电气程导论第一章绪论课件

1、电气工程及其自动化专业导论1*第1页，共43页。电气工程在国民经济中的地位电气科学与工程的发展简史电气工程的发展前景电气工程的理论基础电气工程常用计算机程序简介第一章 绪论2*第2页，共43页。电气工程学科(专业代码0806) （Electrical EngineeringThe branch of engineering science that studies the uses of electricity and the equipment for power generation and distribution and the control of machines and comm

2、unication）. 它是工程科学的一个分支，主要研究电气系统的应用和发配电设备与机械的控制及通信。一、电气工程在国民经济中的地位3*第3页，共43页。一、电气工程在国民经济中的地位(续）电气科学与工程学科分类电磁学与电路理论；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。 4*第4页，共43页。电气工程及其自动化（本科）（1998年专业目录）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工业自动化电气技术一、电气工程在国民经济中的地位(续）5*第5页，共43页。电气工程一级学科（

3、硕士、博士）电机与电器电力系统及其自动化高电压与绝缘技术电力电子与电力传动电工理论与新技术一、电气工程在国民经济中的地位(续）6*第6页，共43页。控制科学与工程信息科学与技术电子科学与技术学科管理及其它相关学科自动化控制现代化管理商业化运营信息化改造学科交叉电气工程及其自动化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工业自动化电气技术一、电气工程在国民经济中的地位(续）7*第7页，共43页。二、电气科学与工程的发展简史这个过程大致可分为三个阶段。第一阶段，从公元前大约7世纪至公元16世纪上半叶，在长达两千余年的岁月里，人类对电、磁现象的认识十分缓慢，一直停留在单纯地观察记录的水平上。

4、第二阶段，自16世纪下半叶英国女王的侍医官吉尔伯特开始，人们对电磁现象进行了探讨，并作了一些定性的归纳和总结。这一阶段大约持续了二百年。第三阶段，从18世纪的卡文迪许、库仑开始，人们对电磁现象的研究进入了用科学方法定量研究、总结归纳从而得出规律的阶段。8*第8页，共43页。二、电气科学与工程的发展简史（续）时间典型事件及意义代表人物公元前七世纪 发现磁石 管子(中国) thale(泰勒斯 希腊) 公元前二世纪 静电吸引 西汉初年 1600年 论磁石论述磁并导入“电”electric William Gilbert(吉尔伯特) 1745年 莱顿瓶电容器的原形，存贮电 Pieter van mus

5、schenbrock(穆欣布罗克 荷兰莱顿)Ewald Georg Von Kleit(克莱斯特 德国) 9*第9页，共43页。二、电气科学与工程的发展简史（续）吉尔伯特和他的著作论磁石10*第10页，共43页。二、电气科学与工程的发展简史（续）带有莱顿瓶的起电机11*第11页，共43页。二、电气科学与工程的发展简史（续）时间典型事件及意义代表人物1747年 电荷守恒定律 Benjamim Franktin (夫兰克林 美国) 1754年 避雷针 Procopius Dirisch(狄维施) 1785年 库仑定律电磁学进入科学行列 Charles Auguste de Coulom(库仑 法国

6、) 12*第12页，共43页。二、电气科学与工程的发展简史（续）库仑和他发明的扭力天平库仑定律13*第13页，共43页。二、电气科学与工程的发展简史（续）时间典型事件及意义代表人物1799年 发明电池提供较长时间的电流 Alessandro Graf Volta(伏特 意大利) 1820年 电流的磁效应（电产生磁）安培分子电流说毕奥-萨伐尔定律 Hans Chanstan Oersted (奥斯特 丹麦)Andre Marie Ampere(安培 法国)Jean-Baptute Biot,Felix Savart(毕奥，萨伐尔) 14*第14页，共43页。二、电气科学与工程的发展简史（续）伏特

7、与伏打电池15*第15页，共43页。二、电气科学与工程的发展简史（续）安培与他的实验装置安培定律16*第16页，共43页。二、电气科学与工程的发展简史（续）时间典型事件及意义代表人物1827年 欧姆定律 Georg Simon ohm(欧姆 德国) 1831年 电磁感应现象（磁产生电） Michael Faraday(法拉第 英国) 1834年 楞次定律 楞次 17*第17页，共43页。二、电气科学与工程的发展简史（续）欧姆与他的实验装置欧姆定律18*第18页，共43页。二、电气科学与工程的发展简史（续）法拉第与最早的发电机法拉第盘法拉第电磁感应定律19*第19页，共43页。二、电气科学与工程

8、的发展简史（续）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Hippolyte Pixii（皮克斯，法国） 1834年 第一台实用的电动机 Moritz Hermann Von Jaccobi(雅可比，德籍俄国) 1866年 第一台自激式发电机 Ernst Werner Von Siemens(西门子，德国) 20*第20页，共43页。二、电气科学与工程的发展简史（续）皮克斯发明的直流发电机21*第21页，共43页。二、电气科学与工程的发展简史（续）雅可比发明的世界上第一台电动机模型（左）与实用电动机（右，复制品）22*第22页，共43页。二、电气科学与工程的发展简史（续）西门

9、子与他的自激式发电机23*第23页，共43页。二、电气科学与工程的发展简史（续）时间典型事件及意义代表人物1873年 麦克斯韦方程组建立了电磁学理论，预言了电磁波 Maxwell(麦克斯韦，英国) 1879年 电灯泡的发明 Edison(爱迪生 美国) 1896年 光速公式 Hendrik Anoen Lorentz(洛仑兹) 24*第24页，共43页。二、电气科学与工程的发展简史（续）麦克斯韦与他所著的电磁通论麦克斯韦方程25*第25页，共43页。二、电气科学与工程的发展简史（续）电弧灯（左）与爱迪生发明的白炽灯26*第26页，共43页。二、电气科学与工程的发展简史（续）1831年英国人Fa

10、raday 发现电磁感应现象1832年法国人Orsted 制成第一部发电机1834年德国人Heinrich 发现楞次定律1864年德国人Maxwell 发表电磁波理论1866年德国人Gramme 发明自激式直流发电机1876年美国人Bell 发明磁铁式电话1875年法国巴黎火车站建立了世界上第一座火力发电厂1879年西门子设计了第一台能乘坐18人的小型电力机车1882年纽约出现第一座直流配电系统27*第27页，共43页。二、电气科学与工程的发展简史（续）1885年美国人Stanley 研制成功变压器1886年美国开始发展交流电力系统1887年德国人Hertz 实验证明电波存在1888年美国人T

11、esla 发表感应电动机理论1890年美国第一座3.3kv交流输电系统完成1893年芝加哥美国博览会展出双相交流配电系统1896年意大利人Popov 发明无线电1897年英国人Thomson 证实电子存在1912年美国GE 公司正式使用消弧室28*第28页，共43页。二、电气科学与工程的发展简史（续）1918年美国人Fortescue 发表解析不平衡理论1933年德国 AEG 公司制造220kv级之气冲式断路器1936年美国自到LA之间完成287kv线路1938年美国人应用布尔代数于交换电路1946年美国宾州大学 Eckert完成ENIAC真空管计算器1948年美国人Bardeen 发明晶体管

12、1951年世界第一部商用计算器UNIVAC1951年美国西屋公司产制 SF6 断路器1954年100kV之 HVDC 线路于瑞典正式运行29*第29页，共43页。二、电气科学与工程的发展简史（续）1957年第一座商用 核能电厂 于美国运转1960年美国人 Maiman 作雷射证明1961年美国Fairchild及TI公司推出商用IC1962年美国发射第一枚通讯卫星Telstar 11969年美国 765kv 交流线路完成1971年各型集成电路时期1975年美国Intel公司推出4004、8080 微处理器1976年大型电子计算器及微电脑问世后，诸如电力系统分析、电力控制、电机设计及保护系统等技

13、术不断推陈出新电气工程被人们誉为“现代文明之轮”30*第30页，共43页。31*第31页，共43页。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三、电气科学的发展前景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32*第32页，共43页。三、电气科学的发展前景(续）线控汽车33*第33页

14、，共43页。三、电气科学的发展前景(续）全电旅游船电气设备布置34*第34页，共43页。三、电气科学的发展前景(续）多电飞机电气设备布置35*第35页，共43页。三、电气科学的发展前景(续）智能楼宇示意图36*第36页，共43页。三、电气科学的发展前景(续）近年来的研究热点有：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；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；基于新材料、新原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其观察和测量技术；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；现代测量

15、原理及传感技术；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、控制及规划的理论及其应用。37*第37页，共43页。四、电气工程的理论基础电路理论的基本概念与基本定律电路的基本物理量及其正方向；欧姆定律；基尔霍夫定律。电磁场理论的基本概念与基本定律UIRUIRU6VI-2AR+-38*第38页，共43页。五、电气工程常用的计算机程序简介MATLAB MATLAB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

16、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。39*第39页，共43页。五、电气工程常用的计算机程序简介(续）PSpiceSPICE (Simulation Program with Integrated-Circuit Emphasis) 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，国外许多大学课程和电路及电子学方面的大学教科书均编入了基于PSpice的例子和练习，熟悉PSpice有利于在电力电子学课程中学习。 40*第40页，共43页。五、电气工程常用的计算机程序简介(续）EMTP EMTP (Electro-Magnetic Transient Program) 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、