轉(zhuǎn)載自《建筑電氣設(shè)計(jì)與施工》唐海著，建筑工業(yè)出版社
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個(gè)人認(rèn)為值得一看,所以轉(zhuǎn)載過來

1.1電氣技術(shù)的發(fā)展
1.1.1電磁現(xiàn)象
自然界的電閃雷鳴很早就引起了人們的注意。在我國(guó)商代(公元前16～公元前11世紀(jì))的甲骨文中就出現(xiàn)了“雷”字，它是按照古人造字的象形原則，字的上半部分象形雨點(diǎn)，下部分象形車輪，以代表隆隆的聲音�！啊弊殖霈F(xiàn)在周朝(公元前1100～公元前771年)的青銅器上。字的上半部分代表雨點(diǎn)，下半部分代表閃電。英文中電字electricity是16世紀(jì)由William·Gibert(威廉姆·吉爾伯特1544～1603年)提出，他是從希臘文字中的琥珀(ηλεκτρον)引申出來的，因?yàn)檫@時(shí)知道摩擦琥珀可以生電。
中國(guó)古代人們對(duì)雷電的觀察十分細(xì)致，在《易經(jīng)》中多次記載著雷電現(xiàn)象，如“雷在天上”、“澤上有雷”、“雷出地”等等。雷電給人以深刻的印象，還可以從一些諺語中看到，如雷霆萬鈞、迅雷不及掩耳、風(fēng)馳電掣等。在中國(guó)，人們認(rèn)為有雷公電母這些神仙用雷電作為懲罰壞人的武器。歐洲斯堪的那維亞半島人相信雷電是雷神(Thor)的錘子在敲打，希臘人則認(rèn)為是宙斯(Zeus)發(fā)怒時(shí)的吼聲和射出的箭。
雷電現(xiàn)象是自然界所固有的，人們能夠控制并重復(fù)實(shí)現(xiàn)的電學(xué)現(xiàn)象是摩擦琥珀后使它可以吸引紙屑等微小物體。中國(guó)漢代的王充(27～107年)在其著作《論衡》中寫道：“夫雷，火也。……陰陽分事則相校軫，校軫則激射，激射為毒，中人則死，中木木折，中屋屋毀。”文中的意思是說當(dāng)兩種因素分離的時(shí)候，有相互的作用力。這種作用是很激烈的，產(chǎn)生的火焰能使人死、樹折、屋毀。
戰(zhàn)國(guó)時(shí)期呂不韋(?～公元前225)所著《呂氏春秋》卷九中記載：“慈石召鐵，或引之也�！卑磳W(xué)者高誘的注釋，作者認(rèn)為磁石和鐵是母子關(guān)系，因?yàn)殍F是從磁鐵石中提煉出來的，兩者的作用如母親召喚兒子。這種將自然現(xiàn)象擬人化的現(xiàn)象在古代是很常見的。書中磁鐵的磁直接運(yùn)用了慈愛的慈，還特意在注釋中說明不慈的鐵礦石就不能吸鐵。
天上的雷電和琥珀摩擦似乎是毫不相干的事情，就力量的大小而言，一個(gè)驚天動(dòng)地，一個(gè)微不足道，從現(xiàn)象上人們很難認(rèn)為這是同一屬性的東西。直到18世紀(jì)富蘭克林(Benjamin. Francklin 1706～1790)成功進(jìn)行了著名的風(fēng)箏試驗(yàn)，而另外一位科學(xué)家里希曼(G.W.Richmann 1711～1753)則在相似的雷電試驗(yàn)中犧牲。
科學(xué)家們所探索的電給我們今天的生活帶來了巨大的實(shí)惠，也給我們建筑電氣設(shè)計(jì)提供了最初的基石。

1.1.2電力照明的發(fā)展
1802年俄國(guó)學(xué)者彼德羅夫(1761～1834)用伏打電堆研究放電現(xiàn)象。為了提高電壓不斷增加伏達(dá)電堆單元，最后做成了2100個(gè)單元的伏打電堆。電壓達(dá)到1700V，能提供的電流約0.2A，電堆聯(lián)結(jié)起來的總長(zhǎng)度達(dá)13m！彼德羅夫用這個(gè)裝置成功地實(shí)現(xiàn)了放電，同時(shí)看到放電的火花不是轉(zhuǎn)瞬即逝，而是成為持續(xù)的電弧，產(chǎn)生耀眼的白光并產(chǎn)生可使導(dǎo)線熔化的高溫。若改用兩個(gè)炭棒為電極，并保持一定的電壓，電流就可以形成穩(wěn)定的電弧。他預(yù)感到發(fā)現(xiàn)電弧的重大意義：“電弧的光將使黑暗變成一片光明”，他還指出電弧可以使各種金屬很快熔化，將在冶金中得到應(yīng)用。
1840年，英國(guó)科學(xué)家格羅夫(William Robert Grove1811～1896)進(jìn)行了一個(gè)實(shí)驗(yàn)。對(duì)玻璃罩內(nèi)的白金絲通以電流，當(dāng)電流足夠大時(shí)，鉑絲達(dá)到熾熱而發(fā)光。但是只能維持幾個(gè)小時(shí)鉑絲就燒毀了。雖然還不切實(shí)用，最早的白熾燈就這樣出現(xiàn)了。
1844年，法國(guó)物理學(xué)家佛庫特(JeanBernardLeonFoucault1819～1868)制成以木炭為電極的弧光燈，用于顯微鏡的照明。但因炭電極消耗很快，僅能維持短時(shí)間使用。1854年在美國(guó)的德國(guó)人戈培爾(HeinrichGobel1818～1893)用炭化竹絲密封在玻璃泡內(nèi)制成的電燈泡，成本比較低，不過使用時(shí)間仍然不長(zhǎng)。
1876年，俄國(guó)出現(xiàn)了街道及家庭的電力照明，雅布羅奇可夫(1847～1894)采用高嶺土調(diào)以鎂粉的涂片代替燈絲。這種涂片在常溫下并不導(dǎo)電，開始時(shí)玻璃管中先產(chǎn)生了氣體放電，放電產(chǎn)生的熱量對(duì)涂片加熱使之導(dǎo)電并發(fā)光。
美國(guó)的發(fā)明家托馬斯·愛迪生研究燈泡的故事幾乎是家喻戶曉，他努力收集前人研究資料，并紀(jì)錄了4萬頁的筆記。他認(rèn)為白熾燈構(gòu)造簡(jiǎn)單易于使用，比電弧燈更有前途，關(guān)鍵在于用什么材料才能延長(zhǎng)燈絲的壽命。在兩年的時(shí)間內(nèi)，他試驗(yàn)了1600多種材料，包括各種金屬、木材、石墨、稻草、亞麻、馬鬃，甚至連他朋友的胡須也用來進(jìn)行了試驗(yàn)，都遭到了失敗。在許多人對(duì)他譏笑的時(shí)候，愛迪生仍然堅(jiān)韌不拔地探索，終于在1879年10月21日用棉紗為原料，經(jīng)過炭化處理作為燈絲，并將玻璃泡抽真空再行密封。他終于成功了，燈泡連續(xù)點(diǎn)燃達(dá)45小時(shí)。他并沒有就此停步，又試驗(yàn)了各地所產(chǎn)的6000多種植物纖維，后來選中了日本產(chǎn)的竹絲為原料，電燈泡的壽命可達(dá)數(shù)百或上千小時(shí)，1879年取得美國(guó)專利。1882年投入成批生產(chǎn)耐用的炭絲燈泡。與此同時(shí)，英國(guó)的J.W.斯旺也成功地制出耐用的炭絲燈泡，因此產(chǎn)生了發(fā)明權(quán)的爭(zhēng)執(zhí)。后來斯旺也與愛迪生組成聯(lián)合公司解決了爭(zhēng)端。炭絲白熾燈逐漸被人們普遍采用。1905年以后，由于冶金技術(shù)的進(jìn)步，才發(fā)展鎢絲燈泡。
白熾燈泡構(gòu)造看起來簡(jiǎn)單，原理也并不復(fù)雜，但是從開始研制到實(shí)用經(jīng)過了幾十年的時(shí)間和許多人的努力。白熾燈一直沿用至今，看起來短時(shí)間也不會(huì)被淘汰。但是，最新的理論認(rèn)為：白熾燈的效率太低(電能3％轉(zhuǎn)換為光能，其余97％轉(zhuǎn)換為熱能)，不符合“綠色照明”的要求。無論怎樣說，以白熾燈為標(biāo)志的電力照明的出現(xiàn)，其社會(huì)影響十分巨大，為紀(jì)念這個(gè)偉大的發(fā)明，美國(guó)的某個(gè)大城市曾經(jīng)在用電高峰的夜晚停電幾分鐘進(jìn)行悼念愛迪生誕辰100周年。

世界第四次生產(chǎn)力高潮——電力技術(shù)革命

世界第四次生產(chǎn)力高潮，也是第四次科學(xué)技術(shù)中心的轉(zhuǎn)移，大致發(fā)生在中國(guó)清朝光緒到中華民國(guó)這段時(shí)間，即世界興起電力技術(shù)革命的1879年到l 930年。這個(gè)時(shí)期，世界科學(xué)技術(shù)中心由歐洲轉(zhuǎn)移到美國(guó)，美國(guó)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化，成為世界第一經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國(guó)。
1． 學(xué)會(huì)“站在巨人肩膀上”
就在英國(guó)發(fā)動(dòng)產(chǎn)業(yè)革命的時(shí)候，大批英國(guó)失業(yè)工人來到美國(guó)。1848—1849年歐洲革命失敗后，又有大批法國(guó)人、德國(guó)人、奧地利人，以及意大利人、俄羅斯人移居美國(guó)（1860年，160萬歐洲移民進(jìn)入美國(guó)，1875年達(dá)到260萬，其中包括工人和知識(shí)分子，他們把歐洲的科學(xué)技術(shù)帶到美國(guó)。后來成為歐美天然的信息渠道。）這成為美國(guó)引進(jìn)技術(shù)、發(fā)展工業(yè)和掃除南方封建奴隸勢(shì)力的突擊力量。

南北戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束，美國(guó)發(fā)動(dòng)—廠產(chǎn)業(yè)革命，繼承英、德實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的經(jīng)驗(yàn)，發(fā)展一批先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。

(1)鐵路電訊先行 1865年結(jié)束南北戰(zhàn)爭(zhēng)之后，美國(guó)即發(fā)展鐵路和電訊。1869年，建成橫貫東西的大鐵路，使西部資源與東部工業(yè)結(jié)合起來，加快了工業(yè)化的速度。同時(shí)，在大西洋鋪設(shè)海底電纜，保證了歐美兩大陸信息暢通，結(jié)束了美國(guó)孤立于歐洲之外的境遇，對(duì)歐美貿(mào)易產(chǎn)生巨大影響。
(2)重視信息利用 由于血緣關(guān)系，歐美的信息交流十分頻繁，L歐洲任何新技術(shù)動(dòng)向都能在美國(guó)得到反映，其反映速度之快。往往超過歐洲鄰國(guó)。1745年，荷蘭人發(fā)明蓄電池，第二年美國(guó)人富蘭克林(1706—1790)就進(jìn)行天電傳蓄的“費(fèi)城實(shí)驗(yàn)”。18帕年，英國(guó)人剛把蒸汽機(jī)裝到火車上，運(yùn)行尚未成功，美國(guó)人R．富爾頓(1765—1815)就發(fā)明了蒸汽機(jī)輪船（英國(guó)火車到1814年才試車使用。當(dāng)時(shí)有人建議拿破侖使用輪船作戰(zhàn)，拿破侖拒絕了，否則將對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)產(chǎn)生重要影響。）。歐洲人發(fā)明DDT，還沒試產(chǎn)，美國(guó)人已進(jìn)入大規(guī)模生產(chǎn)階段，使馬鈴薯產(chǎn)量當(dāng)年翻番。

1837年英國(guó)發(fā)明電報(bào)，第二年美國(guó)就推廣使用。今天，技術(shù)信息速度就是工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度。這是重要的現(xiàn)代信息意識(shí)。

1850年，美國(guó)結(jié)束了完全照搬歐洲技術(shù)的歷史，走上工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新之路。

(1)從抓機(jī)械技術(shù)創(chuàng)新開始 美國(guó)地多人少，勞力不足，需要發(fā)展節(jié)約勞力的機(jī)械技術(shù)。當(dāng)時(shí)，英國(guó)對(duì)美國(guó)人引進(jìn)技術(shù)戒備森嚴(yán)（英國(guó)為了防止技術(shù)外流，議會(huì)作出保密的決定：參觀不準(zhǔn)記錄，技術(shù)工人不準(zhǔn)出國(guó)。美國(guó)人只好靠記憶建成第一個(gè)紡織廠。此事成為技術(shù)保密史上有名的故事。），這迫使美國(guó)人依靠自己力量發(fā)展機(jī)械技術(shù)。

創(chuàng)新始于E．惠特尼(1765—1825)發(fā)明軋棉機(jī)。這個(gè)發(fā)明使清除棉籽效率提高了1000倍，從而使美國(guó)超過印度，成為世界最大棉花出口國(guó)。美國(guó)利用出口棉花的外匯購置技術(shù)和工業(yè)品，產(chǎn)生良性循環(huán)。此發(fā)明大大地鼓舞了美國(guó)人。當(dāng)時(shí)美國(guó)總統(tǒng)寫信給惠特尼：“你的發(fā)明很重要，我要買一臺(tái)這種機(jī)器”�，F(xiàn)在美國(guó)專利局大門上還刻著：“專利制度(技術(shù)發(fā)明)注入興趣這個(gè)燃料、使天才之火燃燒起來。”

(2)電力技術(shù)革命使美國(guó)后來者居上 大發(fā)明家愛迪生出現(xiàn)在美國(guó)不是偶然的。他的成長(zhǎng)過程，是技術(shù)教育與技術(shù)創(chuàng)新結(jié)合形成生產(chǎn)力的過程。愛迪生和法拉第一樣，·也是受《百科全書》電學(xué)知識(shí)的啟蒙教育走上發(fā)明之路的。

愛迪生的發(fā)明，在美國(guó)興起一場(chǎng)電力技術(shù)革命（“毛主席說，蒸汽機(jī)的出現(xiàn)是一次技術(shù)革命，電力的出現(xiàn)是一次技術(shù)革命”。引自錢學(xué)森著《迎接新的技術(shù)革命》，湖南科技出版社，1984年。）。美國(guó)電力技術(shù)革命對(duì)美國(guó)經(jīng)濟(jì)的影響如同德國(guó)化工技術(shù)革命對(duì)德國(guó)工業(yè)化的影響一樣重要。

電力技術(shù)革命起源于歐洲，完成在美國(guó)。1866年，維·西門子發(fā)明電機(jī)后曾給他在倫敦的弟弟寫信：“電力技術(shù)很有發(fā)展前途，它將會(huì)開創(chuàng)一個(gè)新紀(jì)元。”后來事實(shí)證明了他的預(yù)見。繼西門子的電機(jī)之后，1876年貝爾(1847一l922)發(fā)明了電話，1879年愛迪生發(fā)明電燈，這三大發(fā)明照亮了人類實(shí)現(xiàn)電氣化的道路。

1882年，愛迪生建成世界上第一個(gè)發(fā)電廠，發(fā)電能力為900馬力，供7200個(gè)燈泡使用，完成了電力工業(yè)技術(shù)體系。幾乎同時(shí)，在歐美紛紛成立許多專業(yè)電氣公司，實(shí)現(xiàn)電力技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。1889年，金融大亨摩爾根參加了愛迪生的電氣公司，使美國(guó)的電氣化步伐加快了。愛迪生的一生，是美國(guó)從落后農(nóng)業(yè)國(guó)向工業(yè)國(guó)過渡、從全盤照搬歐洲技術(shù)到建立美國(guó)自己的技術(shù)體系的時(shí)代。愛迪生的奉獻(xiàn)使美國(guó)人驕傲，美國(guó)人稱他為“發(fā)明大王”、“一代英雄”。

(3)新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化需要有個(gè)過程 1879年，愛迪生發(fā)明了電燈，但并未引起社會(huì)廣泛注意，因?yàn)檩旊娂夹g(shù)沒過關(guān)。直流輸電耗損大，發(fā)電容量與輸電距離有限。1888年，愛迪生的助手持斯拉(1856—1943)和威斯汀豪斯(1846—1914)分別制成交流電動(dòng)機(jī)和變壓器(由威斯汀豪斯公司經(jīng)辦)，與已經(jīng)發(fā)明的交流發(fā)電機(jī)相接，建成交流電傳輸系統(tǒng)。美國(guó)于1886年建成最早的交流發(fā)電廠并提供使用。

電力技術(shù)的成功，使美、歐、日紛紛把電力建設(shè)作為國(guó)家承建工程的重點(diǎn)。美、歐、日超大型電力系統(tǒng)、以電為中心的超大型

1.1.3電路理論的建立
電力裝置的設(shè)計(jì)或運(yùn)行都要進(jìn)行計(jì)算，以了解設(shè)備上所需的電壓、電流，線路上各處信號(hào)的衰減、延遲、失真等現(xiàn)象。這些問題有一個(gè)共同的特點(diǎn)，就是需要采用簡(jiǎn)捷的方法，獲得所需要的定量結(jié)果。允許有一些近似，而且也不必重新研究發(fā)生的物理過程和細(xì)節(jié)。
1826年，G.S.歐姆提出的歐姆定律就是一個(gè)典型的理論，其定律形式：e＝IR或U＝IR形式十分簡(jiǎn)單，所討論的問題限于電流I及電動(dòng)勢(shì)e或電壓u，導(dǎo)體的作用只用一個(gè)參量R代表，就可以求出電流I，而不去討論電池或?qū)�體中發(fā)生的詳細(xì)物理過程。1832年J.亨利提出的電感系數(shù)L，也具有這樣的特點(diǎn)。他把線圈中發(fā)生的電磁感應(yīng)的復(fù)雜過程，用一個(gè)參數(shù)L表示，即磁通Φ＝Li，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為： U=Lie2 /2

在1778年，A.伏打就提出電容C的概念，導(dǎo)體上儲(chǔ)存電荷Q＝CU，而不必從整個(gè)靜電場(chǎng)去計(jì)算，即使在充放電過程中，也可以由i＝dq/dt＝Cdu/dt去分析電流與電壓的關(guān)系。當(dāng)然，RLC所代表的元件是理想的，各自反映了一種物理過程。但實(shí)際電氣元件的物理情況不難由RLC的適當(dāng)組合去近似地表示出來，這種組合人們稱之為“電路”。
電路是實(shí)際電氣器件的近似模型，反映了器件的主要性能。選定了等效的電路模型，進(jìn)一步的問題就是如何才能夠計(jì)算電路中各處的電壓和電流了。這些關(guān)系是德國(guó)科學(xué)家基爾霍夫(Gustav Robert Kirch-hoff 1824～1887)1845年提提出的。他在深入地研究了G.S.歐姆等人的工作之后，提出了電路中兩條基本定律：
(1)電流定律－匯集到電路的一個(gè)節(jié)點(diǎn)上的各電流，其代數(shù)和必為零。
(2)電壓定律－沿著電路中的一個(gè)閉合回路上，電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和必須等于電壓的代數(shù)和。
這是根據(jù)能量守恒原理得到的推論，因?yàn)楦鞣N電源的作用已經(jīng)由電動(dòng)勢(shì)代表，線圈上的電磁感應(yīng)也只由其端上的電壓、電流表示為u＝Ldi/dt，元件外部?jī)H剩下電壓和電流了。根據(jù)這兩條定律，可以列出有關(guān)電壓和電流的方程，聯(lián)立求解就可以算出回路中的電壓和電流。
1847年，基爾霍夫繼續(xù)發(fā)表了一篇重要的論文，證明在復(fù)雜的電路網(wǎng)絡(luò)中，根據(jù)前面兩條定律所能列出的獨(dú)立方程的個(gè)數(shù)，恰好等于支路的個(gè)數(shù)。因此如果電路中各電源的電動(dòng)勢(shì)及各元件的參數(shù)已知，則列出的獨(dú)立方程能求解各支路電流。
按照實(shí)際器件建立電路模型，是重要的創(chuàng)造性的工作。英國(guó)W.湯姆遜就是這方面杰出的代表。1853年他采用RLC串聯(lián)的電路模型，分析了充有電荷的萊頓瓶放電過程，得出了過程中電流有往復(fù)振蕩和逐漸衰減的性質(zhì)，并計(jì)算出振蕩頻率與RLC參數(shù)的關(guān)系。他又在1855年采用電容與電阻的梯形電路，代表電纜上傳送信號(hào)的過程，得出了電報(bào)信號(hào)經(jīng)過長(zhǎng)距離傳送所產(chǎn)生的衰減、延遲、失真等現(xiàn)象。1857年G.R.基爾霍夫研究了架空線路與電纜的差異，認(rèn)識(shí)到架空線上的自感系數(shù)不能忽略，從而得出了完整的傳輸線的電壓及電流方程式，人們稱之為基爾霍夫方程。電路理論就這樣建立起來了。
電路理論至今仍然是我們進(jìn)行建筑供電設(shè)計(jì)的理論依據(jù)，沒有純熟的電路計(jì)算知識(shí)，在供電設(shè)計(jì)中會(huì)遇到相當(dāng)大的困難。

1.1.4交流電的采用及理論的進(jìn)展
19世紀(jì)80年代初，電機(jī)在結(jié)構(gòu)上已經(jīng)較為完備，進(jìn)一步改善的需要促進(jìn)了理論的研究。因?yàn)殡娫粗挥须姵靥峁┑闹绷麟�，�?dāng)時(shí)大多數(shù)的電機(jī)仍然是直流的，供給電解、電鍍等用途的發(fā)電機(jī)也必須是直流的。根據(jù)電磁感應(yīng)產(chǎn)生的交流電，要由電機(jī)上的換向器變?yōu)橹绷鞑拍軕?yīng)用。
最早較大規(guī)模使用交流電，是1876年在電力照明中的應(yīng)用。俄國(guó)H.雅布羅奇可夫?yàn)檎彰鹘�立的發(fā)電廠，發(fā)送的就是交流電。1883年英國(guó)高拉德(L.Golard 1850～1888)和吉布斯(I.Dickson Gibbs)制成具有分接頭和幾個(gè)繞組的變壓器，用改變接線的方法變換所需的電壓，仍然用的是開放式磁路。這種變壓器在英國(guó)倫敦博覽會(huì)上展出，每臺(tái)容量達(dá)到5kVA。1885年，匈牙利工程師麥克斯韋(MaxWeri1851～1934)研制出采用閉合式磁路的干式變壓器，效率更大為提高，并取得德國(guó)的專利。
交流電的另一個(gè)特點(diǎn)是由靜止的線圈可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。對(duì)后來的電機(jī)發(fā)生了重大的影響。意大利科學(xué)家費(fèi)拉伊(GalileoFerrais1847～1897)1888年春在都靈科學(xué)院報(bào)告，他于1885年發(fā)現(xiàn)用不同相位的交流電通向幾個(gè)靜止的線圈，可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。幾乎同時(shí)，美籍南斯拉夫裔工程師特斯拉(NicolaTeslal1856～1943)在美國(guó)也報(bào)道發(fā)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，并在1882年制成了沒有滑環(huán)的交流電動(dòng)機(jī)。
1888年秋，俄國(guó)年青的工程師多里沃－多布羅夫斯基(1862～1919)注意在電機(jī)的動(dòng)態(tài)制動(dòng)實(shí)驗(yàn)中，如果將電動(dòng)機(jī)的電樞線圈短接，會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的制動(dòng)作用。由此他很快體會(huì)到如果減少電樞上線圈的電阻，使感應(yīng)電流增大，不是用來制動(dòng)，而是隨著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)，就可以提供一定的力矩。根據(jù)這種設(shè)想，他在鐵柱中穿過銅條，并在端部短接做為轉(zhuǎn)子，放在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中制成鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。
這種電動(dòng)機(jī)不需要向轉(zhuǎn)子引入勵(lì)磁電流，從而免除了滑動(dòng)觸環(huán)，構(gòu)造簡(jiǎn)單堅(jiān)固，成本低廉，運(yùn)行平穩(wěn)，直到現(xiàn)在仍被廣泛采用為動(dòng)力來源。他又將二相改為三相，使電機(jī)圓周上的空間可以充分利用。三相的交流電，各自的相位互差120電度，這樣的三個(gè)正弦式大小相等的電流相加，恰好等于零。換句話說，供給三個(gè)線圈三相電流，不需要用六根導(dǎo)線，只要將線圈的另一端接到一起成為中點(diǎn)，這樣僅需要三根導(dǎo)線就可以了。1889年他制成了功率為100W的電動(dòng)機(jī)，1891年制成的電動(dòng)機(jī)達(dá)3.7kW。
多里沃－多布羅夫斯基還制成了三相變壓器。他提出幾種構(gòu)造都是可行的，包括鐵芯為殼式、芯式、或日字形。
人們發(fā)現(xiàn)交流電機(jī)中能量損失的測(cè)量結(jié)果與計(jì)算結(jié)果相差很多。英國(guó)愛文(J.A.Ewing)指出這可能是由于磁滯損失未考慮在內(nèi)的原因。德裔美國(guó)人司坦麥茲(Charles Proteus Steinmetz 1865～1923)給出了計(jì)算磁滯損失的經(jīng)驗(yàn)公式，即損失正比于磁通密度B的1.6～2次方，按材料而采用不同的方式。這個(gè)公式很有效，一直應(yīng)用到現(xiàn)在。
交流電的使用，促進(jìn)了交流電路理論的發(fā)展。交流電路與直流電路有很大差別，不僅電動(dòng)勢(shì)及電流是隨時(shí)間有正負(fù)交互的變化，而且電路中不僅有電阻的作用，還必須考慮電感和電容的影響。早在1847年，Y.X楞次就發(fā)現(xiàn)了線圈中通過交變電流時(shí)，它與電動(dòng)勢(shì)的變化相位上不一致。1877年，II.H.雅布羅奇可夫觀察到電容上交流電壓也與電流的相位不同。19世紀(jì)80年代J.C.麥克斯韋曾提出過電路中交流的全阻抗表示�？ㄆ�(KingsburgKapp1852～1922)在1887年推出了計(jì)算變壓器產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E平均值的公式：
E＝4.44wfΦ10-8
式中f為頻率，W為匝數(shù)，Φ為磁通量。根據(jù)這個(gè)式子可確定變壓器中磁通與磁化電流的關(guān)系。M.O.多里沃－多布羅夫斯基發(fā)展了卡普的理論。1891年他在法蘭克福電工學(xué)術(shù)會(huì)議上提出了關(guān)于交流電理論的報(bào)告：“磁通是決定于所加電壓的大小，而不是決定于磁阻。而磁阻的變化只影響磁化電流的大小。如果磁通的變化是正弦式的，則電動(dòng)勢(shì)或電壓也是正弦式的，但二者相位差90度�！彼�又將磁化電流分成兩個(gè)分量，即“有功分量”與“磁化分量”。他提出交流電的基本波形為正弦式，將線圈中電流分為兩個(gè)分量等都為后來所沿用。
交流電路計(jì)算方法中一個(gè)重要進(jìn)展，是C.P.司坦麥茲的復(fù)數(shù)符號(hào)法。他利用數(shù)學(xué)中的第莫威定理，用復(fù)數(shù)代表正弦量的大小和相位。在給定的頻率下，三角函數(shù)的運(yùn)算就簡(jiǎn)化為復(fù)數(shù)的代數(shù)運(yùn)算了。他又根據(jù)瑞士數(shù)學(xué)家阿根德(JeanRobert Argand1768～1813)在1806年所提出的用矢量表示復(fù)數(shù)，則又可以用平面上的矢量代表交流電的大小和相位，所以可稱之為“相量”。相量概念因其直觀性易懂，成為分析交流電的有力工具。

1.1.5發(fā)電廠和電力傳輸
1.發(fā)展
早期的工業(yè)生產(chǎn)，除人力之外只有以畜力、風(fēng)力或水力作為動(dòng)力。蒸汽機(jī)的發(fā)明，解決了動(dòng)力來源的問題，最終導(dǎo)致了產(chǎn)業(yè)革命，生產(chǎn)力得到了巨大發(fā)展。但由每個(gè)需要?jiǎng)恿Φ墓�廠必需安裝鍋爐、蒸汽機(jī)、笨重的皮帶輪軸傳動(dòng)裝置，還需要自己解決燃料來源及運(yùn)輸?shù)葐栴}，仍然很不方便。
電機(jī)的進(jìn)步和交流電的應(yīng)用，改變了這種狀況。只要有人集中建造發(fā)電廠，或者利用水力，或者統(tǒng)一解決燃料問題，再用導(dǎo)線就可以將電能送到各個(gè)工廠或千家萬戶。對(duì)每個(gè)用戶來說，只要具有電動(dòng)機(jī)，就成為動(dòng)力來源了。這就為工業(yè)的高速發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件。電氣化的時(shí)代到來了。
1879年美國(guó)在舊金山建成實(shí)驗(yàn)電廠向用戶出售電能。我國(guó)也在這一年于上海建成了一臺(tái)7.5kW電機(jī)的發(fā)電廠，主要是供照明用戶之用。英國(guó)霍爾本電廠、俄國(guó)彼德堡電廠也先后建成。
從發(fā)電廠向用戶輸送電能的問題，早在1873年法國(guó)佛泰因(Epolit Fontine)在維也納國(guó)際博覽會(huì)上用燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，輸電到1km以外處的電動(dòng)機(jī)成功地驅(qū)動(dòng)了一臺(tái)水泵。1874年，俄國(guó)的皮羅茨基(1845～1898)進(jìn)行了直流輸電的試驗(yàn)，并申請(qǐng)了專利。1880年在俄國(guó)《電》雜志的創(chuàng)刊號(hào)上發(fā)表了Π.A.拉契諾夫的論文，文中提出：當(dāng)傳輸?shù)碾娔茉黾踊蚓嚯x加長(zhǎng)時(shí)必須升高電壓。1881年，這個(gè)雜志又發(fā)表了M.德普列(MercelDeprez1843～1918)長(zhǎng)距離的電力傳輸?shù)恼撐�，也提出了相同的結(jié)論。1882年他在法國(guó)建造了57公里的輸電線路，將密士巴赫水電站的電能輸送到巴黎展覽會(huì)現(xiàn)場(chǎng)。該系統(tǒng)傳輸功率為3kW，始端電壓為1413V，終端電壓為850V，所用導(dǎo)線為4.5mm2，線路損失為總能量的78％。
電力系統(tǒng)發(fā)展過程中出現(xiàn)過使用直流電還是交流電的爭(zhēng)論。爭(zhēng)論開始于某些著名的人，包括美國(guó)的T.A.愛迪生和英國(guó)的W.湯姆遜都是反對(duì)使用交流電的，理由是交流電不安全，當(dāng)然這也是了解不夠的原故。隨著電力傳輸?shù)陌l(fā)展，交流電可以用變壓器很方便地提高或降低電壓，同時(shí)交流電機(jī)制造方便成本低廉，不會(huì)產(chǎn)生換向器故障等，這些優(yōu)點(diǎn)終于被多數(shù)人承認(rèn)，爭(zhēng)論才逐漸平息了。
1888年，M.O.多里沃－多布羅夫斯基創(chuàng)立交流電的三相制，在1991年建成由法國(guó)勞奮水電站至德國(guó)法蘭克福的三相交流高電壓輸電線路。在始端采用了90/15200V的升壓變壓器，在終端建有兩座變電所將電壓降低，輸電效率已達(dá)到80％以上，經(jīng)濟(jì)效益比較顯著，此后的交流輸電就大都采用三相制了。
英國(guó)商人于1882年在上海開辦了上海電光公司，建發(fā)電廠功率為12kW。1888年兩廣總督張之洞批準(zhǔn)華僑黃秉常在總督衙門近旁建成電廠，供給總督衙門及一些居民照明用電。美國(guó)在1882年僅有發(fā)電廠3座，至1902年電廠已達(dá)3621座，發(fā)展十分迅速。歐洲各國(guó)興建電廠數(shù)目也迅速增加，電力工業(yè)已經(jīng)成為重要的產(chǎn)業(yè)部門了。

2.斷路器
隨著發(fā)電廠的建立，需要有通、斷大電流且耐受高壓的斷路器設(shè)備。20年代最簡(jiǎn)單的斷路器是金屬棒與盛有水銀的容器。接通時(shí)就是將金屬棒插入水銀中，斷開時(shí)將棒提起。這種開關(guān)比較笨重，價(jià)錢也很貴，使用時(shí)要操動(dòng)幾次才能保證接觸良好。這迫使人們尋求更好的辦法。
除了在接通后開關(guān)觸點(diǎn)要接觸良好之外，隨著功率和電流的增大，斷路器斷開時(shí)產(chǎn)生的火花就成為電弧了。電弧的高溫可以使觸點(diǎn)燒環(huán)，甚至熔化，造成傷人或火災(zāi)。因此必須設(shè)法使電弧及早熄滅，使電路的分?jǐn)喑晒Α?
1893年，在美國(guó)芝加哥的世界博覽會(huì)上，M.O.多里沃－多布羅夫斯基展出了他設(shè)計(jì)的斷路器，這個(gè)斷路器還有過載時(shí)自動(dòng)切斷保護(hù)發(fā)電機(jī)的作用。可動(dòng)的觸頭為厚的刀形銅片，片上有一根彈簧拉伸，同時(shí)有一個(gè)橫擔(dān)將銅刀鎖住。這一過程由一個(gè)電磁鐵控制，運(yùn)行電流通過電磁鐵的線圈，當(dāng)電流超過了預(yù)先調(diào)定的限度時(shí)，電磁鐵吸動(dòng)將鎖釋放，銅刀就被彈簧的力量拉出，使電路斷開，對(duì)發(fā)電機(jī)起保護(hù)作用。電弧在空氣中運(yùn)動(dòng)而自然熄滅。自然熄弧的空氣斷路器，當(dāng)時(shí)能承受的的電壓約為15kV，電流不超過300A。1897年，英國(guó)工程師布朗(Charles Eugene Lancelot Brown 1863～1924)取得羊角形觸頭的斷路器專利。羊角形放電間隙原來是用作架空線防雷之用，電弧產(chǎn)生后沿角形導(dǎo)體向上運(yùn)動(dòng)，使距離逐漸拉長(zhǎng)而熄滅。
1895年，英國(guó)費(fèi)朗梯(Shebas-tianZianideFerranti1864～1930年)取得油斷路器專利，安裝于迪波福特電站。油斷路器是當(dāng)觸頭分開時(shí)，使一個(gè)觸頭迅速浸入充滿油的筒體內(nèi)，以油隔斷電弧通路使之熄滅。初想起來，油是易燃物，電弧又有高溫，用油滅弧似乎是異想天開。但實(shí)際上只要觸頭動(dòng)作足夠快，不等到熱量聚累，筒內(nèi)缺少助燃的空氣，油又是絕緣物，所以反而起了滅弧作用。

3.電力傳輸
電力傳輸?shù)募夹g(shù)發(fā)展，表現(xiàn)在電壓等級(jí)的不斷提高。1906年發(fā)明了懸垂式絕緣子，它比針式絕緣子耐受的電壓可以提高很多倍，而且機(jī)械強(qiáng)度也大為增加，可以承擔(dān)更粗重的導(dǎo)線。分裂導(dǎo)線的發(fā)明使高壓導(dǎo)線上的電暈損失減少。高壓斷路器亦出現(xiàn)多種類型，特別是滅弧技術(shù)不斷改進(jìn)。由自然熄弧發(fā)展為磁吹、油吹、高壓空氣吹弧等方法增強(qiáng)了斷路器的分?jǐn)嗄芰ΑＨ藗冇盅兄屏肆�氟化硫氣體密封式高壓電器及輸電管道。這些技術(shù)使高電壓及超高電壓的大功率遠(yuǎn)程輸電線路成為可能。
我國(guó)在70年代建成了西北的330kV線路，80年代又建成了東北、華中、華北的500kV輸電線，并且還在迅猛發(fā)展之中。1908年美國(guó)開始出現(xiàn)110kV輸電線路，到1922年又建成150kV線路。1923年再將輸電電壓提高到220kV。這以后歐洲許多國(guó)家也都建成220kV線路。20世紀(jì)30年代之后，輸電電壓再次提高。1936年美國(guó)建成287kW輸電線。1959年蘇聯(lián)建成500kV輸電線。

4.電力系統(tǒng)
隨著電能的應(yīng)用日益廣泛，電力的需求不斷增長(zhǎng)形成了電力系統(tǒng)。因?yàn)殡娔芄��?yīng)有一個(gè)特點(diǎn)：發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能必須與消耗的電能相等。人們目前還不能在工業(yè)規(guī)模上對(duì)大量電能進(jìn)行儲(chǔ)存。然而用戶的用電卻隨著季節(jié)、日月、晝夜而不同。高峰時(shí)的負(fù)荷與平均數(shù)相差很大。因此，早期的那種單臺(tái)發(fā)電機(jī)的供電方式就無法適應(yīng)了，大發(fā)電機(jī)成本太高，輕載運(yùn)行時(shí)效率又太低，供電的安全也差，因雷電、設(shè)備故障、開關(guān)操作所引起的過電壓是不可能完全避免的。為此，通常采用多臺(tái)機(jī)組，多個(gè)發(fā)電站，包括水力及火力電廠，用輸電線聯(lián)結(jié)成網(wǎng)，負(fù)荷上能互相支援，故障中有多路供電，形成了由眾多發(fā)電站、輸電線、變電所、配電網(wǎng)及廣大用戶組成的電力系統(tǒng)，使電能的供應(yīng)上更為經(jīng)濟(jì)高效，安全可靠。
電力系統(tǒng)中為了減小事故造成的損失，保護(hù)人身及設(shè)備的安全，必須有保護(hù)的設(shè)施。最早的保護(hù)設(shè)備只是簡(jiǎn)單的熔斷器、避雷器、斷路器等。隨著機(jī)組的加大和電壓等級(jí)的提高，陸續(xù)研制出各種繼電器及量測(cè)設(shè)備組成保護(hù)電路，“繼電保護(hù)”已經(jīng)發(fā)展成為電廠中的一種專門技術(shù)了。除了事故處理之外，系統(tǒng)的正常運(yùn)行中，仍然需要進(jìn)行一些調(diào)度工作，使系統(tǒng)的總體效率提高。這些方面已經(jīng)進(jìn)行了很多研究：例如電能的潮流分布、短路電流的計(jì)算、靜態(tài)及動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性判定、過電壓分析等，又如勵(lì)磁調(diào)節(jié)技術(shù)、無功功率的補(bǔ)償、水電火電的配合、抽水蓄能方法、調(diào)峰技術(shù)等等，積累了很多經(jīng)驗(yàn)。但是，因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)中牽涉的環(huán)節(jié)太多，出現(xiàn)的情況千變?nèi)f化，直到現(xiàn)在人們的技術(shù)水平還不能完全適應(yīng)需要，包括歐美工業(yè)很先進(jìn)的國(guó)家，也一再出現(xiàn)電力系統(tǒng)失控，造成大面積停電。每次故障的損失常以多少億元計(jì)算。對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究正在進(jìn)一步發(fā)展中。

當(dāng)今世界電氣化、自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展十分迅速，中國(guó)電力事業(yè)的發(fā)展更是舉世矚目。目前已有核電站兩座，1991年12月并網(wǎng)發(fā)電，1992年7月進(jìn)入高功率試運(yùn)行的秦山300MW核電站，1993年8月31日21點(diǎn)26分大亞灣核電站一號(hào)機(jī)組450MW并網(wǎng)發(fā)電成功(大亞灣共900MW)。核能發(fā)電是一種新型能源，它不僅能量大，而且資源豐富，根據(jù)已經(jīng)勘探到的鈾礦和釷礦資源，按蘊(yùn)藏量的能量計(jì)算，相當(dāng)于地殼中有機(jī)燃料能量的20倍。
到1992年底，全世界就已經(jīng)有核電站424座，凈發(fā)電容量350，000MW，占全世界總發(fā)電量的20％。其中美國(guó)核發(fā)電最多，有100，000MW；法國(guó)53，000MW，占全國(guó)發(fā)電量的70％。

第五篇信息篇
26有線通信系統(tǒng)
有線通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)是進(jìn)行電子通信的兩種手段，它們都是利用電子技術(shù)來傳送語言、文字、圖象或其他信息的各種通信方式總體。電子通信的具體任務(wù)應(yīng)該是使任何兩地的用戶，不受距離的限制，能夠進(jìn)行良好的信息傳遞。為了能夠完成這個(gè)任務(wù)，要求有相應(yīng)的通信網(wǎng)絡(luò)。任何建筑內(nèi)的電話都能通過市話中繼線又可以連接全國(guó)乃至全世界的電話網(wǎng)絡(luò)。
我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)部(原郵電部)是通信業(yè)務(wù)的主管部門，各類建筑內(nèi)的通信設(shè)施，在技術(shù)上應(yīng)接收其領(lǐng)導(dǎo)，施工方面也要接收它的監(jiān)督。信息產(chǎn)業(yè)部所頒布的有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是我們從事建筑供電設(shè)計(jì)的依據(jù)之一。

26.1通信系統(tǒng)概述
26.1.1電報(bào)的發(fā)明
通信是人們交際的要求，隨著商品經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，這種要求越來越迫切了。在18世紀(jì)中期就有人嘗試用電進(jìn)行通信。1753年摩立遜(Morrison)和1774年勒沙格(Lesage)都曾有多根導(dǎo)線在一端用靜電起電機(jī)供電，使另一端吸動(dòng)紙片或出現(xiàn)火花以傳遞信息。不過傳送的距離太短了。當(dāng)伏打電堆發(fā)明以后，西班牙工程師薩爾瓦(DonFransiscoSalva1751～1828)又嘗試用導(dǎo)線傳送電流到另一端使水分解，以氣泡的有無為信號(hào)。1809年德國(guó)索莫林(ThomasSommering1755～1830)進(jìn)行了類似的實(shí)驗(yàn)，仍需用20多條導(dǎo)線，而且速度太慢。在奧斯特發(fā)現(xiàn)電流生磁之后，安培首先提出可以利用電流使磁針擺動(dòng)以傳遞信息。1829年俄國(guó)希林格(1786～1837)制成用磁針顯示的電報(bào)機(jī)，用6根線傳送信號(hào)，一根線傳送開始時(shí)的呼叫，還有一根供電流返回的公共導(dǎo)線。6個(gè)磁針指示的組合表達(dá)不同的信息。
在這一段時(shí)間內(nèi)，有不少著名的科學(xué)家也都研究過電報(bào)通信。例如德國(guó)的大數(shù)學(xué)家C.F.高斯，物理學(xué)家韋伯(Wilhelm Eduard Weber1840～1891)(他的名字命名為磁通單位)，法國(guó)的布列奎(Fransis Cleman Brequet 1804～1883)等人，但是他們的電報(bào)機(jī)都難于滿足實(shí)用的要求。
最早實(shí)用的電報(bào)機(jī)是1837年英國(guó)的科克(William Cooke 1806～1879)和惠司通(Charles Wheat stone 1802～1877)制成的雙針電報(bào)機(jī)，并實(shí)際應(yīng)用在利物浦的鐵路線上為火車的運(yùn)行服務(wù)。俄國(guó)的雅可比(1801～1874)發(fā)明了電磁式電報(bào)記錄儀，改變由人直接觀察磁針擺動(dòng)的接收方式，增加了收?qǐng)?bào)的可靠性。但這些電報(bào)機(jī)有一個(gè)共同的致命弱點(diǎn)：都只能傳送電流的“有”或“無”兩個(gè)信息，如果用多根導(dǎo)線不僅太復(fù)雜了，而且線路的成本也太高，難于應(yīng)用。
莫爾斯(SamuelFinleyBreeseMorse)對(duì)電報(bào)通信的貢獻(xiàn)，莫爾斯原來是一個(gè)畫家。在從法國(guó)到紐約的旅途中，在郵船“薩麗”號(hào)上，他聽了一位醫(yī)生向旅伴們介紹奧斯特電流生磁和安培關(guān)于電報(bào)的設(shè)想的講演，發(fā)生了很大興趣，下決心研究電報(bào)。下船時(shí)，他對(duì)船長(zhǎng)說：“先生，不久你就可以見到神奇的‘電報(bào)’啦，請(qǐng)記住，它是在您的‘薩麗’號(hào)上發(fā)明的！”
事情遠(yuǎn)不如想象的那樣簡(jiǎn)單，畫家必須對(duì)電學(xué)從頭學(xué)起，他刻苦自學(xué)，還逐一分析了已有電報(bào)機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)。三年過去了，還一無所成。積蓄用完了，只能還從事繪畫維持生活，用業(yè)余時(shí)間研究電報(bào)。他終于抓住了關(guān)鍵所在，即怎樣才能夠傳送復(fù)雜信息的問題。
他考慮到有電流是一種符號(hào)，有電流的時(shí)間長(zhǎng)一些是另一種符號(hào)，沒有電流也是一種符號(hào)，把它們組合起來，可以構(gòu)成數(shù)字和字母，復(fù)雜的內(nèi)容就能夠通過導(dǎo)線傳送了。他規(guī)定了點(diǎn)劃組合所代表的字母，這就是著名的莫爾斯電碼，直到現(xiàn)在人們還在使用。在1837年，收、發(fā)電碼的電報(bào)機(jī)終于誕生了。
莫爾斯申請(qǐng)了專利，并為理想將要實(shí)現(xiàn)而高興。他帶著電報(bào)機(jī)四處奔走，企圖說服企業(yè)家進(jìn)行投資，而得到的回答不是冷淡就是譏笑。他的機(jī)器確實(shí)也比較粗糙，傳遞信息的距離不過十幾米遠(yuǎn)。不過這些沒有使他喪失信心。他忍饑挨餓不斷改進(jìn)自己的機(jī)器。這時(shí)有一個(gè)青年機(jī)械師蓋爾自愿做他的助手，他們反復(fù)試驗(yàn)，通過增加電池組、加大電磁鐵的線匝，使通信距離逐漸增大。他們完成最后的試驗(yàn)時(shí)，已經(jīng)是第一臺(tái)機(jī)器誕生四年之后了。
他帶著改進(jìn)后的電報(bào)機(jī)，離開紐約去年盛頓，說服了幾位議員向國(guó)會(huì)提出一個(gè)議案：撥款3萬美元在華盛頓與巴爾的摩64km之間建立一條實(shí)驗(yàn)性電報(bào)線路。不料國(guó)會(huì)經(jīng)過激烈辯論，議案沒有通過。莫爾斯傷心地回到紐約時(shí)，口袋里只剩下幾十美分了。此后一年里他貧病交加，實(shí)驗(yàn)中斷了，重新拿起畫筆但筆墨生疏，作品也賣不出去，看來他處于絕境之中。
通信技術(shù)的進(jìn)步是生產(chǎn)發(fā)展中的社會(huì)需要。一天，他突然收到參議院的通知，國(guó)會(huì)重新討論了修建電報(bào)線路的撥款提案，終于獲得通過。1844年，世界上第一條商用電報(bào)線路建成并正式通報(bào)了。
莫爾斯的電碼和電報(bào)機(jī)，以其實(shí)用性陸續(xù)地被歐洲各國(guó)采用，各地的電報(bào)線路也不斷增加和擴(kuò)建。1850年建成連接英國(guó)和法國(guó)的多弗爾海峽的海底電纜，1852年倫敦和巴黎間實(shí)現(xiàn)直接通報(bào)。1855年建成地中海到黑海的海底電纜，完成了英、法、意直到土耳其的電報(bào)通信線路