電氣工程及其自動(dòng)化(專業(yè))概論

1、精品文庫(kù) 按研究對(duì)象的不同可分為 自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)和思維科學(xué)。 科學(xué)是運(yùn)用范疇、定理、定律等思維形式反映現(xiàn)實(shí)世界各種現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律的知識(shí)體系，是社會(huì)意識(shí)形態(tài)之一。 自然科學(xué)：基礎(chǔ)科學(xué)-數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、天文學(xué)、生物學(xué)等；技術(shù)科學(xué)-電子學(xué)、電工學(xué)、機(jī)械學(xué)、固體力學(xué)、流體力學(xué)等。 社會(huì)科學(xué)：哲學(xué)、法學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等。 1技術(shù)：人類根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和自然科學(xué)原理改變或控制其環(huán)境的手段和行動(dòng); 2工程：應(yīng)用科學(xué)知識(shí)使自然資源最好地為人類服務(wù)的專門技術(shù); 3系統(tǒng)：相互關(guān)聯(lián)相互制 約相互影響的一些部分組成；4信息：符號(hào)、信號(hào)或消息所包含的內(nèi)容；5控制：通過信息的采集和加工而施加到系統(tǒng)的作用; 6管理：為了

2、充分利用各種資源來(lái)達(dá)到一定目 標(biāo)而對(duì)社會(huì)或其組成部分施加的一種控制 1.1.2電氣工程學(xué)科及其涵蓋的內(nèi)容 一： 1電氣工程是工學(xué)下屬的一級(jí)學(xué)科2電氣工程學(xué)科形成于第二次技術(shù)革命1870; 3傳統(tǒng)的電氣工程定義為“用于創(chuàng)造產(chǎn)生電氣與電子系統(tǒng)的有關(guān)學(xué)科的總和 ”。4電氣工 程學(xué)科的主要任務(wù)是研究電磁現(xiàn)象的規(guī)律及應(yīng)用有關(guān)的基礎(chǔ)科學(xué)、技術(shù)科學(xué)及工程技術(shù)的綜合。這包括電磁形式的能量、信息的產(chǎn)生、傳輸、控制、處理、測(cè)量及其相關(guān)的 系統(tǒng)運(yùn)行，設(shè)備制造技術(shù)等多方面的內(nèi)容。 二：電氣工程學(xué)科下屬的二級(jí)學(xué)：電機(jī)與電器 電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化，高電壓與絕緣技術(shù) 電力電子與電力傳動(dòng)，電工理論與新技術(shù)，脈沖功率與等離子技術(shù)

3、 S 三：電氣工程學(xué)科的特點(diǎn) 覆蓋面廣，理論體系逐漸完善，工程實(shí)踐成功，應(yīng)用領(lǐng)域?qū)拸V 1.1.3電氣工程學(xué)科的發(fā)展趨勢(shì) 信息技術(shù)對(duì)電氣工程的發(fā)展具有特別大的支配性影響。信息技術(shù)的進(jìn)步為電氣工程領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新提供了更新更先進(jìn)的工具基礎(chǔ)。電氣工程與物理科學(xué)間的緊密聯(lián)系與 交叉仍然是今后電氣工程學(xué)科發(fā)展的關(guān)鍵，并且將拓寬到生物系統(tǒng)、光子學(xué)、微機(jī)電系統(tǒng)等領(lǐng)域。 21世紀(jì)中的某些最重要的新裝置、新系統(tǒng)和新技術(shù)將來(lái)自這些領(lǐng)域。 1.3電氣工程與自動(dòng)化專業(yè)本科培養(yǎng)方案：專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)：本專業(yè)培養(yǎng)德、智、體全面發(fā)展，能夠從事與電氣工程有關(guān)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行維護(hù)、自動(dòng)控制 及保護(hù)、電力電子技術(shù)、信息

4、處理、實(shí)驗(yàn)分析、研制開發(fā)以及電子與計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用等領(lǐng)域工作的寬口徑符合型高級(jí)技術(shù)人才。專業(yè)特色和培養(yǎng)要求：本專業(yè)是按國(guó)家教育 部工程類引導(dǎo)性專業(yè)目錄設(shè)置的寬口徑專業(yè)，主要特色是電氣工程與自動(dòng)化相結(jié)合、強(qiáng)電與弱電相結(jié)合、電工技術(shù)與電子技術(shù)子技術(shù)相結(jié)合、電相結(jié)合、電工技術(shù)與電子技 術(shù)相結(jié)合、軟件與硬件相結(jié)合、理論研究與技術(shù)應(yīng)用相結(jié)合、理論與實(shí)踐結(jié)合，培養(yǎng)各行業(yè)需要的強(qiáng)弱電兼顧的復(fù)合型高級(jí)人才。 學(xué)生主要掌握電工理論、電子學(xué)、控制理論、電氣工程基礎(chǔ)、高電壓技術(shù)、電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制、信息和通信技術(shù)以及計(jì)算機(jī)應(yīng)用等方面較寬廣的工程技術(shù)基礎(chǔ) 和一定的專業(yè)知識(shí)，掌握一定人文社會(huì)和經(jīng)濟(jì)管理知識(shí)。要求學(xué)生具備電

5、氣工程技術(shù)分析、系統(tǒng)運(yùn)行與控制技術(shù)的基本能力，具有較強(qiáng)的創(chuàng)新意識(shí)。 1.5.2對(duì)學(xué)習(xí)影響的一些因素 智力因素學(xué)習(xí)的目的性 學(xué)習(xí)方法環(huán)境因素經(jīng)濟(jì)條件 1.5.3學(xué)習(xí)方法確立目標(biāo)、激發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)控心理、優(yōu)化心境科學(xué)用腦、提高效率及時(shí)復(fù)習(xí)、增強(qiáng)記憶科學(xué)運(yùn)籌、巧用時(shí)間 2 電磁學(xué)理論的建立與通信技術(shù)的進(jìn)步 自從牛頓奠定理論物理學(xué)的基礎(chǔ)以來(lái)，物理學(xué)的公理基礎(chǔ)的最偉大變革，是由法拉第和麥克斯韋在電磁現(xiàn)象方面的工作所引起的。 愛因斯坦 歷史：英國(guó)：1600年，吉爾伯特發(fā)現(xiàn)天然磁石摩擦鐵棒，能使鐵棒磁化 德國(guó)：1663年，物理學(xué)家蓋利克研制出摩擦起電的簡(jiǎn)單機(jī)器。 英國(guó)：1729年，學(xué)者格雷發(fā)現(xiàn)電 歡迎下載9 可以

6、沿金屬導(dǎo)線傳輸。法國(guó)：1733年，化學(xué)家杜菲發(fā)現(xiàn)電有兩種：玻璃電”和 琥珀電(松香電)”。后來(lái)總結(jié)出 同性相斥，異性相吸”的規(guī)律。荷蘭：1745年，萊頓大學(xué)馬 1785年，法國(guó)物理學(xué)家 森布羅克教授研制出貯電瓶 V頓瓶。美國(guó)：1747年，富蘭克林提出具有兩種帶電狀態(tài)的單一流體來(lái)描述電流。后來(lái)發(fā)明了避雷針；提出電荷守恒。 庫(kù)侖(Charles Augustin de Coulomb, 1736-1806)的研究為電和磁的研究開辟了新方向。他是磁和電的研究先驅(qū)者，制定了庫(kù)侖定律。庫(kù)侖定律是電學(xué)發(fā)展史上的第一個(gè)定量規(guī) 律，它使電學(xué)的研究從定性進(jìn)入定量階段，是電學(xué)史中的一個(gè)重要的里程碑。庫(kù)侖是 18世

7、紀(jì)一位學(xué)識(shí)淵博的法國(guó)物理學(xué)家，也是當(dāng)時(shí)歐洲最好的工程師之一。他善于設(shè)計(jì)精 巧的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而取得精確數(shù)據(jù)，找出數(shù)據(jù)變化的規(guī)律，揭示運(yùn)動(dòng)的基本法則。 1780年，加法尼，意大利生理學(xué)家和內(nèi)科醫(yī)生。他從動(dòng)物組織對(duì)電流的反應(yīng)開始研究化學(xué)作用 而不是靜電產(chǎn)生的電流。 這種動(dòng)物組織與兩種不同金屬接觸所產(chǎn)生的反應(yīng)現(xiàn)在稱為 電療”。1799年，意大利物理學(xué)家伏特發(fā)明電容器(condenser); 1800年發(fā)明了第一塊電池。 2.2電流磁效應(yīng)的研究：1丹麥哥本哈根大學(xué)物理學(xué)教授奧斯特一直相信電、磁、光、熱等現(xiàn)象相互存在內(nèi)在的聯(lián)系。 電流的磁效應(yīng)研究結(jié)果：在通電導(dǎo)線的周圍，發(fā)生一種 電流沖擊”。磁性物質(zhì)或磁性粒子

8、受到這些沖擊時(shí)，阻礙它穿過，于是就被帶動(dòng)，發(fā)生了偏轉(zhuǎn); 電流 沖擊”是沿著以導(dǎo)線為軸線的螺旋線方向傳播的。 法國(guó)數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家安培發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)載流導(dǎo)體相互作用力的規(guī)律: 電流方向相同的兩條平行載流導(dǎo)線互相吸引；電流方向相反的兩條平行載流導(dǎo)線互相排斥。 還對(duì)兩個(gè)線圈之間的吸引和排斥也作了詳細(xì)分析。 德國(guó)物理學(xué)家歐姆他在法國(guó)數(shù)學(xué)家傅里葉的熱傳導(dǎo)理論的啟發(fā)下進(jìn)行電學(xué)研究。傅里葉用數(shù)學(xué)方法建立了熱傳導(dǎo)定律。歐姆認(rèn)為電流現(xiàn)象與此類似，猜想導(dǎo)線 中兩點(diǎn)間的電流也許正比于兩點(diǎn)間的某種推動(dòng)力之差。歐姆稱這種力為電張力。這實(shí)際上是電壓。 德國(guó)數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家高斯。1832年，他改進(jìn)和推廣了庫(kù)侖定律的公式，并且提

9、出了測(cè)量磁強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)方法。他和韋伯合作，建立了電磁學(xué)中的高斯單位制; 發(fā)明了電磁鐵電報(bào)機(jī)；繪制出世界第一張地球磁場(chǎng)圖。 法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng) 亨利、楞次對(duì)電磁感應(yīng)的研究 麥克斯韋建立電磁場(chǎng)理論 赫茲發(fā)現(xiàn)電磁波 3電工技術(shù)與理論的發(fā)展 第一次技術(shù)革命(始于 18世紀(jì)下半葉) 礎(chǔ)：牛頓力學(xué)；主要標(biāo)志：蒸汽機(jī) 用：機(jī)器制造、采礦、鐵路、冶金、紡織 第二次技術(shù)革命(始于19世紀(jì)下半葉) 礎(chǔ): 電磁學(xué)原理、電路原理、化工原理，力學(xué)等；主要標(biāo)志：電力、鋼鐵、化工；汽車、飛機(jī)、通訊 用: 電氣工程、電子信息、通信、自動(dòng) 控制 化工、鋼鐵等領(lǐng)域 第三次技術(shù)革命 (始于 20世紀(jì)中葉) 礎(chǔ): 電子技術(shù)、信息理論、

10、系統(tǒng)理論、控制理論 主要標(biāo)志：原子能利用、電子管、半導(dǎo)體、集成電路 用：電氣工程、電子信息、通信、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)、家用電器、醫(yī)療設(shè)備、化工等領(lǐng)域。 3.1.2電工技術(shù)的初期發(fā)展 1831年，法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)原理，奠定了發(fā)電機(jī)的理論基礎(chǔ)?？茖W(xué)的發(fā)現(xiàn)，引起了一場(chǎng)技術(shù)發(fā)明。 1866年，德國(guó)物理學(xué)家西門子發(fā)明了勵(lì)磁電機(jī)，并預(yù)見：電力技術(shù)很有發(fā)展前途，它將會(huì)開創(chuàng)一個(gè)新 1879年10月，美國(guó)發(fā)明家愛迪生(Thomas Alva Edis on, 18471931)發(fā)明了電燈。 1882年，愛迪生建成世界上第一座較正規(guī)的發(fā)電廠，裝有 6臺(tái)直流發(fā)電機(jī)，共 900馬力(1馬力=0.735kW ,)，

11、通過110V電纜供電，最大送電距離 1.6km，供6200盞 白熾燈照明用，完成了初步的電力工業(yè)技術(shù)體系。 1892年，愛迪生創(chuàng)立通用電氣公司 (GE) 愛迪生象征著美國(guó)由窮變富的理想，愛迪生的一生，是美國(guó)從落后農(nóng)業(yè)國(guó)向工業(yè)國(guó)過渡、從全盤照搬歐洲技術(shù)到建立美國(guó)自己的技術(shù)體系的時(shí)代。 1885年意大利科學(xué)家法拉里提出的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)原理，對(duì)交流電機(jī)的發(fā)展有重要的意義。 美國(guó)發(fā)明家、工業(yè)家威斯汀豪(George Wist in ghouse , 18461914)生于紐約州的一個(gè)農(nóng)業(yè)機(jī)械制造商家庭。在龍寧學(xué)院學(xué)習(xí)后，參加南北戰(zhàn)爭(zhēng)的北軍，在陸軍和海軍 服役。1865年發(fā)明旋轉(zhuǎn)式蒸汽機(jī)而首次獲專利。 186

12、9年設(shè)立威斯汀豪空氣制動(dòng)器公司(西屋空氣制動(dòng)器公司) ，在匹茲堡建設(shè)工廠，生產(chǎn)鐵路制動(dòng)器和鐵路信號(hào)裝置，其產(chǎn)品暢銷歐美。 美籍南斯拉夫電氣工程師特斯拉( Nikola Tesla, 1856-1943) 1883年發(fā)明了世界上第一臺(tái)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。1888年發(fā)明的兩相異步特斯拉電動(dòng)機(jī)和交流電力傳輸系統(tǒng)。 美國(guó)采用60赫茲作為工業(yè)用電的標(biāo)準(zhǔn)頻率與他有很大關(guān)系。 特斯拉出生于奧匈帝國(guó)的一個(gè)牧師家庭，具有難以置信的記憶力和對(duì)數(shù)學(xué)的理解能力。 1888年他發(fā)明了兩相異步特斯拉電動(dòng)機(jī)和交流電力傳輸系統(tǒng)，他的多相交流發(fā)電、輸電、配電技術(shù)也被社會(huì)接受。 1890年發(fā)明高頻發(fā)電機(jī)；1891年發(fā)明特斯拉線圈(變壓器

13、)，后來(lái)被廣泛應(yīng)用于無(wú)線電、電視機(jī)和其它電子設(shè)備中; 1893年發(fā)明了無(wú)線電信號(hào)傳輸系統(tǒng)。特斯拉一生 中擁有700多項(xiàng)專利。 1888年，俄國(guó)工程師德布羅夫斯基和德爾伏發(fā)明了三相交流制。次年，三相交流電由試驗(yàn)到應(yīng)用取得成功。不久三相發(fā)電機(jī)與電動(dòng)機(jī)相繼問世，這就為三相交流電 在世界上的普遍應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。 1891年，在德國(guó)勞芬電廠安裝了世界第一臺(tái)三相交流發(fā)電機(jī)，建成第一條三相交流送電線路。三相交流電的出現(xiàn)克服了原來(lái)直流供電容量小，距離 短的缺點(diǎn)，開 創(chuàng)了遠(yuǎn)方供電，電力除照明外，用于 電力拖動(dòng)等各種用途的新局面。 3.2.1電路理論的建立 1778年，伏特就提出電容的概念，導(dǎo)體上儲(chǔ)存電荷Q= C

14、U。 1826年歐姆發(fā)表歐姆定律。 1831年法拉第發(fā)表電磁感應(yīng)定律。 1832年亨利提出了表征線圈中自感應(yīng)作用的自感系數(shù)L,即磁通二Li。 俄國(guó)楞次提出：導(dǎo)體中由電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電流，也遵守歐姆定律。 1845年，德國(guó)物理學(xué)家基爾霍夫 (Gustav Robert Kirchhoff, 1824-1887)提出電流定律和電壓定律。發(fā)展了歐姆定律，奠定了電路系統(tǒng)分析方法的基礎(chǔ) R、L、C參數(shù)之間的關(guān)系，由此建立了動(dòng)態(tài)電 1853年，英國(guó)物理學(xué)家湯姆遜( William Thoms on , 18241907)采用電阻、電感和電容的串聯(lián)電路模型，分析了萊頓瓶的放電過程，并發(fā)表了 “萊頓瓶的振 蕩放

15、電”論文。論文中通過分析后得出了放電過程中電流有反復(fù)振蕩并逐漸衰減的結(jié)論，還計(jì)算出振蕩頻率與 路的分析基礎(chǔ)。 1853年，亥爾姆霍茲提出電路中的等效發(fā)電機(jī)原理。一個(gè)線性含有電源的一端口網(wǎng)絡(luò)，對(duì)外電路而言，可以簡(jiǎn)化為一個(gè)電壓源和一個(gè)電阻的串聯(lián)電路來(lái)等效 替代。 1855年湯姆遜發(fā)表了電纜傳輸理論論文，他采用電容、電阻構(gòu)成的梯形電路，來(lái)構(gòu)成長(zhǎng)距離電纜的等效電路模型，分析了電報(bào)信號(hào)經(jīng)過長(zhǎng)距離傳送所產(chǎn)生衰 減、延遲、失真的原因。 德國(guó)出生的美籍電氣工程師施泰因梅茨（C.P Sei nmetz, 1865-1923、對(duì)交流電路理論的發(fā)展作出巨大貢獻(xiàn)；正弦交流電路計(jì)算方法的一個(gè)重要進(jìn)展，是由施泰 因梅茨于

16、1893年提出的分析交流電路的符號(hào)法（相量法）。他利用數(shù)學(xué)中的第莫威定理，用復(fù)數(shù)的模和輻角來(lái)代表有正弦量的效值（或最大值）和初相位。 在相同頻率下的三角函數(shù)運(yùn)算，就可以轉(zhuǎn)化為復(fù)數(shù)的代數(shù)運(yùn)算了。 1911年英國(guó)電氣工程師亥維賽德 （Oliver Heaviside, 18501925）提出正弦交流電路中阻抗的概念，用相量法分析正弦交流電路時(shí)，阻抗也是一個(gè)復(fù)數(shù)，其實(shí)部是 電阻，虛部是電抗。 亥維賽德還提出了求解電路暫態(tài)過程的“運(yùn)算法”。運(yùn)算法的要點(diǎn)是將描述動(dòng)態(tài)電路的微分方程，變換成為相應(yīng)的代數(shù)方程，然后求解代數(shù)方程，最后由代數(shù) 方程的解對(duì)應(yīng)找出原微分方程的解。這一方法也稱為積分變換法。 數(shù)學(xué)中的積

17、分變換法是由法國(guó)著名的數(shù)學(xué)家、力學(xué)家和天文學(xué)家拉普拉斯 （P ierre Sim on LapI ace , 17491827年）于1779年首先提出來(lái)的，人們習(xí)慣稱之為 拉普拉斯變換。 拉普拉斯變換是將時(shí)域函數(shù)的微分方程變換成為復(fù)頻域函數(shù)的代數(shù)方程，求得代數(shù)方程的解后，通過普拉斯反變換就可求出微分方程的解。 這種求解微分方程的方法在物理學(xué)、和工程學(xué)中應(yīng)用廣泛。電路的暫態(tài)過程分析也使用這種方法。 傅里葉（Jean Ba ptiste Jose ph Fourier1768-1830）,法國(guó)數(shù)學(xué)家及物理學(xué)家。主要貢獻(xiàn)是在研究熱的傳播時(shí)創(chuàng)立了一套數(shù)學(xué)理論，對(duì)19世紀(jì)數(shù)學(xué)和理論物理學(xué) 的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)

18、影響。傅里葉級(jí)數(shù)（即三角級(jí)數(shù)）、傅里葉分析等理論 均由此創(chuàng)始。 3.2.2電網(wǎng)絡(luò)理論的建立 20世紀(jì)初，由于通訊技術(shù)的興起，促進(jìn)了電網(wǎng)絡(luò)理論的研究。 1920年，坎貝爾與瓦格納研究了梯形結(jié)構(gòu)的濾波電路。 1923年，坎貝爾還提出了濾波器的設(shè)計(jì) 方法。 1924年，福斯特提出了電感、電容二端網(wǎng)絡(luò)的電抗定理。此后便建立了由給定頻率特性而設(shè)計(jì)電路的電 網(wǎng)絡(luò)綜合理論。 在電子管問世以后，電子電路分析的理論迅速發(fā)展。 1932年瑞典科學(xué)家奈奎斯特提出了由反饋電路的開環(huán)傳遞函數(shù)的頻率特性，來(lái)判斷閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性的判 據(jù)。 1945年，美國(guó)伯德出版了網(wǎng)絡(luò)分析和反饋放大器一書，書中總結(jié)了負(fù)反饋放大器的原理，由此

19、形成了分析線性電路、控制系統(tǒng)的頻域分析方法，并獲得 了廣泛應(yīng)用。 20世紀(jì)中期以后電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，為電工理論的應(yīng)用提供了強(qiáng)有力的工具。電網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)輔助分析、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)應(yīng)運(yùn)而生。電工理論與其他學(xué)科的 理論相互借鑒，繼續(xù)在新的技術(shù)進(jìn)步中共同發(fā)展。 3.2.3電磁場(chǎng)理論的建立 19世紀(jì)中期已經(jīng)有了關(guān)于靜電現(xiàn)象的庫(kù)侖定律、關(guān)于電流和磁場(chǎng)關(guān)系的安培環(huán)路定律和法拉第電磁感應(yīng)定律 （三大定律）。 1846年法拉第發(fā)表了一篇論文，設(shè)想光是力線振動(dòng)的表現(xiàn)。他的這些論斷，由英國(guó)科學(xué)家麥克斯韋所繼承。 麥克斯韋在1856年發(fā)表 論法拉第力線”一文，對(duì)力線進(jìn)行了嚴(yán)格的數(shù)學(xué)描述; 1861年麥克斯韋發(fā)表的 論物

20、理力線”的重要論文中提出了電位移的概念，并稱電位移矢量的時(shí)間導(dǎo)數(shù)為 位移電流”密度。 1864年麥克斯韋發(fā)表了 電磁場(chǎng)的動(dòng)力學(xué)”論文，描述電磁場(chǎng)的空間分布和時(shí)間變化規(guī)律，提出了電磁場(chǎng)的基本方程組。 1887年赫茲用實(shí)驗(yàn)證明了電磁波的存在，使麥克斯韋的預(yù)言得到證實(shí)。他的電磁場(chǎng)理論具有相當(dāng)普遍的意義，成為電工技術(shù)、無(wú)線電技術(shù)的基本依據(jù)。 50年代以來(lái)，由于電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展，有了求數(shù)值解的有力手段，擴(kuò)大了可以進(jìn)行計(jì)算的問題的范圍，電路仿真技術(shù)（ proteus 7.10、PSpic、電磁場(chǎng)仿真技 術(shù)（ANSYS An soft）也逐步推廣使用。電工理論隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而不斷的發(fā)展。 第三次技術(shù)革命

21、（始于 20世紀(jì)中葉） 礎(chǔ)：電子技術(shù)、信息理論、系統(tǒng)理論, 控制理論 主要標(biāo)志：新能源利用、電子管、半導(dǎo)體、集成電路、新技術(shù)的廣泛應(yīng)用 333 自動(dòng)控制技術(shù) 自動(dòng)控制是在沒有人直接參與的情況下，利用控制裝置，對(duì)生產(chǎn)過程、工藝參數(shù)、目標(biāo)要求等進(jìn)行自動(dòng)的調(diào)節(jié)與控制，使之按照預(yù)定方案達(dá)到要求的指標(biāo)。自 動(dòng)控制技術(shù)屬于信息科學(xué)和信息技術(shù)范疇，它是信息處理技術(shù)的一項(xiàng)技術(shù)。 控制系統(tǒng)主要由控制器和控制對(duì)象兩大部分構(gòu)成。 控制系統(tǒng)的數(shù)字模型有兩部分組成：一部分是目標(biāo)函數(shù)，由一個(gè)關(guān)于狀態(tài)變量 X（t），控制變量U（t）和時(shí)間t的函數(shù)的積分來(lái)表示；另一部分是約束條件，這些 約束條件包括被控對(duì)象狀態(tài)方程、狀態(tài)的初

22、始條件等。 3.3.5激光技術(shù)： 受激輻射”基于偉大的科學(xué)家愛因斯坦在1916年提出的一套全新的理論。這一理論是說在組成物質(zhì)的原子中，有不同數(shù)量的粒子（電子）分布在不同的 能級(jí)上，在高能級(jí)上的粒子受到某種光子的激發(fā)，會(huì)從高能級(jí)跳到（躍遷）低能級(jí)上，這時(shí)將會(huì)輻射出與激發(fā)它的光相同性質(zhì)的光，而且當(dāng)處于高能級(jí)上的粒子數(shù)大于低能 ，簡(jiǎn)稱激光。產(chǎn)生激光的裝置稱為激光器。 等離子體的獨(dú)特行為與固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)截然不同，因此稱之為物質(zhì)第四態(tài)。 級(jí)上的粒子數(shù)時(shí)，就能出現(xiàn)一個(gè)弱光激發(fā)出一個(gè)強(qiáng)光的現(xiàn)象。這就叫做“受激輻射的光放大” 等離子體；發(fā)生電離（無(wú)論是部分電離還是完全電離）的氣體稱之為等離子體（或等離子態(tài)）

23、。 4.1.3電能利用的發(fā)展歷程 火力發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成：燃燒系統(tǒng)，汽水系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，電氣系統(tǒng) 水力發(fā)電的類型：1流水式水利發(fā)電：大坡度河川上修壩，取水口水借助落差驅(qū)動(dòng)水輪機(jī) 2調(diào)整式水利發(fā)電：建設(shè)調(diào)整水庫(kù)（溪谷）能夠存儲(chǔ)一天的容量來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)電 3水庫(kù) 式水力發(fā)電：建設(shè)大型水庫(kù)、存儲(chǔ)洪水、豐水，枯水期補(bǔ)給發(fā)電 4揚(yáng)水式水力發(fā)電：用谷期多余電量抽下部水庫(kù)水到島上部水庫(kù)，峰期發(fā)電; 核反應(yīng)堆類型：壓水堆，重水堆，沸水堆，石墨沸水堆，石墨氣冷堆，高溫氣冷堆，快中子增殖堆; ；潮汐能發(fā)電：利用海水漲落及其所造成的水位差來(lái)推動(dòng)水輪機(jī)，再由水 輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)來(lái)發(fā)電，其發(fā)電原理與一般的水力發(fā)電差不多。 發(fā)電分類

24、：利用潮汐的動(dòng)能發(fā)電 利用潮汐的勢(shì)能發(fā)電 4.3.3風(fēng)能發(fā)電 風(fēng)能特性：可再生能源；清潔能源；具有統(tǒng)計(jì)性規(guī)律; 風(fēng)能發(fā)電優(yōu)勢(shì)：占地極少；工程建設(shè)周期短；裝機(jī)規(guī)模靈活方便；運(yùn)行簡(jiǎn)單；產(chǎn)品質(zhì)量可靠；經(jīng)濟(jì)性日益提高。 地?zé)崮埽旱責(zé)崮芫褪堑厍騼?nèi)部的熱釋放到地表的能量。 形成地?zé)豳Y源的四要素：熱儲(chǔ)層、熱儲(chǔ)體蓋層、熱流體通道、熱源 地?zé)崮艿睦梅绞?1.直接利用方式2.地?zé)岚l(fā)電方式 燃料電池優(yōu)點(diǎn)：污染極少、噪音小；能力轉(zhuǎn)換效率高；適應(yīng)能力強(qiáng)，供電質(zhì)量高；占地少，建設(shè)快，構(gòu)造簡(jiǎn)單，便于維護(hù)保養(yǎng); 燃料廣泛，補(bǔ)充方便；不需要大量的冷卻 水，適合于內(nèi)陸及城市地下應(yīng)用；靈活性強(qiáng)，可構(gòu)成不同規(guī)格、功率的電池。燃料電

25、池分類：堿性燃料電池（ AFC）磷酸型燃料電池（PAFC熔融碳酸鹽型燃料電池（MCFC固 體電解質(zhì)型燃料電池（SOFC固體高分子型（對(duì)稱質(zhì)子交換膜）燃料電池（P EFC/PEMFC直接甲醇型燃料電池（DMFC） 垃圾發(fā)電-3項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：垃圾焚燒爐的設(shè)計(jì)、制造和管理；垃圾的質(zhì)量管理；對(duì)焚燒爐溫度和蒸汽產(chǎn)量的控制 4.4.2 變壓器 變壓器的最基本形式，包括以電感方式耦合在一起的兩組線圈。當(dāng)一交流電流于其中一組線圈時(shí)，于另一組線圈中將感應(yīng)出具有相同頻率的交流電壓，感應(yīng)電壓的大小取決 于兩線圈耦合及磁交鏈的程度。用公式表示如下：一次電壓/二次電壓=一次線圈/二次線圈；一次側(cè)的功率=二次側(cè)的功率 5.

26、1.2斷路器 斷路器（英文名稱：circuit-breaker , circuit breaker）是指能夠關(guān)合、承載和開斷正?；芈窏l件下的電流并能關(guān)合、在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)承載和開斷異?；芈窏l件下的電流的開關(guān)裝 置。 5.1.4 電力系統(tǒng)繼電保護(hù) 電力系統(tǒng)對(duì)安全可靠有著非常高的要求，系統(tǒng)中的短路、雷擊、誤操作等故障都可能損壞設(shè)備、不能正常供電而使生產(chǎn)停頓，甚至發(fā)生人員傷亡事故。 早期的電力線路中只裝有簡(jiǎn)單的 熔斷器、避雷器。1930年左右，已研制出多種電磁繼電器及相應(yīng)的保護(hù)設(shè)施，繼電保護(hù)技術(shù)已趨成熟 引入電子技術(shù)，使用固體電子器件如晶體管、晶閘管整流元件，進(jìn)而使用計(jì)算機(jī)技術(shù)，更為電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技

27、術(shù)的發(fā)展開辟了新的途徑 5.1.5 電力網(wǎng)絡(luò) 電力網(wǎng)絡(luò)已成為現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)、人民生活中的主要?jiǎng)恿?lái)源。保持這種系統(tǒng)的正常運(yùn)行，對(duì)其進(jìn)行管理、調(diào)度、監(jiān)控，就形成了包括許多技術(shù)部門的龐大的產(chǎn)業(yè)體系。隨著 電能的應(yīng)用日益廣泛，電力的需求不斷增長(zhǎng)，許多電廠通過輸電線互相聯(lián)接，形成功率強(qiáng)大、遍及廣大地區(qū)的電力網(wǎng) 5.3.1社會(huì)對(duì)電力生產(chǎn)、供給的要求 安全可靠：如果電力生產(chǎn)過程、供電設(shè)備發(fā)生故障造成供電中斷，不僅影響用戶正常生產(chǎn)、生活，還可能造成發(fā)電、供電設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞和人身傷害。 力求經(jīng)濟(jì)：目前，我國(guó)電力生產(chǎn)仍以火電為主，如果發(fā)電煤耗平均下降 Ig/kWh，按2004年的發(fā)電量計(jì)算，全年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤200多

28、萬(wàn)噸。 保證質(zhì)量：電能是一種商品，衡量電能的質(zhì)量主要是電網(wǎng)的頻率、電壓。在功率因數(shù)較低或無(wú)功功率變化較大的局部地區(qū)，應(yīng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償 控制污染：對(duì)于一些生產(chǎn)工藝落后而嚴(yán)重污染環(huán)境、高耗能的小型機(jī)組予以關(guān)閉，以達(dá)到“節(jié)能減排”的目勺。 5.3.2電力工業(yè)的三個(gè)特點(diǎn)：社會(huì)公用事業(yè)，技術(shù)密集產(chǎn)業(yè)，資金密集產(chǎn)業(yè) 5.3.3電力生產(chǎn)的特征：1平衡性，發(fā)電、用電同時(shí)完成且兩者平衡2瞬時(shí)性，開關(guān)一合，電能就以300000km/s的速度送到用戶，發(fā)電、用電瞬間完成 3功率特殊性，電力系統(tǒng)所特有的無(wú)功功率。為保持電網(wǎng)電壓在一定的水平和電網(wǎng)穩(wěn)定，必須保持無(wú)功功率的平衡。 6. 1電力系統(tǒng)及其組成 電力系統(tǒng)的組成：由

29、發(fā)電廠、變電站、輸電網(wǎng)、配電網(wǎng)和電力用戶等環(huán)節(jié)組成的電能生產(chǎn)與利用系統(tǒng)。 電力系統(tǒng)的功能：一次能源轉(zhuǎn)化成電能，將電能輸送到負(fù)荷中心，再由配電變電站向用戶供電或直接分配到大用戶，由大用戶的配電裝置為用戶進(jìn)行供電。 電力系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)：電源電力網(wǎng)負(fù)荷中心 電力網(wǎng)的功能是將電源 出的電壓升高到一定等級(jí)后，通過高壓輸電線路將電能輸送到負(fù)荷中心變電站，再降壓至一定等級(jí)后，經(jīng)配電線路與用戶相聯(lián)。 為 確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，必須在不同層次上按技術(shù)要求配置各類自動(dòng)控制裝置與通信系統(tǒng)，組成信息與控制子系統(tǒng)。 系統(tǒng)運(yùn)行分為正常運(yùn)行狀態(tài)與異常運(yùn)行狀態(tài)。其中，正常狀態(tài)又分為安全狀態(tài)和警戒狀態(tài)；異常狀態(tài)又分為

30、緊急狀態(tài)和恢復(fù)狀態(tài)。電力系統(tǒng)運(yùn)行包括了所有這些狀態(tài)及其相 互間的轉(zhuǎn)移。各種運(yùn)行狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移需通過不同控制手段來(lái)實(shí)現(xiàn)。電力系統(tǒng)在保證電能質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全可靠供電的前提下，還應(yīng)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。即努力調(diào)整負(fù)荷曲線，提 高設(shè)備利用率，合理利用各種動(dòng)力資源，降低燃料消耗、廠用電和電力網(wǎng)絡(luò)的損耗，以取得最佳經(jīng)濟(jì)效益。 6. 2. 1火力發(fā)電 利用煤、石油、天然氣等自然界蘊(yùn)藏量極其豐富的化石燃料發(fā)電稱為火力發(fā)電。 火電機(jī)組既供電又供熱的“熱電聯(lián)產(chǎn)” 按發(fā)電方式分為：汽輪機(jī)發(fā)電，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，內(nèi)燃機(jī)發(fā)電，燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)發(fā)電, 火力發(fā)電廠的三大系統(tǒng) 1燃燒系統(tǒng)包括鍋爐的燃燒部分和輸煤，除灰和煙氣排放系統(tǒng)等 燃

31、燒系統(tǒng)的功能是將煤的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成熱能，把鍋爐里的水加熱變?yōu)檎羝?2汽水系 統(tǒng)：包括鍋爐，汽輪機(jī)，凝汽器及給水泵等組成的汽水循環(huán)和水處理系統(tǒng)，冷卻水系統(tǒng)等。 3電氣系統(tǒng)：電氣系統(tǒng)包括發(fā)電機(jī)，勵(lì)磁系統(tǒng)，廠用電系統(tǒng)和升壓變電站等。發(fā) 電機(jī)的機(jī)端電壓和電流隨其容量不同而變化，其電壓一般在 1020千伏之間，電流可達(dá)數(shù)千安至20千安。 6.3 變電站 變電站是電力網(wǎng)的重要組成部分，它的任務(wù)是匯集電源、變換電壓、分配電能。它通過變壓器將各級(jí)電壓的電網(wǎng)聯(lián)系起來(lái)。 變電站若按其變換電壓的功能劃分可分為：升壓變電站、降壓變電站; 按其容量和重要性劃分可分為：樞紐變電站、中間變電站和終端變電站。 變壓器按作用分

32、為：升壓變壓器和降壓變壓器；按分接頭切換方式分為：有載和無(wú)載調(diào)壓變壓器；電壓互感器和電流互感器是變電站用來(lái)測(cè)量高電壓和大電流的設(shè)備。 變電站的開關(guān)設(shè)備包括：斷路器、隔離開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)、高壓熔斷器等。 變電站還裝有防雷設(shè)備，主要有避雷針和避雷器。 6. 3. 2 配電 配電是指電力系統(tǒng)中直接與用戶相連并向用戶分配電能的環(huán)節(jié)。 配電系統(tǒng)由配電變電所（通常是將電網(wǎng)的輸電電壓降為配電電壓） 、高壓配電線路（即 1千伏以上電壓）、配電變壓器、低壓配電線路（1千伏以下電壓）以及相應(yīng)的 控制保護(hù)設(shè)備組成。配電電壓通常有3560千伏和310千伏等。 配電系統(tǒng)中常用的交流供電方式有：三相三線制 ,三相四線制，三

33、相二線一地制， 三相單線制， 單相二線制 配電系統(tǒng)的直流供電方式有：二線制，三線制 配電：一次配電網(wǎng)絡(luò)的接線方式有：放射式與環(huán)式。 二次配電網(wǎng)絡(luò)的接線方式有：放射式、環(huán)式、雙回線接線和網(wǎng)格式接線。 配電線路按結(jié)構(gòu)分有：架空線路和地下電纜。 7高電壓與絕緣技術(shù) 粒子加速器：粒子加速器是用人工方法產(chǎn)生高速帶電粒子的裝置，是探索原子核和粒子的性質(zhì)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和相互作用的重要工具 1. 粒子加速器分類：靜電加速，直線加速器，回轉(zhuǎn)加速器，電子感應(yīng)加速器，同步回旋加速器，對(duì)撞機(jī) 2世界范圍：交流輸電經(jīng)歷了 35、60、110、150、230kV的高壓，287、400、500、735765kV的超高壓，115

34、0kV的特高壓的發(fā)展；直流輸電線路經(jīng)歷了士100、士 250 士 400、士 450、士 500 士 750kV 的發(fā)展。 3我國(guó)：超高壓電網(wǎng)：交流 330kV、500kV、750kV電網(wǎng)和直流士 500kV輸電系統(tǒng)；特高壓電網(wǎng)：指交流 1000kV電網(wǎng)和直流士 800kV輸電系統(tǒng)。 4這些階段的發(fā)展與高電壓技術(shù)解決了輸電線路的電暈現(xiàn)象、過電壓的防護(hù)和限制以及靜電場(chǎng)、電磁場(chǎng)對(duì)環(huán)境的影響等問題密切相關(guān) 5氣體絕緣全封閉組合電器（Gas Insulated Switchgear簡(jiǎn)稱GIS）:它由斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、互感器、避雷器、母線、連接件和出線終端等組成，這些設(shè)備或部件全 部封閉在金屬

35、接地的外殼中，在其內(nèi)部充有絕緣性能和滅弧性能優(yōu)異的 SF6六氟化硫:氣體作為絕緣和滅弧介質(zhì)，故也稱SF6全封閉組合電器。 6現(xiàn)在世界上無(wú)論是交流輸電、還是直流輸電，總的趨勢(shì)是輸電電壓等級(jí)越來(lái)越高。這種趨勢(shì)形成的原因主要有以下幾點(diǎn)：一、從節(jié)約輸電走廊方面考慮；二、從提高輸送 容量和增大送電距離方面考慮；三、從改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性方面考慮；四、經(jīng)濟(jì)性的要求 7.2高電壓與絕緣技術(shù)的基本任務(wù)及特點(diǎn)：基本任務(wù)：研究在高電壓作用下各種絕緣介質(zhì)的性能和不同類型的放電現(xiàn)象，高電壓設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，高電壓試驗(yàn)和測(cè)量 的設(shè)備及方法，電力系統(tǒng)的過電壓、高電壓或大電流產(chǎn)生的強(qiáng)電場(chǎng)、強(qiáng)磁場(chǎng)或電磁波對(duì)環(huán)境

36、的影響和防護(hù)措施，以及高電壓在其它領(lǐng)域的應(yīng)用等。特點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)性強(qiáng)，理論性 強(qiáng)，交叉性強(qiáng) 7.3高電壓與絕緣技術(shù)的理論基礎(chǔ)及主要研究?jī)?nèi)容 SF6氣體及高真空）放電過程 7.3.1高電壓與絕緣技術(shù)的理論基礎(chǔ)：絕緣介質(zhì)的放電和擊穿理論與相關(guān)的理論知識(shí)，氣體（主要包括大氣條件下的空氣、壓縮空氣、六氟化硫 的規(guī)律；2、不同電壓形式下各種氣體電介質(zhì)的絕緣特性; 3、絕緣子的沿面放電、污穢放電；4、液體、固體電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)與損耗以及擊穿理論; 5、液體、固體電介 質(zhì)的老化機(jī)理。 7.3.2高電壓與絕緣技術(shù)的主要研究?jī)?nèi)容：1高電壓絕緣特性研究和絕緣診斷：在高電壓技術(shù)領(lǐng)域，不論是獲得高電壓還是研究高電壓下系統(tǒng)的特性或隨機(jī)干擾下電壓的規(guī) 律，都離不開絕緣