导论导论-电气工程

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1、*专业导论电气工程及其自动化教 师：蒋小洛联系方式：jsj_2五、电气学科的发展前景五、电气学科的发展前景二、电气工程学科概述一 、什么是电气工程？四、学了电气工程能干什么？三、本专业的知识结构与课程体系主要内容3电气工程主要研究电能的产生、传输、转换、控制 、储存和利用。电气工程的研究对象是电能，而对电信息的检测、 处理、控制技术在电能从产生到利用的各个环节中 都起着越来越重要的作用。因此，有关电信息的研究也成了电气工程专业的重 要组成部分，这集中体现在专业名称中的“及其自 动化”部分。一、 什么是电气工程？20绪论电力系统构成p 电力系统是由发电厂、输配电系统及负荷组成的统 一整体，通常覆

2、盖广阔的地域。发电厂输电线路配电线路变压器变压器用户220kV10kV380V12kV电力网电力网 1. 电网的构成和功能pp电力网络由不同电压等级的电力线路、变压器和相应电力网络由不同电压等级的电力线路、变压器和相应 的配电装置构成。的配电装置构成。pp电力网络的功能是输送和分配电能并进行电压变换。电力网络的功能是输送和分配电能并进行电压变换。pp电力网可分为输电网和配电网，大型电力网的结构通电力网可分为输电网和配电网，大型电力网的结构通 常以电压等级进行分层；常以电压等级进行分层；pp输电网将发电厂的电能通过高压输电线送到负荷中心输电网将发电厂的电能通过高压输电线送到负荷中心 ，其额定电压

3、通常为，其额定电压通常为220220750kV750kV，它是电力系统的主干，它是电力系统的主干 网；网；配电网将电能通过配电线路送到电能用户，可以分为配电网将电能通过配电线路送到电能用户，可以分为 高压、中压、和低压配电网；高压、中压、和低压配电网；高压配电网的电压一般为高压配电网的电压一般为3535110kV110kV或更高；或更高；中压配电网的电压一般为中压配电网的电压一般为1 135kV35kV；低压配电网的电压一般为低压配电网的电压一般为380/220V380/220V。2. 电力线路 p电力线路分为架空线路和电缆线路p架空线路主要由导线、避雷线（又 称架空地线）、杆塔、绝缘子串合金

4、 具等部分组成。p导线用来传导电流，输送电能。p避雷线用来将雷电流引入大地，保 护线路免遭直击雷的破坏。p杆塔用来支撑导线和避雷线。p绝缘子用来使导线与导线、导线与 杆塔之间保持绝缘状态。p金具用来固定、悬挂、连接和保护 架空线路各主要元件的金属器件的总 称。三相降压变压器三相升压变压器三相发电机三相输电线路三相电动机简化 电力系统的功能与作用p 电力系统是由发电、变电、输电、配电、用电等设 备和相应的辅助系统，按规定的技术和经济要求组 成的一个同一系统。p发电、变电、输电、配电、用电等设备称为电力主 设备，也称为一次设备，由主设备构成的系统称为 主系统，也称为一次系统；p测量、监视、控制、继

5、电保护、安全自动装置、通 信，以及各种自动化系统等用于保证主系统安全、 稳定、正常运行的设备称为二次设备，二次设备构 成的系统称为辅助系统，也称为二次系统。国产300MW汽轮发电机连接发电机与电网的升压变压器电缆电缆各行业广泛使用电动机电网调度和运行 pp电能特点：电能特点： 电能目前不能大量存储；电能目前不能大量存储； 暂态过程非常迅速，以暂态过程非常迅速，以1010-3-31010-6-6s s计计； 意外供电中断，给国民经济造成重大损失；意外供电中断，给国民经济造成重大损失； 电能质量要求十分严格。电能质量要求十分严格。pp电力系统调度管理是指对电力系统全局安全经济运行和事故电力系统调度

6、管理是指对电力系统全局安全经济运行和事故 处理的问题进行计划、指挥、控制、协调等工作的总称。处理的问题进行计划、指挥、控制、协调等工作的总称。pp调度管理的任务调度管理的任务保证电网经济、安全可靠运行，提供合格的电能质量。保证电网经济、安全可靠运行，提供合格的电能质量。pp调度管理的内容调度管理的内容pp电力系统分层调度管理：国调、网调、省调、地调、县调。电力系统分层调度管理：国调、网调、省调、地调、县调。电力工业主要生产环节输电 电力的输电力的输 送送发电 利用各种利用各种 能源资源能源资源 ，生产电，生产电 能。能。变电 电压等级电压等级 的变换的变换配电 电能的分电能的分 配供给配供给用

7、电 电能消费电能消费电力工业还包括以下环节：规划、勘测设计、施工建设、 运行调度、维护改造、安全监察、科研开发、设备制造、 教育培训、法规标准、电力营销（电力市场）等等。典型电力应用之一典型电力应用之一-电力拖动pp 电力拖动是以电动机作为原动机拖动生产机械运动的一种电力拖动是以电动机作为原动机拖动生产机械运动的一种 拖动方式，又称电气传动或电力传动。拖动方式，又称电气传动或电力传动。电动机功率 开关控制 器件电源传递 机构工作 机械机械连接电连接pp 电力拖动的应用领域极其宽广，从一般的家用电器到工业电力拖动的应用领域极其宽广，从一般的家用电器到工业 机床设备、电动交通工具等，在国防、国民经

8、济和人民生机床设备、电动交通工具等，在国防、国民经济和人民生 活的方方面面都有应用，是电能最主要的应用方式之一活的方方面面都有应用，是电能最主要的应用方式之一。自动控制系统自动化作为一种行为和一种状态，它是通过自动控制 系统实现的。 “系统”是由相互作用、相互联系的若干个组成部分 结合而成的具有特定功能的整体。自动控制系统则是指能够实现“自动化”任务的设备， 它是人造系统，而且是工程技术领域的人造系统。自 动控制系统通常由控制部分和控制对象组成。简单的水箱液位控制系统 人工操作的水箱液位控制系统原理图水箱液位自动控制系统水箱液位自动控制系统原理图一个典型的自动控制系统由下列基本部分组成：(1)

9、被控对象 控制系统所要控制的设备或过程，它 的输出是被控量，而被控量总是与控制系统的任务 和目标紧密联系。上例中，水槽是被控对象，水槽 的液位是被控量。 (2)给定环节 产生给定输入信号的环节。给定的输 入信号通常与希望的被控量相关，它可以是一定值 ，对应的控制系统就是恒值控制系统；也可以是一 变值，对应的控制系统是随动控制系统，希望被控 量跟随给定输入信号变化。 (3)测量环节 随时将被控制量检测出来的装置。(4)比较环节 其功能是将给定的输入信号（被控制量的希望 值）与测量环节得到的被控制量实际值加以比较。把被控制量反送至输入端，称为“反馈”（feedback)。 在自动控制系统中，由反馈

10、得到偏差信号，在比较环节实 现的是给定输入信号与反馈信号相减，或者理解为反馈信 号在比较环节中呈负形式，所以称为负反馈。在自动控制系统中，总是采用负反馈，这是由自动控制系 统总是力求消除或减少偏差的特性决定的。(5)控制环节 它的功能是根据偏差信号，决策如何去操作 被控对象，实现被控量达到所希望的目标。此环节是实现 有效控制的核心。正确，有效的决策需要根据对控制对象 的了解和对控制系统性能的要求，遵循一定的控制理论， 经过反复推导和设计才能完成。(6)执行环节 按控制环节的控制决策，具体实施对控制对 象的操作按照各环节的功能，可以组成典型的自动控制系统如图所 示：*电气工程导论23 自动控制：

11、无人驾驶飞机按照预定的飞行航线自动升 降和飞行，这是典型的自动控制技术应用的结果。无人驾驶飞机按预先给定的飞行航线参数（高度、方向 等）飞行，则预先给定的飞行航线参数称为参考输入或 给定输入。*电气工程导论24自动控制领域的机器人将计算机技术与测量控制技 术结合，组成智能化测量控 制系统。这种技术促使机器 人技术也有了突飞猛进的发 展。 机器人是由计算机控制的复 杂机器，它具有类似人的肢 体及感官功能；动作程序灵 活；有一定程度的智能。*电气工程导论25机器人足球赛自动控制与智能控制全国智能汽车竞赛车模*电气工程导论27工业自动化过程的实时控制和数据处理单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，

12、并且在很 多电子产品中也将其用到温度检测和温度控制。*电气工程导论28基于单片机的电力监控系统交流采样技术的实现 系统采用8031单片机实现电力参数的交流采样，通过 LED显示器显示频率、电压、电流的实时值，在过压30% 、欠压30%时进行声光报警，并能定时打印电压、电流 及频率值。*电气工程导论29基于PLC的电梯监控系统电梯监控系统要求既能监控电梯状态又能完成日常管理 。从模块功能上可分为：故障时电梯状态；每个工作周 期的数据汇总；日常管理信息。 楼宇自动化31电气工程的内涵主要涉及以下几个方面： 1.关于电能的生产、传输、 分配、 利用的系统； 2.基于电气的控制系统； 3.电工理论与新

13、技术：电气学科与其它学科相结合的产物，如超导电工 技术，脉冲功率技术，生物电磁技术等等。32电气工程的外延体现可归纳为电气产品和工 程系统两类： 1.电气产品：家庭中：空调器，冰箱，电动车，饮水机，厨房 电器等；建筑中: 变压器，配电柜，开关，插座，电灯， 电梯等；工厂矿山中：电动机，电气仪表等；车辆，舰船，飞机，卫星上的电机，电灯，电气 仪表等；332.电气工程：发电、输电、变电、配电、照明等电力系统，称 为强电系统；对强电系统和建筑物进行监测、控制、保护、消 防等的弱电系统；工厂矿山中的电气传动与控制系统；电源系统；车辆，舰船，飞机，卫星上的电气传动与控制系 统；电源系统；电气工程专业导论

14、34电气工程学科电气工程学科( (专业代码专业代码08060806) )（Electrical EngineeringThe branch of engineering Electrical EngineeringThe branch of engineering science that studies the uses of electricity and the science that studies the uses of electricity and the equipment for power generation and distribution and the equip

15、ment for power generation and distribution and the control of machines and communicationcontrol of machines and communication）. .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。二、电气工程学科概述二、电气工程学科概述电气工程专业导论35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二、电气工程学科概述二、电气工程学科概述( (续）续）电气工程专业导论36电气工程一级

16、学科（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二、电气工程学科概述二、电气工程学科概述( (续）续）电气工程专业导论37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二、电气工程学科概述二、电气工程学科概述( (续）续）*电气工程导论38国外大学设置电气工程专业的时间哥伦比亚大学 1882年康乃尔大学 1883年普林斯顿大学 1889年德州大学 1895年麻省理工学院 1902年电气工程的历史和形成*电气工程导论39 我国电气专业历史1908年，南洋大学堂（交大）设立了电机专科我