从20世纪50年代开始,电工科技取得了重大突破,不仅表现为电磁机械的发展,更重要的是以半导体器件为基础的微电子和电力电子器件的诞生与迅速发展,信息科学与技术、计算机科学与技术由电工科技中形成并裂变为新的学科。同时电工科技也借助信息和计算机科学走上了新的发展道路,取得了新的突破。
1.电工材料的发展
半个世纪以前,主要应用的水磁材料为铝镍钴和铁氧体。之后出现的稀土永磁材料,如钐钴永磁材料和钕铁硼永磁材料,不仅有高的剩磁感应强度、矫磁力和磁能积,而且其磁化曲线接近直线。钐钴永磁不仅居里温度达800C,而且温度系数也很小。
铁钴钒软磁材料不仅饱和磁感应强度比硅钢片高得多,且其机械强度也有提高。高频磁性材料如非晶合金、微晶合金和铁粉芯等相继诞生,它们不仅在高频下有低的损耗,还有较高的饱和磁感应强度。
绝缘材料的允许工作温度不断提高。以聚酰亚胺为代表的绝缘线、薄膜、套管和绝缘漆不仅工作温度可达200C,而且有很强的抗滑油浸蚀的能力。更高工作温度的陶瓷绝缘也已开始应用。为电磁机械的发展打下了基础。
一系列的功能材料得到发展,如压敏、磁敏和热敏材料,它们为新型传感器和换能器的发展创造了条件。
锗和硅等半导体材料的提纯和掺杂,诞生了半导体器件,碳化硅和氮化镓等高温半导体材料的诞生,开辟了高温电子学的新天地。
2.半导体器件的诞生和发展
半导体固态电子器件分成两个分支蓬勃发展,一是信号电子器件,如集成电路、大规模集成电路、超大规模集成电路,直至计算机芯片,几十年来芯片的信号变换、信号处理能力井喷式发展。二是固态功率电子器件,如晶闸管、晶体管、场效应品体管(MOSFET)和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)相继诞生。由固态器件构成的电力电子装置不仅可用小的体积尺寸控制大的电功率,而且具有很高的能量转换效率。信号电子器件、功率电子器件和电磁电器(电机D的结合形成了新一代电工机械。
3.新型传感器
磁敏器件为直流电压电流的隔离检测提供了有效手段出现了霍尔电压和电流传感器。热敏半导体器件显著地提高了温度检测的灵敏度改善了温度控制的便利性。压电材料的应用形成了新的换能器,超声电机得以诞生。电机转子位置检测器速度和位置传感器的出现,为调速电动机和伺服电动机的发展创造了条件。
4.电机控制理论与技术
无刷直流电动机是永磁电机电力电子变换器、电机转子位置传感器和集成电路的有机结合,用电子换相器代替机械换向器,大幅提高了电机工作寿命和环境适应能力。
交流电动机的磁场定向控制理论、直接转矩控制理论和技术的发展,大幅提高了交流调速电动机的竞争优势。
5.电工测量仪器
示波器等电工精密测量仪器的发展,不仅能正确测量稳态电压电流、电压脉动、电流畸变,还可记录瞬时电压电流波形,观察电压浪涌与尖峰,观察数字逻辑信号的演变,有力地推动了电工科技的发展,推动了航空电子和航空机电设备的发展。
6.电工制造工艺技术
半个多世纪以来高速电机的发展,高功率密度电机的进步,机电和电液作动机构的成功应用都离不开制造技术与工艺的发展。特别值得提出的是半导体材料和器件的制备工艺和装备从无到有到快速发展,极大地促进了信息、控制和电工科技的发展。
电工科技半个多世纪来多方面的突破为多电飞机的发展打下了扎实的基础。A380、B787和F-35等第一代多电飞机的诞生是和电工科技的突破分不开的。