电气工程导论第一章-绪论

安徽科技学院电气工程教研室电气工程专业导论1安徽科技学院电气工程教研室电气工程专业导论2一．电气工程在国民经济中的地位二．电气科学与工程的发展简史三．电气工程的发展前景四．电气工程的理论基础五．电气工程常用计算机程序简介第一章绪论安徽科技学院电气工程教研室电气工程专业导论3电气工程学科(专业代码0806)（ElectricalEngineering——Thebranchofengineeringsciencethatstudiestheusesofelectricityandtheequipmentforpowergenerationanddistributionandthecontrolofmachinesandcommunication）.它是工程科学的一个分支，主要研究电气系统的应用和发配电设备与机械的控制及通信。一、电气工程在国民经济中的地位安徽科技学院电气工程教研室电气工程专业导论4一、电气工程在国民经济中的地位(续）电气科学与工程学科分类1.电磁学与电路理论；2.电机电器学；3.电力系统；4.电工材料学；5.高电压与绝缘；6.电力电子学；7.脉冲功率技术；8.放电理论与放电等离子体；9.超导电工学；10.生物电磁学；11.电磁兼容；12.新能源与新发电技术。安徽科技学院电气工程教研室电气工程专业导论5电气工程及其自动化（本科）（1998年专业目录）电机电器及其控制电力系统及其自动化高电压与绝缘技术工业自动化电气技术一、电气工程在国民经济中的地位(续）安徽科技学院电气工程教研室电气工程专业导论6电气工程一级学科（硕士、博士）电机与电器电力系统及其自动化高电压与绝缘技术电力电子与电力传动电工理论与新技术一、电气工程在国民经济中的地位(续）安徽科技学院电气工程教研室电气工程专业导论7控制科学与工程信息科学与技术电子科学与技术学科管理及其它相关学科自动化控制现代化管理商业化运营信息化改造学科交叉电气工程及其自动化电机电器及其控制电力系统及其自动化高电压与绝缘技术工业自动化电气技术一、电气工程在国民经济中的地位(续）安徽科技学院电气工程教研室电气工程专业导论8二、电气科学与工程的发展简史这个过程大致可分为三个阶段。第一阶段，从公元前大约7世纪至公元16世纪上半叶，在长达两千余年的岁月里，人类对电、磁现象的认识十分缓慢，一直停留在单纯地观察记录的水平上。第二阶段，自16世纪下半叶英国女王的侍医官吉尔伯特开始，人们对电磁现象进行了探讨，并作了一些定性的归纳和总结。这一阶段大约持续了二百年。第三阶段，从18世纪的卡文迪许、库仑开始，人们对电磁现象的研究进入了用科学方法定量研究、总结归纳从而得出规律的阶段。安徽科技学院电气工程教研室电气工程专业导论9二、电气科学与工程的发展简史（续）时间典型事件及意义代表人物公元前七世纪发现磁石管子(中国)thale(泰勒斯希腊)公元前二世纪静电吸引西汉初年1600年《论磁石》论述磁并导入“电”electricWilliamGilbert(吉尔伯特)1745年莱顿瓶电容器的原形，存贮电Pietervanmusschenbrock(穆欣布罗克荷兰莱顿)EwaldGeorgVonKleit(克莱斯特德国)安徽科技学院电气工程教研室电气工程专业导论10二、电气科学与工程的发展简史（续）吉尔伯特和他的著作《论磁石》安徽科技学院电气工程教研室电气工程专业导论11二、电气科学与工程的发展简史（续）带有莱顿瓶的起电机安徽科技学院电气工程教研室电气工程专业导论12二、电气科学与工程的发展简史（续）时间典型事件及意义代表人物1747年电荷守恒定律BenjamimFranktin(夫兰克林美国)1754年避雷针ProcopiusDirisch(狄维施)1785年库仑定律—电磁学进入科学行列CharlesAugustedeCoulom(库仑法国)安徽科技学院电气工程教研室电气工程专业导论13二、电气科学与工程的发展简史（续）库仑和他发明的扭力天平库仑定律安徽科技学院电气工程教研室电气工程专业导论14二、电气科学与工程的发展简史（续）时间典型事件及意义代表人物1799年发明电池提供较长时间的电流AlessandroGrafVolta(伏特意大利)1820年电流的磁效应（电产生磁）安培分子电流说毕奥-萨伐尔定律HansChanstanOersted(奥斯特丹麦)AndreMarieAmpere(安培法国)Jean-BaptuteBiot,FelixSavart(毕奥，萨伐尔)安徽科技学院电气工程教研室电气工程专业导论15二、电气科学与工程的发展简史（续）伏特与伏打电池安徽科技学院电气工程教研室电气工程专业导论16二、电气科学与工程的发展简史（续）安培与他的实验装置安培定律安徽科技学院电气工程教研室电气工程专业导论17二、电气科学与工程的发展简史（续）时间典型事件及意义代表人物1827年欧姆定律GeorgSimonohm(欧姆德国)1831年电磁感应现象（磁产生电）MichaelFaraday(法拉第英国)1834年楞次定律楞次安徽科技学院电气工程教研室电气工程专业导论18二、电气科学与工程的发展简史（续）欧姆与他的实验装置欧姆定律安徽科技学院电气工程教研室电气工程专业导论19二、电气科学与工程的发展简史（续）法拉第与最早的发电机——法拉第盘法拉第电磁感应定律安徽科技学院电气工程教研室电气工程专业导论20二、电气科学与工程的发展简史（续）时间典型事件及意义代表人物1832年第一台实用的直流发电机HippolytePixii（皮克斯，法国）1834年第一台实用的电动机MoritzHermannVonJaccobi(雅可比，德籍俄国)1866年第一台自激式发电机ErnstWernerVonSiemens(西门子，德国)安徽科技学院电气工程教研室电气工程专业导论21二、电气科学与工程的发展简史（续）皮克斯发明的直流发电机安徽科技学院电气工程教研室电气工程专业导论22二、电气科学与工程的发展简史（续）雅可比发明的世界上第一台电动机模型（左）与实用电动机（右，复制品）安徽科技学院电气工程教研室电气工程专业导论23二、电气科学与工程的发展简史（续）西门子与他的自激式发电机安徽科技学院电气工程教研室电气工程专业导论24二、电气科学与工程的发展简史（续）时间典型事件及意义代表人物1873年麦克斯韦方程组建立了电磁学理论，预言了电磁波Maxwell(麦克斯韦，英国)1879年电灯泡的发明Edison(爱迪生美国)1896年光速公式HendrikAnoenLorentz(洛仑兹)安徽科技学院电气工程教研室电气工程专业导论25二、电气科学与工程的发展简史（续）麦克斯韦与他所著的《电磁通论》麦克斯韦方程安徽科技学院电气工程教研室电气工程专业导论26二、电气科学与工程的发展简史（续）电弧灯（左）与爱迪生发明的白炽灯安徽科技学院电气工程教研室电气工程专业导论27二、电气科学与工程的发展简史（续）1831年英国人Faraday发现电磁感应现象1832年法国人Orsted制成第一部发电机1834年德国人Heinrich发现楞次定律1864年德国人Maxwell发表电磁波理论1866年德国人Gramme发明自激式直流发电机1876年美国人Bell发明磁铁式电话1875年法国巴黎火车站建立了世界上第一座火力发电厂1879年西门子设计了第一台能乘坐18人的小型电力机车1882年纽约出现第一座直流配电系统安徽科技学院电气工程教研室电气工程专业导论28二、电气科学与工程的发展简史（续）1885年美国人Stanley研制成功变压器1886年美国开始发展交流电力系统1887年德国人Hertz实验证明电波存在1888年美国人Tesla发表感应电动机理论1890年美国第一座3.3kv交流输电系统完成1893年芝加哥美国博览会展出双相交流配电系统1896年意大利人Popov发明无线电1897年英国人Thomson证实电子存在1912年美国GE公司正式使用消弧室安徽科技学院电气工程教研室电气工程专业导论29二、电气科学与工程的发展简史（续）1918年美国人Fortescue发表解析不平衡理论1933年德国AEG公司制造220kv级之气冲式断路器1936年美国自到LA之间完成287kv线路1938年美国人应用布尔代数于交换电路1946年美国宾州大学Eckert完成ENIAC真空管计算器1948年美国人Bardeen发明晶体管1951年世界第一部商用计算器UNIVAC1951年美国西屋公司产制SF6断路器1954年100kV之HVDC线路于瑞典正式运行安徽科技学院电气工程教研室电气工程专业导论30二、电气科学与工程的发展简史（续）1957年第一座商用核能电厂于美国运转1960年美国人Maiman作雷射证明1961年美国Fairchild及TI公司推出商用IC1962年美国发射第一枚通讯卫星Telstar11969年美国765kv交流线路完成1971年各型集成电路时期1975年美国Intel公司推出4004、8080微处理器1976年大型电子计算器及微电脑问世后，诸如电力系统分析、电力控制、电机设计及保护系统等技术不断推陈出新电气工程被人们誉为“现代文明之轮”安徽科技学院电气工程教研室电气工程专业导论31安徽科技学院电气工程教研室电气工程专业导论32电气工程信息化信息获取与处理信息传输信息应用信息系统安全……网络化电力网络信息通信网络工业控制网络SCADA/EMSDMS/DSM/GIS……数字化数字化测控数字信号处理数字仿真分析数字电力系统……楼宇智能化智能建筑供配电智能建筑通讯智能建筑防盗综合布线系统……电气驱动与控制“线控”汽车全电舰船多(全)电飞机……材料科学超导材料半导体材料永磁材料……三、电气科学的发展前景生命科学生物医学电磁技术磁共振成像技术……电工高新技术磁悬浮技术磁流体发电技术……安徽科技学院电气工程教研室电气工程专业导论33三、电气科学的发展前景(续）线控汽车安徽科技学院电气工程教研室电气工程专业导论34三、电气科学的发展前景(续）全电旅游船电气设备布置安徽科技学院电气工程教研室电气工程专业导论35三、电气科学的发展前景(续）多电飞机电气设备布置安徽科技学院电气工程教研室电气工程专业导论36三、电气科学的发展前景(续）智能楼宇示意图安徽科技学院电气工程教研室电气工程专业导论37三、电气科学的发展前景(续）近年来的研究热点有：①电力大系统、电力传动系统及电力电子变流系统中的各类问题；②生物、医学与健康领域中的电磁方法与新技术；③气体放电及多相混合体放电问题；④基于新材料、新原理或为开拓新应用领域的电机、电器；⑤反映各类电器设备电器或绝缘性能演变的多因子规律及其观察和测量技术；⑥电能质量的理论及其测量、控制；⑦可再生能源发电、电能存储和电力变换技术；⑧现代测量原理及传感技术；⑨脉冲功率技术与低温等离子体应用基础；⑩电力电磁兼容问题以及复杂电力系统的经济安全运行、控制及规划的理论及其应用。安徽科技学院电气工程教研室电气工程专业导论38四、电气工程的理论基础一．电路理论的基本概念与基本定律1.电路的基本物理量及其正方向；2.欧姆定律；3.基尔霍夫定律。二．电磁场理论的基本概念与基本定律UIRUIRIURIURU6VI-2AR+-－安徽科技学院电气工程教研室电气工程专业导论39五、电气工程常用的计算机程序简介1.MATLABMATLAB是美国Mathwork公司自1984年开始推出的一种使用简便的工程计算语言，由于其强大的数值运算能力和开放灵活的应用界面而在科学技术和工程应用的各个领域得到广泛的应用.其数学计算部分提供了强大的矩阵处理和绘图功能。在工程仿真方面，MATLAB提供的软件几乎支持各个工程领域。安徽科技学院电气工程教研室电气工程专业导论40五、电气工程常用的计算机程序简介(续）2.PSpiceSPICE(SimulationProgramwithIntegrated-CircuitEmphasis)是美国加州大学Berkely分校在20世纪70