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1、第1章 緒論,電氣工程概論,2021/7/23,第1章 緒論,第2章 電機(jī)與電器技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展新技術(shù),第3章 電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化應(yīng)用及發(fā)展新技術(shù),第4章 電力電子與電力傳動(dòng),第5章 高電壓與絕緣應(yīng)用及發(fā)展新技術(shù),本書內(nèi)容,3,第1章 緒論,1.1 電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀1.2 應(yīng)用型本科院校電氣專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)及條件1.3 電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì),4,1.1 電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀,電氣工程的歷史和形成 電氣工程的理論基礎(chǔ)及實(shí)踐 電氣工程專業(yè)形成及發(fā)展現(xiàn)狀,電氣工程（Electrical Engineering）是研究電磁領(lǐng)域的客觀規(guī)律及其應(yīng)用的科學(xué)技術(shù)，是以電工

2、科學(xué)中的理論和方法為基礎(chǔ)而形成的工程技術(shù)。,5,電氣工程 的歷史和形成呢個(gè),1752年，富蘭克林著名的“風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)”為人類解開了電的神秘面紗。 麥克斯發(fā)現(xiàn)的電磁理論，讓電氣工程的理論基礎(chǔ)趨于完善。 20世紀(jì)交接的年代，西方發(fā)達(dá)國(guó)家陸續(xù)將電氣工程專業(yè)植入大學(xué)課程，這是電氣工程專業(yè)最早出現(xiàn)的地方。,電氣工程的歷史和形成,6,電氣工程 的歷史和形成呢個(gè),電磁學(xué)理論的建立及通訊技術(shù)的發(fā)展 （1）庫(kù)侖定律 （2）“伏打電池” （3）奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)和安培右手定則 （4）法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng) （5）麥克斯韋建立電磁場(chǎng)理論,電氣工程的理論基礎(chǔ)及實(shí)踐,7,電氣工程 的歷史和形成呢個(gè),電工技術(shù)的初期發(fā)展 （1

3、）直流發(fā)電機(jī)的誕生 （2）遠(yuǎn)距離輸電和電力工業(yè)技術(shù)體系的初步建立 （3）交流發(fā)電機(jī)電荷電動(dòng)機(jī)的誕生,電氣工程的理論基礎(chǔ)及實(shí)踐,8,電氣工程 的歷史和形成呢個(gè),電工理論的建立 （1）電路理論的建立 （2）電網(wǎng)絡(luò)理論的建立 （3）交流發(fā)電機(jī)電荷電動(dòng)機(jī)的誕生,電氣工程的理論基礎(chǔ)及實(shí)踐,9,電氣工程 的歷史和形成呢個(gè),新技術(shù)革命對(duì)電氣工程技術(shù)的推動(dòng) （1）計(jì)算機(jī)的升級(jí)換代對(duì)電氣工程技術(shù)的推動(dòng) （2）電子信息技術(shù)的發(fā)展,電氣工程的理論基礎(chǔ)及實(shí)踐,10,電氣工程 的歷史和形成呢個(gè),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”。 應(yīng)用型本科教育是以高級(jí)應(yīng)用為目的的專業(yè)性通才教育，以現(xiàn)代

4、工程師為培養(yǎng)目標(biāo)，是學(xué)歷教育和素質(zhì)教育的統(tǒng)一。應(yīng)用型本科教育在組織形式，育人機(jī)制及經(jīng)費(fèi)來(lái)源上應(yīng)于社會(huì)高度聯(lián)合，在人才培養(yǎng)過(guò)程和模式上應(yīng)高度重視和企業(yè)的高度融合。 目前，大多院校的電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)中，電氣工程一級(jí)學(xué)科中下屬5個(gè)二級(jí)學(xué)科，分別是電機(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)和電工理論與新技術(shù)。,電氣工程專業(yè)形成及發(fā)展現(xiàn)狀,11,電氣工程 的歷史和形成呢個(gè),1、電機(jī)與電器學(xué)科 包括：電力系統(tǒng)中的大型發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)，有著廣泛應(yīng)用的中小型電機(jī)。前者側(cè)重于運(yùn)行分析、建模仿真及監(jiān)測(cè)診斷，后者側(cè)重于理論分析、設(shè)計(jì)方法及現(xiàn)代節(jié)能控制技術(shù)。就電力工業(yè)本身而言，電機(jī)就是發(fā)

5、電廠和變電站的主要設(shè)備，它在機(jī)器制造業(yè)和輕、重型制造工業(yè)中應(yīng)用廣泛?？梢哉f(shuō)，只要涉及電機(jī)的場(chǎng)所都能看到該學(xué)科的研究成果。該專業(yè)畢業(yè)生可在電力系統(tǒng)相關(guān)單位從事大型電機(jī)運(yùn)行分析、監(jiān)測(cè)控制或故障診斷等相關(guān)技術(shù)工作，也可在其他行業(yè)從事電機(jī)設(shè)計(jì)及運(yùn)行控制和節(jié)能技術(shù)開發(fā)工作，還可在相關(guān)科研單位、高等學(xué)校從事科研及教學(xué)工作，或從事與電機(jī)及其運(yùn)行控制相關(guān)的管理工作。,電氣工程專業(yè)形成及發(fā)展現(xiàn)狀,12,電氣工程 的歷史和形成呢個(gè),2、電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化 包括：電力生產(chǎn)的全過(guò)程(包括發(fā)電、輸電、配電、用電等)，其研究?jī)?nèi)容衍生的各項(xiàng)技術(shù)成果廣泛應(yīng)用于發(fā)電廠、變壓器、輸電線路和配電裝置中，涉及控制、優(yōu)化、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定等

6、多項(xiàng)指標(biāo)。除了涉及電氣工程相關(guān)知識(shí)外，該專業(yè)對(duì)自動(dòng)化、測(cè)量、計(jì)算機(jī)、通信等技術(shù)也有較高要求。,電氣工程專業(yè)形成及發(fā)展現(xiàn)狀,13,電氣工程 的歷史和形成呢個(gè),3、高電壓與絕緣技術(shù)學(xué)科 包括：電力系統(tǒng)防雷保護(hù)設(shè)計(jì)、絕緣子在線監(jiān)測(cè)、防污閃、水果保鮮、真空斷路器設(shè)計(jì)、脈沖儲(chǔ)能技術(shù)及軍工產(chǎn)品等，其研究?jī)?nèi)容與多個(gè)學(xué)科交叉，如脈沖與等離子方向、超導(dǎo)技術(shù)方向、自動(dòng)化方向等。,電氣工程專業(yè)形成及發(fā)展現(xiàn)狀,14,電氣工程 的歷史和形成呢個(gè),4、電力電子與電力傳動(dòng) 包括：在各級(jí)工業(yè)、交通運(yùn)輸、電力系統(tǒng)、新能源系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及家電產(chǎn)品等各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用，如航天飛行器中的特種電源、遠(yuǎn)程特高壓電壓傳輸系

7、統(tǒng)，家用的空調(diào)、冰箱和計(jì)算機(jī)電源，都離不開電力電子及電力傳動(dòng)技術(shù)。電力電子技術(shù)在輸電網(wǎng)中的應(yīng)用電磁現(xiàn)象的基礎(chǔ)理論研究及新技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用，為電氣工程學(xué)科準(zhǔn)備必要的理論基礎(chǔ).,電氣工程專業(yè)形成及發(fā)展現(xiàn)狀,15,電氣工程 的歷史和形成呢個(gè),隨著基礎(chǔ)理論研究的逐步深入，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，全新的設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)方法的提出，在今后若干年內(nèi)，它們會(huì)對(duì)電氣工程學(xué)科的發(fā)展趨勢(shì)產(chǎn)生較大的影響。 （1）信息技術(shù)的進(jìn)步將對(duì)電氣工程學(xué)科的發(fā)展產(chǎn)生決定性影響。 （2）電氣工程學(xué)科與物理科學(xué)的相互交叉面拓寬，將為電氣工程學(xué)科的發(fā)展帶來(lái)新的機(jī)遇。 （3）快速變化的新技術(shù)、新方法將成為電氣工程學(xué)科提供更科學(xué)的技術(shù)方案。 電氣

8、工程學(xué)科注重理論研究與工程實(shí)踐相結(jié)合，加強(qiáng)理論基礎(chǔ)，拓寬專業(yè)知識(shí)面。隨著電氣工程科技進(jìn)步和自動(dòng)化水平的提高，電氣工程學(xué)科專業(yè)技術(shù)人才必須掌握信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)。,電氣工程專業(yè)形成及發(fā)展現(xiàn)狀,16,1.2電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀,電氣工程的歷史和形成 電氣工程的理論基礎(chǔ)及實(shí)踐 電氣工程專業(yè)形成及發(fā)展現(xiàn)狀,17,1.2 應(yīng)用型本科院校電氣專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo),應(yīng)用型本科院校以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力為目標(biāo)，對(duì)電氣工程及其自動(dòng)化的課程體系和培養(yǎng)計(jì)劃進(jìn)行深入研究，構(gòu)建和實(shí)施以“通識(shí)教育為基礎(chǔ)的寬口徑專業(yè)教育”的課程體系。 低年級(jí)主要在通識(shí)教育和基礎(chǔ)課程平臺(tái)上培養(yǎng)，高年級(jí)按學(xué)生興趣選擇專業(yè)

9、或?qū)I(yè)方向，主要在專業(yè)學(xué)科基礎(chǔ)課程和專業(yè)特色課程平臺(tái)上培養(yǎng)，使同類各專業(yè)學(xué)生能做到交叉通融，擴(kuò)大學(xué)生的學(xué)習(xí)自主權(quán)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性。,18,1.2.1 人才培養(yǎng)條件,應(yīng)用型本科院校培養(yǎng)的學(xué)生大多以動(dòng)手能力較強(qiáng)的工程師及技術(shù)工人為主。電氣專業(yè)建設(shè)內(nèi)容歸納為； （1）辦學(xué)理念和專業(yè)建設(shè)觀念的更新。 辦學(xué)理念和專業(yè)建設(shè)觀念是特色專業(yè)建設(shè)的指導(dǎo)思想，影響著特色專業(yè)建設(shè)的方向、進(jìn)程和績(jī)效。 （2）專業(yè)教學(xué)條件建設(shè)與實(shí)踐教學(xué)建設(shè)。 建設(shè)實(shí)驗(yàn)室、實(shí)習(xí)和實(shí)訓(xùn)基地，推動(dòng)和促進(jìn)了本專業(yè)的硬件建設(shè)。要培養(yǎng)高等技術(shù)應(yīng)用型人才，必須有良好的硬件設(shè)施和條件，這是形成工學(xué)專業(yè)教育應(yīng)用型特色人才培養(yǎng)的物質(zhì)

10、基礎(chǔ)。 總之，電氣專業(yè)也因此要與時(shí)俱進(jìn)，不斷發(fā)現(xiàn)新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備、新材料，提高自身技術(shù)素質(zhì)。,19,1.2.2 人才培養(yǎng)目標(biāo),強(qiáng)電和弱電結(jié)合，電力技術(shù)和電子技術(shù)結(jié)合，元件與系統(tǒng)結(jié)合，計(jì)算機(jī)軟件與硬件結(jié)合。 培養(yǎng)德、智、體、美全面發(fā)展，基礎(chǔ)扎實(shí)、知識(shí)面寬、具有創(chuàng)新精神，實(shí)踐能力強(qiáng)，知識(shí)、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)統(tǒng)一，能適應(yīng)工礦企業(yè)、發(fā)電廠、電力公司、研究所與設(shè)計(jì)院等部分科技及生產(chǎn)發(fā)展需要，從事與電氣工程有關(guān)的研發(fā)、制造、運(yùn)行與管理等工作，獲得工程師基本訓(xùn)練的應(yīng)用型高級(jí)專門人才。,20,1.2.3 電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)生應(yīng)獲得的知識(shí)和能力,（1）知識(shí)結(jié)構(gòu) （2）能力結(jié)構(gòu) （3）素質(zhì)結(jié)構(gòu),21,1

11、.3電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì),工廠自動(dòng)化 智能控制及仿真控制 新型電工電子功能材料 電氣測(cè)量?jī)x表和工業(yè)自動(dòng)化儀表 智能化開關(guān)設(shè)備 工業(yè)與民用建筑電氣工程 電熱應(yīng)用 通信及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 綠色清潔能源發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用 其他方向發(fā)展動(dòng)向,22,本章小結(jié)及知識(shí)點(diǎn)回顧,出版社 理工分社,謝謝！,21世紀(jì)高等學(xué)校本科系列教材,第2章 電機(jī)與電器技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展新技術(shù),電氣工程概論,2021/7/23,第2章電機(jī)與電器技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展新技術(shù),2.1 電機(jī)的分類2.2 發(fā)電機(jī)2.3 變壓器2.4 電動(dòng)機(jī)2.5 特種電機(jī)2.6 電器的歷史和電器的分類2.7 高壓電器2.8 低壓電器2.9 電氣控制技術(shù)的發(fā)展,電

12、機(jī)運(yùn)行原理基于電磁感應(yīng)定律和電磁力定律，電機(jī)是以電磁感應(yīng)現(xiàn) 象為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能之間的轉(zhuǎn)換以及變換電能的機(jī)械。電機(jī)進(jìn)行能 量轉(zhuǎn)換時(shí)，應(yīng)具備能做相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩大部件即建立勵(lì)磁磁場(chǎng)的部件和感生 電動(dòng)勢(shì)并流過(guò)工作電流的被感應(yīng)部件。這兩個(gè)部件中，靜止的稱為定子， 做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的稱為轉(zhuǎn)子(習(xí)慣上對(duì)直線運(yùn)動(dòng)的一邊也稱為轉(zhuǎn)子)。定、轉(zhuǎn)子 之間有空氣隙，以便轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)(或往復(fù)運(yùn)動(dòng))。,電磁轉(zhuǎn)矩由氣隙中勵(lì)磁磁場(chǎng)與被感應(yīng)部件中電流所建立的磁場(chǎng)相互作 用產(chǎn)生。通過(guò)電磁轉(zhuǎn)矩的作用，發(fā)電機(jī)從機(jī)械系統(tǒng)吸收機(jī)械功率，電動(dòng)機(jī) 向機(jī)械系統(tǒng)輸出機(jī)械功率。建立上述兩個(gè)磁場(chǎng)的方式不同，形成不同種類 的電機(jī)。如果兩個(gè)磁場(chǎng)均由直流電流產(chǎn)生

13、，則形成直流電機(jī)；如果兩個(gè)磁 場(chǎng)分別由不同頻率的交流電流產(chǎn)生，則形成異步電機(jī)；而如果一個(gè)磁場(chǎng)由 直流電流產(chǎn)生，另一磁場(chǎng)由交流電流產(chǎn)生，則形成同步電機(jī)。 當(dāng)電機(jī)繞組流過(guò)電流時(shí)，將產(chǎn)生一定的磁鏈，并在其耦合磁場(chǎng)內(nèi)存儲(chǔ) 一定的電磁能量。磁鏈及磁場(chǎng)儲(chǔ)能的多少隨定、轉(zhuǎn)子電流以及轉(zhuǎn)子位置不 同而變化。由此產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。這種能量轉(zhuǎn) 換是可逆的，即同一臺(tái)電機(jī)既可作為發(fā)電機(jī)又可作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。,2.1 電機(jī)的分類 電機(jī)是進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換或信號(hào)轉(zhuǎn)換的電磁機(jī)械裝置的總稱。按照不同的角度，電機(jī)有不同的分類方法： 按照所應(yīng)用的電流種類，電機(jī)可以分為直流電機(jī)和交流電機(jī)。 按照在應(yīng)用中的功能來(lái)分，

14、電機(jī)可以分為下列各類。 (1)將機(jī)械功率轉(zhuǎn)換為電功率發(fā)電機(jī)。 (2)將電功率轉(zhuǎn)換為機(jī)械功率電動(dòng)機(jī)。 (3)將電功率轉(zhuǎn)換為另一種形式的電功率，又可分為： 輸出和輸入有不同的電壓變壓器。 輸出與輸入有不同的波形，如將交流變?yōu)橹绷髯兞鳈C(jī)。 輸出與輸入有不同的頻率變頻機(jī)。 輸出與輸入有不同的相位移相機(jī)。,(4)在機(jī)電系統(tǒng)中起調(diào)節(jié)、放大和控制作用的電機(jī)控制電機(jī)。 按運(yùn)行速度，電機(jī)又可以分為： 靜止設(shè)備變壓器。 沒有固定的同步速度直流電機(jī)。 轉(zhuǎn)子速度永遠(yuǎn)與同步速度有差異異步電機(jī)。 速度等于同步速度同步電機(jī)。 速度可以在寬廣范圍內(nèi)隨意調(diào)節(jié)交流換向器電機(jī)。 (5)按功率大小，又可以分為大型電機(jī)、中小型電機(jī)和微

15、型電機(jī)。 隨著電力電子技術(shù)和電工材料的發(fā)展，出現(xiàn)了其他一些特殊電機(jī)，它們并不屬于上述傳統(tǒng)的電機(jī)類型，包括步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、無(wú)刷電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)、超聲波電機(jī)等，這些電機(jī)通常被稱為特種電機(jī)。,2.2 發(fā)電機(jī) 發(fā)電機(jī)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防、科技及日常生活中有廣泛的用途。 發(fā)電機(jī)的形式很多，但其工作原理都基于電磁感應(yīng)定律和電磁力定律。 因此，其構(gòu)造的一般原則是用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)磁和導(dǎo)電材料構(gòu)成互相進(jìn)行電磁感應(yīng)的磁路和電路，以產(chǎn)生電磁功率，達(dá)到能量轉(zhuǎn)換的目的。發(fā)電機(jī)通常由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋及軸承等部件構(gòu)成。定子由定子鐵芯、線包繞組、機(jī)座以及固定這些部分的其他結(jié)構(gòu)件組成。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯（或磁極、磁扼）繞組、護(hù)環(huán)、中心環(huán)、滑

16、環(huán)、風(fēng)扇及轉(zhuǎn)軸等部件組成。 由軸承及端蓋將發(fā)電機(jī)的定子，轉(zhuǎn)子連接組裝起來(lái)，使轉(zhuǎn)子能在定子中旋轉(zhuǎn)，做切割磁力線的運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，通過(guò)接線端子引出，接在回路中，便產(chǎn)生了電流。,發(fā)電機(jī)可分為直流發(fā)電機(jī)和交流發(fā)電機(jī)。交流發(fā)電機(jī)分為同步發(fā)電 機(jī)和異步發(fā)電機(jī)（很少采用），交流發(fā)電機(jī)還可分為單相發(fā)電機(jī)與三相 發(fā)電機(jī)。人們所用的交流電絕大多數(shù)是由交流發(fā)電機(jī)發(fā)出的。這些發(fā)電 機(jī)都是接到交流電網(wǎng)上的，它們必須以固定電角速度旋轉(zhuǎn)，在任何時(shí)候 都產(chǎn)生相同頻率的交流電，這類電機(jī)稱為同步發(fā)電機(jī)。 大型發(fā)電機(jī)主要是同步發(fā)電機(jī)，單機(jī)容量可達(dá)數(shù)十萬(wàn)千瓦。小容量 發(fā)電機(jī)用于獨(dú)立電源系統(tǒng)，如柴油發(fā)電機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)等。由于同步發(fā) 電機(jī)需要?jiǎng)?lì)磁裝置，在部分場(chǎng)合，如風(fēng)力發(fā)電機(jī)，也可使用異步發(fā)電機(jī) 進(jìn)行發(fā)電?，F(xiàn)代發(fā)電廠已經(jīng)不再采用直流發(fā)電機(jī)，僅僅在一些特殊場(chǎng)合 才用到小型直流發(fā)電機(jī)。,大型同步發(fā)電機(jī)的定子由硅鋼片疊制而成，鐵心的槽內(nèi)放置對(duì)稱三 相繞組。轉(zhuǎn)子由鐵磁材料制成，放置勵(lì)磁繞組，勵(lì)磁繞組經(jīng)過(guò)滑環(huán)接入 直流勵(lì)磁電源。當(dāng)發(fā)電機(jī)由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，勵(lì)磁繞組切割三相繞組 導(dǎo)體，在繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。由于定子繞組為對(duì)稱三相繞