第二章电气工程发展简史电子教案

第二章电气工程发展简史电气科学与工程的发展简史时间典型事件及意义代表人物公元前七世纪发现磁石管子(中国)thale(泰勒斯希腊)公元前二世纪静电吸引西汉初年1600年《论磁石》论述磁并导入“电”electricWilliamGilbert(吉尔伯特)1745年莱顿瓶电容器的原形，存贮电Pietervanmusschenbrock

(穆欣布罗克荷兰莱顿)

EwaldGeorgVonKleit

(克莱斯特德国)2电气工程导论电气科学与工程的发展简史吉尔伯特和他的著作《论磁石》3电气工程导论电气科学与工程的发展简史带有莱顿瓶的起电机4电气工程导论电气科学与工程的发展简史时间典型事件及意义代表人物1747年电荷守恒定律BenjamimFranktin(夫兰克林美国)1754年避雷针ProcopiusDirisch

(狄维施)1785年库仑定律—电磁学进入科学行列CharlesAugustedeCoulom

(库仑法国)5电气工程导论电气科学与工程的发展简史库仑和他发明的扭力天平库仑定律6电气工程导论电气科学与工程的发展简史时间典型事件及意义代表人物1799年发明电池

提供较长时间的电流AlessandroGrafVolta

(伏特意大利)1820年电流的磁效应（电产生磁）

安培分子电流说

毕奥-萨伐尔定律HansChanstanOersted(奥斯特)

AndreMarieAmpere(安培)

Jean-BaptuteBiot,FelixSavart

(毕奥，萨伐尔)7电气工程导论电气科学与工程的发展简史伏特与伏打电池8电气工程导论电气科学与工程的发展简史安培与他的实验装置安培定律9电气工程导论电气科学与工程的发展简史时间典型事件及意义代表人物1826年欧姆定律GeorgSimonohm(欧姆)1831年电磁感应现象

（磁产生电）MichaelFaraday

(法拉第英国)1834年楞次定律楞次10电气工程导论电气科学与工程的发展简史欧姆与他的实验装置欧姆定律11电气工程导论电气科学与工程的发展简史法拉第与最早的发电机——法拉第盘法拉第电磁感应定律12电气工程导论电气科学与工程的发展简史时间典型事件及意义代表人物1832年第一台实用的直流发电机HippolytePixii（皮克斯，法国）1834年第一台实用的电动机

MoritzHermannVonJaccobi

(雅可比，德籍俄国)1866年第一台自激式发电机

ErnstWernerVonSiemens

(西门子，德国)13电气工程导论电气科学与工程的发展简史皮克斯发明的直流发电机14电气工程导论电气科学与工程的发展简史雅可比发明的世界上第一台电动机模型（左）与实用电动机（右，复制品）15电气工程导论电气科学与工程的发展简史西门子与他的自激式发电机16电气工程导论电气科学与工程的发展简史时间典型事件及意义代表人物1873年麦克斯韦方程组

建立了电磁学理论，

预言了电磁波Maxwell(麦克斯韦，英国)1879年电灯泡的发明

Edison(爱迪生美国)1896年光速公式HendrikAnoenLorentz

(洛仑兹)17电气工程导论电气科学与工程的发展简史麦克斯韦与他所著的《电磁通论》麦克斯韦方程18电气工程导论电气科学与工程的发展简史电弧灯（左）与爱迪生发明的白炽灯19电气工程导论3.1电工技术的初期发展

3.1.1人类近代的技术革命第一次技术革命（始于18世纪下半叶）

基础：牛顿力学主要标志：蒸汽机应用：机器制造、采矿、铁路、冶金、纺织第二次技术革命（始于19世纪下半叶）

基础：电磁学原理、电路原理、化工原理、力学等

主要标志：电力、钢铁、化工；汽车、飞机、通讯20电气工程导论应用：电气工程、电子信息、通信、自动控制化工、钢铁等领域

基础：电子技术、信息理论、系统理论、控制理论主要标志：原子能利用、电子管、半导体、集成电路第三次技术革命（始于20世纪中叶）

应用：电气工程、电子信息、通信、自动控制、计算机技术、家用电器、医疗设备、化工等领域。21电气工程导论3.1.2

电工技术的初期发展

1831年，法拉第发现电磁感应原理，奠定了发电机的理论基础。科学的发现，引起了技术的发明。

1866年，德国物理学家西门子发明了励磁电机，并预见：电力技术很有发展前途，它将会开创一个新纪元。西门子生于汉诺威的累尔特。

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。

22电气工程导论1879年10月，美国发明家爱迪生（ThomasAlvaEdison，1847~1931）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。23电气工程导论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（GeorgeWistinghouse，1846~1914）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。24电气工程导论威斯汀豪自1870年代就开始研究电机。1885年，他购置了法国高拉德（1850～1888）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。25电气工程导论美籍南斯拉夫电气工程师特斯拉（NikolaTesla，1856~1943）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企业。

26电气工程导论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Q＝CU。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Φ＝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。27电气工程导论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。28电气工程导论德国出生的美籍电气工程师施泰因梅茨（C.P.Steinmetz,1865—1923）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。29电气工程导论3.2.2

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。30电气工程导论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。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。

31电气工程导论3.2.3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。32电气工程导论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。33电气工程导论

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34电气工程导论

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35电气工程导论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。

36电气工程导论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。

37电气工程导论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

１、洁净煤技术先进燃烧和污染处理技术煤的气化与液化

２、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38电气工程导论

３、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

４、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

39电气工程导论3.3.5

激光技术

激光器的发明是20世纪科学技术的一项重大成就。它一问世，就获得了异乎寻常的飞快发展，激光的发展不仅使古老的光学科学和光学技术获得了新生，而且导致整个一门新兴产业的出现。激光器的发明不仅是光学发展史上的伟大里程碑，而且是整个科技史上的一个伟大里程碑。激光技术在现代社会中正在发挥越来越大的作用。现代激光技术已经广泛应用于加工、精密测量、通讯、信息处理、医学、军事和科学技术研究等领域……

40电气工程导论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。

41电气工程导论3.4.120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。42电气工程导论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3.4.2.1

能源、电力43电气工程导论磁浮列车磁流体推进船电动车3.4.2.2

交通运输44电气工程导论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