1107044445 孙凯伦电工发展史中的创新思维资料.docx

1、1107044445 孙凯伦 电工发展史中的创新思维资料 学校代码 10722 学 号 1107044445 分 类 号 密 级 公 开 本科毕业论文（设计）题 目 电工发展史中的创新思维 （中、英文) Electrician history of innovative thinking 作 者 姓 名 孙凯伦 专 业 名 称 电气工程及其自动化 学 科 门 类 理工 指 导 老 师 牛超英 提交论文日期 二0一五年五月 成绩等级评定 摘 要本文通过阐述电能与人类社会生产之间的重要关系，来说明电力工业技术发展对促进科学技术的发展进步和对人类生活改变有着不可替代的积极作用，而电力工业技术的发展离

2、不开创新思维的应用。现在一系列的电工技术新产品已经走进了人类的生活中，为人们生产和生活提高了极大地便利。还有一些新的技术概念已被提出，有待进一步的研究试验。本文前半部分对电工业的初期发展历史做了简单介绍，并提到其中的一些创新技术。后半部分则着重介绍了二十世纪下半页和二十一世纪上半页与电力工业发展有关的创新技术，一些新思路新想法产生的科研成果逐步投入实践和应用，最后总结了电力工业发展的迅速与创新思维创新技术的关系。可以说电力工业发展离不开创新，经济社会的发展离不开电工行业的创新。创新，改变人类生活。关键词：电工；发展史；创新思维；创新技术AbstractThis paper describes

3、the important relationship between energy production and human society, and to illustrate the power industry and technology to promote the development of scientific and technological progress and changes in human life plays an irreplaceable positive role, and industrial technology development is ins

4、eparable from the power of innovative thinking applications. Now a series of electrical technology and new products have entered the human life, for the peoples production and life improved greatly facilitated. There are some new technical concepts have been proposed, pending further research trials

5、. The first half of this paper, the early history of the development of power industry made a brief introduction, and mentioned some of the innovations. Secondly highlighted the half-page and half-page on the twenty-first century, and the electric power industry development-related innovations of th

6、e twentieth century, some new ideas to generate new ideas and research results into practice step by step application and, finally, the power industry the rapid development of relations between innovative technology and creative thinking. You can say that the power industry can not develop without i

7、nnovation, economic and social development is inseparable from the electrical industry innovation. Innovation and change human life.Keywords: Electrician; History; Innovation; Innovative thinking目 录1前言 11.1电能的应用及其与生产发展的关系 11.2电工新技术发展的必要性 12 电工发展史概述 12.1电磁现象的发现 12.2电池的发明和创新 22.3电力工业技术发展初期概括 22.4电力工业系

8、统的发展和创新 22.4.1发电 22.4.2输电 43 20世纪下半叶的创新技术 43.1新原理、新理论 43.2新材料 53.3新技术 64 21世纪上半叶的创新思维 74.1受控核聚变 74.2磁流体发电 84.3 太阳能、风力发电和核电 84.4磁浮列车 94.5磁流体推进器 94.6超导电工 105 总结 10参考文献 11致 谢 131 前言 1.1电能的应用及其与生产发展的关系电能是人类生活生产中不可或缺的重要能源，电工学又是研究电能在技术领域中应用的基础。现代一切新的科学技术的发展无不与电有着密切的关系。电能的应用，在生产技术上的创新具有划时代的意义。现代工农制造业以及人类生活

9、生产中，电力能源作为不可替代的主要动力来源，发挥着至关重要的作用。电能之所以被如此广泛的应用，归结于它具有其他能源无可替代的优越性。电能的优越性主要表现在下列三个方面： （1）便于转换 电能可以从水能热能原子能化学能及光能等转换而得。 （2）便于输送 电能可以很简单的被输送到远方，而且输电设备要求简单，具有较高的输电效率。 （3）便于控制 利用电能达到高度自动化。 所以，电能的应用对劳动生产率的提高和社会生产力的发展起着巨大作用。1.2电工新技术发展的必要性 电能可以改变人们的生活，从电能最初开始应用到现在经历了一系列革新。老一辈为人类社会作出贡献的科学家在电力工业发展过程中的创新精神值得我们

10、借鉴和学习。比如说技术落后的燃煤火力发电为我国电力发展的特点。煤耗高产能低，对于环境的危害也比较大。我国能源资源的增长不能满足电力发展要求，所以必须进行发电技术的创新和突破，保证发电技术的高效和低污染。电能的远距离传输还不尽如人意，今年两会上代表提出的超高压输电可以解决远距离输电的难题等等。所以说创新是让我们人类社会进步发展的必要条件。2 电工发展史概述2.1电磁现象的发现人类从自然界的闪电和天然磁石上发现的电磁现象。古代中国和希腊的文献中都有关于摩擦琥珀吸引细微物体和天然磁石吸铁现象的记载。欧美在电磁学这一领域的研究处于世界前列。富兰克林的风筝实验证明了闪电是放点过程，并发明了避雷针。法拉第

11、发表了著名的电磁感应定律，并在此定律的基础上发明出圆盘发电机作为发电机的雏形。 2.2电池的发明和创新 电能被发现后遇到的首要问题是无法储存利用，伏打受到伽伐尼青蛙实验的启发，用两种不同金属中间加以导电物质隔开，用导线连接而制成伏打电池。至此电能开始被利用进人们的生活。丹尼尔制作的锌铜电池解决了电池的极化问题。但这些电池都存在使用时间越长电压下降的问题，普朗特用铅作电极发明的蓄电池可以充电反复利用则很好地解决了这一问题，而蓄电池也被利用到汽车作为车载电池。目前最新的电池技术应该是纳米晶太阳能电池，这种电池具有低成本、工艺简单以及性能稳定等特点。此类电池的研究和开发刚刚起步，后面会陆续进入市场。

12、 2.3电力工业技术发展初期概括 电力工业主要包括发电、输电、变电、配电、用电以及连接这五个环节的电力系统，还包括电力科学技术和电力设备制造等。 1875年，巴黎北火车站建成世界上第一座火电厂,为附近照明供电1。1879年，美国旧金山实验电厂开始发电。1882年，美国建成纽约珍珠街电厂,这是世界上第一座较正规的电厂。在此前后，世界各国陆续建成几座容量为千千瓦级的电厂。1881年在英国的戈德尔明建成世界上第一座水电站。进入90年代，水电站的规模发展到万千瓦级以至十万千瓦级。20世纪初，为适应电力工业发展的需要，电工制造业生产出万千瓦级的机组，进入20年代电力工业已发展到初具规模，电力工业已作为一

13、个独立的工业部门，进入人类的生产活动领域。 2.4电力工业系统的发展和创新电能的生产与使用可以说是同步完成的，一边发电，一边就使用。发电、输电、变电、配电、用电各环节相互联系，缺一不可，组成一个完整的发电用电系统2。电力系统的五个环节经过百年发展也不断涌现出技术革新。2.4.1发电 最早的火力发电方式直到如今仍然是我国乃至世界大部分国家主要发电方式。火力发电具有成本低、运行稳定等优点。缺点是能源利用率低，需要大量煤炭资源，对环境的污染较严重。为此科学家致力于开发核电技术和新能源发电技术。核裂变或核聚变反应时放出的巨大能量可以用来制造核武器，那同样可以把这股能量转换成电能来利用。受控核聚变的发展

14、利用可以提供取之不尽的清洁能源，核电在安全的管理下可以说对环境几乎无污染，而且燃料利用极少。太阳能是太阳中氢原子聚变时放出的巨大能量，每天照射地球超过十二个小时，人类日常生活使用的石油天然气等也都是由太阳能转化而来，为什么不直接将太阳能收集转换成电能加以利用呢？这就成为科学家们创新的思路，太阳能电池板应运而生。随后便出现风力发电、地热发电等。2.4.2输电 输电技术的进步主要表现在输电电压等级的不断提高，这对电力系统的绝缘强度要求很高。以我国为例，我国国土面积辽阔，发电能源和用电负荷的分布极不平衡。东部沿海经济发达用电量大负荷重，但是资源匮乏；西部地区经济较为落后，用电负荷小，但是能源丰富。要

15、实现西电东送主要是要实现输电技术的进步，特高压输电不失为一个好方法。特高压输电是指电压达到800千伏的特高压直流电流，不仅输送容量大、损耗小、输送距离远而且提高输电通道的利用率。这项技术在两会上被提出估计未来十年内可以实现。 输电技术的另一个创新是无线输电技术。特斯拉根据光具有波粒二象性，既然光可以无线远距离传输，电磁波具有波的性质，那么也可能实现无线传输。1889年，特斯拉发明了无线输电技术 3 20世纪下半叶的创新技术发展电工新技术，要借鉴对电工技术发展作出贡献的科学家们大胆创新的精神，与此同时，要密切注视新原理、新技术、新材料的出现，及时抓住苗头，不断开辟新的方向与领域。 3.1新原理、

16、新理论气体放电是指气体中流通电流的各种形式。电磁波既然可以在空气中传播，那么空气就可以充当气态绝缘介质，而且空气是最廉价、应用最广、自动恢复绝缘的气体。通过对气体放电的研究生产出了气体放电灯等一系列气体放电产品。这类产品具有绝缘电阻很大、寄生电容很小、浪涌防护能力强等特点。等离子体物理学与电磁流体力学 ：与人类能源、电力、交通及其他工业发展的需要相结合，开创并推进着受控核聚变3。直线电机 ：促进着磁浮列车，磁流体推进船成为国家计划3。图1 新原理、新理论 3.2新材料超导 ：脉冲超导磁体技术 ，超导加速器与超导核聚变装置，超导核磁共振谱仪与磁成像装置，工频超导线 ，高临界温度超导体4。 新型永

17、磁材料 ：钕铁硼材料 ，永磁电机、永磁磁体技术。半导体 ：电力电子器件与光电器件。 图2 新材料3.3新技术电力电子：促进大功率整流、逆变、变频设备 的革新。数控电子专用设备：促进整个电力系统到各种装备的自动控制 的革新。电工装备与CAD：使整个电工制造业的设计上了新台阶。 电磁场的数值计算：解决了复杂分析与精密实验的难题。图3新技术4 21世纪上半叶的创新思维从能源发展趋势看，我国在本世纪上半叶仍然会以煤炭作为能源结构的主体，因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，在核能发电和可再生能源发电的领域中需加大投入力度，使其能更快地在技术和产业规模上成熟起来，

18、才能改变我国以煤炭等化石能源为主体的能源结构，走上能源的可持续发展和生态文明建设的科学发展道路。在交通运输方面，各种交通运输的高速化都必须以电力推进系统的发展做为基础。电工新技术的发展将起着重要的作用，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。 4.1受控核聚变 图片来源：搜狗百科 受控核聚变技术若发展成熟，将为人类提供几乎是取之不尽的清洁能源。与裂变反应不同，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，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，还要探索利用聚变产生的带电粒子直接发电的可能性5。20世纪下半叶：证实了聚

19、变反应堆的科学现实性 下世纪初 ：期望能能建成、运行试验堆 下世纪四五十年 ：预期建成第一座商用的聚变电站，走向产业化 ，将导致一些新兴的电工产业的形成。 4.2磁流体发电磁流体发电是将一些气体具有的高温导电的性质，与带电磁场进行相互作用而将高温气体中的热能转换成可用电能的新型发电模式 。其具有很高的初始温度，大大提高了传统的化石燃料发电站的电能转换率。此方式具有高利用率、环保、低能耗的优越性。现阶段磁流体发电的发电功率能达到上万千万且发电持续时间长。所以，重点发展电热工、材料化学工程等各个方向的新技术，能改变当前电力工业生产中落后的生产方式，形成可持续发展能源战略。 4.3 太阳能、风力发电

20、和核电太阳能与风能可以说是最简单同时又是最重要的可再生能源，它们是真正意义上的取之不尽用之不竭的能源，若能加以大力利用，可以最大程度上降低经济生产中对化石燃料发电的依赖。核能发电虽然理论上是取之不尽的，但现在核电技术发展不成熟存在一定的不安全因素，不过可以相信一些技术难题在不久的将来可以攻破，使核电的不安全因素降到最低。1太阳能发电技术 太阳能是目前最简单也是重要的可再生能源。太阳能发电是这些年来加大力度发展的新型发电方式，对太阳能的利用和太阳能产业规模在近些年来得到了大力发展，在太阳能发电方面的大力投资是其成为传统发电产业模式后重要的模式之一。太阳能发电在整个电能发展行业中占有重要的位置。成

21、批光伏发电站的建成将会给资源比较匮乏的地区带来重要能源补充。2风能发电技术 风能是一种清洁且低成本的能源，它是一种广泛存在并且可最终依赖的可再生能源，所以风能发电成为世界上发展最迅速的发电方式。我国的风能发电技术发展的主要支柱就是技术以及政策和投资。在新时期的技术背景下，风力发电技术一定会得到更加快速的发展，为我国的经济建设以及能源利用提供更好的途径。 3核能发电技术 受控核聚变发电技术的发展以及利用可以提供取之不竭的清洁能源，从根源上解决经济与能源和环境的协调发展问题。核聚变具有极为重要的科学现实性，它依靠核工业技术以及电工新技术的结合，为能源的利用提供更加便利的方式，核聚变电站的建立还可以

22、促进新兴电工产业的发展。4.4磁浮列车 列车运行要收到与铁轨的摩擦力，克服这个摩擦力可以是列车运行速率大大提高。通过对电磁极同极相斥原理的理解基础上科学家提出了磁悬浮列车的大胆设想并实现生产。磁悬浮列车是一种靠磁体间的斥力和吸引力来产生动力的列车。由于其轨道的磁力使列车能悬浮于空中而不与地面接触，则不受到地面摩擦阻力，只收到了一个空气阻力，极大的提高了列车运行速度，磁悬浮列车的速度可以达到400多公里每小时。由于磁铁有同极相斥异极相吸两种形式，所以磁悬浮列车也有两种相应的形式：一种是利用磁铁同极相互排斥的原理而设计的电磁运行系统的磁悬浮列车，它利用车上超导体电磁铁形成的磁场与轨道上线圈形成的磁

23、场之间所产生的相斥力，使车体悬浮运行的铁路；另一种则是利用磁铁异名磁极相互吸引原理而设计的电动力运行系统的磁悬浮列车，它是在车体底部及两侧倒转向上的顶部安装磁铁，在导轨的上方和伸臂部分下方分别设反作用板和感应钢板，控制电磁铁的电流，使电磁铁和导轨间保持15毫米左右的间隙，并使导轨钢板的排斥力与车辆的重力平衡，从而使车体悬浮于车道的导轨面上运行6。 4.5磁流体推进器磁流体推进器是在贯通海水的通道中建一个磁场，利用海水导电的性质，这个磁场能对海水产生电磁力作用，是海水在通道中运动来推进船舶的前进与后退7。与传统的动力推进方式比较，磁流体推进器的优势在于，其动力使用电磁力，不需要螺旋桨等靠机械力推

24、动的装置，因此没有机械噪音8。这种推进装置很适合潜艇的使用，可以从根本上解决潜艇因传统动力推进产生的机械振动、噪音，使其能在绝对安静的状态下保持高速航行，而这是任何传统的机械推动装置所不能达到的。 4.6超导电工可控核聚变电站、磁流体发电、磁浮列车和磁流体推进船的技术日趋成熟，并逐渐商业化，将推进超导电工技术不断向前发展9，成为电工领域一个重要的版块并且在可预见的未来这些新的技术将会成为电工行业的主流应用技术。超导现象源于卡末林昂内斯的一次意外发现。将汞冷却到-268.98时，汞的电阻突然消失；后来他又用其他一些金属和合金进行类似实验均发现它们在极低温度时，电阻都会消失。它们的这样特殊的导电性

25、能，卡末林昂内斯称之为超导态10。 超导材料和超导技术有着广阔的应用前景。超导现象中的迈斯纳效应使人们可以用此原理制造超导列车和超导船，由于这些交通工具将在悬浮无摩擦状态下运行，这将大大提高它们的速度和安静性，并很大程度上减少机械磨损。超导列车已于成功地进行了载人可行性试验。超导船已下水试航，目前尚在研究阶段。利用超导材料制造交通工具在技术上还不够成熟，还需要攻克一道又一道难题，但它必将会引起交通工具发展创新的一次革命浪潮。 超高压输电有高损耗的缺点，超导体的利用则可以很好地解决这个问题，从最大程度上减少输电过程中的损耗。但由于临界温度较高的超导体还有技术难关没有攻破，从而限制了超导输电的采用

26、。随着技术的发展，新超导材料的不断涌现，超导输电希望能在不久的将来得以实现11。伴随高临界温度超导体技术的的逐渐成熟和投入应用，基于此技术的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 12。5 总结总体来看，电工行业的发展迅猛，越来越多的电工新技术被应用到经济生产和人们日常生活中。各种电工电子新产品层出不穷且更新换代速度快，这足以说明电工行业效益增长速度与产销增长速度同步，一些受欢迎的产品供不应求，新产品开发势头正猛，产品结构调整继续向好的方向发展，吞吐量持续增长，显示出行业国际竞争力不断提高。电力工业行业发展有着不错的前景和市场。

27、其主要因有：制造业的发展仍持续高速度的增长并将在未来一段时间内保持这个增长速度，而生产力发展与电力工业发展有着比密不可分的关系：电工行业发展带动制造业发展；制造业发展促使电工行业发展新技术。可持续发展战略将促进电力行业对其传统的电力生产模式进行改造，大力发展新能源发电将成为重中之重，这为电工制造业的发展注入了鲜活的能量；新产品产值将继续保持超高速的增长，发电设备的设计与制造越来越考虑到环保、高利用率和节能减排等因素，这样的产品市场前景乐观；特高压输变电已经提上日程，其中的关键性的技术和设备制造已经取得重要进展。因此，了解并研究电工发展史将对电工的未来发展趋势大有裨益，同时，通过电工发展史也能跟

28、好的了解创新思维在其中的应用。电工技术的发展和创新有着促进经济发展、改变人类生活的重要意义。电工技术一步步发展到今天离不开老一辈科学家们大胆的创新思维。一些重要的技术创新从被提出设想到试验品的产生需要几十年，从试验品到技术成熟最后应用又要经历几十年和几代具有创新精神的人的不断努力。所以创新，是推动我们社会 进步的必要条件。技术的革新带来的是人类社会的进步和可持续发展的资源战略进步。同时，对于电工技术产生的原理创新、技术创新和材料创新要给予密切关注，从其一经提出就加大研究力度，敢于开拓思维，在其基础上更近一步创新，也许有意外的收获，不断创造新的方向和新的技术领域，科学技术发展和人类社会的进步会深

29、深得益于此。创新，改变生活。 参考文献1 梁宜.世界电力工业的发展规模及动向J.水利电力科技,2002,28(2):22-232 舒志毅.电力工业改革趋势J.华北电力大学学报,2000,32(1):11-153 严陆光.电工新技术的发展与展望J.科技导报1995,19(7)56-584 高大明,武松涛.大型超导磁体技术J.低温物理学报2005,(27)115 谭晗.电工电子技术的现状与发展J.电子世界2014，（16）6-76 何伟岩.高科技知识引入课堂的探索与实践J新校园：理论版2012，（2）12-137 王建峰.从课程目标谈教学方式转J变物理教学2014,36（1）9-108 王海涛.两

30、栖车辆与磁流体推进器的研究J机械研究与应用2008,21（6）20-219 秦谊纶.我国电机工程技术领域发展前景J吉林电力技术1995，（4）3010 黄戬.关于我国采用超导输电的研究J科技创新导报2009，（23）1711 曹重光.超导及其在工业领域中的应用J江西电力职工大学学报2001,(14)1012 曹邦.低温超导？零电阻？高温超导J今日科苑2004，（11）5-7致 谢通过对这次毕业论文（设计）的完成，我深刻理解到创新思维对于电工研究的重要性，以及基于对人类社会进步的促进作用，同时也增强了我发现问题、分析问题以及解决问题的能力，培养了一定的思维与总结的能力，对于整个大学四年的学习生活也有了深刻的体会。感谢在毕业论文（设计）的完成过程中牛老师和院系的几位老师以及同学们的大力帮助，在此我特别向论文指导老师牛超英老师的悉心教导和指导工作表示诚挚的感谢。