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电工制造业《资讯》

发布时间:2020-08-20 16:16:07 阅读: 来源:陶瓷纤维盘根厂家

电工制造业

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电工制造业

electrical manufacturing industry

为发电、输电、变电、配电和用电提供装备以及为这些装备的生产提供专用电工材料和专用电工设备的制造工业。它是一个体系庞大、门类繁杂、技术密集的工业部门。它的服务对象涉及国民经济的各个领域,同时又受到材料工业等其他部门技术发展水平的制约。19世纪中叶,电能开始得到应用以后,逐步取代蒸汽而成为现代动力的主要能源,广泛用于一切生产部门和人类生活的各个方面。因此,电力工业和电工制造业就成为近百年来各国技术进步、经济发展和生活现代化的物质技术基础。从1831年M.法拉第制作圆盘式发电机模型到19世纪80年代,是电机的初创时期。这50年中,众多发明家和科学家通过研究,逐步开发出可供工业应用的直流电机。从19世纪80年代到20世纪初的20年中,电能的实用化和用电互相促进,于是汽轮机、水轮机、交流电机、变压器、电力电缆、电力机车、电炉、电焊机等相继问世,开辟了人类从蒸汽时代到电力时代的道路。从20世纪初到第二次世界大战,三相交流电力系统的建立和扩大,以及工业、农业、交通运输业和日常生活等各方面电气化程度的不断提高,使电工制造业成为各工业先进国家经济发展和技术进步的先导工业。这一时期,由于电能需求的急剧增长,各国相继建造大型电站和高压输电线路,促进了大容量发电设备和高压输变电设备以及测量控制设备的开发和生产。第二次世界大战以后,由于半导体器件和电子计算机的出现,改变了传统电工制造业的技术结构,大大提高了发电设备、输变电设备和电力传动设备的自动控制水平、生产效率和运行可靠性。新型电工材料的开发和应用,使发电设备、输变电设备向更大容量、更高电压参数方向发展,用电设备向轻便高效、节能、多品种、新用途方向发展。各类家用电器、医疗电器的发展在战后几十年中日新月异,满足了人类不断增长的物质和文化生活的需要。

早期探索 电工制造业出现以前,经历了电磁知识积累和应用的漫长过程。电工制造业的形成反映出人类怎样逐步自觉地将基础理论研究转化为技术研究,然后再进一步转向应用开发并使之产业化的过程。早在1800年,意大利教授A.G.A.A.伏打发明了“电堆”,使人类第一次掌握了连续产生电流的手段。这使后来的科学家有可能研制各种实用的原电池并研究如何利用电流产生的化学效应和热、光、磁等物理效应,从而也为电工技术的发展提供了最初的物质技术条件。1831年,英国科学家M.法拉第制作了“感应环”及最早的圆盘式发电机模型,实现了人类首次利用机械运动产生电流。他在总结试验的基础上提出了法拉第电磁感应定律。他的工作导致后来发电机和变压器的问世。随后经过法国人皮克西(1832)、德国人E.斯特雷(1843)等人的探索,英国人F.H.赫尔姆斯制成数台永磁发电机供一些灯塔试用,证明比用电池更经济。后来丹麦科学家S.约尔特(1854)、德国发明家E.W.von西门子 (1866)以及C.惠斯通等人相继制成不同结构的自激发电机。不过当时制做的发电机普遍存在电流不稳的缺点。1870年Z.T.格拉姆改进A.帕奇诺蒂的设计,制成一台自激式发电机(图1[ 格拉姆制造的发电机]),解决了电流不稳的问题。这台发电机虽效率不高,但能发出较大功率,其电压也较高,具有很大实用价值。1873年,在法国工程师H.方丹合作下,Z.T.格拉姆终于制成有较大实用价值的发电机并少量进行了商业性生产。1873年德国工程师F.赫夫纳-阿尔滕内克又设计了一种鼓形电枢,简化了电机结构,降低了生产成本。而且制造出的直流发电机功率更大、效率更高。此后,美国发明家H.S.马克西姆等人又设计了叠片电枢,采用了磁场补偿绕组与换向极。到1880年,直流发电机开始具有了现代电机的基本结构。

与此同期,美国人T.达文波特(1834)、俄国教授..雅科比(1838)分别制成直流电动机,并由电池供电,演示了其实用性。1838年,俄国科学家..楞次最早提出一台电机既可作为发电机又可作为电动机运转的可逆性原理。1873年,格拉姆和方丹制作两台电机。其中一台大的用蒸汽机驱动发电,并用它发出的电能驱动500米外的另一台电机。这引起了人们对电机广泛应用前景的注意。为了扩大电能的应用,1882年M.德普勒建立了一条1.5~2千伏直流输电线路(长57公里)。但试验表明,线路上电压降落和电能损耗很大,用户使用过高的电压也很不方便。与此同时,一些人在设想交流输电。1881年,法国人L.戈拉尔与英国人J.D.吉布斯首先制成一台变压器样品(图2[戈拉尔和吉布斯制作的变压器]),并设计了第一条2000伏单相配电线路,于1883年开始为伦敦一些铁路车站提供交流电。1885年,美国发明家、制造商G.威斯汀豪斯购买了这种变压器和西门子的交流发电机的专利,并进行了仿制。随后在匹茨堡和麻省相继建成了交流系统。经试运行,进一步证明了交流输电的实用性和优越性。由于当时还未出现交流电动机,交流电的应用仅限于照明。N.特斯拉(1883)和G.费拉里斯(1885)提出旋转磁场理论,并相继各自研制出两相感应电动机。1885年,俄国工程师..多利沃-多布罗沃利斯基发明了三相交流发电机,1889年又发明了三相同步电动机(图3[多利沃-多布罗沃利斯基在法兰克福博览会上展示的三相同步电动机])和三相变压器。1891年,在法兰克福世界电工博览会上展示了世界上第一个三相电力系统,将170公里外劳芬电站的电能(15千伏、230千伏安)输送到法兰克福。交流电动机和三相电力系统的出现,为电力工业和电工制造业的兴起及扩大电能应用提供了巨大的推动力。

早期的发电机都以蒸汽机为原动机。蒸汽机起动慢,功率有限,维修难,效率低,特别是它的转速低而不均匀,与发电机要求的高速均匀转动相矛盾,因而阻碍了电力工业的发展。1884年,C.A.帕森斯研制出多级反动式汽轮机,并首次用于驱动发电机,使发电机的设计发生重大变化,而且直接影响发电方式和电站设计的改变。

水轮机也是用于发电的一种重要原动机。从1827年法国工程师B.富尔内隆研制成反动式水轮机,经1849年美国人J.B.弗朗西斯改进,到1889年美国人L.A.佩尔登发明了适于高水头的冲击式水轮机。至此,供发电用的上述两种水力机械已具备现代水轮机的基本特征和进入工业生产的基本条件。

电工制造业的兴起 19世纪末期,电能的应用成为少数工业先进国家经济、技术发展的一个关键因素。为适应这一形势,一些著名发明家和企业家合作创办公司,从事电工产品的开发、生产和销售。

公司的兴建与发展 公司的兴建和发展反映出电工制造业的兴起。

①德国的公司:1847年由E.W.von西门子和J.G.哈尔斯克合作创办了西门子-哈尔斯克电报建设公司。初期只生产小型直流发电机。1872年赫夫纳-阿尔滕内克发明了鼓形电枢后,即在公司组织批量生产。1877年该公司又开发了矿山开采用电磁阀和电钻。1879年制成了电动车,在柏林贸易展览会上展出。1881年在里希特菲尔德建造了一条3公里的有轨电车线路,向公众开放。之后,公司还制出100千瓦立式直流发电机(1886) 和1570千瓦发电机(1900)。1903年西门子公司将强电部分与休格特电气股份公司合并为西门子-休格特公司,成为当时欧洲的主要电机制造厂家。此外,德国著名的电工制造企业还有德国通用电气公司和伏依特公司。前者以生产发电设备和电器产品闻名,19世纪末,它在德国架设了第一条输电线路。伏依特公司则以生产水轮机著称,它于1865年制造出第一台水轮机;1930年制成水泵水轮机,安装在巴西佩德瑞拉(Pedrelra)电站;1937年又为该电站制成5272千瓦的水泵水轮机。

②英国的公司:1878年英国人R.E.B.克朗普顿开办英国第一家电工厂,以安装电照明设备著称,后来又生产直流电机。1882年,S.Z.费兰梯和W.汤姆孙(后称开尔文勋爵)合办费兰梯-汤姆孙英斯有限公司,以生产交流发电机著称。不久公司解散,费兰梯单独办厂,成为英国生产交流电机和变压器的先驱。1889年由发明家帕森斯等人创建帕森斯公司,以生产汽轮发电机组闻名。后来相继制成1兆瓦 (1890)、1.5兆瓦(1905)、6兆瓦汽轮发电机组(1907)。到 1912年,制成25兆瓦机组。1933年制成105 兆瓦机组。这家公司在20世纪初期一直是全世界著名的汽轮发电机组生产厂家。

③美国的公司:1878年,发明家T.A.爱迪生创建爱迪生电灯公司,1892年改建为美国通用电气公司,以生产白炽灯、直流发电机著称。它所生产的“巨型机”(一种直流发电机)曾于1882年安装于全世界最早的公用电站──伦敦霍尔本高架桥发电厂和纽约珍珠街发电厂。交流电力系统取得成功后,通用电气公司于1896年开始生产交流电机,1901年制成5兆瓦汽轮发电机组, 以后又制成40兆瓦机组(1922)和160兆瓦机组(1926年,是当时世界上最大机组)。到第一次世界大战末期,该公司成为美国最大的电工制造厂家。美国企业家威斯汀豪斯于1886年创建的西屋电气公司是美国发展交流电系统的先驱。它一成立即致力于生产交流发电机、变压器和两相感应电动机。1893年在芝加哥的世界哥伦比亚博览会上展示了该公司生产的交流电力系统。接着公司又为尼亚加拉瀑布电站制造了第一台3750千伏安水轮发电机组。1890年为美国第一条长距离输电线路提供设备。该公司不久后成为美国第二大电工制造厂家。1847年成立的阿里斯-查默斯制造公司是美国第三大电工制造厂家1933年为保德水坝(后称胡佛水坝)制造了当时世界上最大的水轮机(115000马力)。该公司以生产水电设备出名。美国这一时期创办的著名锅炉制造厂家有巴布科克-威尔科克斯公司(1881)燃烧工程公司(1912)和福斯特-惠勒公司(1900)。

④法国的公司:从1850年起,在法国先后建立了以生产水轮机著称的奈尔皮克公司、以生产汽轮发电机组著称的阿尔萨斯建设机械公司的贝尔福厂、以生产汽轮机著称的电力机械公司布尔歇厂以及A.拉托创办的拉托公司。1928年,阿尔萨斯建设机械公司经改组后成立阿尔斯通公司,它兼并了若干厂家后,成为法国生产发电设备的主要厂家。1929年制造出55兆瓦汽轮发电机组。

⑤瑞典的公司:主要有1883年成立的斯德哥尔摩电气公司和1848年成立的伯福斯-诺哈布公司。前者1890年改名瑞典通用电机公司,于1907年制成105兆伏安发电机,1936年为瑞典的220千伏输电线路提供变压器及开关设备。它是欧洲著名的输变电设备厂家。后者是世界上生产水轮机历史最久的厂家之一。

⑥瑞士的公司:主要有爱雪维舍公司和瑞士勃朗-鲍威利有限公司。前者1840年成立,以生产水轮机著称;后者于1891年由英国人C.E.L.勃朗和德国人W.鲍威利合办。1897年该公司即制成第一台高压油断路器,1898年制成100千瓦汽轮发电机组,1928年制成160兆瓦汽轮发电机组,1939年制成世界第一台4000千瓦工业用燃气轮机。

⑦其他国家的电工制造厂家:日本最早创业的电气公司是1875年建立的田中制作所,后来发展为东芝电气公司。它在1913年制成6250千伏安水轮发电机,1939年制成100兆伏安水轮发电机。 日本的其他厂家还有日立公司和三菱重工业公司 。 三菱从1880年开始生产火力发电设备。

俄国的电工厂多为外国公司的分支机构。1917年后,苏联政府建设了一批电工设备制造厂。著名的有列宁格勒电力工厂和金属工厂。前者于30年代生产10~24兆瓦汽轮发电机;后者于1937年生产50和100兆瓦单轴汽轮机。

电工新产品的开发 各国公司在开发新产品方面的竞争促进了电工制造业的发展。1882年,西门子-哈尔斯克公司设计出磁场线圈的复式绕组,保证电机负荷升高时的电压稳定,这是直流电机设计上的一个重大进展。1902年帕森斯公司将电枢作为定子,磁极作为转子,使电刷只负担励磁电流,这也是交流电机结构上的一大突破。接着,勃朗提出将磁极绕组嵌入转子槽内,提高了发电机的效率。这一结构一直沿用至今。汽轮机方面,1907年西屋电气公司采用回热循环并为此首次制造出抽汽式汽轮机。1908年,勃朗-鲍威利有限公司开发了液压调速系统。1914年西屋电气公司设计双轴汽轮机。1920年在美国出现了中间再热式汽轮机。水轮机方面,奥地利人V.卡普兰于1916年发明适用于低水头的轴流转桨式水轮机。爱雪维舍公司于1936年制成单机容量为 195千瓦的灯泡式水轮发电机组。这一时期内,输变电设备方面也有许多重大进展。1891年,莫德发明用软铁冲片叠成壳式变压器。同年,费兰梯设计出容量为 110千伏安的卷铁心式变压器。1906年英国人R.哈德菲尔德开发出变压器铁心用硅钢片,为发展现代高效率变压器创造了条件。1897年勃朗发明油断路器,代替了原先的磁吹断路器,缩短了开断时间,提高了电力系统的稳定性。20世纪20年代又出现了气吹式断路器。1935年,德国通用电气公司首先制成压缩空气断路器。1906年,美国人E.M.休利特和H.W.巴克开发出第一只悬式绝缘子,大大提高了耐压限度,为高压输电创造了条件。1908年美国第一条110千伏输电线路投入运行。1936年建成287千伏输电线路,对发展电力工业和整个工业系统及社会用电具有重要意义。

现代电工制造业的发展 第二次世界大战以后,世界各国经济发展很快。生产建设规模的扩大,工业设备的更新,大规模的住宅建设以及家庭生活的电气化促使电力工业迅速发展,要求电工制造业提供大容量、高效率的发电动力设备,超高压输变电设备和各种用电设备,促使电工制造业进入繁荣的发展时期。

火力发电设备 50年代后期以来,火力发电设备的发展有以下特点。

①单机功率不断提高。发展大型机组可以提高效率、减少燃料消耗。美、苏、法等国从60年代开始成批生产600兆瓦级机组,并相继开发了900、1000兆瓦级机组。1972年勃朗-鲍威利公司制成世界上第一台1300兆瓦汽轮发电机组。以后美、英的通用电气公司,日本的东芝公司,联邦德国的电站设备联合公司也陆续制成1200~1300兆瓦机组但经实践证明,超大型机组受到材料特性、机组振动、短路应力、电网容量和运输条件的限制而难以普遍发展。加之超大容量机组易产生制造缺陷、事故频繁,使可用率和经济性降低。因此80年代以来,700兆瓦以上机组的产量减少。各国均转向注重发展标准化机组,依靠规模生产来降低成本和安装维护费用。世界上单机容量在300~700兆瓦的火电机组占火电机组总装机容量的四分之三。

②开发高蒸汽参数机组。提高高蒸汽参数能提高机组的热效率。美国在1955年率先发展超临界机组。通用电气公司于1959年和1962年相继制成450兆瓦和650兆瓦超临界压力机组。最高蒸汽参数达600,34兆帕。但由于材料、技术方面的困难,70年代以后降为亚临界参数。各主要工业国家(苏联、日本除外)多数机组采用 525,16~18兆帕。80年代,超临界参数又重新受到重视,到80年代中期,全世界已有500台超临界压力机组在运行。

③发展燃气-蒸汽联合循环机组。70年代,燃气轮机功率虽已发展到100兆瓦级,但热效率较低,运行成本高。60年代以来,各国均致力于发展燃气-蒸汽联合循环。这种联合循环发电厂的热效率一般可达45%。与相同功率的蒸汽电厂相比,投资可减少30~50%,建设周期可缩短20%,用水量减少50~66%。因而工业发达国家普遍发展这种机组。同时,由于石油危机的影响,各国都在发展煤的气化及沸腾床燃煤,以代替燃油或天然气。1984年在美国加利福尼亚的达吉特,建成90~100兆瓦的余热锅炉型压力喷射流态化床联合循环机组。

④提高锅炉、汽轮机的可靠性和经济性。50年代各国普遍发展再热循环。60年代广泛采用一机一炉的单元机组。70年代以来,发展直流锅炉以适应超临界压力机组的需要。70年代后期,逐步采用膜式气密冷壁锅炉,还发展了沸腾燃烧技术。汽轮机方面则积极发展热电联产用抽汽式汽轮机,以提高热能利用率。广泛应用电子计算机进行火力发电机组的监测、事故诊断和调节控制,已成为提高机组可靠性和经济效益的重要手段。

⑤改进汽轮发电机的冷却技术,提高绝缘水平。50年代,功率在50兆瓦以上的发电机已普遍采用比热容较空气大的氢气作为冷却介质,机组输出功率可提高25~35%。特别是氢内冷技术,使氢气直接流经定子和转子空心导线,从内部带出热量,机组输出功率可增加近一倍。由于水内冷的效果更好,80年代容量在300~800兆瓦的发电机定子绕组多采用水内冷,转子绕组采用氢内冷,铁心采用氢冷。中国于1958年首次研制成定子和转子绕组均采用水内冷的汽轮发电机。到60年代中期,已批量生产 125兆瓦双水内冷发电机。80年代末,西欧各国和苏联已在1000兆瓦及以上发电机转子中采用水内冷,作为解决温升问题、发展大功率机组和提高发电机效率的重要措施。为提高发电机的绝缘耐热等级,各国都在发展耐热环氧树脂云母绝缘。

水力发电设备 从50年代起,水力发电设备的发展有以下4个特点。

①单机容量迅速提高。1961年,苏联制成230兆瓦水电机组。1967年又制成500兆瓦水电机组。1978年,美国阿里斯·查默斯公司和加拿大通用电气公司制成 700兆瓦水电机组,把混流式水轮发电机组的制造技术提高到一个新水平。

②高水头水力资源的开发趋于怠尽,转而发展适用于中低水头的机型。低水头轴流转浆式水轮机从1916年问世以来,经过40年努力,单机功率才突破100兆瓦水平。 苏联列宁格勒金属工厂于1954年制成126 兆瓦轴流转桨式机组。1970年该厂又制成178兆瓦机组,转轮直径9.5米。1980年,中国东方电机厂制成170兆瓦轴流转桨机组,转轮直径达11.3米,成为当时世界上转轮直径最大的同类型机组。贯流式水轮机从1933年制成以来一直未能得到广泛应用。第二次世界大战后,一些发达国家中比较经济的水力资源大都已经开发,才转而重视适于低水头的贯流式水轮机。60年代,法国奈尔皮克公司和阿尔斯通公司制成单机出力10兆瓦的灯泡贯流式机组。60年代末苏联制成单机出力达47.3兆瓦同类机组。1978年,阿尔斯通公司和奈尔皮克公司制造的灯泡式机组的单机出力达53.1兆瓦。这种机组的过流能力比转桨式高,抗汽蚀性能也好,结构紧凑,适于安装在水下和坝内。

③随着电网容量的进一步增大,特别是承担基本负荷的核电站的增多,为均衡昼夜间的负荷差,抽水蓄能电站用可逆式水轮机组发展迅速。1956年,瑞士人P.德里亚兹发明了斜流式水轮机。这种水轮机可以通过调节叶片角度以适应不同水头和负荷变化,平均效率高,汽蚀系数也比转桨式水轮机小。60年代以来,在一些起动水头很低、水头与负荷变幅大的水电站中得到广泛应用。用于抽水蓄能电站的水泵水轮机于1930年问世后,由于它既可发电,又可抽水,可以有效地利用电力系统低谷负荷时的剩余能量,均衡尖峰负荷的用电,保证负荷急剧变化时电力系统的稳定,已引起各国的高度重视。80年代,世界各国大多发展可逆混流式水泵水轮机,并一直向大容量、高水头方向发展。可逆斜流式一般用于 180米水头,可逆轴流式一般用于20米以下水头。

④水轮机的制造技术日臻完善,水轮机的比转速不断提高。

1970~1983年,世界各国水电设备的代表性机组情况见表[1970~1983年各类型代表性水电机组一览表]。

其他能源发电设备 其他能源发电设备主要有核能发电设备、超导发电机、磁流体发电装置及燃料电池等。

①核能发电设备:1954年苏联在阿布宁斯克建成第一座工业用试验性核电站(5兆瓦),开始了核能发电的工业应用。到80年代,美国建成1300兆瓦、1500兆瓦核电机组。在各国所用核反应堆中,以压水堆居多,占61%;其次为沸水堆,占21%。70年代法国研制成“凤凰”快中子增殖反应堆,因能充分利用核燃料资源,又能经济发电,是最有前途的反应堆型。

②超导发电机:因机械、电气条件的限制,常规发电机单机功率的极限为2000~3000兆瓦。要发展更大功率的发电机,只有采用超导电机。1966年和1971年,美国先后制成8千伏安和45千伏安超导发电机。 运行经验证明,超导电机与常规电机相比具有体积小、重量轻、便于运输和安装、单位造价较低等优点,电机效率可提高0.3~0.8%,系统稳定性好。美国和苏联于1985年研制的超导发电机都已达到300兆伏安水平。1986年以来,高临界温度超导材料研究的突破性进展,使超导电机的研究出现新的前景。但由于在结构、材料、制造、试验等方面还有不少问题尚待解决,近期发展不快。

③磁流体发电装置:1959年,美国阿夫科公司建成世界上第一台磁流体发电的实验装置,点亮了228盏50瓦电灯,运行10秒钟。80年代苏联在梁赞建成燃气的U-500 磁流体发电站,由4台312兆瓦磁流体发电装置组成,净发电输出功率500兆瓦,电站总效率达48.5~50%,如果热电联产,效率可达82%。美国在80年代致力于发展燃煤的磁流体发电装置,先后建成热功率为20兆瓦和50兆瓦装置。后者能在燃烧室中排除大部分灰渣,只有10% 是通过发电通道,是商业应用上最有希望的装置。

④燃料电池:60年代,美国通用电气公司制成氢氧燃料电池,功率2千瓦,工作寿命400小时,用于航天飞行。70年代,美国孟山都化学公司制成的肼-空气燃料电池,功率达20千瓦,比能量为70瓦时/千克以上,可用作移动电源。这种新型发电装置因转换效率高、容量大、比能量高,并可为宇航员提供饮用水等优点,引起各国重视。此外,已实用的还有锌-空气燃料电池、甲醇-空气燃料电池以及用煤作燃料的高温固体电解质燃料电池等。

输变电设备 1954年,瑞典通用电机公司制成世界上第一套 380千伏交流输电成套设备。此后苏、美、法、加等国也相继建立了300千伏~500千伏交流输电线路。1965年,瑞典通用电机公司又制成735千伏交流输电成套设备。苏、美等国也陆续制成750千伏~765千伏的输电设备。70年代以来,苏联、美国、瑞典分别建成1000千伏~1500千伏特高压试验线路。这标志着输变电设备不断向大容量、高参数方向发展。

①变压器:750千伏及以下的大型电力变压器的制造、运行已经实用化。到70年代中期,已有1785千伏、1150兆伏安的电力变压器投入运行。1975年,勃朗-鲍威利有限公司、曼海姆子公司制成1800兆伏安单相变压器。配电变压器方面,各国都致力于发展低耗中小型变压器。多数厂家都采用心式结构和全斜接缝铁心,并开发非晶合金材料,以降低空载损耗和空载电流。80年代初,美国联盟公司制成第一台15千伏安非晶粒合金变压器,其空载损耗只有硅钢片铁心变压器的八分之一。同时,各国还积极开发和生产气体绝缘变压器和干式变压器,向降低损耗、简化维护、运行可靠、延长奉命方向发展。

②断路器:断路器的电压等级由50年代的380千伏~500千伏提高到735 千伏~765千伏,断流能力达到80千安~1000千安,全开断时间由3周波缩短至1周波。1970年勃朗- 鲍威利有限公司和苏联乌拉尔重型电机厂开发了1100千伏、65000 兆伏安的空气断路器。六氟化硫断路器自1951年由西屋电气公司研制成功以来,因其灭弧和绝缘性能好,体积小,检修周期长,因而发展很快,已逐步取代空气断路器1970年已生产出760千伏级产品。在六氟化硫断路器基础上发展起来了封闭组合电器。1965年,由德国卡洛尔-埃玛格公司首先制成110千伏级产品,1967年即已有225千伏的六氟化硫(SF)封闭式组合电器。这种组合电器结构紧凑,占地少,70年代以来得到迅速发展。少油断路器大量用于 400千伏及以下的中等容量输电系统。日本制成的真空开关和法国的 SF开关已取得15年以上不检修的经验。

③变流设备:1954年瑞典通用电机公司首先制成汞蒸气整流管,用于高压整流和逆变。在±100千伏直流输电线路上采用,传输20兆瓦的电能。1957年,美国通用电气公司制成硅晶闸管,1963年首先用于造纸机的传动系统。随后,迅速扩大到轧钢、矿山卷扬机等设备的电力传动。1967年,瑞典通用电机公司制成50千伏、10兆瓦晶闸管变流装置,用于直流输电。由于高压晶闸管的可靠性高,所以70年代以后,几乎所有的直流输电线路和绝大多数的直流电力传动装置都采用晶闸管变流设备。这种装置的容量也迅速增大。瑞典通用电机公司于1974 年制成250千伏1120安的变流设备,80年代又制成±600千伏的装置。70年代后期勃朗-鲍威利有限公司制成的晶闸管元件为6000伏、8000安。德国制成的晶闸管直流传动装置的单柜输出容量达11兆瓦。80年代初,美国、日本相继制成光控晶闸管,用于直流输电,使变流设备向小型、轻量化方向发展,进一步提高了运行稳定性。

④电力电缆:50年代以来,充油电缆向大容量、高电压、强制冷却和低损耗方向发展。1957年法国里昂电缆厂制成的5000千伏强迫油循环交流自容式充油电缆,1979年意大利帕瑞利公司研制的1100千伏交流自容式充油电缆,传输容量可达3300兆伏安。1980年,苏联和美国都研制了±600千伏直流钢管充油电缆为提高传输容量,各国厂家都在开发复合绝缘纸,以降低介质损耗;有的采用水内冷技术,有的在研究热管冷却、蒸发冷却和液氮冷却技术。美国联合碳化物公司于1976年研制成12米长超导电缆,在138千伏电压下,传输容量达340兆伏安。试验证明,低温和超导电缆的传输容量必须分别大于4000和7000兆伏安,才比较经济合算。在以挤出工艺制造的绝缘电缆中,高分子合成材料已逐步取代天然绝缘材料50年代,聚乙烯绝缘电缆已广泛用于中低压线路。1955年又发展了耐热性能更好的交联聚乙烯电缆。1965年后各国相继制成132千伏、154千伏、220千伏、275千伏等电压等级的挤出绝缘电缆,并得到广泛应用。美、日等国还发展了管道充气(SF)电缆,用于345千伏及以上电压等级、传输容量大于1800兆伏安、传输距离大于3公里的线路。

用电设备 电动机、低压电器、牵引电器、电炉、电焊设备、家用电器等用电设备在性能、可靠性、节能等方面都有很大发展。

电动机一直朝提高效率和可靠性,改善调速、起动和控制性能,降低材料用量等方向发展。其特点是:①产品标准化、系列化、通用化。电动机的功率等级和安装尺寸已趋一致。②普遍推广晶闸管装置,既改善调速性能,又提高可靠性。采用晶闸管变频装置供电的同步电动机单机功率已达36兆瓦。③发展机电一体化产品。80年代,美国开发了以微机为基础的新型控制器,在电压波动、负荷变动时能使电动机获得最高效率,单相电动机可节能20~50%,三相电动机可节能5~10%,被称为节能的“时髦电动机”(智能电动机)。④发展专用特殊电机。为适应各种不同用途和不同条件,出现了潜水电机、潜油电机、钻采电机、牵引电机、低噪声电机、高速电机、高滑差电机、直线电机、盘式电机,以及在高温、低温等特殊条件下使用的电动机等。直线电动机已在一些国家用于推进磁悬浮列车。电机的功率为2000千瓦,列车时速达 500公里/时。⑤采用新材料、新结构。50年代以前,一般电动机均采用耐温120的E级绝缘材料。进入80年代,各国已普遍采用F级和耐温180的H级绝缘材料。导磁材料逐步用冷轧低损耗取向硅钢片代替热轧硅钢片。70年代以来发展了无取向硅钢片和非晶金属合金材料,以进一步降低铁损。同时还普遍推广使用磁性槽楔以减少附加损耗和噪声,改善运行性能。

70年代以来,随着半导体器件和电子技术在低压电器上的应用,产品向小型化、高性能、高可靠性、多品种、多功能、使用方便的方向发展。60年代美国首先在低压电器上采用半导体脱扣器,提高了脱扣精度,扩大了保护特性和调节范围。80年代初,美国西屋电气公司首先将微处理机用于塑壳式断路器中,实现了断路器的智能化。1984年日本富士电机公司首次将专用集成电路用于接触器驱动电路中,提高了接触器的动作可靠性,减少了电磁系统的功耗和所需控制容量。80年代,西门子公司生产的交流接触器由于采用电子技术和新材料,使接触器每单位额定电流的重量只为1950年产品的六分之一。

自20世纪初出现电气化铁路以来,电力机车的牵引电机多采用直流电动机。由于大功率晶闸管的出现,为交流电动机应用于机车牵引开辟了道路。1979年联邦德国开始试制交流-直流-交流电力机车(轴功率达1400千瓦)。这种牵引电力机车已在各国推广生产和应用。

60年代以来,电炉发展的特点是:①向大容量方向发展。60年代电弧炉的容量为280吨,80年代,电弧炉容量增至800吨。并且,在一些大容量电弧炉上采用超大功率技术以强化熔炼,提高热效率,缩短熔炼时间和降低电耗,这是炼钢电弧炉的一项重大技术突破。采用超大功率一般可将熔炼时间缩短三分之二,电耗降低23%。②随着硅晶闸管中频电源技术的发展,大功率中频无心感应炉正在逐步取代铸造车间原有的油炉和工频炉,以提高熔化能力和降低电耗。③用于熔炼难熔金属的各种新型电炉亦有很大发展。自1953年在美国出现真空电弧炉以后,陆续开发了电子束熔炼炉和等离子熔炼炉。80年代民主德国与苏联研制出能熔炼 30吨和100吨锭子的电子束炉;奥地利福斯特-阿尔平公司制成容量为45吨的等离子炉,用于生产特殊钢。这种电炉电极消耗少,金属收得率高,噪声低,几乎没有粉尘和烟气。

60年代出现等离子弧焊机、激光焊机和光束焊机。70年代由于采用了电子技术,电焊机性能有很大提高。自动电弧焊电源采用硅晶闸管开关线路,可自动调节焊接电流。对焊机中采用光电脉冲控制烧化量,提高了焊接的热稳定性和精度。有的电焊机配上有补偿功率因数的电力电容器和空载自动断路器后,降低了空载损耗。

60年代以后,家用电器发展很快,已有200多个品种。 由于电子技术和微处理机在家用电器上的应用,产品正向自动化、智能化方向发展,这种家用电器能按预编程序自动运行。美国已制成带有信息处理器的电冰箱,在夜间只需极少能耗便能将冰箱温度控制在预定值。具有自动洗涤、甩干、熨烫等功能的自动化洗衣机得到开发。

通信光缆从60年代美国康宁玻璃公司首先制成一根几百米长、衰减为20分贝/公里的0.63微米单模光纤后得到迅速发展。

刘肇和 张磊

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