编者按：为满足广大钱老现代科学技术体系研究者需要，即日起，转发《钱学森文集(1-6卷)》中的文章，按照原书编排顺序，每次转发一篇文集文章，供大家学习参考。

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强电技术的弱电化*

*钱学森在科学院学部大会上发言中提到了强电技术弱电化的问题以后，引起《人民电业》读者的很大兴趣，应该刊之约所写，刊载于《人民电业》1957 年第 22 期。

科学技术的发展是相互关联的，只要一门科学技术有了飞跃的进步和成就，它的实践经验和由这些实践经验所提炼出来的理论也一定可以作为改进其他科学技术部门的工具。这里要谈的强电技术弱电化也就是这个道理，它是利用弱电技术以及自动调节技术在近二三十年的成就来为强电技术开辟新的发展道路。当然，现在已经有人注意到如何扩大自动调节和控制在电力系统中的使用范围，不但要把一个电站的管理和操作自动化，而且也要把整个电力系统的管理和操作自动化。这也就是说我们要用电子计算机来代替一部分的工程师工作，用电子计算机来做出如何调度电力负荷的决定。我们相信电子计算机在这个工作上能比工程师更敏捷、更精密。自然，要实现这一个计划就必须运用远距离测量和远距离控制的技术，再加上电子计算机，这就是运用弱电技术的新成就了。可是这还不能说是强电技术的弱电化，它只是用弱电技术的一些工具来帮助解决强电的问题，而不是运用弱电技术的整套经验和理论来改造强电技术。

半导体技术是现在弱电技术里的一个生长点。显然，利用半导体热电效应就能发电，如果发电的效率能提高到15%以上，那就不再需要用转动发电机来发电，这就是根本改造了强电技术。所以半导体发电这一个问题是强电技术弱电化的一个关键性问题，是我们决不能忽略的一个问题。也就是因为这个缘故，它在苏联得到很大的重视。

用半导体热电效应发出来的电是直流电，而我们知道： 从使用上来看交流电有很多方便的地方。因此，直流变交流的技术是必需的。其实问题还不止于此，为了高压远距离输电，直流有它的优越点，因此我们也得掌握高压整流技术。自然，整流和逆换流技术是早有了研究和实用的，但是我们的工作方向应该是如何把整流器和逆换流器做得小巧，同时提高它们的效率。用半导体整流已经有很大的成就，特别是锗整流器;但是逆换流也应该能用半导体，可是这一方面还有待于半导体专家们的进一步努力。

如果整流器和逆换流器能做得小巧而具有高效率，那么就可以把一个整流器和一个逆换流器串联起来成为一个高效率的变频器，因而在发电机和电动机方面就可以不必使用一个固定的频率，所谓50赫的工业频率。把交流系统从固定的频率解放出来就能开展几个方面的发展。其中缘故是： 第一，加高频率可以把同一转速同一功率电动机的重量减轻，把体积减小。也是因为这个缘故，所以在航空技术里，飞机所用的交流系统都是高频的，现在频率已经提到400赫以上。第二，现在涡轮发电机和燃气涡轮发电机都因为受了50赫频率的限制，不能再提高转速，最大是3000转/分。但是为了减轻重量和减小体积就必需提高转速;飞机用的燃气涡轮是很轻的，但是它们的转速都在7000转/分左右。如果发电机也用这样高的转速，频率就得提到120赫附近。从上面所说的看来，提升频率对发电机和电动机都有好处，可是为了有效地输电，高频是不利的，所以对整个发电、输电和使用的系统来说，最好是在不同部分选择不同的频率，也就是需要自由变频的装备。有了半导体的高效能变频器，我们就可以大步地向高频机械发展。其实也不难预见到可以调变频率的变频器，频率变了同步转速也就变了，所以这样又可以有效地和连续地调节和控制交流电动机的转速。这些发展都会使强电技术起革命性的变化。

假如说一直到现在一点也没有强电技术弱电化的事实，那也是不对的。我们知道在以前水轮发电机的励磁系统是十分笨重的，有主励磁机，也有副励磁机。自从有了整流器以后，人们也曾想到把交流整流后用来励磁。但是这里的问题是这一个电动体系的稳定性不好，不能满足调节和控制的要求。可是自有了磁放大器以后，这个稳定问题已经得到解决，创造了所谓离子励磁系统，因而近年来大型发电机的励磁系统有了很大的改进。我们为什么举出这件事作为强电技术弱电化的例子呢?我们的目的是突出这样的事实： 一个原来不稳定的系统可以“人工地”来稳定，而稳定的方法是主要地通过电的方法来实现的。电的方法比机械方法好，它的灵活性大，参数的变动容易，能适应各种不同的要求。这样的人工稳定方法也正是自动调节技术里面的主要手段，所以它也是强电技术弱电化的一方面。

自然，当我们认清楚了整流励磁系统的含义以后，就可以看出这个人工稳定的概念是可以大加发展的： 既然可以人工地把不稳定的变作稳定，那么电动系统的设计可能就少了一个限制，就可以研究和实现一些在以前认为是不能用的设计。我们不必怕系统不稳定，只要它在别的方面性能好，我们还是能补足这个缺陷的。换句话说，应该考虑的不是机械和电动力的部分系统，而是这部分再加上稳定部分的整个体系的性能。其实我们也可以把问题看得更广泛些，把整个体系看作是机械的和电的综合体系，其目的是为了得到一定的性能(包括稳定性在内)。体系里面有各种反馈作用，也有放大器，也有特别插入的补偿网络。因为这是强电体系，所以补偿网络里不能故意放电阻，电阻是耗散功能的，这里面只能有电感和电容。但是即使像上面所说的去提高系统里的频率，几百赫的频率也还是算低频率，所以补偿网络里面的特征时间不能太小，那么在补偿网络里的电感和电容就很大。电感问题还不大，只要用设计得好的磁芯，问题在大的电容。所幸现在因弱电技术的需要，已经找到良好的铁电体，像钛酸钡，它们的电介常数很大，可以达到几万;因此如果用铁电体来作电容器里的电介质，大容量的电容也可以做得不庞大、不笨重。这就解决了电容的问题，所以上面所提出的强电技术弱电化的方案看来是能实现的。

我们在本文的一开始就提到用电子计算机来调度电力系统里各个电站的电负荷。这样一个自动系统，如果从总的方面来看，它是具有一定设计好了的性能的;而更重要的是： 这体系的性能的实现是靠一连串远距离测量和远距离控制，再加上电子计算机。没有这些东西，光是各个电厂和电厂间的输电网是不会有所要求的总体性能的。这也就是说： 一个体系的性能能够通过测量、控制和计算装备来由我们改变;不论它本来是怎么样的，我们有能力让它变得合乎我们的要求。整个电力系统是如此，为什么小一点的电动系统不能如此呢?当然可以的，一架电动机的速度和负荷的关系应该就能用这样的方法任意加以改变。也就是这样我们把许许多多限制强电技术的条件都除去了，其结果一定能使强电技术飞跃地发展到一个新阶段。

最后，也许有人要说，在这篇短文里所谈的强电技术弱电化问题，仅仅提出了几个研究方向，还不够具体，还没有提出仔细的设计方案，诚然是如此的。具体的个别设计方案是要在研究取得成就后才能提出，现在研究还没有开始，怎么就能得到这个研究的成果呢?在写本文的时候，作者在有关问题上曾和中国科学院自动化研究所的屠善澄同志和杨嘉墀同志讨论过多次，因而得到教益。作者在此谨对他们表示谢意。