電氣工程及其自動化

1、電氣信息導論電氣信息導論 電氣工程及其自動化電氣工程及其自動化 一、電氣工程學科分類一、電氣工程學科分類二、電氣工程的學科特點二、電氣工程的學科特點三、電工理論與新技術三、電工理論與新技術四、電氣工程學院情況簡介四、電氣工程學院情況簡介電機與電器；電機與電器； 電力系統(tǒng)及其自動化；電力系統(tǒng)及其自動化； 電工理論與新技術；電工理論與新技術； 高電壓與絕緣技術；高電壓與絕緣技術； 電力電子與電力傳動電力電子與電力傳動 電氣工程學科分類電氣工程學科分類電氣工程電氣工程 電氣工程學科是工程類四大基礎學科之一電氣工程學科是工程類四大基礎學科之一（機電土化），是工科院校最古老的學科，也（機電土化），是工科

2、院校最古老的學科，也是當今世界各種高新技術的母學科。是當今世界各種高新技術的母學科。 (至今國外很多大學的以下學科仍留在電氣系里）至今國外很多大學的以下學科仍留在電氣系里）-電子工程電子工程; 計算機工程計算機工程; 自動化與儀表技術自動化與儀表技術;-等離子體技術等離子體技術; 激光技術等。激光技術等。 國際上，在學科的整體結構上，電氣科學一般國際上，在學科的整體結構上，電氣科學一般與計算機、電子、自動化處于同一個學科范疇。與計算機、電子、自動化處于同一個學科范疇。 而在國內(nèi)，一般將所謂的而在國內(nèi)，一般將所謂的“強電強電”（即電氣科學）（即電氣科學）和和“弱電弱電”（即電子學）分開，分別歸屬

3、于不同（即電子學）分開，分別歸屬于不同的兩個學科范疇。的兩個學科范疇。 現(xiàn)階段，強、弱電之間的聯(lián)系日益緊密，從系現(xiàn)階段，強、弱電之間的聯(lián)系日益緊密，從系統(tǒng)的角度來說，強電與弱電的結合是不可避免的。統(tǒng)的角度來說，強電與弱電的結合是不可避免的。 電工學科的特點電工學科的特點 ：1) 整個學科以最終的用電技術為基礎，直接依賴物理科整個學科以最終的用電技術為基礎，直接依賴物理科學學 和實驗，發(fā)展基礎牢固；和實驗，發(fā)展基礎牢固；2) 與電子技術等相結合，發(fā)展為全新意義上的電工學科，與電子技術等相結合，發(fā)展為全新意義上的電工學科， 本科專業(yè)稱之本科專業(yè)稱之“電氣工程及其自動化電氣工程及其自動化” ；3)

4、與產(chǎn)業(yè)廣泛、密切相連，電氣工程的科學研究直接面與產(chǎn)業(yè)廣泛、密切相連，電氣工程的科學研究直接面向向 國民經(jīng)濟的主戰(zhàn)場，容易取得社會與經(jīng)濟效益；國民經(jīng)濟的主戰(zhàn)場，容易取得社會與經(jīng)濟效益；4）實用技術與研究開發(fā)內(nèi)容豐富，社會需求面廣；）實用技術與研究開發(fā)內(nèi)容豐富，社會需求面廣；5) 可繼續(xù)生長出新的學科增長點，如超導、材料的電加可繼續(xù)生長出新的學科增長點，如超導、材料的電加工、工、 傳感器技術、電動汽車等。傳感器技術、電動汽車等。專業(yè)主干課程專業(yè)主干課程（1） 電磁場基礎電磁場基礎 （2） 電路基礎電路基礎（3）模擬電子技術）模擬電子技術（4）數(shù)字電路與系統(tǒng)）數(shù)字電路與系統(tǒng)（5）計算機原理）計算機原

5、理（6）自動控制原理）自動控制原理（7）電機與拖動）電機與拖動（8）電力電子技術）電力電子技術（9）電力系統(tǒng)分析）電力系統(tǒng)分析 傳統(tǒng)電工新技術：傳統(tǒng)電工新技術：1、高電壓與絕緣技術高電壓與絕緣技術 -過電壓過電壓(短時與暫態(tài)短時與暫態(tài))， -絕緣配合，絕緣配合， -高壓電器，高壓電器， -高壓試驗技術，高壓試驗技術， -氣體放電技術。氣體放電技術。2、電磁兼容技術、電磁兼容技術 -防雷與接地防雷與接地, -靜電技術，靜電技術， -電磁干擾與防護。電磁干擾與防護。3、高電壓智能檢測技術、高電壓智能檢測技術 -電纜診斷，局部放電等。電纜診斷，局部放電等。 -狀態(tài)診斷，狀態(tài)診斷， -高壓智能檢測高壓

6、智能檢測4、電磁場分析與仿真電磁場分析與仿真 （直流、交流、脈沖、高頻等）（直流、交流、脈沖、高頻等）5、電力開關技術電力開關技術 -斷路器、負荷與隔離開關、熔斷器斷路器、負荷與隔離開關、熔斷器 -成套（開關柜，結合計量與保護）成套（開關柜，結合計量與保護） -智能化：智能化：6、電力系統(tǒng)硬件技術、電力系統(tǒng)硬件技術 （發(fā)電機、變壓器、開關、計量與輸電（發(fā)電機、變壓器、開關、計量與輸電 線保護、補償與控線保護、補償與控 制、通訊等）制、通訊等）7、電能質量管理技術電能質量管理技術電力質量問題：電壓電力質量問題：電壓/頻率波動，諧波污染，閃變等頻率波動，諧波污染，閃變等 -無功補償無功補償 -有源

7、濾波有源濾波 -不間斷供電不間斷供電 -遠程計量、諧波監(jiān)控遠程計量、諧波監(jiān)控 -電力環(huán)境治理電力環(huán)境治理8、高壓、大電流控制器件、高壓、大電流控制器件 -真空觸發(fā)開關真空觸發(fā)開關 -等離子體開關等離子體開關 -可控電抗器可控電抗器 -故障限流器故障限流器 -高壓、大電流電力電子器件高壓、大電流電力電子器件 GTO 門極可關斷晶閘管門極可關斷晶閘管 MOS 電力場效應晶體管電力場效應晶體管 IGBT 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管 IGCT 集成門極換流晶閘管集成門極換流晶閘管9、電力傳感器電力傳感器 -互感器互感器 -電場測量電場測量 -非電量傳感器非電量傳感器 -在線檢測在線檢測10、經(jīng)典

8、電機學經(jīng)典電機學 -電機設計（含永磁電機，直線電機等）；電機設計（含永磁電機，直線電機等）； -變壓器和電抗器變壓器和電抗器 -一般電機控制（接觸器、磁力啟動器，保護）一般電機控制（接觸器、磁力啟動器，保護）11、微特電機和微機電系統(tǒng)、微特電機和微機電系統(tǒng) -微特電機，微特電機， -微機電系統(tǒng)及微傳感器，微機電系統(tǒng)及微傳感器， -機器人技術，機器人技術， -生物芯片生物芯片12、電力電子技術、電力電子技術 -PWM控制器與調速控制器與調速 -軟開關技術軟開關技術 -開關電源與大功率器件開關電源與大功率器件13、 電動汽車電動汽車 -電控系統(tǒng)，高效充電，電控系統(tǒng)，高效充電， -混合動力車，混合動

9、力車， -燃料電池燃料電池14、 電磁能量轉換電磁能量轉換 -電能武器，壓縮磁通電能武器，壓縮磁通電工新技術：電工新技術：（1）高電壓大電流下的特殊現(xiàn)象與效應）高電壓大電流下的特殊現(xiàn)象與效應 液電效應液電效應: (放電通道瞬間氣化,可產(chǎn)生沖擊波102-103Mpa、 各種活性粒子、紫外光等) 液電成形液電成形 液電清砂、清垢液電清砂、清垢 殺菌除藻殺菌除藻 體外沖擊波碎石體外沖擊波碎石 在材料科學中的應用在材料科學中的應用 材料表面處理材料表面處理 (滲氮、滲炭等，織物表面改性) 納米材料的制備納米材料的制備 強脈沖電磁場的產(chǎn)生及應用：強脈沖電磁場的產(chǎn)生及應用： 開關器件R、LCCp時時 間（

10、間（t）能能 量（量（ ）J脈沖功率產(chǎn)生示意圖脈沖功率產(chǎn)生示意圖脈沖能量（脈沖能量（106109J），脈沖功率（），脈沖功率（1061014w）核爆炸模擬、受控核聚變試驗核爆炸模擬、受控核聚變試驗;強流粒子束加速器強流粒子束加速器;高功率脈沖激光器高功率脈沖激光器;高功率微波高功率微波;定向能武器、電磁推進、電磁發(fā)射定向能武器、電磁推進、電磁發(fā)射;電磁成形電磁成形;材料表面處理及半導體離子注入等材料表面處理及半導體離子注入等 脈沖功率技術應用：脈沖功率技術應用：（2）低溫等離子體技術）低溫等離子體技術是物質的一種狀態(tài)，滿足下面條件的粒子的集合體：是物質的一種狀態(tài)，滿足下面條件的粒子的集合體：

11、包含正、負的帶電粒子群；包含正、負的帶電粒子群； 作為整體幾乎保持電中性；作為整體幾乎保持電中性； 至少有一種帶電粒子群作不規(guī)則運動。至少有一種帶電粒子群作不規(guī)則運動。特性：特性： 整體上保持電中性，帶電粒子間進行庫侖碰撞；整體上保持電中性，帶電粒子間進行庫侖碰撞； 在電場中具有導電性，在磁場中受洛倫茲力作用。在電場中具有導電性，在磁場中受洛倫茲力作用。溫度用溫度用eV表示，表示，1 eV=11600k當當Te=Ti時，稱為平衡等離子體時，稱為平衡等離子體(熱、高溫等離子體熱、高溫等離子體) TeTi時，稱為非平衡等離子體時，稱為非平衡等離子體(非熱、低溫等離子體非熱、低溫等離子體)等離子體的

12、產(chǎn)生：等離子體的產(chǎn)生：燃燒、激光、紫外線、微波、放射線、氣體放電等。燃燒、激光、紫外線、微波、放射線、氣體放電等。等離子體的應用：等離子體的應用：主要應用等離子體的兩個作用：主要應用等離子體的兩個作用：產(chǎn)生的熱作用產(chǎn)生的熱作用電離、激發(fā)等作用電離、激發(fā)等作用熱等離子體的應用（電弧、焊接、冶煉等）熱等離子體的應用（電弧、焊接、冶煉等）非熱等離子體的應用（化學反應、材料改性、環(huán)境等）非熱等離子體的應用（化學反應、材料改性、環(huán)境等） （3）超導電工技術）超導電工技術 超導現(xiàn)象超導現(xiàn)象 1911年發(fā)現(xiàn)Hg在4.15K時電阻為零；1986-1987年取得突破， 將金屬氧化物的超導溫度提高到100K以上。

13、 超導體中電磁的基本規(guī)律超導體中電磁的基本規(guī)律 實用超導材料實用超導材料 可分為元素材料、合金材料、化合物材料和超導陶瓷 超導技術應用超導技術應用 超導電機、超導變壓器、超導輸電、 超導儲能、超導磁懸浮列車、超導電磁推進船舶、 超導磁分離裝置、超導核磁成像裝置、核磁共振譜儀（4）電加工技術：）電加工技術： 靜電成型；靜電成型；線爆噴塗；線爆噴塗；粉碎、清砂、洗毛等粉碎、清砂、洗毛等（5）太空電氣系統(tǒng)）太空電氣系統(tǒng) 太空電氣系統(tǒng)的工作環(huán)境和特點太空電氣系統(tǒng)的工作環(huán)境和特點 （離子輻射、低氣壓、物體帶電、 沒有中性接地點、月塵靜電污染等） 空間電源系統(tǒng)的類型與組成空間電源系統(tǒng)的類型與組成 空間輸配

14、電系統(tǒng)空間輸配電系統(tǒng) 太陽能發(fā)電裝置太陽能發(fā)電裝置 太空電氣的儲能裝置太空電氣的儲能裝置 太空電氣的控制與管理技術太空電氣的控制與管理技術 （6）環(huán)境電工技術）環(huán)境電工技術 環(huán)境污染控制中的電工技術：環(huán)境污染控制中的電工技術： （靜電技術、高電壓技術、脈沖功率技術、（靜電技術、高電壓技術、脈沖功率技術、 放電等離子體技術、測控技術等）放電等離子體技術、測控技術等）粉塵污染控制技術粉塵污染控制技術HV電暈區(qū)荷電區(qū)電除塵器：電除塵器：氣態(tài)污染物控制技術氣態(tài)污染物控制技術（煙氣脫硫）（煙氣脫硫）N2+O2+H2O 放電 e,O,O3,N,OH,HO2,N2+,O2+,N2*,O2*,H2O* SO2

15、 O SO3 H2O H2SO4 HO2 SO3 + OH OH HSO3 OH H2SO4水處理技術：水處理技術： 通過在氣體或水中放電，產(chǎn)生等離子體和活性通過在氣體或水中放電，產(chǎn)生等離子體和活性物質，如物質，如H、OH、O3、H2O2等，與水充分接觸，去等，與水充分接觸，去除水中的污染物質。除水中的污染物質。 主要物理化學過程有：主要物理化學過程有： 高能電子的轟擊作用；高能電子的轟擊作用； 強烈強烈UV輻射，起到光化學處理作用；輻射，起到光化學處理作用； 活性自由基（如活性自由基（如OH基等等）的氧化作用；基等等）的氧化作用； 放電產(chǎn)生臭氧的強氧化作用；放電產(chǎn)生臭氧的強氧化作用； 沖擊波

16、、局部超臨界水狀態(tài)等作用；沖擊波、局部超臨界水狀態(tài)等作用；（7）生物電工技術：）生物電工技術： 生物電磁特性檢測與利用生物電磁特性檢測與利用 電磁場的生物學效應電磁場的生物學效應 （電磁場對生物體的影響、環(huán)境電磁場對健康的影響） 生物醫(yī)學中的電磁成像技術生物醫(yī)學中的電磁成像技術 電磁技術在生命醫(yī)學中的應用電磁技術在生命醫(yī)學中的應用 （碎石機、電穿孔、電磁療法、腦電波、 體內(nèi)微型診療機器人、電磁檢測的生物芯片等）（8）靜電技術：）靜電技術： 靜電噴塗技術；靜電噴塗技術； 靜電復印技術；靜電復印技術； 靜電除塵技術；靜電除塵技術； 靜電植絨技術；靜電植絨技術； 靜電分選技術；靜電分選技術； 靜電粒

17、子加速器；靜電粒子加速器； 靜電防災技術靜電防災技術 。已應用技術：已應用技術：靜電噴霧、噴塗技術：靜電復印、成像技術：靜電植絨技術：特點： 絨垂直基材直立 密度高 堅固、耐磨性強 生產(chǎn)能力高靜電分選技術：靜電分選技術： 環(huán)境保護（粉塵、有害氣體、水處理）環(huán)境保護（粉塵、有害氣體、水處理）食品飲料（殺菌、保鮮）食品飲料（殺菌、保鮮）生物（細胞融合、生物（細胞融合、DNA誘變）誘變）化學（放電化學反應）化學（放電化學反應）物理（靜電聚焦、加速等）物理（靜電聚焦、加速等）靜電加工靜電加工材料（表面改性、新材料）材料（表面改性、新材料）醫(yī)學（治療、恢復疲勞）醫(yī)學（治療、恢復疲勞）石油化工等（防災）石

18、油化工等（防災）農(nóng)業(yè)（種子處理、促進生長）農(nóng)業(yè)（種子處理、促進生長）靜電技術的主要應用領域：靜電技術的主要應用領域： （9）新能源技術）新能源技術1）燃料電池：燃料的化學能直接轉變?yōu)殡娔?，）燃料電池：燃料的化學能直接轉變?yōu)殡娔埽?-燃料燃料(氫氫)作為電池負極的活性物質作為電池負極的活性物質-氧化反應；氧化反應； -氧作為電池正極的活性物質氧作為電池正極的活性物質-還原反應。還原反應。 -由只有離子導電的電解質隔開正負極形成電位差。由只有離子導電的電解質隔開正負極形成電位差。 *目前還不能用天然燃料，只能用氫或富氫燃料。目前還不能用天然燃料，只能用氫或富氫燃料。 *需要復雜的燃料預處理和精密控

19、制系統(tǒng)，成本比火力需要復雜的燃料預處理和精密控制系統(tǒng)，成本比火力 發(fā)電高得多。綠色電源，仍在發(fā)展，前景好。發(fā)電高得多。綠色電源，仍在發(fā)展，前景好。2）太陽能）太陽能 -光伏電池，成本高、效率低光伏電池，成本高、效率低 -太陽熱發(fā)電太陽熱發(fā)電3）風力、潮汐、地熱發(fā)電）風力、潮汐、地熱發(fā)電 -風場選擇與設計，變速發(fā)電機風場選擇與設計，變速發(fā)電機 -潮汐發(fā)電，潮汐發(fā)電， -地熱發(fā)電地熱發(fā)電4）儲能電站）儲能電站 -抽水蓄能，抽水蓄能， -壓縮空氣蓄能，壓縮空氣蓄能， -飛輪蓄能，飛輪蓄能， -超導蓄能，超導蓄能， -電容器電容器(超級電容器）超級電容器）10、特種電源技術、特種電源技術 -小型、便攜、高效電源，小型、便攜、高效電源， -高壓高壓/大電流大電流/高頻高頻/方波，方波， -應用電力電子技術的新型電源（開關電源等），應用電力電子技術的新型電源（開關電源等）， -后備電源（發(fā)電機組