電氣工程概論 第一章 緒論課件

1、電氣工程概論范瑜 主編高等教育出版社1第1章 緒論21.1 電氣工程在國民經(jīng)濟中的地位電氣工程的研究對象：電氣工程是與電能生產(chǎn)和應用相關的技術，具體的講：是研究電能的產(chǎn)生、傳輸、變換、控制、存以及應用的專業(yè)，同時它也是工程教育體系中的一個學科。在我國高等學校的本科專業(yè)目錄中，電氣工程對應的專業(yè)是電氣工程及其自動化或電氣工程與自動化。本科和博士生的專業(yè)為電氣工程及其自動化,碩士研究生就讀電氣工程有5個二級學科.31998年國家頒布的大學本科專業(yè)目錄電機電器及其控制電力系統(tǒng)及其自動化高電壓與絕緣技術電氣技術電氣工程及其自動化專業(yè)注：在同時頒布的工科引導性專業(yè)目錄中，把電氣工程及其自動化專業(yè)和自動化

2、專業(yè)中的部分合并為電氣工程與自動化專業(yè)。強弱電結合，二者并重的專業(yè)4 在研究生學科專業(yè)目錄中，電氣工程是工學門類中的一個一級學科，包含五個二級學科:電氣工程 代號0808 080801電機與電器080802電力系統(tǒng)及其自動化080803高電壓與絕緣技術080804電力電子與電力傳動080805電工理論與新技術電氣工程的學科地位和研究內(nèi)容5“電氣工程” 的英文定義是： The branch of engineering science that studies the uses of electricity and the equipment for power generation and d

3、istribution and the control of machines and communication。（工程科學的一個分支，研究電氣的應用和發(fā)配電設備與機械的控制以及通信）。 目前，我國的電氣工程及其自動化專業(yè)不包括通信。電氣工程的定義6電氣工程的理論基礎：電氣科學電氣科學與工程所涉及的領域：電磁學與電路理論電機電器學電力系統(tǒng)電工材料學高電壓與絕緣電力電子學脈沖功率技術放電理論與放電等離子體超導電工學生物電磁學電磁兼容 新能源與新發(fā)電技術電氣工程的理論基礎和涉及領域7時間典型事件人物/國家公元前七世紀 發(fā)現(xiàn)磁石與磁現(xiàn)象 中國、希臘 公元前一世紀 靜電吸引 王充（敘述），中國 16

4、00年 論磁石論述磁現(xiàn)象（近代電磁學研究的開端）吉爾伯特，英國 1660年發(fā)明摩擦起電機 奧托馮庫克，德國 1745年 發(fā)明萊頓瓶荷蘭萊頓大學，克里斯特與莫什布魯克 10吉爾伯特和他的著作論磁石11帶有萊頓瓶的起電機荷蘭萊頓大學，克里斯特與莫什布魯克 起電機是一種借助人力或其他動力克服靜電力以獲得靜電的機械，簡稱起電機。跟一般的 發(fā)電機不同，起電機只能產(chǎn)生較高的電壓，而由此放電產(chǎn)生的短暫脈沖電流，平 均值很小，一般不超過幾毫安。 12時間典型事件及意義人物/國家1820年 發(fā)現(xiàn)電流的磁效應奧斯特，丹麥1820年研究通電導線之間的吸引或排斥現(xiàn)象，隨后建立安培定律 安培，法國（電流的單位A）182

5、6年 歐姆定律 歐姆，德國（電阻）1831年 發(fā)現(xiàn)電磁感應現(xiàn)象并建立電磁感應定律法拉第，英國（電容F）1864年麥克斯韋方程（現(xiàn)代電磁學最重要的理論基礎）麥克斯韋，英國16安培與他的實驗裝置17歐姆與他的實驗裝置18法拉第與最早的發(fā)電機法拉第盤19西門子與他的自激式發(fā)電機23麥克斯韋與他所著的電磁通論24電弧燈（左）與愛迪生發(fā)明的白熾燈251882年，愛迪生在紐約建立發(fā)電廠 1881年美國的著名發(fā)明家愛迪生開始籌建中央發(fā)電廠，1882年總共有兩座初具規(guī)模的發(fā)電廠投產(chǎn)。1月倫敦荷陸恩橋的愛迪生公司開始發(fā)電，供應圣馬廠郵局，橋西的城市大教堂和橋頭旅館等用電，發(fā)電廠利用蒸汽機驅動直流發(fā)電機，電壓為1

6、10伏，電力可供1000個愛迪生燈泡用。同年末紐約珍珠街愛迪生公司發(fā)電廠也裝上了同型機組，這是美國的第一座發(fā)電廠，內(nèi)裝6臺發(fā)動機，可供6000個愛迪生燈泡用電 。26電氣工程信息化信息獲取與處理信息傳輸信息應用信息系統(tǒng)安全網(wǎng)絡化電力網(wǎng)絡信息通信網(wǎng)絡工業(yè)控制網(wǎng)絡SCADA/EMSDMS/DSM/GIS數(shù)字化數(shù)字化測控數(shù)字信號處理數(shù)字仿真分析數(shù)字電力系統(tǒng)樓宇智能化智能建筑供配電智能建筑通訊智能建筑防盜綜合布線系統(tǒng)電氣驅動與控制“線控”汽車全電艦船多(全)電飛機材料科學超導材料半導體材料永磁材料生命科學生物醫(yī)學電磁技術磁共振成像技術電工高新技術磁懸浮技術磁流體發(fā)電技術1.3 電氣工程的發(fā)展前景 27

7、線控汽車返回28全電旅游船電氣設備布置返回29多電飛機電氣設備布置采用電磁懸浮軸承取代發(fā)動機的機械軸承，用電液執(zhí)行器取代液壓和氣動執(zhí)行器并且采用很多電力電子裝置。30飛機飛行控制系統(tǒng)分類機械式液壓式電驅式電傳式智能式光纖式通過機械裝置將駕駛艙控制桿與方向舵踏板的操縱量傳遞到副翼和升降舵。（滾轉、俯仰和偏航）通過機械液壓裝置將駕駛艙控制桿與方向舵踏板的操縱量傳遞到副翼和升降舵。（滾轉，俯仰和偏航）用電傳操縱代替機械回路，用液壓回路控制相關控制面。用光纖代替電纜，提高信號傳遞的速度和抗干擾能力。用電傳代替機械回路，用電力回路代替液壓回路?，F(xiàn)代電傳操縱系統(tǒng)的一種擴充，目的是增強對飛行中的損壞和失效等

8、情況的控制性。31智能樓宇示意圖返回在建筑中綜合計算機技術、自動控制技術、通信技術和電氣工程技術構成樓宇自動化技術。智能樓宇的目標是：提供安全、舒適、快捷的優(yōu)質(zhì)服務；建立先進的管理機制；節(jié)省能耗和降低人工成本。34近年來的研究熱點：電力大系統(tǒng)、電力傳動系統(tǒng)及電力電子變流系統(tǒng)中的各類問題；生物、醫(yī)學與健康領域中的電磁方法與新技術；氣體放電及多相混合體放電問題；基于新材料、新原理或為開拓新應用領域的電機、電器；反映各類電器設備電器或絕緣性能演變的多因子規(guī)律及其觀察和測量技術；電能質(zhì)量的理論及其測量、控制；可再生能源發(fā)電、電能存儲和電力變換技術；現(xiàn)代測量原理及傳感技術；脈沖功率技術與低溫等離子體應用

9、基礎；電力電磁兼容問題以及復雜電力系統(tǒng)的經(jīng)濟安全運行、控制及規(guī)劃的理論及其應用。351.4 電氣工程的理論基礎電路的基本物理量及其正方向；歐姆定律；基爾霍夫定律。UIRUIRU6VI-2AR+-（1）電路理論的基本概念與基本定律36（2）電磁場理論的基本概念與基本定律1.法拉第電磁感應定律（磁生電的基本定律）2.安培環(huán)路定律（電生磁的基本定律）3.電磁力定律（電磁相互作用的基本定律）4.麥克斯韋方程組（聯(lián)系電荷、電流和電場、磁場的基本微分方程組）371.5 電氣工程常用的計算機程序簡介1. MATLAB MATLAB是美國Mathwork公司自1984年開始推出的一種使用簡便的工程計算語言，由

10、于其強大的數(shù)值運算能力和開放靈活的應用界面而在科學技術和工程應用的各個領域得到廣泛的應用.其數(shù)學計算部分提供了強大的矩陣處理和繪圖功能。在工程仿真方面，MATLAB提供的軟件幾乎支持各個工程領域。382. PSpice SPICE 是美國加州大學Berkely分校在20世紀70年代早期為集成電路仿真開發(fā)的，它是低功率等級電力電子最廣泛應用的仿真程序。 微機版本的SPICE稱為PSpice。 393.EMTP EMTP (Electro-Magnetic Transient Program) 是用于電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)分析的仿真軟件,是電力系統(tǒng)中高電壓等級的電力網(wǎng)絡和電力電子仿真應用最廣泛的程序。

11、EMTP側重的是系統(tǒng)級的運行工況而不是個別元件的細節(jié)。它包含電機、變壓器、傳輸線、二極管、晶閘管和開關等元件的模型。 EMTP是一個不斷發(fā)展的軟件，擁有推動其發(fā)展的大量資源，成為美國電力系統(tǒng)和電力電子仿真方面的工業(yè)標準。 40電氣工程常用的軟件還有混合信號及混合技術仿真軟件Saber、電磁場分析計算軟件Ansoft等。41學科的知識教育部將高等院校里的學科門類分類為一級學科和二級學科一級學科是學科大類,用四位碼表示。二級學科是其下的學科小類，用六位碼表示。01 哲學 02 經(jīng)濟學 03法學04教育學05文學06歷史學07理學08工學09農(nóng)學10醫(yī)學11軍事學12管理學（門類）0808 電氣工程

12、 （一級學科）080801電機與電器 080802電力系統(tǒng)及其自動化 080804電力電子與電力傳動 返回42電氣工程及其自動化專業(yè)介紹學科：工學 門類：電氣信息類 專業(yè)名稱：電氣工程及其自動化業(yè)務培養(yǎng)目標：本專業(yè)培養(yǎng)能夠從事與電氣工程有關的系統(tǒng)運行、自動控制、電力電子技術、信息處理、試驗分析、研制開發(fā)、經(jīng)濟管理以及電子與計算機技術應用等領域工作的寬口徑復合型高級工程技術人才。業(yè)務培養(yǎng)要求：本專業(yè)學生主要學習電工技術、電子技術、信息控制、計算機技術等方面較寬廣的工程技術基礎和一定的專業(yè)知識。本專業(yè)主要特點是強弱電結合、電工技術與電子技術相結合、軟件與硬件結合、元件與系統(tǒng)結合，學生受到電工電子、

13、信息控制及計算機技術方面的基本訓練，具有解決電氣工程技術分析與控制技術問題的基本能力。修業(yè)年限：四年授予學位：工學學士 43畢業(yè)生應獲得以下幾方面的知識和能力：1掌握較扎實的數(shù)學、物理、化學等自然科學的基礎知識，具有較好的人文社會科學和管理科學基礎和外語綜合能力；2系統(tǒng)地掌握本專業(yè)領域必需的較寬的技術基礎理論知識，主要包括電工理論、電子技術、信息處理、控制理論、計算機軟硬件基本原理與應用等；3獲得較好的工程實踐訓練，具有較熟練的計算機應用能力；4具有本專業(yè)領域內(nèi)1-2個專業(yè)方向的專業(yè)知識與技能，了解本專業(yè)學科前沿的發(fā)展趨勢；5具有較強的工作適應能力，具備一定的科學研究、科技開發(fā)和組織管理的實際工作能力。44主干學科：電氣工程、計算機科學與技術、控制科學與工程。主要課程：電路原理、電子技術基礎、電機學、電力電子技術、檢測與轉換技術、電氣控制、單片機原理、微機原理與接口、技術電力拖動與控制、計算機控制技術、電力系統(tǒng)分析、控制理論等。主要實踐性教學環(huán)