电气工程概论-第一章-绪论

电气工程概论范瑜主编高等教育出版社2第1章绪论31.1电气工程在国民经济中的地位电气工程的研究对象：电气工程是与电能生产和应用相关的技术，具体的讲：是研究电能的产生、传输、变换、控制、存以及应用的专业，同时它也是工程教育体系中的一个学科。在我国高等学校的本科专业目录中，电气工程对应的专业是电气工程及其自动化或电气工程与自动化。本科和博士生的专业为电气工程及其自动化,硕士研究生就读电气工程有5个二级学科.41998年国家颁布的大学本科专业目录•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•电气技术电气工程及其自动化专业注：在同时颁布的工科引导性专业目录中，把电气工程及其自动化专业和自动化专业中的部分合并为电气工程与自动化专业。强弱电结合，二者并重的专业5在研究生学科专业目录中，电气工程是工学门类中的一个一级学科，包含五个二级学科:电气工程代号0808080801电机与电器080802电力系统及其自动化080803高电压与绝缘技术080804电力电子与电力传动080805电工理论与新技术电气工程的学科地位和研究内容6“电气工程”的英文定义是：Thebranchofengineeringsciencethatstudiestheusesofelectricityandtheequipmentforpowergenerationanddistributionandthecontrolofmachinesandcommunication。（工程科学的一个分支，研究电气的应用和发配电设备与机械的控制以及通信）。目前，我国的电气工程及其自动化专业不包括通信。电气工程的定义7电气工程的理论基础：电气科学电气科学与工程所涉及的领域：电磁学与电路理论电机电器学电力系统电工材料学高电压与绝缘电力电子学脉冲功率技术放电理论与放电等离子体超导电工学生物电磁学电磁兼容新能源与新发电技术电气工程的理论基础和涉及领域8现代五大工程电气工程、土木工程、机械工程、化学工程和管理工程与“现代五大工程”的其它工程相比，电气工程的突出特点：1.电气工程的出现不是来源于文明发展的自身需要，而是来源于科学发现。2.电气工程以全新的能量形态开辟了一个人类文明的新领域，伴生了电子工程，孕育了通讯、计算机、网络等工程领域，为信息时代的出现奠定了基础。3.在信息时代，电气工程渗透到现代社会的各个领域。电气工程在国民经济中的地位参看P4第3段。91.2电气科学与工程的发展简史司南模型10时间典型事件人物/国家公元前七世纪发现磁石与磁现象中国、希腊公元前一世纪静电吸引王充（叙述），中国1600年《论磁石》论述磁现象（近代电磁学研究的开端）吉尔伯特，英国1660年发明摩擦起电机奥托·冯·库克，德国1745年发明莱顿瓶荷兰莱顿大学，克里斯特与莫什布鲁克11吉尔伯特和他的著作《论磁石》12带有莱顿瓶的起电机荷兰莱顿大学，克里斯特与莫什布鲁克起电机是一种借助人力或其他动力克服静电力以获得静电的机械，简称起电机。跟一般的发电机不同，起电机只能产生较高的电压，而由此放电产生的短暂脉冲电流，平均值很小，一般不超过几毫安。13时间典型事件人物/国家1747年发明避雷针富兰克林，美国1785年发现库仑定律库仑，法国1800年发明伏打电池伏打，意大利14库仑和他发明的扭力天平15伏特与伏打电池伏打电池使电不再是微弱的转瞬即逝的现象，让电学迈出了静电学的狭小范围，极大地推动了电学的研究与应用。16时间典型事件及意义人物/国家1820年发现电流的磁效应奥斯特，丹麦1820年研究通电导线之间的吸引或排斥现象，随后建立安培定律安培，法国（电流的单位A）1826年欧姆定律欧姆，德国（电阻）1831年发现电磁感应现象并建立电磁感应定律法拉第，英国（电容F）1864年麦克斯韦方程（现代电磁学最重要的理论基础）麦克斯韦，英国17安培与他的实验装置18欧姆与他的实验装置19法拉第与最早的发电机——法拉第盘20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皮克斯，法国1834年第一台实用的电动机雅可比，德籍俄国人1866年第一台自激式发电机西门子，德国21皮克斯发明的直流发电机22雅可比发明的世界上第一台电动机模型与实用电动机23西门子与他的自激式发电机24麦克斯韦与他所著的《电磁通论》25电弧灯（左）与爱迪生发明的白炽灯261882年，爱迪生在纽约建立发电厂1881年美国的著名发明家爱迪生开始筹建中央发电厂，1882年总共有两座初具规模的发电厂投产。1月伦敦荷陆恩桥的爱迪生公司开始发电，供应圣马厂邮局，桥西的城市大教堂和桥头旅馆等用电，发电厂利用蒸汽机驱动直流发电机，电压为110伏，电力可供1000个爱迪生灯泡用。同年末纽约珍珠街爱迪生公司发电厂也装上了同型机组，这是美国的第一座发电厂，内装6台发动机，可供6000个爱迪生灯泡用电。27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……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……1.3电气工程的发展前景28线控汽车返回29全电旅游船电气设备布置返回30多电飞机电气设备布置采用电磁悬浮轴承取代发动机的机械轴承，用电液执行器取代液压和气动执行器并且采用很多电力电子装置。31飞机飞行控制系统分类机械式液压式电驱式电传式智能式光纤式通过机械装置将驾驶舱控制杆与方向舵踏板的操纵量传递到副翼和升降舵。（滚转、俯仰和偏航）通过机械液压装置将驾驶舱控制杆与方向舵踏板的操纵量传递到副翼和升降舵。（滚转，俯仰和偏航）用电传操纵代替机械回路，用液压回路控制相关控制面。用光纤代替电缆，提高信号传递的速度和抗干扰能力。用电传代替机械回路，用电力回路代替液压回路。现代电传操纵系统的一种扩充，目的是增强对飞行中的损坏和失效等情况的控制性。32飞行操纵动作液压回路伺服阀液压泵控制面人工感觉反馈机械回路飞行操纵动作液压回路伺服阀液压泵控制面计算机或电子控制器变送器电信号电传操纵系统机械液压操纵系统飞行操纵动作电动执行器控制面计算机或电子控制器变送器电信号电驱式操纵系统电缆33电驱式操纵系统的优点1.节省重量；2.可以配置更多的冗余电力回路以保证飞机飞行的可靠性。3.飞控系统和航电系统具有更高的集成度；4.取消液压回路极大地降低了维护成本。我国的歼-10飞机就采用放宽静稳定度的4余度电传操纵系统。返回34智能楼宇示意图返回在建筑中综合计算机技术、自动控制技术、通信技术和电气工程技术构成楼宇自动化技术。智能楼宇的目标是：提供安全、舒适、快捷的优质服务；建立先进的管理机制；节省能耗和降低人工成本。35近年来的研究热点：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。361.4电气工程的理论基础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。UIRUIRIURIURU6VI-2AR+-－（1）电路理论的基本概念与基本定律37（2）电磁场理论的基本概念与基本定律1.法拉第电磁感应定律（磁生电的基本定律）2.安培环路定律（电生磁的基本定律）3.电磁力定律（电磁相互作用的基本定律）4.麦克斯韦方程组（联系电荷、电流和电场、磁场的基本微分方程组）381.5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。392.PSpiceSPICE是美国加州大学Berkely分校在20世纪70年代早期为集成电路仿真开发的，它是低功率等级电力电子最广泛应用的仿真程序。微机版本的SPICE称为PSpice。403.EMTPEMTP(Electro-MagneticTransientProgram)是用于电力系统电磁暂态分析的仿真软件,是电力系统中高电压等级的电力网络和电力电子仿真应用最广泛的程序。EMTP侧重的是系统级的运行工况而不是个别元件的细节。它包含电机、变压器、传输线、二极管、晶闸管和开关等元件的模型。EMTP是一个不断发展的软件，拥有推动其发展的大量资源，成为美国电力系统和电力电子仿真方面的工业标准。41电气工程常用的软件还有混合信号及混合技术仿真软件Saber、电磁场分析计算软件Ansoft等。42学科的知识教育部将高等院校里的学科门类分类为一级学科和二级学科一级学科是学科大类,用四位码表示。二级学科是其下的学科小类，用六位码表示。01哲学02经济学03法学04教育学05文学06历史学07理学08工学09农学10医学11军事学12管理学（门类）0808电气工程（一级学科）080801电机与电器080802电力系统及其自动化080804电力电子与电力传动返回43电气工程及其自动化专业介绍学科：工学门类：电气信息类专业名称：电气工程及其自动化业务培养目标：本专业培养能够从事与电气工程有关的系统运行、自动控制、电力电子技术、信息处理、试验分析、研制开发、经济管理以及电子与计算机技术应用等领域工作的宽口径复合型高级工程技术人才。业务培养要求：本专业学生主要学习电工技术、电子技术、信息控制、计算机技术等方面较宽广的工程技术基础和一定的专业知识。本专业主要特点是强弱电结合、电工技术与电子技术相结合、软件与硬件结合、元件与系统结合，学生受到电工电子、信息控制及计算机技术方面的基本训练，具有解决电气工程技术分析与控制技术问题的基本能力。修业年限：四年授予学位：工学学士44毕业生应获得以下几方面的知识和能力：1．掌握较扎实的数学、物理、化学等自然科学的基础知识，具有较好的人文社会科学和管理科学基础和外语综合能力；2．系统地掌握本专业领域必需的较宽的技术基础理论知识，主要包括电工理论、电子技术、信息处理、控制理论、计算机软硬件基本原理与应用等；3．获得较好的工程实践训练，具有较熟练的计算机应用能力；4．具有本专业领域内1--2个专业方向的专业知识与技能，了解本专业学科前沿的发展趋势；5．具有较强的工作适应能力，具备一定的科学研究、科技开发和组织管理的实际工作能力。45主干学科：电气工程、计算机科学与技术、控制科学与工程。主要课程：电路原理、电子技术基础、电机学、电力电子技术、检测与转换技术、电气控制、单片机原理、微机原理与接口、技术电力拖动与控制、计算机控制技术、电力系统分析、控制理论等。主要实践性教学环节：包括电路与电子技术实验、电子工艺实习、金工实习、计算机软件实践及硬件实践、课程设计、生产实习、毕业设计。返回46第一章绪论思考题1.电气工程与电工科学之间的关系是什么？电气工程是与电能生产与应用相关的技术，是工程教育体系的一个学科。其对应的专业为电气工程及其自动化或电气工程与自动化。电气工程的理论基础为电工科学。电工科学所涉及的领域十分广泛，包括电磁学与电路理论、电机电器学、电力系统、电工材料学等12学科分类。