电气工程导论(专题二)

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专题二 电气工程技术与理论发展
（三）电磁场理论的建立 1、法拉第 、 2、麦克斯韦 、 3、赫兹 、
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专题二 电气工程技术与理论发展
三、电与新技术革命
（一）新理论的创立 1、 信息理论 （ 香农定理 ： 香农定理描述了有限带宽 、 、 信息理论（ 香农定理： 香农定理描述了有限带宽、 有随机热噪声信道的最大传输速率与信道带宽、 有随机热噪声信道的最大传输速率与信道带宽 、 信号噪声 功率比之间的关系。 功率比之间的关系。） 2、系统理论（贝塔朗菲） 、系统理论（贝塔朗菲） 3、控制理论（维纳） 、控制理论（维纳） （二）电子计算机技术 1、ENIAC（电子数字积分计算机，1946年2月12日）： 、 （电子数字积分计算机， 年 月 日 体积庞大，耗电惊人， 运算速度不过每秒5000次加、 减运 次加、 体积庞大 ， 耗电惊人 ， 运算速度不过每秒 次加 程序和计算机分离；宣告了一个时代的开始， 算 ， 程序和计算机分离 ； 宣告了一个时代的开始 ， 计算机 科学的大门也从此打开。 科学的大门也从此打开。
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专题二 电气工程技术与理论发展
二、电工理论的建立
理论来源于实践。 理论来源于实践 。 电工理论是对许许多多电磁现象 的大量实验结果的分析、 归纳总结而逐步形成的； 同时， 的大量实验结果的分析 、 归纳总结而逐步形成的 ； 同时 ， 它又对实践起指导作用。 它又对实践起指导作用。 电工理论起源于物理的电磁学， 电工理论起源于物理的电磁学 ， 人们对电磁现象的 本质及其规律的认识， 本质及其规律的认识 ， 为电工技术的发展提供了理论基 础。 （一）电路理论的建立 1778年，伏特提出电容的概念 年 1826，年欧姆发表 ， 欧姆定律 1831年，法拉第发表电磁感应定律 年 1832 亨利提出自感系数。 年，亨利提出自感系数。 1、基尔霍夫电流定律、电压定律（1845年），基尔霍 、基尔霍夫电流定律、电压定律（ 年 夫方程（ 夫方程（1857年） 年
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专题二 电气工程技术与理论发展
2、ENVAC计算机的研制（J. Non Neumann）：五大部件 、 计算机的研制（ 计算机的研制 ） 逻辑控制装置、 存储器、 （ 计算器 、 逻辑控制装置 、 存储器 、 输入装置 、 输出装 用二进制运算。 革命意义在于“ 存储程序” 置 ） ， 用二进制运算 。 革命意义在于 “ 存储程序 ” ， 不仅 可以应用于科学计算，而且可用于信息检索等领域。 可以应用于科学计算，而且可用于信息检索等领域。 3、提出智能机（Alan Turing）：数理逻辑与计算理论， 、提出智能机（ ） 数理逻辑与计算理论， 人工智能方法，有限状态自动机， 图灵测试” 人工智能方法，有限状态自动机，“图灵测试”。 4、晶体管计算机（第二代计算机，1959~1963年）：体积 、晶体管计算机（第二代计算机， 年 重量轻、耗电省、运算速度快（每秒几十万次） 小、重量轻、耗电省、运算速度快（每秒几十万次）。 5、第三代计算机（1964~1970年）：使用集成电路代替分 、第三代计算机（ 年 立元件晶体管，运算速度达到每秒千万次，成本降低。 立元件晶体管，运算速度达到每秒千万次，成本降低。 6、第四代计算机 （ 1971年以后） ： 大规模与超大规模集 、 第四代计算机（ 年以后） 年以后 成电路； 发展趋势： 微型化、 巨型化、 网络化和智能化， 成电路 ； 发展趋势 ： 微型化 、 巨型化 、 网络化和智能化 ， 高速超导计算机、光计算机、 生物计算机、 计算机等。 高速超导计算机 、 光计算机 、 生物计算机 、 DNA计算机等。 计算机等
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技术 能新技术
专题二 电气工程技术与理论发展
（五）航空航天技术 20世纪 年代后期发展起来的一门新兴的、综合性高 世纪50年代后期发展起来的一门新兴的 世纪 年代后期发展起来的一门新兴的、 新技术，主要利用空间飞行器作为手段来研究发生在空间 新技术， 的物理、化学和生命等自然现象， 的物理、化学和生命等自然现象，是衡量一个国家科技水 综合国力和发展程度的主要标志。经历了3个阶段 个阶段： 平、综合国力和发展程度的主要标志。经历了 个阶段： 1、第一阶段（1957~1964）：基础技术与应用技术试验 、第一阶段（ ） 阶段，主要由美、苏两国完成。 阶段，主要由美、苏两国完成。 2、第二阶段（1964~1979）：实际应用发展阶段，发展 、第二阶段（ ） 实际应用发展阶段， 各种应用卫星技术：通信卫星、地球资源探测卫星、 各种应用卫星技术：通信卫星、地球资源探测卫星、导航 卫星等，主要成就有美、苏两大国在太空布置各种卫星网、 卫星等，主要成就有美、苏两大国在太空布置各种卫星网、 各种探测器飞向太阳系各大行星。 各种探测器飞向太阳系各大行星。 3、第三阶段（ 1979年至今） ： 航空航天技术的商业化 、 第三阶段（ 年至今） 年至今 与军事化发展阶段。 与军事化发展阶段。
初） 初）
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专题二 电气工程技术与理论发展
（二）电工技术的初期发展历程
法拉第（英国） 法拉第（英国）：1831年，发现电磁感应原理，奠定了发电机理论 年 发现电磁感应原理， 基础。 基础。 西门子（德国） 年设计制作了最早的标准电阻； 西门子（德国）：1860年设计制作了最早的标准电阻；1866年，发 年设计制作了最早的标准电阻 年 明了自激式励磁直流发电机； 明了自激式励磁直流发电机；1867年，设立了西门子兄弟公司。 年 设立了西门子兄弟公司。 格拉姆（法籍） 格拉姆（法籍）：1870年，发明了实用自激直流发电机。 年 发明了实用自激直流发电机。 爱迪生（美国） 爱迪生（美国）：1879年，发明了电灯；1882年，建成了纽约珍珠 年 发明了电灯； 年 街火电厂；建立了威斯康星州亚普尔顿水电站。 街火电厂；建立了威斯康星州亚普尔顿水电站。 法拉里（意大利） 法拉里（意大利）：1885年，提出旋转磁场原理，对交流电机的发 年 提出旋转磁场原理， 展具有重大意义。 展具有重大意义。 威斯汀豪（美国） 威斯汀豪（美国）：1865年，发明旋转式蒸汽机；1869年，设立威 年 发明旋转式蒸汽机； 年 斯汀豪斯空气制动器公司； 年成立威斯汀豪电气公司（ 斯汀豪斯空气制动器公司 ； 1886年成立威斯汀豪电气公司（ 西屋电 年成立威斯汀豪电气公司 气公司） 气公司）。
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专题二 电气工程技术与理论发展
为进一步集成化的需要， 为进一步集成化的需要 ， 开关电容网络和开关电容滤波 器进入电路理论的研究领域； 器进入电路理论的研究领域； 电路理论中分析、 电路理论中分析 、 综合设计的模拟电路故障诊断成为新 的研究热点（ 世纪 年代） 世纪80年代 的研究热点（20世纪 年代）； 电路的数字综合成为电路理论研究的心方向； 电路的数字综合成为电路理论研究的心方向； 计算机技术的产生和发展为电工理论的应用提供了强有 力的工具。 力的工具。
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专题二 电气工程技术与理论发展
（二）电网络理论的建立 福斯特提出电抗理论（ 福斯特提出电抗理论 （ 1924年） ， 建立了由给定频率特 年 性而设计电路的电网络综合理论； 性而设计电路的电网络综合理论； 网络分析和反馈放大器》总结了负反馈放大器的原理， 《 网络分析和反馈放大器 》 总结了负反馈放大器的原理 ， 形成了分析线性电路、控制系统的频域分析方法； 形成了分析线性电路、控制系统的频域分析方法； 梅森采用信号流图分析复杂回馈系统（ 1953年 ） ， 图论 梅森采用信号流图分析复杂回馈系统 （ 年 成为网络理论研究中的一个重要方面； 成为网络理论研究中的一个重要方面； 晶体管的问世（ 集成电路的研制（ 晶体管的问世 （ 1848年 ） 、 集成电路的研制 （ 1952年 ） ， 年 年 使对有源器件的电路分析和综合成为电路理论中的一个重 要内容； 要内容； 多端器件和集成电路器件的出现为电路提供了许多新 组件” “ 组件 ” ， 为新组件的建模及仿真成为一个急需解决的突 出问题； 出问题；
Байду номын сангаас
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专题二 电气工程技术与理论发展
特拉斯（兰斯拉夫） 特拉斯 （ 兰斯拉夫 ） ： 1883年， 发明了世界上第一台感应电动机 ； 年 发明了世界上第一台感应电动机； 1888年， 发明了两相异步特拉斯电动机和交流电力传输系统 ； 1890 年 发明了两相异步特拉斯电动机和交流电力传输系统； 发明高频发电机； 年 ， 发明高频发电机 ； 1891年， 发明特拉斯线圈 （ 变压器 ） ； 1893 年 发明特拉斯线圈（变压器） 发明了无线电传输系统。 年，发明了无线电传输系统。 1888年 ， 俄国工程师德布罗夫斯基和德尔伏发明了三相交流制 ； 年 俄国工程师德布罗夫斯基和德尔伏发明了三相交流制； 1891年， 在德国安装了世界第一台三相交流发电机 ， 并建成第一条 年 在德国安装了世界第一台三相交流发电机， 三相交流输电线路。 三相交流输电线路。
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专题二 电气工程技术与理论发展
（四）能源新技术 1、意义 、 能源是经济和社会发展的重要物质基础， 能源是经济和社会发展的重要物质基础 ， 是实现四个 现代化以提高我国人民生活水平的先决条件。 现代化以提高我国人民生活水平的先决条件。 2、内容 、 能 源 新 技 术 新能源技术 能新技术
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专题二 电气工程技术与理论发展
2、汤姆逊发表“莱顿瓶的振荡放电”论文（1853年），发 、汤姆逊发表“莱顿瓶的振荡放电”论文（ 年 电缆传输理论”论文（ 表“电缆传输理论”论文（1855年） 年 3、亥尔姆霍兹提出电路中的等效发电机模型（1853年） 、亥尔姆霍兹提出电路中的等效发电机模型（ 年 4、霍普金森提出用于磁路计算的欧姆定律（1880年） 、霍普金森提出用于磁路计算的欧姆定律（ 年 5、泰因梅茨提出计算交流电机磁滞损耗的公式（1892年）， 、泰因梅茨提出计算交流电机磁滞损耗的公式（ 年 创立计算交流电路的实用方法—“相量法”（1893年） 相量法” 创立计算交流电路的实用方法 相量法 年 6、亥维赛德提出正弦交流电路中阻抗的概念（1911年）， 、亥维赛德提出正弦交流电路中阻抗的概念（ 年 提出求解电路暂态过程的“运算法” 提出求解电路暂态过程的“运算法” 7、拉普拉斯（积分变换）、傅里叶（傅里叶变换、傅里叶 、拉普拉斯（积分变换） 傅里叶（傅里叶变换、 级数） 福台克（对称分量法） 特勒根（特勒根定理） 级数）、福台克（对称分量法）、特勒根（特勒根定理）
专题二 电气工程技术与理论发展
电工技术革命……实际上是一次巨大的革命 。 实际上是一次巨大的革命。 电工技术革命 实际上是一次巨大的革命 蒸汽机教我们把热变成机械运动， 蒸汽机教我们把热变成机械运动，而电的利用将 用我们开辟一条道路，使一切形式的能——热、 用我们开辟一条道路，使一切形式的能 热 机械运动、电、磁、光——互相转化，并在工业 机械运动、 互相转化， 互相转化 中加以应用，循环完成了。 中加以应用，循环完成了。 ——恩格斯 恩格斯
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专题二 电气工程技术与理论发展
（三）自动控制技术 1、定义 ： 自动控制是在没有人直接参与的情况下 ， 利 、 定义：自动控制是在没有人直接参与的情况下， 用控制装置， 对生产过程、 工艺参数、 用控制装置 ， 对生产过程 、 工艺参数 、 目标等进行自动调 节与控制， 使之按照预定的程序执行各项任务并达到要求 节与控制 ， 的指标。 的指标。 2、控制系统： 、控制系统： 控制系统 数学模型 控制器 控制对象 目标函数 约束条件
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专题二 电气工程技术与理论发展
一、电工技术的初期发展
（一） 人类近代的技术革命 一 三 个 阶 段 （18 理论 工 19 — ）: — ） 理论与电 理 与 的 工 —
二 （19 期 20 — —电 电 — 论 、 、 技术的 电气 （电工技术的 技术革命） 二 技术革命） （20 与人 电 21 、