电气工程导论PPT

电机与电器 超声波电机 Ultrasonic Motor
超声波电动机(Ultrasonic Motor缩写USM)是以超声频
域的机械振动为驱动源的驱动器。与传统的电机不同，超
声波电机无绕组和磁极，无需通过电磁作用产生运动力。 一般由振动体(相当于传统电原理机中的定子，由压电陶 瓷和金属弹性材料制成)和移动体(相当于传统电机中的转 子，由弹性体和摩擦材料及塑料等制成)组成。在振动体 的压电陶瓷振子上加高频交流电压时，利用逆压电效应或 电致伸缩效应使定子在超声频段(频率为20KHZ以上)产生
1827年 用公式描述电压、电流、电阻之间的关系，创立了电学中最基本
的定律：欧姆定律 Georg Simon Ohm
一、电气工程学科的起源
库伦定律：真空中两个静止 的点电荷之间的相互作用力，
与它们的电荷量的乘积成正
比，与它们的距离的二次方 成反比，作用力的方向在它
们的连线上，同名电荷相斥，
异名电荷相吸。
一、电气工程学科的起源
安培
一、电气工程学科的起源
欧姆
一、电气工程学科的起源
1831年 “电磁感应”实验 1864年 建立麦克斯韦方程 Michael Faraday James Ludwig Maxwell
迈克尔· 法拉第
詹姆斯· 克拉克· 麦克斯韦
一、电气工程学科的起源
麦克斯韦方程组（Maxwell‘s equations），是一组描述电场、磁场与电荷密度、电流密度之间关系的 偏微分方程。它由四个方程组成：描述电荷如何产生电场的高斯定律、论述磁单极子不存在的高斯磁 定律、描述电流和时变电场怎样产生磁场的麦克斯韦-安培定律、描述时变磁场如何产生电场的法拉 第感应定律。
二、电气工程的主要研究内容及应用领域
电机与电器 高电压与绝缘技术 电力系统及其自动化 电力电子与电力传动 电工理论新技术
电机与电器
电机分类： ●按功率转换方向分： 1.发电机----将机械功率转换为电功率 2.电动机----将电功率转换为机械功率 ●按应用电流的种类分： 1.直流电机----使用直流电流 2.交流电机----使用交流电流 发电机
（SRM）是SRD中实现机电能量转换的部件，也是SRD
有别于其他电动机驱动系统的主要标志。SRM系双凸极 可变磁阻电动机，其定、转子的凸极均由普通硅钢片叠压 而成。转子既无绕组也无永磁体，定子极上绕有集中绕组， 径向相对的两个绕组联接起来，称为“一相”，SR电动 机可以设计成多种不同相数结构，且定、转子的极数有多 种不同的搭配。
突破。在实践中取得重大成果：研制成我国首台稀土永磁电机；与工厂联合开发出当时世界容量
最大60～160kVA稀土永磁副励磁机，近期主持研制成1120kW异步起动稀土永磁同步电动机等 12种稀土永磁电动机，
电机与电器 开关磁阻电机 Switched Reluctance Drive
开关磁阻电动机调速系统所用的开关磁阻电动机
●特种电机：
步进电机、直线电机、无刷电机、稀土永磁电机、开关磁阻电机、超声波电 机等。
电机与电器 步进电机 stepping motor
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或
线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的
情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉 冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影
响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就
微观机械振动。并将这种振动通过共振放大和摩擦耦合变
换成旋转或直线型运动。
电机与电器
座椅滑动控制电动机 座椅升降电动机 座椅角度调整电动机 空气靠垫泵
DVD电动机
自动伸缩天线电动机
电动按摩坐垫
前雨刷电动机 风挡清洁泵 启动电动机 热量回收泵 空气净化器 后部空调
自动水平校正器
自动调速泵 油门控制电动机 散热器风扇电动机 自动空调执行器 真空泵 前灯雨刷 减震直线电动机 自动窗电动机 后视镜电动机
1752年 首次将正、负号用于电学中 1785年 库伦定律 1800年 发明伏特电池将化学能转换成电能 Alessandro Volta 1820年 发现电可转化为磁现象 丹麦科学家奥斯特 1820年 发现两根通电导线之间会发生吸引或排斥 Andre Marie Ampere 安培定律成为电动力学的基础 Benjamin Franklin 1777年 发明能够测量电荷量的扭力天平 Charles Augustin de Coulomb
1. 积分形式的麦克斯韦方程组
2. 微分形式的麦克斯韦方程组
一、电气工程学科的起源
我国早期大学设立电类专业的年份
大学
邮传部上海高等实业学堂 同济医工学堂 求实学院 东南大学 清华大学 北洋大学 后来的天津大学
备注
年份
专业名称
电机专科 机电科 电机科 电机工程系 电机系 电机工程系
后来的上海交通大学 1908年 后来的同济大学 后来的浙江大学 后并入中央大学 1912年 1920年 1923年 1932年 1933年
●按功率大小分：
1.大型电机 2.中小型电机
3微型电机
电动机
电机与电器
电机与电器
电机分类： ●按运行速度分： 1.变压器----非旋转电机 2.直流电机----没有固定的同步速度 3.异步电机----转子速度永远与同步速度有差异 4.同步电机----速度等于同步速度 5.交流换向器电机----速度可在宽范围内调节
后雨刷电动机 后灯雨刷电动机
碰撞缓冲器控制电机 自动门锁电动机 燃油泵
油冷却风扇电动机
空调热风电动机 阻流片控制电动机
电机与电器
电机应用领域
电力工业：
汽轮发电机 水轮发电机
交通运输：
电力机车与城市轨道交通 内燃机车 船泊 汽车 电动汽车 磁悬浮列车驱动 直线电动机轮轨车辆驱动
办公设备：
DVD驱动器 磁盘驱动器 打印机 复印机 传真机 碎纸机
http://www.ece.gatech.edu/
http://eecs.umich.edu/ http://www.ece.cmu.edu/ http://ee.princeton.edu/ http://www.ece.cornell.edu/
http://www.admissions.purdue.edu/majors
际应用的最典型的例子，美、英、日、法、德、 加拿大等国都在研制直线悬浮列车，其中日本 进展最快。
电机与电器 无刷电机 Brushless motor
无刷电机和有刷电机有相似之处，也有转子和定子，
只不过和有刷电机的结构相反；有刷电机的转子是线圈绕
组，和动力输出轴相连，定子是永磁磁钢；无刷电机的转 子是永磁磁钢，连同外壳一起和输出轴相连，定子是绕组 线圈，去掉了有刷电机用来交替变换电磁场的换向电刷。 依靠改变输入到无刷电机定子线圈上的电流波交变频率和 波形，在绕组线圈周围形成一个绕电机几何轴心旋转的磁 场，这个磁场驱动转子上的永磁磁钢转动，电机就转起来
ENGINEERING
中国电机工程学报： Proceedings of the CSEE 清华大学电机工程与应用电子技术系：Tsinghua University
Department of ELECTRICAL ENGINEERING
一、电气工程学科的起源
关于Electricity“电”,英国 科学家W .吉尔伯特（William Gilbert）1600年发表了《论磁》 On the Magnet 一书，该书系 统地讨论了地球的磁性，认为 地球是个大磁石。可以利用磁 倾角判断地球各处的纬度。并
序
项目工作初步计划：
1.分组工作及推选组长（含推选各组发言人）及评估；
2.美国电气工程专业调查报告（详细课程说明及研究
内容说明）；
3.各类发电系统的原理及评估；
4.典型电力装备的原理及评估；
5.电气工程学科前沿问题描述及讨论。
导论分为三个部分：
一、电气工程学科的起源 二、电气工程的主要研究内容及应用领域
电机与电器 稀土永磁电机
唐任远（1931.6.25——）电气
工程专家，上海市人。1952年毕业 于上海交通大学。现任沈阳工业大学
研究所所长、教授、国家稀土永磁电
机工程技术研究中心主任。2001年 当选为中国工程院院士。 创建稀土永磁电机理论研究体系和开发技术，在防失磁和永磁磁路设计等关键技术上有重大
资料来源：《百年回眸----中国电气工程高等教育100周年》
一、电气工程学科的起源
关注美国11所大学的电气工程专业
http://www.eecs.mit.edu http://ee.stanford.edu/
http://engineering.berkeley.edu/academics
/undergraduate-programs/electricalengineering-computer-sciences http://www.eecns.caltech.edu/ http://www.ece.illinois.edu/academics/
三、电气工程学科的发展趋势
一、电气工程学科的起源
“电气工程”英文为：Electrical Engineering 这个词早期的翻译是：“电机工程” Electrical Engineering 目前仍被翻译成“电机工程”有3个地方： 中国电机工程学会： CHINESE SOCIETY FOR ELECTRICAL
根据希腊文字（ƞλɛκτρον）和
拉丁文字electrum创造了 Electricity这个词。
一、电气工程学科的起源
1600年 摩擦起电机 1729年 发现导体 1745年 发现电可储存并制成莱顿瓶 19世纪 制造带有莱顿瓶的摩擦起电机
www.sparkmuseum.com
一、电气工程学科的起源
了。
电机与电Fra Baidu bibliotek 稀土永磁电机
稀土永磁电机的工作原理与电励磁同步电机相同，区
别在于前者是以永磁体替代励磁绕组进行励磁。当永磁电
机的三相定子绕组（各相差120°电角度）通入频率为f的 三相交流电后，将产生一个以同步转速推移的旋转磁场。 稳态情况下，主极磁场随着旋转磁场同步转动，因此转子 转速亦是同步转速，定子旋转磁场恒与永磁体建立的主极 磁场保持相对静止，它们之间相互作用并产生电磁转矩， 驱动电机旋转并进行能量转换。
驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角 度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角 度一步一步运行的。
电机与电器 直线电机 linear motor
直线电机是一种将电能直接转换成直线运
动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动
装置。它可以看成是一台旋转电机按径向剖开， 并展成平面而成。
高速磁悬浮列车 磁悬浮列车是直线电机实
航空、航天、国防：
直线感应电动机飞机助推器 全电舰船 军用雷达 航空器
风力发电机
工业与建筑业：
机床 轧钢机 鼓风机 印刷机 水泵 抽油机 起重机
其他领域：
演出设备 运动训练设备
家用电器：
电冰箱 空调器 吸尘器 电风扇 抽油烟机 吹风机
医疗：
心电机 X光机 CT机 呼吸机 电动轮椅
家具
游乐设备 电动玩具
/majors_details.php?MjrCd=ELECENG
#4伊利诺伊大学香槟分校 http://www.ece.illinois.edu/academics/
一、电气工程学科的起源
湖北省具有电气工程一级学科的高校
一级学科博士点 华中科技大学 武汉大学 海军工程大学 一级学科硕士点 华中科技大学 武汉大学 海军工程大学 湖北工业大学 三峡大学
最长的距离，10kW的输出功率在日本也是最大的。
序
两个问题：
1.这门课有什么用？
2.这门课怎么考试？
序 这门课有什么用？
1.了解电气工程的概貌
2.调查电气工程教育的国内外慨况
3.整理电气工程学科研究的现状和未来方向
4.对就业领域及未来工作环境作准备
序
这门课怎么考试？
1.27位同学分为5个小组（每5人一组） 2.对小组工作的贡献30% 3.小组总体表现30% 4.出勤10% 5.课程测验30%
电气工程导论
廖家平
序
资料来源：http://www.eecs.mit.edu/
序
周克定，男，1921年6月1日生，
湖南湘阴人，中国首批国家学位委员
会评选的博士生导师，湖北工业大学
和华中理工大学（现华中科技大学）
教授，著名工程电磁场专家，中国民
主同盟盟员。
序
把供电单元输出的功率10kW电力以微波无线传输，用接收到的部分 电力点亮了500m远处受电单元侧设置的LED灯。500m的无线供电是日本