电气工程概论第一章绪论.ppt

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1、1 电气工程概论电气工程概论1.1 电气工程在国民经济中的地位电气工程在国民经济中的地位1.2 电气科学与工程发展简史电气科学与工程发展简史1.3 电气工程发展前景电气工程发展前景1.4 电气工程的理论基础电气工程的理论基础121.1 电气工程在国民经济中的地位电气工程在国民经济中的地位电电气气工工程程是是与与电电能能生生产产和和应应用用相相关关的的技技术术，同时它也是工程教育体系中的一个学科。同时它也是工程教育体系中的一个学科。在在我我国国高高等等学学校校的的本本科科专专业业目目录录中中，电电气气工工程程对对应应的的专专业业是是电电气气工工程程及及其其自自动动化化或或电电气气工工程程与自动化

2、。与自动化。31998年国家颁布的大学本科专业目录年国家颁布的大学本科专业目录电机电器及其控制电机电器及其控制电力系统及其自动化电力系统及其自动化高电压与绝缘技术高电压与绝缘技术电气技术电气技术工业自动化工业自动化电气工程及其电气工程及其自动化专业自动化专业注：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。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。4 在在研研究究生生学学科科专专业业目目录录中中，电电气气工工程程是是工工学学门类中的一个一级学科，包含五个二级学科门类中

3、的一个一级学科，包含五个二级学科:l电机与电器l电力系统及其自动化l高电压与绝缘技术l电力电子与电力传动l电工理论与新技术5“电气工程电气工程”的英文定义是：的英文定义是：The branch of engineering science that studies the uses of electricity and the equipment for power generation and distribution and the control of machines and communication。（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

4、的电气工程及其自动化专业不包括通信。6电气科学与工程的学科分类电气科学与工程的学科分类1.电磁学与电路理论电磁学与电路理论2.电机电器学电机电器学3.电力系统电力系统4.电工材料学电工材料学5.高电压与绝缘高电压与绝缘6.电力电子学电力电子学7.脉冲功率技术脉冲功率技术8.放电理论与放电等离子体放电理论与放电等离子体9.超导电工学超导电工学10.生物电磁学生物电磁学11.电磁兼容电磁兼容 12.新能源与新发电技术新能源与新发电技术71.2 电气科学与工程的发展简史8时间时间典型事件典型事件人物人物/国家国家公元前七世纪公元前七世纪 发现磁石与磁现象发现磁石与磁现象 中国、希腊中国、希腊 公元前

5、一世纪公元前一世纪 静电吸引静电吸引 王充（叙述），中国王充（叙述），中国 16001600年年 论磁石论磁石系统论述系统论述了地球的磁性了地球的磁性,创造了创造了英文字英文字ElectricityElectricity吉尔伯特，英国吉尔伯特，英国 16601660年年发明摩擦起电机发明摩擦起电机 奥托奥托冯冯库克，德国库克，德国 17291729年年发现了导体发现了导体斯蒂芬斯蒂芬格雷格雷17451745年年 发明莱顿瓶发明莱顿瓶.电可存储电可存储在装有铜丝或水银的在装有铜丝或水银的玻璃瓶玻璃瓶,电容器前身电容器前身荷兰莱顿大学，克里斯特荷兰莱顿大学，克里斯特与莫什布鲁克与莫什布鲁克 9吉尔

6、伯特和他的著作吉尔伯特和他的著作吉尔伯特和他的著作吉尔伯特和他的著作论磁石论磁石论磁石论磁石10带有莱顿瓶的起电机带有莱顿瓶的起电机带有莱顿瓶的起电机带有莱顿瓶的起电机11时间时间典型事件典型事件 人物人物/国家国家17471747年年 发明避雷针发明避雷针富兰克林富兰克林 ，美，美国国17521752年年首次将正、负号用于电学首次将正、负号用于电学17851785年年 发现库仑定律发现库仑定律 库仑，法国库仑，法国18001800年年发明伏特电池发明伏特电池.使化学能使化学能可转化为源源不断输出的可转化为源源不断输出的电能电能,成为电学的一个重成为电学的一个重要里程碑要里程碑伏特，意大利伏特

7、，意大利12库仑和他发明的扭力天平库仑和他发明的扭力天平库仑和他发明的扭力天平库仑和他发明的扭力天平13伏特与伏特电池伏特与伏特电池伏特与伏特电池伏特与伏特电池14时间时间典型事件及意义典型事件及意义人物人物/国家国家18201820年年 发现电流的磁效应发现电流的磁效应奥斯特，丹麦奥斯特，丹麦18201820年年研究通电导线之间的吸研究通电导线之间的吸引或排斥现象，随后建引或排斥现象，随后建立安培环路定律立安培环路定律 安培，法国安培，法国18261826年年 欧姆定律欧姆定律 欧姆，德国欧姆，德国 18311831年年 发现电磁感应现象并建发现电磁感应现象并建立电磁感应定律立电磁感应定律法

8、拉第，英国法拉第，英国18641864年年麦克斯韦方程麦克斯韦方程麦克斯韦，英国麦克斯韦，英国15安培与他的实验装置安培与他的实验装置安培与他的实验装置安培与他的实验装置16欧姆与他的实验装置欧姆与他的实验装置欧姆与他的实验装置欧姆与他的实验装置17法拉第与最早的发电机法拉第与最早的发电机法拉第与最早的发电机法拉第与最早的发电机法拉第盘法拉第盘法拉第盘法拉第盘18时间时间典型事件及意义典型事件及意义代表人物代表人物18321832年年 第一台实用的直流发电机第一台实用的直流发电机,15W,15W皮克斯，法国皮克斯，法国18341834年年 第一台实用的电动机第一台实用的电动机雅可比，德籍俄国人

9、雅可比，德籍俄国人18661866年年 第一台自激式发电机第一台自激式发电机,标志着标志着制造大容量发电机技术的突制造大容量发电机技术的突破破西门子，德国西门子，德国19皮皮皮皮克克克克斯斯斯斯发发发发明明明明的的的的直直直直流流流流发发发发电电电电机机机机20雅可比发明的世界上第一台电动机模型与实用电动机雅可比发明的世界上第一台电动机模型与实用电动机雅可比发明的世界上第一台电动机模型与实用电动机雅可比发明的世界上第一台电动机模型与实用电动机21西门子与他的自激式发电机西门子与他的自激式发电机西门子与他的自激式发电机西门子与他的自激式发电机22麦克斯韦与他所著的麦克斯韦与他所著的麦克斯韦与他所

10、著的麦克斯韦与他所著的电磁通论电磁通论电磁通论电磁通论23电弧灯（左）与爱迪生发明的白炽灯电弧灯（左）与爱迪生发明的白炽灯电弧灯（左）与爱迪生发明的白炽灯电弧灯（左）与爱迪生发明的白炽灯241882年，爱迪生在纽约建立发电厂年，爱迪生在纽约建立发电厂 25时间时间典型事件及意义典型事件及意义代表人物代表人物18361836年年 18401840年年实用电动机驱动木工车床实用电动机驱动木工车床电动机驱动印报机电动机驱动印报机达文波特，美国达文波特，美国 18851885年年提出旋转磁场原理提出旋转磁场原理,研制二研制二相异步电动机模型相异步电动机模型加利莱奥加利莱奥.费拉里斯，意费拉里斯，意大利

11、大利18861886年年18881888年年 研制出二相异步电动机研制出二相异步电动机第一台实用三相交流鼠笼第一台实用三相交流鼠笼异步电动机异步电动机特斯拉特斯拉,美国美国多利沃多利沃.多勃罗沃利斯基多勃罗沃利斯基,俄国俄国26时间时间典型事件及意义典型事件及意义代表人物代表人物18791879年年能乘能乘1818人的三节敞开式车厢人的三节敞开式车厢小型电力机车小型电力机车西门子，德国西门子，德国 18831883年年世界上最早电气化铁路在英世界上最早电气化铁路在英国营业国营业18791879年年19101910年年发明真空玻璃泡中碳化竹丝发明真空玻璃泡中碳化竹丝钨丝灯泡钨丝灯泡爱迪生爱迪生,

12、美国美国库里奇库里奇27时间时间典型事件及意义典型事件及意义代表人物代表人物18751875年年世界最早火力发电厂世界最早火力发电厂巴黎火车站巴黎火车站,法国法国 18821882年年建成商业化电厂和直流电建成商业化电厂和直流电力网系统力网系统爱迪生电气照明公司爱迪生电气照明公司,美美国纽约国纽约18821882年年第一座水力发电站第一座水力发电站美国美国18821882年年第一台具有实用价值的变第一台具有实用价值的变压器压器法国人高兰德和英国人法国人高兰德和英国人吉布斯吉布斯28l18701913年，以电气化为主要特征的第二年，以电气化为主要特征的第二次工业革命，改变了世界经济格局到次工业革

13、命，改变了世界经济格局到1930年年前后，电动洗衣机、电冰箱、空调、吸尘器相前后，电动洗衣机、电冰箱、空调、吸尘器相继问世。继问世。20世纪世纪30年代，欧美先后完成电气化年代，欧美先后完成电气化l二次大战后，电气工程逐渐分化出电子技术和二次大战后，电气工程逐渐分化出电子技术和计算机技术等新兴学科计算机技术等新兴学科l今天，电能的应用已经渗透到社会生活的各个今天，电能的应用已经渗透到社会生活的各个领域，创造了极大的生产力，彻底改变了人类领域，创造了极大的生产力，彻底改变了人类的社会生活方式，被誉为的社会生活方式，被誉为“现代文明之轮现代文明之轮”29电气工程电气工程信息化信息化信息获取与处理信

14、息获取与处理信息传输信息传输信息应用信息应用信息系统安全信息系统安全网络化网络化电力网络电力网络信息通信网络信息通信网络工业控制网络工业控制网络SCADA/EMSDMS/DSM/GIS数字化数字化数字化测控数字化测控数字信号处理数字信号处理数字仿真分析数字仿真分析数字电力系统数字电力系统楼宇智能化楼宇智能化智能建筑供配电智能建筑供配电智能建筑通讯智能建筑通讯智能建筑防盗智能建筑防盗综合布线系统综合布线系统电气驱动与电气驱动与控制控制“线控线控”汽车汽车全电舰船全电舰船多多(全全)电飞机电飞机材料科学材料科学超导材料超导材料超导材料超导材料半导体材料半导体材料半导体材料半导体材料永磁材料永磁材料

15、永磁材料永磁材料生命科学生命科学生物医学电磁技术生物医学电磁技术磁共振成像技术磁共振成像技术电工高新技术电工高新技术磁悬浮技术磁悬浮技术磁流体发电技术磁流体发电技术1.3 电气工程的发展前景电气工程的发展前景 30线线线线控控控控汽汽汽汽车车车车31全电旅游船电气设备布置全电旅游船电气设备布置全电旅游船电气设备布置全电旅游船电气设备布置32多多多多电电电电飞飞飞飞机机机机电电电电气气气气设设设设备备备备布布布布置置置置33智智智智能能能能楼楼楼楼宇宇宇宇示示示示意意意意图图图图34近年来的研究热点：近年来的研究热点：电力大系统、电力传动系统及电力电子变流系统中的各电力大系统、电力传动系统及电力

16、电子变流系统中的各电力大系统、电力传动系统及电力电子变流系统中的各电力大系统、电力传动系统及电力电子变流系统中的各类问题；类问题；类问题；类问题；生物、医学与健康领域中的电磁方法与新技术；生物、医学与健康领域中的电磁方法与新技术；生物、医学与健康领域中的电磁方法与新技术；生物、医学与健康领域中的电磁方法与新技术；气体放电及多相混合体放电问题；气体放电及多相混合体放电问题；气体放电及多相混合体放电问题；气体放电及多相混合体放电问题；基于新材料、新原理或为开拓新应用领域的电机、电器；基于新材料、新原理或为开拓新应用领域的电机、电器；基于新材料、新原理或为开拓新应用领域的电机、电器；基于新材料、新原

17、理或为开拓新应用领域的电机、电器；反映各类电器设备电器或绝缘性能演变的多因子规律及反映各类电器设备电器或绝缘性能演变的多因子规律及反映各类电器设备电器或绝缘性能演变的多因子规律及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；其观察和测量技术；其观察和测量技术；其观察和测量技术；电能质量的理论及其测量、控制；电能质量的理论及其测量、控制；电能质量的理论及其测量、控制；电能质量的理论及其测量、控制；可再生能源发电、电能存储和电力变换技术；可再生能源发电、电能存储和电力变换技术；可再生能源发电、电能存储和电力变换技术；可再生能源发电、电能存储和电力变换技术；现代测量原理及传感技术

18、；现代测量原理及传感技术；现代测量原理及传感技术；现代测量原理及传感技术；脉冲功率技术与低温等离子体应用基础；脉冲功率技术与低温等离子体应用基础；脉冲功率技术与低温等离子体应用基础；脉冲功率技术与低温等离子体应用基础；电力电磁兼容问题以及复杂电力系统的经济安全运行、电力电磁兼容问题以及复杂电力系统的经济安全运行、电力电磁兼容问题以及复杂电力系统的经济安全运行、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。控制及规划的理论及其应用。控制及规划的理论及其应用。控制及规划的理论及其应用。351.4 电气工程的理论基础电气工程的理论基础1 1电路理论的基本概念与基本定律电路

19、理论的基本概念与基本定律1.1.电路的基本物理量及其正方向；电路的基本物理量及其正方向；电路的基本物理量及其正方向；电路的基本物理量及其正方向；2.2.欧姆定律；欧姆定律；欧姆定律；欧姆定律；3.3.基尔霍夫定律。基尔霍夫定律。基尔霍夫定律。基尔霍夫定律。UIRUIRU6VI-2AR+-36二、电磁场理论的基本概念与基本定律二、电磁场理论的基本概念与基本定律电磁场是广泛应用于技术与物理装置中传输与转换能电磁场是广泛应用于技术与物理装置中传输与转换能 量或信号的一种基本物理媒介量或信号的一种基本物理媒介371.5 电气工程常用的计算机程序简介电气工程常用的计算机程序简介1.MATLAB MATL

20、AB MATLAB是美国是美国MathworkMathwork公司自公司自19841984年开始推出的一种使年开始推出的一种使用简便的工程计算语言，由于其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。在工程仿真阵处理和绘图功能。在工程仿真方面，方面，MATLABMATLAB提供的软件几乎支提供的软件几乎支持各个工程领域。持各个工程领域。382.PSpice SPICE 是

21、是美美国国加加州州大大学学Berkely分分校校在在20世世纪纪70年年代代早早期期为为集集成成电电路路仿仿真真开开发发的的，它它是是低低功功率率等等级级电电力力电电子子最广泛应用的仿真程序。最广泛应用的仿真程序。微微机机版版本本的的SPICE称为称为PSpice。393.EMTP EMTP(Electro-Magnetic Transient Program)是用于电力系统电磁暂态分析的仿真软是用于电力系统电磁暂态分析的仿真软件件,是电力系统中高电压等级的电力网络和电力电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。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。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。方面的工业标准。40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。41