电气工程概论1绪论
电气工程概论 第1章 绪论
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电气工程概论 第1章 绪论
电气工程专业形成及发展现状
电气工程 的历史和形成呢个 随着基础理论研究的逐步深入，科学技术的不断进步，全新的设计理
念、设计方法的提出，在今后若干年内，它们会对电气工程学科的发 展趋势产生较大的影响。 （1）信息技术的进步将对电气工程学科的发展产生决定性影响。
智能化开关设备
工业与民用建筑电气工程
电热应用
通信及网络系统
绿色清洁能源发电技术及应用
其他方向发展动向
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电气工程概论 第1章 绪论
本章小结及知识点回顾
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电气工程概论 21世纪高等学校本科系列教材
出版社 理工分社
再见
18 页
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电气工程概论 第1章 绪论
1.2.1 人才培养条件 应用型本科院校培养的学生大多以动手能力较强的工程师及技术工人为主。 电气专业建设内容归纳为； （1）办学理念和专业建设观念的更新。 办学理念和专业建设观念是特色专业建设的指导思想，影响着特色专 业建设的方向、进程和绩效。 （2）专业教学条件建设与实践教学建设。 建设实验室、实习和实训基地，推动和促进了本专业的硬件建设。要 培养高等技术应用型人才，必须有良好的硬件设施和条件，这是形成工学 专业教育应用型特色人才培养的物质基础。
（2）电气工程学科与物理科学的相互交叉面拓宽，将为电气工程 学科的发展带来新的机遇。
（3）快速变化的新技术、新方法将成为电气工程学科提供更科学 的技术方案。 电气工程学科注重理论研究与工程实践相结合，加强理论基础，拓 宽专业知识面。随着电气工程科技进步和自动化水平的提高，电气工 程学科专业技术人才必须掌握信息技术、自动化技术和计算机技术。
电气工程概论-第一章
电气工程学科是在经验和教训中不断发展起来的：
著名例子是美加“8.14大停电”，2003年8月14日下午，美 国的中西部和东北部以及加拿大的安大略省经历了一次大停电 事故，其影响范围包括美国的俄亥俄州、密西根州、宾夕法尼 亚州、纽约州、佛蒙特州、马萨诸塞州、康涅狄格州、新泽西 州和加拿大的安大略省，损失负载大61.8GW，影响了5千万人 口的用电。停电在美国东部时间下午4时06分开始，在美国的 一些地区两天内未能恢复供电，加拿大的安大略省甚至一周未 能恢复供电。这次停电事故引起了全世界的关注。 综合资料，基本可以判断本次大停电对全网而言属于潮流大 范围转移导致的快速电压崩溃，同时伴有潮流大范围转移和窜 动导致的断面线路相继跳闸和系统解列后的频率崩溃。
• 能量守恒定律 • 右手定则=发电机定则 • 左手定则=电动机定则 • 电动机与发电机 • 电机内的损耗：铜损+机械损耗 +介质损耗 热能
第三节 电力系统
电力网结构
电力系统的特点和要求
• 特点：不能大量储存、暂态过程十分短暂、地区性特点较 强、与国民经济各部门有极为密切的关系
• 要求：为用户提供充足的电力、保证供电的安全可靠、保
电气工程概论
第一章 绪论
第一节 概述
一、电气工程的历史和形成 电气工程是研究电磁领域的客观规律及其应用的科学 技术，以电工科学中的理论和方法为基础而形成的工程技 术称为电气工程。 根据电气工程学科的发展现状，可将其分为相对独立 的五个分学科:电力系统及其自动化技术、电机与电器及 其控制技术、高电压与绝缘技术、电力电子技术和电工新 技术 其结构简图如下图所示。
二、电能的特点和要求
• 特点：大规模生产、运输简单、方便转换且易于控制、可 替代其他能源提高利用效率、无污染。
第1部分 电气工程专业概论
第1部分 绪 论
图1-7 多电飞机系统的电气设备构成
第1部分 绪 论
图1-8 电驱动战车电气装备
第1部分 绪 论
3．机电系统中的电气技术 机电一体化系统设计涉及的主要内容包括机 电系统机械设计技术、控制系统设计技术、伺服 系统设计技术和检测技术。机电一体化是在新技 术浪潮中，电子技术、信息技术向机械工业渗透 并与机械技术相互融合的产物。
要包含三个领域：电工理论——电工理论与新技术、
电路理论(含电网络理论)、电磁理论；电工制造—
—电机与电器、绝缘技术、电力电子技术；电力系
统——电力系统及其自动化(运行)、高电压技术、
电力传动。三者相互联系、相互渗透，不能截然分 开。
第1部分 绪 论
2．电气工程与其他学科的关系 其他专业普遍需要电气工程知识，例如建筑工
适应能力强的毕业生已成为我国各条战线上科技和 管理方面的栋梁。随着科学技术的发展，本系早已 突破了传统的学科范围，在电气工程的基础上，扩 展到计算机、电子技术、自动控制、系统工程、信 息科学与生物医学工程等新科技领域，开拓了许多 新的研究方向。
第1部分 绪 论
(6) 1933年北洋大学(天津大学)设立电机工程系， 现已发展成为天津大学电气与自动化工程学院。学院 现设 2个系、5个中心、2个研究所。学院2个一级学 科电气工程和控制科学与工程均具有博士学位授予权
机工程系，现已发展成电气工程学院。从中央大
学、南京工学院到今天的东南大学都一直设有电
气工程相关学科和专业。曾经有大批国内外学术
界知名的专家、学者在这里工作，如吴玉麟、陈
章、吴大榕、程式、杨简初、严一士、闵华、周
鹗、陈珩等。
第1部分 绪 论
(5) 1932年清华大学设立电机系，现为电机工
电气工程基础__第一章绪论
19
水 库
23kV 23kV
500kV 220kV 10kV
锅 炉
反 应 堆
热力网
电 力 网
电 力 系 统
110kV
10kV 工业用户
35kV
220/380V 商业用户
动力系统
20
1、 电力系统、电力网及动力系统
21
电力网：由变电所和不同电压等级输电线路组成的网 络。 电力系统：由发电机、变压器、输电线路以及用电设 备（或发电厂、变电所、输配电线路以及用户），按 照一定的规律连接而组成的统一整体。 发电厂： 生成电能 变电所： 变换和分配电能 输配电线路： 输送电能 用户： 消费电能 动力系统：在电力系统的基础上，把发电厂的动力部 分（例如火力发电厂的锅炉、汽轮机和水力发电厂的 水库、水轮机以及核动力发电厂的反应堆等）包含在 内的系统。
电气工程基础
主讲教师：梅宏
昆明理工大学城市学院
2015.8
1
电气工程学科
电气工程（Electrical Engineering， 简称EE）是研究电磁领域的客观规律及 其应用的科学技术，以电工科学中的理 论和方法为基础而形成的工程技术称为 电气工程。
2
1. 设置背景 2. 本课程特点、前修课程、后续课程
39
★ 一次绕组的额定电压
一次绕组额定电压=用电设备的额定电压 =电网的额定电压 注意： 对于和发电机出线端相连的变压器一次侧额定电压 =发电机的额定电压；（比所连接线路的额定电压高5 ％，使之相互配合）
40
★ 二次绕组的额定电压 分析：变压器二次绕组的额定电压指变压器空载时 的电压，而变压器在额定负载下运行时，其内部 阻抗会造成约5%的电压降落。为使正常运行时 变压器二次绕组较线路额定电压高5% 变压器二次绕组的额定电压一般比同级电网的 额定电压高10％。 注：当变压器二次侧输电距离较短，变压器阻抗较 小（小于7.5％），或电压特别高的变压器，其 二次绕组的额定电压可只比同级电网的额定电压 高5％。 41
电气工程学概论第一二章
1)支路:一个或多个元件的串联组合 (电流相同)
5)电网络:多个支路,结点形成的拓扑结构
5
网络(Network)
1) 概念及分割 R1 U1 R2 IS a
+
I
-
R
网 络
N
+ _
I
R
网络 (也称作子系统，Subsystem)
网络注重其外特性，电路注重于内部特性。
b
2) 网络分类
• 按网络性质
有源 (NA)、 无源 (NP) 线性、非线性
电→机械
照明电路:
电→热、光
(信号电路,弱电电路)
（380V/220V; 50Hz）
(1)功率低 (10-3W或更低;电压:几伏;电流:毫安/微安 ) (2)信号传输质量,电路的抗干扰能力 (3)信号多样化
电视机
计算机
控制,通信等信息系统
(滤波,放大,变换…)
(音频16Hz-20kHz;电信:20kHz以上;方波,三角波…)
u = R·i
u = － R·i
2.关联参考方向 (一种约定) u + _ i
无源 元件
有源 元件
电流方向从高电位端流入
电流方向从高电位端流出
二、电位参考点及工程电路的简化画法
1.电位参考点符号：
物理“地” 真正“地”
多为电路公共结点，设其电位值=0 多为电路中多电源汇合点，其电位值=0
+
7
2.简化画法： 与“地”相联的电源符号
(代数和)
• KCL推广：
? 4A
结点 封闭面
IA
A
1A
B
流入任一封闭面的电流 的代数和等于零。
3A IB
电气工程概论 绪论-课件
▪ 上海交大、同济大学、上海大学、上海电力学院
❖ 浙江
▪ 浙江大学
❖ 安徽
▪ 合肥工业大学
电气工程概论
2021/2/23
11
电气工程的地位和发展
❖电气工程（Electrical Engineering，简称EE）是 现代科技领域中的核心学科之一，更是当今高新技 术领域中不可或缺的关键学科。
❖在使用上述理论分析、试验研究和仿真模拟中， 等效与类比都是本学科重要的科学方法。
电气工程概论 绪论-课件
2
课程性质
❖ 电气工程概论目的
1. 了解电气学科的涵盖范围 2. 明确学习的方向、侧重点 3. 认识今后可能的工作领域 4. 清楚电气学科发展方向
❖ 范围广、未知多——了解探究
电气工程概论
2021/2/23
3
授课及考核方式
❖ 三个专题——电气专业三个学科方向 ❖不掌握过多涉及专业的知识理论 ❖掌握本专业课程涵盖的基本内容 ❖了解各学科发展的方向
电气工程学科的方法论介绍
❖本学科的科学方法与其它工程技术学科类同， 理论分析是其最基本的研究方法。
❖电气工程学科使用的数学工具较多，理论分析 在其中的地位也更为重要。
❖作为工科，实验研究是最主要和最基本的手段， 没有基本的试验条件，学生就难以掌握本专业 的知识。
❖随着计算机技术的发展，仿真模拟也已是本学 科广泛使用的一种方法。
▪ 电子工程； ▪ 计算机工程； ▪ 自动化与仪表技术； ▪ 等离子体技术； ▪ 激光技术等现代高科技。
电气工程概论
2021/2/23
本科专业分类
❖0806电气信息类
080601电气工程及其自动化 080602自动化 080603电子信息工程 080604通信工程 080605计算机科学与技术 080606电子科学与技术 080607生物医学工程
电气工程概论期末复习(华侨大学)课案
电气工程概论复习第一章绪论1、电气工程概念：电气工程是研究电磁领域的客观规律及其应用的科学技术，是以电工科学中的理论和方法作为基础的工程技术；5个基本方向：电机与电器及其控制技术、电力电子技术、电力系统及其自动化技术、高压与绝缘技术、电工新技术。
第二章电机与电器基础2、4大开关电器及其用途a）断路器：电力系统正常或故障时关合和开断电路；b）隔离开关：将高压设备与电源隔离，保证检修人员安全；c）熔断器：电路故障或短路时，熔体熔断开断电路；d）电压控制电器：接通、分断低压交直流的控制电路。
3、低压电器：额定电压1200V以下；高压电器：额定电压3Kv以上。
4、真空断路器：真空作为触头间的绝缘和灭弧介质的断路器a)结构：操动机构、支撑用的绝缘子、真空灭弧室；b)优点：绝缘性能好、机械寿命和电气寿命高、适合于操作频繁的场所；c)特点：绝缘性能好，触头开距小；要求操动机构提供的能量小；电弧电压低、能量小，开断时触头表面烧损轻微，因此机械寿命和电气寿命高；适合在操作频繁的场所。
d)触头类型及特点i.圆盘形触头：结构简单、易于制造；只能在不大的电流下维持电弧为扩散型，用于开断电流要求不大的真空开关和真空接触器上；ii.横向磁场触头：iii.纵向磁场触头：e）触头材料的4大要求：耐弧性能好；截断电流小；抗熔焊性能好；含气量低；f）真空灭弧室的基本结构：绝缘外壳、波纹管、动静触头等真空灭弧室的屏蔽罩: 主屏蔽罩、波纹管屏蔽罩、均压屏蔽罩；主要作用:防止金属蒸气喷溅到绝缘外壳的内表面，避免内表面的绝缘性能下降；有冷凝效果，散热面积大，有利于开断性能的提高；屏蔽罩的存在会影响动、静触头的电场分布，设计得当有利于触头间绝缘强度的提高。
波纹管：液压成型（过冲行程不宜过大，以免降低其使用寿命）、薄片焊接成型（疲劳寿命长，通常用于机械寿命要求长、额定电压等级高、触头行程大的真空断路器中）；变压器5、干式变压器优点：i.安全、防火、无污染，可直接安装在负载中心；ii.防潮性能好，停运后不经预干燥即可投入运行；iii.损耗低、局部放电量低、噪声小，散热能力强；iv.免维护、安装简单、可靠性高，综合运行成本低。
电气工程概论1绪论
2005
张刘春设计
电气工程概论
第一章
绪论
张刘春设计
电气工程概论
第一章绪论
一、电气工程的历史和形成
电气工程是研究电磁领域的客观规律及其应用 的科学技术，以电工科学中的理论和方法为基础而 形成的工程技术称为电气工程。 根据电气工程学科的发展现状，可将其分为相 对独立的五个分学科:电力系统及其自动化技术、 电机与电器及其控制技术、高电压与绝缘技术、电 力电子技术和电工新技术 其结构简图如下图所示。
（3）当代学科发展的相互交叉、渗透现象已成为科技发展中的 重要促进因素。电工科学中近些年来新出现的大量新分支、新技 术、新方法和新理论就是明证。 （4）电工科技的应用面广，交叉范围大。但科研资金的来源却 不能和其应用范围相适应，相对较狭窄。
张刘春设计
电簔工程概论
0
第一章绪论
电气工程学科是在经验和教训中不断发春设计
电气工程概论
第一章绪论
电气工程除具有其各分支学科的专业理论外，还具有本学科 的共性基础理论（电路理论、电磁场理论、电磁计量理论等）， 它与基础科学（如物理、数学等）中的相应分支具有密切的联系， 但又具有明显的差别。 基础科学的主要任务是认识客观世界的本质及其内在规律。
截至2003年底，我国水电装机达92170MW，占发电总装机的 24％，年发电量2830亿kWh，占总发电量的15％。
张刘春设计
电气工程概论
第一章绪论
电工制造业以技术复杂的汽轮发电机组为例：
我国1956年才试制成功6000kW机组； 2002年，已制成并投产900MW，即46年期间汽轮发电机组单机 容量的制造能力扩大到1500倍，居于世界先进行列。
电气工程基础概论(pdf 33页)
电力网
用户
发电厂的 动力部分
+
按照一定规律连接而组成的统一整体，称为电力系统
动力系统
合肥工业大学 .电气与自动化工程学院
1.3 电力系统
一、电力系统的基本概念
1、电力系统的含义
水轮机 水库
发电机
升压变
降压变
输电线路
电力系 统的基 本参数？
用电设备
发电厂
电力网
用户
（1）系统装机容量（发电机额定有功功率总和，MW）
2、发电厂
水轮机 水库
发电机 升压变
降压变
输电线路
用电设备
发电厂
电力网
用户
发电厂是生产电能 的工厂，它把其他 不同类的一次能源 转换成电能。
火力发电厂（火电厂、热电厂） 水力发电厂（堤坝式、径流式、抽水蓄能式） 核动力发电厂（压水堆、沸水堆） 其他发电厂（风力、太阳能、地热、沼气、 潮汐、海浪）
合肥工业大学 .电气与自动化工程学院
合肥工业大学 .电气与自动化工程学院
1.1 概述
1、电能是什么？
它是一种二次能源！由一次能源经加工 转换而成的能源。
2、电能的意义？
假如没有电能，我们的生活、生产、社 会将发生什么变化？
3、电能的特点？
① 可以大规模生产； ② 便于输送和分配； ③ 便于转换和控制； ④ 提高能源利用效率； ⑤ 无污染，噪声小。
（2）系统年发电量（发电机全年发电量总和，MWh）
（3）最高电压等级（电力线路的最高额定电压，kV） （4）最大负荷（一段时间内有功负荷最大值，MW） （5）年用电量（所有用户全年所用电量总和，MWh）
（6）额定频率 （交流工频：50Hz）
合肥工业大学 .电气与自动化工程学院
电气工程基础
电气工程基础第一章绪论1 煤炭、石油、天然气、水能、核能、风能等由自然界提供的能源，称为一次能源；在我们生活中广泛使用的电能则是由一次能源转换而成的，称为二次能源。
2 电力网：由各类升降压变电站、各种电压等级的输电线路所组成的整体。
电力网的作用是输送、控制和分配电能。
3 电力系统：由发电机、升降压变压器、各种电压等级的输电线路和广大用户的用电设备所组成的统一整体4 动力系统：由带动发电机转动的动力部分、发电机、升压变电站、输电线路、降压变电站和负荷等环节构成的整体。
5.电力网的分类：地方电力网：是指电压等级在35～110kV，输电距离在50km 以内的中压电力网。
区域电力网：是指电压等级在110~220kV，输电距离在50~300km 的电力网。
超高压电力网：是指电压等级在330~750kV，输电距离在300~1000km 的电力网。
6.变电站的分类:枢纽变电站：处于电力系统的中枢地位，它连接电力系统高压和中压的几个部分，汇集多个电源，并具有多条联络线路。
中间变电站：是指将发电厂或枢纽变电站与负荷中心联系起来的变电站。
一般汇集2~3 个电源，起系统交换功率或使长距离输电线路分段的作用。
终端变电站：处于电力网末端的变电站，一般是降压变电站，也称为末端变电站。
.7 电力网的电压等级及确定原则确定原则：输送功率、输送距离、同系统中电压等级不宜过多或过少，级差不宜过大。
用电设备的额定电压和电网的额定电压相等。
国家规定，用户处的电压偏移一般不得超过±5％。
发电机的额定电压比所连接线路的额定电压高5％，用于补偿电网上的电压损失变压器的额定电压，分一次绕组和二次绕组。
一次绕组的额定电压：降压变压器一次绕组的额定电压与用电设备的相同，等于电网的额定电压；升压变压器一次绕组的额定电压与发电机的额定电压相同。
二次绕组的额定电压：升、降压变压器二次绕组的额定电压一般比同级电网的额定电压高10％；当变压器二次侧输电距离较短，或变压器阻抗较小（小于7％）时，二次绕组的额定电压可只比同级电网的额定电压高5％8 电力系统的特点：①电能不能大量储存；②过渡过程十分短暂；③电能生产与国民经济各部门和人民生活有着极为密切的关系；④电力系统的地区性特点较强。
电气工程概论重点
电气工程概论重点第一章 绪论电能的基本要求：1.安全 2.可靠 3.优质 4.经济能量的形式：机械能，热能，化学能，辐射能，电能和核能能量的转换：形态，空间（输送），时间（储存）电力系统的基本概念：由发电机、电力网内的变压器和电力线路以及用户的各种用电设备，按照一定的规律连接而组成的统一整体，称为电力系统。
电力系统的特点：1.电能不能大量存储 2.暂态过程十分短暂 3.地区性特点较强 4.与国民经济各部门有着极为密切的关系。
对电力系统的要求：1.为用户提供充足的电力 2.保证供电的安全可靠3.保证良好的电能质量4.提高电力系统运行经济性大型电力系统的优势：1提高供电的可靠性，2减少系统装机量，3减少系统备用容量， 4采用高效率大容量发电机组，5合理利用能源，充分发挥水电在系统中的作用电能质量的主要指标有电压、频率和波形。
为什么要规定电力系统额定电压？为了使电力系统和电气设备制造厂的生产标准化、系列化和统一化，电力系统的电压等级应有统一的标准。
发电机，变压器和电力线路的额定电压与电力系统的额定电压的关系：发电机的容量一般比电力系统高5%，升压变压器的一次绕组的额定电压比电力系统高5%，二次高10%，降压器一次与电力系统相同，二次绕组高10%，电力线路和电力系统额定电压相同 电力系统电压等级特点： 1.发电机的额定电压较电力系统的额定电压高出5%。
2.电力变压器的一次绕组是接受电能的，相当于受电设备，其一次绕组的额定电压应等于电力系统的额定电压，对于直接和发电机连接的升压变压器的一次绕组额定电压应等于发电机的额定电压，使之相互配合。
3.电力变压器的二次绕组是提供电能的，相当于供电设备，其二次绕组的额定电压较电力系统额定电压高出10%。
但在3、6、10kV 电压时，如短路阻抗小于7.5%的配电变压器，则其二次绕组的额定电压比同级电网的额定电压高出5%。
第二章 电气设备的原理与功能变压器：利用电磁感应原理吧一种电压等级的交流电转换成相同频率的另一电压等级的交流电能。
电气工程概论-1绪论2015
电气工程概论北京交通大学2016.3第一章绪论1.1 电气科学与工程的发展简史电气科学与工程的发展简史1.11131.1.1电气科学的萌芽与理论形成1.1.1 电气科学的萌芽与理论形成在中国，磁性最早出现于一本公元前四世纪编写的书《鬼谷子》：“其察言也，不失若磁石之取针，……”(察析这人的言词话语就好像用磁石吸取铁针话语，就好像用磁石吸取铁针)。
磁石在汉朝之前写作“慈石”，意为它像慈母吸引子女一样吸引铁屑公元前铁屑。
公元前239年左右完成的《吕氏春秋》九卷精通篇就有：“慈招铁，或引之也。
”公元前三世纪的《管子》记载：“上有慈石者，下有铜金”“铜金”就是一种铁矿鬼谷子，原名王诩，又名王禅，是春秋时期著名的思想家谋略家兵家教育家金。
铜金就是种铁矿。
说明中国在公元前三世纪前就把磁石与寻找铁矿联系起来。
家、谋略家、兵家、教育家，纵横家的鼻祖。
他的弟子有兵家：孙膑、庞涓；纵横家：苏秦张仪苏秦、张仪。
公元一世纪，东汉时期，王充在古籍《论衡》中出现公元世纪东汉时期王充在古籍《论衡》中出现了关于静电与磁性的记载：“顿牟掇芥，磁石引针”（顿牟即琥珀，摩擦后的琥珀能吸引草芥，而磁石能吸引铁针）。
这是第一次把电与磁现象并列。
王充在《论衡》中还对指南针的最早形态司南的——形状和用法做了明确的记录。
公元年北宋1086-1093年，北宋科学家沈括在《梦溪笔谈》里清楚地描述了指南针的制作与使用方法由于指南针使航海使用方法。
由于指南针使航海的准确度得以大大改善，有力促进了科学发展与人类进步，从而使指南针成为古代中国四大发明之一。
哥伦布首航舰队旗舰圣玛利亚号（仿制品）司南（仿制品）(公元前1100～前771)的青铜器“番生簋”上就中国古代前出现了“電”字。
中国东汉许慎编著的文字工具书《说文解字》中对“电”的解释是：“電，，陰陽激燿也。
字》中对电的解释是：電[堂練切]陰陽激燿也从雨从申”。
是“神”也是“电”的雏形。
甲骨文研究认为和既是神也是电的雏形。
电气工程概论
带有莱顿瓶的起电机
11
时间 1747年
典型事件 发明避雷针
人物/国家 富兰克林 ，美国
1785年
发现库仑定律
库仑，法国
1800年
发明伏打电池
伏打，意大利
12
库仑和他发明的扭力天平
13
时间
1820年
典型事件及意义
发现电流的磁效应 研究通电导线之间的吸 引或排斥现象，随后建 立安培定律 欧姆定律 发现电磁感应现象并建 立电磁感应定律
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。
36
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。
37
25
1.3 电气工程的发展前景
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 ……
材料科学
超导材料 半导体材料 永磁材料
……
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 ……
电气驱动与 控制
“线控”汽车 全电舰船 多(全)电飞机 ……
楼宇智能化
•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 电气工程及其 自动化专业
•电气技术
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是工学 门类中的一个一级学科，包含五个二级学科: 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
电气工程概论复习重点
电气工程概论复习重点第一章绪论电气工程专业代码：0806在研究生学科专业目录中，电气工程包含的5个二级学科：电气工程是工学门类中的一个一级学科，包含电机与电器、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、电工理论新技术等5个二级学科。
电气工程的英文：Electrical Engineering电气工程的定义：The branch of engineering science that studies the uses of electricity and the equipment for power generation and distribution and the control of machinesand 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。
电气科学与工程学科分类：电机电器学：普通电机的启动、运行、控制新型电机、微特电机高低压电器PLC电力系统：新型输配电系统电力系统运行与优化电能质量（电压质量和电流质量）电工材料学：导电材料及其特性磁性材料及其特性电工半导体高电压与绝缘：高电压的生成与控制过电压及其防护电力电子学：电力电子元器件及集成电力电子变流技术电力电子控制技术新能源与新发电技术：可再生能源发电节电新技术电能储存新技术分布式电源系统与独立电力系统电气工程师：应掌握电工理论、电子技术、自动控制理论、信息处理、计算机及其控制、网络通信等宽广领域的工程技术基础和专业知识。
1马力（horsepower）=735.49875W电气工程常用计算机程序：MATLAB：广泛应用于电气工程领域，也可用于控制系统和信号处理。
PSpice：更趋向于实际应用，应用面广、易于掌握、有大量的可用器件模型库。
EMTP：用于电力系统电磁暂态分析。
第二章电机电器及其控制技术电机的原理：电机是以电磁刚硬现象为基础实现机械能与电能之间的转换以及变换电能的机械，包括旋转电机和变压器两大类。
电气工程基础
电力系统分析第一章绪论1.发电厂、变电站、电力网、电力系统、动力系统发电厂：生产电能的工厂，它把不同种类的一次能源转换成电能。
变电站：联系发电厂和用户的中间环节，一般安装有变压器及其控制和保护装置，起着变换和分配电能的作用。
电力网：由变电站和不同电压等级输电线路组成的网络，称为电力网。
电力系统：由发电厂内的发电机、电力网内的变压器和输电线路及用户的各种用电设备，按照一定的规律连接而组成的统一整体称为电力系统。
动力系统：在电力系统的基础上，还把发电厂的动力部分，如火力发电厂的锅炉、汽轮机，水力发电厂的水库、水轮机，核动力发电厂的核反应堆等也包含在内的系统，称之为动力系统。
注：从广义上来说动力系统+电力网称为电力系统，狭义上来说电力网就是电力系统。
2.电力系统的特点和要求特点:(1)电能不能大量存储；(2)过渡过程十分短暂(3)与国民经济各部门和人民生活有着极为密切的关系(4)地区性特点较强要求：(1)保证供电可靠(2)保证良好的电能质量(3)为用户提供充足的电力(4)提高电力系统运行经济性3.电能的质量指标、我国电压允许偏差、频率变化允许偏差衡量电能质量的主要指标有电压、频率和波形。
我国电压允许偏差为±5%频率变化允许偏差为±0.2%~±0.7%4.电力系统额定电压制定原则、我国电压等级原则：根据技术经济上的合理性、电气制造工业的水平和发展趋势等各种因素而规定的。
电压等级：低于3kV系统的额定电压和3kV及以上系统的额定电压两类。
5.接地及接地的种类为了保证电力网或电气设备的正常运行和工作人员的人身安全，人为地使电力网及其某个设备的某一特定地点通过导体与大地作良好的连接，称为接地。
5种接地方式：工作接地、保护接地、保护接零、防雷接地、防静电接地。
6.中性点的接地方式及特点（1）中性点不接地------保护接地（2）中性点直接接地------保护接零（3）中性点经消弧线圈接地（4）中性点经电阻接地第二章发电系统1.能源的分类、电能（1）按获得的方法分：一次能源：能源的直接提供者，例如煤炭、石油、天然气、水能、风能等二次能源：由一次能源转成而成的能源，例如电能、蒸汽、煤气等（2）按被利用的程度分常规能源：已被人们广泛利用的能源，例如煤炭、石油、天然气、水能等新能源：用新发展的科学技术开发利用的能源，例如太阳能、风能、海洋能、地热能等（3）按能否再生分可再生能源：自然界中可以不断再生并且有规律地得到补充的能源，例如水能、风能、太阳能、海洋能等。
电气工程概论 第一章 绪论
1.2 电气科学与工程的发展简史
司南模型
9
时间 公元前七世纪
典型事件
人物/国家
发现磁石与磁现象 中国、希腊
公元前一世纪
1600年
静吸引
王充（叙述），中国
《论磁石》论述磁 吉尔伯特，英国 现象（近代电磁学 研究的开端）
1660年
1745年
发明摩擦起电机
发明莱顿瓶
奥托· 库克，德国 冯·
荷兰莱顿大学，克里斯特与 莫什布鲁克
我国的歼-10飞机就采用放宽静稳定度的4余度电传操纵系统。
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在建筑中综合计算机技术、自动控制技术、 通信技术和电气工程技术构成楼宇自动化 技术。智能楼宇的目标是：提供安全、舒 适、快捷的优质服务；建立先进的管理机 制；节省能耗和降低人工成本。
智 能 楼 宇 示 意 图
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近年来的研究热点：
人物/国家
1747年 发明避雷针
富兰克林 ，美国
1785年 发现库仑定律
库仑，法国
1800年 发明伏打电池
伏打，意大利
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库仑和他发明的扭力天平
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伏特与伏打电池 伏打电池使电不再是微弱的转瞬即逝的现象，让电学迈出了静电学的狭 小范围，极大地推动了电学的研究与应用。
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时间 1820年
典型事件及意义 发现电流的磁效应 研究通电导线之间的吸 引或排斥现象，随后建 立安培定律 欧姆定律 发现电磁感应现象并建 立电磁感应定律
3
1998年国家颁布的大学本科专业目录
•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 电气工程及其 自动化专业 强弱电结合，二者并重 的专业
•电气技术
电气工程概论第一章
235 92 1 U 1 n x y 2.5 0 0 n 200MeV
2 核聚变反应：两个轻质量的原子核结合，产生更稳定的结构并释
放出能量。
消耗同样质量的原料，核聚变反应所释放的能量为核裂变反应的 4.22倍。即每消耗1kg核聚变原料，产生约相当于11816t标准煤完全 能量 燃烧后所释放出的热能。
绪论
d
e N
dt dx t x
Nv eT ev t x
从而
式中，v=dx/dt为线圈与磁场间相对运动的速度；
eV Nv
为变压器电动势， x
辐射能
eT N 为运动电动势。 t
同时也利于突出主要特点，下面将两种电动势分别予以讨论。
机械能 辐射能
弹性势能：物体由于弹性变形而具有的做功本领。 表面能：不同类物质或同类物质不同相的分界面上，由于表面张力 的存在而具有的作功能力。
核能
第二节
能量转换原理
绪论
热能 热能是能量的一种基本形式，所有其他形式的能量都可以 完全转换为热。热能被认为是一种分子运动的能量。构成物质 的微观分子运动的动能和势能的总和称之为热能。热能既可以 显热形式储存，也可以潜热形式储存。 若系统的熵的变化为ds ，则热能 Wq Tds 在电力系统中，当电流流经电阻介质时产生的能量将散逸为 r 热能。在电机、输电线中的损耗电能可用 Ws R[i (t )]2 dt 0 机械能 辐射能 计算。
输入能量 - 输出能量 = 储存能量的变化。 任何能量转换过程都需要一定的转换条件，并在一定的设 备或系统中实现。
化学能 核能
第二节 能量转换原理
四、旋转电机中的能量转换 1、电磁感应定律
电气工程概论
电能质量主要(zhǔyào)指标的影响因素、主 要(zhǔyào)危害以及可采用的解决方法见表 1-5。
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第十九页，共77页。
3．提高电力系统(diàn lì xì tǒnɡ)运行的经济 性
（1）在发电环节，要综合各类发电厂的运行 特点，合理安排其发电顺序，实现电源的优化 组合。
第十三页，共77页。
2．保证良好的电能质量 衡量电能质量的主要指标有电压、波形和频率。 （1）电压 电压质量一般用电压偏差、电压波动和闪变以及三
相电压不平衡度三个指标来衡量。
（1-1）
U % U U N 100% UN
式中：△U% 为电压偏差；U电网某点的实际运行 (yùnxíng)电压；UN 为额定电压。
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变压器二次绕组的额定电压，是指变压器空载情况下的 额定电压。
变压器带负载运行时，其一,二次绕组均有电压降，如按 变压器满载时一、二次绕组压降为5％考虑，为使满载 时二次绕组端电压仍高出电力网额定电压5％，用于补 偿线路的电压降,则必须(bìxū)选变压器二次绕组的额定 电压比电力网额定电压高出10％。
我国规定的用户受电端的电压偏差见表1-2。
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表1-2 用户供电电压(diànyā)允许变化范 围
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电压波动是指电压在系统中作快速、短时的变 化，变化更为剧烈的电压波动称为(chēnɡ wéi) 闪变。
电压波动一般用电网某点电压最大值与最 小值之差对电网额定电压的百分比表示，即
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第三十页，共77页。
电气工程基础
1.3电力系统的负荷
1.3.1电力负荷的组成 由第一、二、三产业及城乡居民生活用电组成，其中第二产业用电比重最高。
1.3.2电力负荷的特性 1．负荷特性 负荷特性：交流用电设备所消耗的有功、无功功率与其电源的电压及频率的 关系。 2.负荷静特性 负荷静特性：系统频率及电压缓慢变化时，地区负荷的有功、无功功率的变 化情况，通常以电压和频率的多项式或指数函数表示。 （1）多项式表示
3.日负荷曲线特性 （1）日负荷率 日负荷率：日平均负荷与日最大负荷之比，常以γ表示。 γ=Pdav/Pdmax 式中：Pdav为日平均负荷；Pdmax为日最大负荷。 （2）日最小负荷率 日最小负荷率：日最小负荷与日最大负荷之比，常以β表示。 β=Pdmin/Pdmax 式中：Pdmin为日最小负荷。
（2）指数表示
PL jQL PL0 (U / U 0 ) NPV jQL0 (U / U 0 )
式中：NPV，NQV为常数。
NQ V
]
1.3.3电力负荷曲线 一．影响负荷变化的因素 1.作息时间 2.生产工艺 3.气候 4.季节
二．负荷曲线种类 1.负荷曲线 负荷曲线：电力负荷随时间变化的关系。 2.种类 （1）根据持续时间分为：日负荷曲线、周负荷曲线、年负荷曲线 （2）根据涉及的范围分为：个别用户负荷曲线、变电站负荷曲线、电力系统 负荷曲线 注：电力负荷一般指有功功率，电力系统规划和设计中，日负荷曲线应用最多。
2.作用 发电厂：把一次能源转化为电能； 输电系统：完成远距离大容量输电任务（距离达几百、甚至上千km，电压 在110kV到750kV之间）； 配电系统：将电能分配给用户（高压配电系统：110kV-220kV，低压配电 系统：380/220V）；
3. 电压等级 （1）用电设备额定电压与电网（线路）额定电压相等 由于线路和变压器等元件上产生的电压损失，使线路上电压处处不相等，各点 实际电压偏离了额定值，顺着远离电源的方向，线路电压下降。一般用户处 （用电设备）电压偏移不得超过±5% ，取线路的平均电压为用电设备的额定 电压：
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电气工程概论
第一章绪论
解放前，我国电工科学的基础薄弱而落后。建国后，有了多 方面的巨大发展。
我国一次能源总产量达10.9亿吨标准煤（2000），居世界第 三位，比1949年增长了44倍。但电能比重仍较落后，只占国民 经济总能源消耗的25%左右。
1949年,我国电力工业的发电量4.3亿kWh（世界排序第25 位）、装机容量1850MW（世界排序第21位）。 2003年，分别增加到19052亿kWh和391GW（皆居世界第二 位），各增大443倍和211倍。
我国三峡水电站容量： 单机容量:70万kW 左岸电站:70万kW 14=980万kW 右岸电站:70万kW 12=840万kW 总装机容量:1820万kW 总装机台数:26台 设计年发电量：847亿kWh; 负荷分配 华东:700万kW; 广东:300万kW; 华中:820万kW;
张刘春设计
电气工程概论
张刘春设计
电气工程概论
第一章绪论
在电力电子和电工新技术中：
我国已从1962年研制出第一个晶闸管起，到目前能批量 生产电流达3000A、电压为8500V的晶闸管，并能研制生产 和应用快速、全控器件或设备。
张刘春设计
电气工程概论
第一章绪论
综上所述：
我国电工科学在传统的电力输送、电工制造或高电压技术方 面，取得可喜的进展和成绩。
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电气工程概论
第一章绪论
在电力电子和电工新技术领域：
1962年，我国试制出第一个晶闸管；
目前，已能批量生产电流达3000A、电压为8500V的晶闸管， 并能研制生产和应用快速、全控器件或设备。
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电气工程概论
第一章绪论
在电力系统方面：
1949年，只有东北、京津唐和上海三个容量不大（分别为646， 259和250MW）的电力系统； 2003年，已有11个电力系统发电装机容量超过20000MW，其 中东北、华北、华东、华中电网发电装机容量均超过30000MW， 华东、华中电网甚至超过40000MW ，西北电网的装机容量也达 到20000MW； 其他几个独立省网，如四川、山东、福建等电网发电装机容 量超过或接近10000MW； 大区电力系统目前正进入各自加强和彼此互联以及进一步发 展形成全国统一电力系统的过程中。
1948年，制成国内最大的6.6kV三相2500kVA电力变压器； 本 世 纪 初 ， 我 国 已 能 生 产 500kV 的 三 相 750MVA 和 成 组 1000kV/250MVA的单相电力变压器，按三相容量计算，制造能力 扩大到300倍。
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电气工程概论
第一章绪论
在输电线路方面：
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第一章绪论
在断路器和避雷器等电器制造方面：
解放时，我国只能制造10kV的充油式断路器；
目前，可制造500kV新型的SF6的断路器；从10kV管式避雷器 提高到500kV氧化锌避雷器的制造水平，均已进入了世界先进行 列。
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电气工程概论
第一章绪论
以大型电力变压器为例：
1923年，我国生产第一台三相电力变压器50kVA；
截至2003年底，我国水电装机达92170MW，占发电总装机的 24％，年发电量2830亿kWh，占总发电量的15％。
张刘春设机组为例：
我国1956年才试制成功6000kW机组； 2002年，已制成并投产900MW，即46年期间汽轮发电机组单机 容量的制造能力扩大到1500倍，居于世界先进行列。
1949年，我国只有一回220kV线路，全部35kV以上输电线仅 6475km；
1999年底，我国超高压输电500kV（含直流线路）达22927km ， 变电容量达80120MVA ；220kV以上输电线路总长达495123km、变 电容量达593690MVA。
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电气工程概论
第一章绪论
在电气化方面：
工业用电量占全部电能生产的71.5%（2001），每年新增发 电量的64.6%用于工业用电，其中轻工业用电的年增长率已达 14.6%。 农业用电增长也很快，自解放以来，平均每年以24%的高速 增长，在全国2300个县中，已有2280个县用上了电。
第三产业用电（包括市政商业和交通通信）和居民用电量到 2001年已达电能总生产量的24.61%。
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电气工程概论
第一章绪论
二、 电气工程的地位和发展
电气工程学科在国家科技体系中具有特殊的重要地位。
是国民经济的一些基本工业（能源、电力、电工制造等） 所依靠的技术科学 是另一些基本工业（交通、铁路、冶金、化工、机械等） 必不可少的支持技术 是一些高新技术的重要科技组成部分
张刘春设计
我国在电工新技术和高技术领域中也取得可喜的进展和成绩。
这说明我国的电工科学已发展成为国民经济发展中可靠的支 柱。
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电气工程概论
第一章绪论
三、电气工程的展望
20世纪中叶以来，以电子信息技术为核心的新技术革命正在 兴起，冲击着所有传统科学，包括基础科学、技术科学、综合 科学，甚至社会科学等在内的广大领域。
有人统计，最近20年中的科技创造和发明超过了过去两千年 中创造发明的总和。 在技术科学范围内，不少学科都发生了“旧貌换新颖”的变 化，电工学科的巨大变化也十分显著。
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第一章绪论
在支持和加强电工科学技术发展时，应从宏观方面考虑 到以下几个重要问题：
（1）电工科学是一门技术科学，只从纵向关系看，它与其所依 赖的基础科学（如电磁学、力学、数学、化学等）和指引并支持 的生产技术（包括设计、工艺、产品开发等）是一条连续线，但 又各有分工。 （2）电工科学应指导电力和电工的生产应用．而生产应用应促 进电工科学进步。
参考书 肖登明 主编 中国电力出版社 出版
2005
张刘春设计
电气工程概论
第一章
绪论
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电气工程概论
第一章绪论
一、电气工程的历史和形成
电气工程是研究电磁领域的客观规律及其应用 的科学技术，以电工科学中的理论和方法为基础而 形成的工程技术称为电气工程。 根据电气工程学科的发展现状，可将其分为相 对独立的五个分学科:电力系统及其自动化技术、 电机与电器及其控制技术、高电压与绝缘技术、电 力电子技术和电工新技术 其结构简图如下图所示。
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电气工程概论
第一章绪论
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电气工程概论
第一章绪论
电气工程除具有其各分支学科的专业理论外，还具有本学科 的共性基础理论（电路理论、电磁场理论、电磁计量理论等）， 它与基础科学（如物理、数学等）中的相应分支具有密切的联系， 但又具有明显的差别。 基础科学的主要任务是认识客观世界的本质及其内在规律。
技术科学的目的则在于改造客观世界以达到人们的预定要求。
电工学科的基础理论所研究的对象是经过人类加工改造后出 现的新现象，而不是自然界固有存在的现象。还不能只限于现象 的分析，而应包括实现所需现象的综合以及为此所需的代价，从 而使方法和途径也占有重要地位。
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第一章绪论
著名例子是美加“8.14大停电”，2003年8月14日下午，美 国的中西部和东北部以及加拿大的安大略省经历了一次大停电 事故，其影响范围包括美国的俄亥俄州、密西根州、宾夕法尼 亚州、纽约州、佛蒙特州、马萨诸塞州、康涅狄格州、新泽西 州和加拿大的安大略省，损失负载大61.8GW，影响了5千万人 口的用电。停电在美国东部时间下午4时06分开始，在美国的 一些地区两天内未能恢复供电，加拿大的安大略省甚至一周未 能恢复供电。这次停电事故引起了全世界的关注。 综合资料，基本可以判断本次大停电对全网而言属于潮流大 范围转移导致的快速电压崩溃，同时伴有潮流大范围转移和窜 动导致的断面线路相继跳闸和系统解列后的频率崩溃。
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电气工程概论
第一章绪论
在电工高技术的范围内：
我国也从空白状态发展形成多个相互配合的研究基地或重点 实验室，并相继取得一些世人瞩目的研究成果。
例如1983 年建成的 8MV闪光－I强流脉冲电子束加速器和 1990年建成的9MeV感应直线加速器、各种激光器、各种等离 子体装置的研制和应用、超导技术、医疗用电工技术、电接触 技术、新型电测技术等的成果（新装置、新仪器、新方法等） 都使我国在电工新技术和新技术领域中从填补空白的阶段先后 步入建立试验基地，开展系统性研究，力求迎头弥补差距的新 阶段。
电气测量技术在电气工程各分支学科的技术发展中具有耳 目和神经的作用，它是定量研究电气工程技术问题的手段， 随着各分支学科的发展而迅速发展。 电气测量技术及其仪器的自动化、微机化、智能化、多功能 化等发展趋势，已深深渗透到电气工程各分支学科的测量技 术中。 新原理、新技术和新仪器日新月异，例如测量、监视、控制 等多功能新型装置以及现场测试或实时监测技术对整体系统 精度的改进等，都对电气工程分支学科的发展起了重要作用。
（3）当代学科发展的相互交叉、渗透现象已成为科技发展中的 重要促进因素。电工科学中近些年来新出现的大量新分支、新技 术、新方法和新理论就是明证。 （4）电工科技的应用面广，交叉范围大。但科研资金的来源却 不能和其应用范围相适应，相对较狭窄。
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电簔工程概论
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第一章绪论
电气工程学科是在经验和教训中不断发展起来的：