳热发电站，百万千瓦的大型风力发电场已经接入电网运行多年，千千瓦的光伏发电站已有了示范，使得越来越多的人相信太阳能与风力发电能够在 21 世纪整个电力生产中占有一定的份额。为此，需要继续努力提高效率，降低造价与成本，扶植相应产业的发展，以及解决并网运行的有关技术问题。（四）磁浮列车一部人类社会交通运输发展史，在某种意义上可以说是一部以提高运输速度为主要目标的技术开发史。20 世纪下半叶铁路的电气化使常规轮轨铁路
15、的运营时速提高到了 200 多公里。为了进一步提高时速，发展起来了磁浮列车，它是一种采用磁悬浮，直线电机驱动的新型无轮高速地面交通工具，具有速度高、客运量大、对环境影响小、能耗低、维护便宜、运行安全平稳，无脱轨危险，有很强的爬坡能力等一系列优点。经过几十年的持续努力，磁浮列车已达到 500 公里/时的时速，处于实用化试验阶段，我国的磁浮列车也于几年前投入试运营。在今后，抓紧高速磁浮列车的研究发展，从技术上实行“迎头赶上”的战略，尤显重要。磁浮列车的实现要解决磁悬浮，直线电机驱动，车辆设计与研制、轨道设施、供电系统，列车检测与控制等一系列高、新技术的关键问题，推动着电工新技术登上新的高峰。高速磁
16、浮列车有常导与超导两种技术方案，采用超导的优点是悬浮气隙大，轨道结构简单，造价低，车身轻。随着高温超导的发展与应用，将具有更大的优越性。（五）磁流体船舶推进磁流体船舶推进是一种正在发展的新技术。它利用强磁场与海水中的电流相互作用产生的罗伦兹力，使海水向后喷射，依靠其反作用力推进舰船向前行驶。由于它不用螺旋浆，具有无声、高速的优点，将引起船舶推进技术的重大革命。随着超导强磁场的顺利实现，从 60 年代开始了认真的研究发展工作。90 年代初日本的载人试验船“大和一号”胜利地进行了海上试验，显示了其实现的现实性。再经过一二十年持续的分阶段的努力，可以期望在 21 世纪上半叶达到实用。（六）超导电工实用超导线与超导磁体技术与应用的发展，以及初步产业化的实现无疑是 20 世纪下半叶电工新技术的重大成就。在 21 世纪上半叶，无论是聚变电站、磁流体发电，还是磁浮列车，磁流体推进船的商业化，均将促使超导电工继续长足地向前发展，成为一个重要的电工产业。与此同时，还可期望，随着高临界温度超导体的实用发展，超导输电与超导飞轮储能将得到实际应用，工频超导技术的发展将使超导限流器、超导变压器、超导发电机投入运行，大能量的超导储能得到了示范和推广，超导电力技术成为电力发展的重要支柱。假如那时出现了临界温度达到室温的实用超导体，整个面貌还将大大改观。
