1、電氣工程導論 Introduction to Electrical Engineering 黃永紅 2015年3月,2020/9/3,電氣工程概論,2, 課程性質(zhì),電氣工程概論目的 了解電氣學科的涵蓋范圍 明確學習的方向、側重點 認識今后可能的工作領域 清楚電氣學科發(fā)展方向 范圍廣、未知多了解探究,2020/9/3,電氣工程概論,3, 授課及考核方式,五個專題電氣專業(yè)五個個學科方向 掌握涉及專業(yè)的基本知識理論 掌握本專業(yè)課程涵蓋的基本內(nèi)容 了解各學科發(fā)展的方向 每專題每3人一組準備一個5分鐘ppt或者講稿，準備3分鐘的提問。講述你對于學科的認識、某個感興趣的專題或者喜歡的任何相關知識點。,20

2、20/9/3,電氣工程概論,4,國外大學設置電氣工程專業(yè)的時間 哥倫比亞大學 1882年 美國康乃爾大學 1883年 普林斯頓大學 1889年 美國德州大學 1895年 麻省理工學院（MIT） 1902年,一、電氣工程的歷史和形成,2020/9/3,電氣工程概論,5, 我國電氣專業(yè)歷史,1908年，南洋大學堂（交大）設立了電機?？莆覈钤绲碾姍C專業(yè)。 1912年，同濟醫(yī)工學堂（同濟大學）設立電機科。 1920年，公立工業(yè)專門學校（浙江大學）設立電機科。 1923年，中央大學（東南大學）設立電機工程系。 1932年，清華大學設立電機系。 1933年，北洋大學（天津大學）設立電機工程系。,清華電機

3、系,電機系主要在幾類課程上有學分要求： 人文課程讓你敢說“我上過大學”； 英語、計算機和體育課讓你敢說“我是清華的”； 數(shù)學和物理課讓你敢說“我是清華工科的”； 學科核心課讓你敢說“我是清華電類專業(yè)的”； 專業(yè)核心課讓你敢說“我是清華電機系的”。 可見，電機專業(yè)既有對專業(yè)技術的要求，又有對人文素質(zhì)方面的培養(yǎng)，力求學生的全面發(fā)展。,2020/9/3,電氣工程概論,7,電氣工程專業(yè)是工科中歷史最悠久的專業(yè)之一。 電氣工程專業(yè)在我國至今仍保持著強大的生命力。 從電氣工程專業(yè)中派生出龐大的電氣信息專業(yè)群 電子工程； 計算機工程； 自動化與儀表技術； 等離子體技術； 激光技術等現(xiàn)代高科技。,本科專業(yè)分類

4、,0806電氣信息類 080601電氣工程及其自動化 080602自動化 080603電子信息工程 080604通信工程 080605計算機科學與技術 080606電子科學與技術 080607生物醫(yī)學工程,研究生專業(yè)分類,08 工學 0808 電氣工程（一級學科，下設五個二級學科） 080801電機與電器(Electrical Machines and Apparatus) 080802電力系統(tǒng)及其自動化(Power System and its Automation) 080803高電壓與絕緣技術(High Voltage Tech. and Insulations) 080804電力電子與

5、電力傳動(Power Electronics and Electric Drives) 080805電工理論與新技術(Theories and New Tech. of Electric Engineering),電氣工程博士后流動站,江蘇大學電氣工程學科,電氣工程一級學科碩士點 二級學科博士點,電 機 與 電 器,電 力 系 統(tǒng) 及 其 自 動 化,電 力 電 子 與 電 力 傳 動,電 工 理 論 與 新 技 術,高 電 壓 與 絕 緣 技 術,特 種 電 機 與 運 動 控 制,功 率 變 換 與 電 能 質(zhì) 量,新 能 源 技 術,專業(yè)和學科的區(qū)別與聯(lián)系,專業(yè)，一般指高校或中等專業(yè)學校

6、根據(jù)社會分工需要而劃分的學業(yè)門類。實際上，專業(yè)有廣義、狹義和特指三種解釋。 學科：第一種含義是：學術的分類。指一定科學領域或一門科學的分支。如自然科學中的化學、生物學、物理學；社會科學中的法學、社會學等。 學科是與知識相聯(lián)系的一個學術概念，是自然科學、社會科學兩大知識系統(tǒng)（也有自然、社會、人文之三分說）內(nèi)知識子系統(tǒng)的集合概念，學科是分化的科學領域，是自然科學、社會科學概念的下位概念。學科的第二種含義： 指高校教學、科研等的功能單位，是對高校人才培養(yǎng)、教師教學、科研業(yè)務隸屬范圍的相對界定。 二者具有內(nèi)在的統(tǒng)一性。,專業(yè)和學科的區(qū)別與聯(lián)系,學科是科學知識體系的分類，不同的學科就是不同的科學知識體系

7、；專業(yè)是在一定學科知識體系的基礎上構成的，離開了學科知識體系，專業(yè)也就喪失了其存在的合理性依據(jù)。在一個學科，可以組成若干專業(yè)；在不同學科之間也可以組成跨學科專業(yè)。學科、專業(yè)又是不同范疇的概念，人們往往容易混淆二者的差異。,專業(yè)和學科的區(qū)別與聯(lián)系,學科與專業(yè)所追求的目標是不同的。學科發(fā)展的目標是知識的發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新。學科以知識形態(tài)的成果服務于社會，一般稱之為科研成果，科研成果又可分為科學型和技術型兩種。 專業(yè)的目標是為社會培養(yǎng)各級各類專門人才。學科與專業(yè)目標的區(qū)別表明兩者之間具有不可替代性。學科與專業(yè)并存是高校的一種特有現(xiàn)象，兩者相互依存，相互促進。 專業(yè)是學科承擔人才培養(yǎng)職能的基地；學科是專業(yè)發(fā)展

8、的基礎。一所高校的人才培養(yǎng)質(zhì)量如何，取決于其學科、專業(yè)水平。,2020/9/3,電氣工程概論,15,華東地區(qū)具有電氣專業(yè)的部分院校,江蘇 東南大學 河海大學、南航、南理工、南師大、南京工程學院、江蘇大學、南通大學、揚州大學 上海 上海交大、同濟大學、上海大學、上海電力學院 浙江 浙江大學 安徽 合肥工業(yè)大學,其他電氣工程知名高校,清華大學 華北電力大學 華中科技大學 西安交通大學 天津大學 重慶大學 四川大學 山東大學 西南交通大學,2020/9/3,電氣工程概論,17,電氣工程的地位和發(fā)展,電氣工程（Electrical Engineering，簡稱EE）是現(xiàn)代科技領域中的核心學科之一，更是

9、當今高新技術領域中不可或缺的關鍵學科。 從某種意義上講，電氣工程的發(fā)達程度代表著國家的科技進步水平。正因為此，電氣工程的教育和科研一直在發(fā)達國家大學中占據(jù)十分重要的地位。,2020/9/3,電氣工程概論,18,電氣工程的定義,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)的有關學科的總和。 21世紀的電氣工程概念已經(jīng)遠遠超出上述定義的范疇：今天的電氣工程涵蓋了幾乎所有與電子有關的工程行為。,電氣工程學科的內(nèi)涵,電氣工程學科主要是研究電能的產(chǎn)生、傳輸、轉(zhuǎn)換、控制、儲存和利用的學科。 電氣工程是從人們對電磁現(xiàn)象的研究開始，電磁理論是電氣工程的理論基礎，而電磁理論是從物理學中的電學和磁學逐步發(fā)展而形

10、成。 人類社會發(fā)展到任何時候也離不開能源，能源是人類永恒的研究對象，而電能是利用最為方便的能源形式。因此，以電能為研究對象的電氣工程學科有著十分強大的生命力。,電氣工程學科的內(nèi)涵,電氣工程是一個工程性很強的學科，正是因為電氣工程的發(fā)展，才能有龐大的電力工業(yè)，人類才不可逆轉(zhuǎn)地進入偉大的電氣化時代。 迄今為止，通信和計算機都主要以電作為信息的載體。因此，這些專業(yè)也都屬于電類專業(yè)，電氣工程實際上是其母體。電氣工程的研究對象是電能，而電信息的檢測、處理、控制等技術在電能從產(chǎn)生到利用的各個環(huán)節(jié)中都起著越來越重要的作用。因此，有關電信息的研究也成了電氣工程學科的重要組成部分。,電氣工程學科的內(nèi)涵,電氣工程

11、學科的基礎性也決定了其具有很強的學科交叉能力。電氣工程和生命科學的交叉已經(jīng)產(chǎn)生了生物醫(yī)學工程學科，對生命中電磁現(xiàn)象的研究產(chǎn)生了一門生物電磁學。電氣工程和材料科學的交叉形成了超導電工技術和納米電工技術。電氣工程和電子科學以及控制科學的交叉產(chǎn)生了電力電子技術，電力電子技術不但給電氣工程的發(fā)展帶來了極大的活力，同時也成為電氣工程的重要分支。,電氣工程學科的內(nèi)涵,電氣工程學科主要包括電工理論與新技術、電力傳動與功率變換技術、電氣裝備制造和應用、電力系統(tǒng)運行和控制四個部分。 電工理論是電氣工程的基礎，主要包括電路理論和電磁場理論，它們是物理學中電學和磁學的發(fā)展和延伸。而電子技術、計算機硬件技術等可以看成

12、是由電工理論的不斷發(fā)展而誕生，電工理論是它們的重要基礎。 電氣裝備制造主要包括發(fā)電機、電動機、變壓器等電機設備的制造，也包括開關、用電設備等電器與電氣設備的制造，還包括電力電子設備的制造、各種電氣控制裝置、電子控制裝置的制造以及電工材料、電氣絕緣等內(nèi)容。電氣裝備的應用則是指上述設備和裝置的應用。 電力系統(tǒng)運行和控制主要指電力網(wǎng)的運行和控制、電氣自動化等內(nèi)容。,電氣工程學科的方法論介紹,本學科的科學方法與其它工程技術學科類同，理論分析是其最基本的研究方法。 電氣工程學科使用的數(shù)學工具較多，理論分析在其中的地位也更為重要。 作為工科，實驗研究是最主要和最基本的手段，沒有基本的試驗條件，學生就難以掌

13、握本專業(yè)的知識。 隨著計算機技術的發(fā)展，仿真模擬也已是本學科廣泛使用的一種方法。 在使用上述理論分析、試驗研究和仿真模擬中，等效與類比都是本學科重要的科學方法。,本專業(yè)重要的課程,電路分析 自動控制原理 模擬電子技術、數(shù)字電子技術 電機學 電力電子技術與功率變換 電力工程基礎 電力系統(tǒng)微機保護與控制 可編程序控制器原理及應用 自動測量與檢測技術,電氣工程除具有其各分支學科的專業(yè)理論外，還具有本學科的共性基礎理論（電路理論、電磁場理論、電磁計量理論等），它與基礎科學（如物理、數(shù)學等）中的相應分支具有密切的聯(lián)系，但又具有明顯的差別。 基礎科學的主要任務是認識客觀世界的本質(zhì)及其內(nèi)在規(guī)律。 技術科學的

14、目的則在于改造客觀世界以達到人們的預定要求。 電工學科的基礎理論所研究的對象是經(jīng)過人類加工改造后出現(xiàn)的新現(xiàn)象，而不是自然界固有存在的現(xiàn)象。還不能只限于現(xiàn)象的分析，而應包括實現(xiàn)所需現(xiàn)象的綜合以及為此所需的代價，從而使方法和途徑也占有重要地位。,電氣工程概論,電氣測量技術在電氣工程各分支學科的技術發(fā)展中具有耳目和神經(jīng)的作用，它是定量研究電氣工程技術問題的手段，隨著各分支學科的發(fā)展而迅速發(fā)展。 電氣測量技術及其儀器的自動化、微機化、智能化、多功能化等發(fā)展趨勢，已深深滲透到電氣工程各分支學科的測量技術中。 新原理、新技術和新儀器日新月異，例如測量、監(jiān)視、控制等多功能新型裝置以及現(xiàn)場測試或?qū)崟r監(jiān)測技術對

15、整體系統(tǒng)精度的改進等，都對電氣工程分支學科的發(fā)展起了重要作用。,電氣工程概論,電氣工程的地位和發(fā)展,解放前，我國電工科學的基礎薄弱而落后。建國后，有了多方面的巨大發(fā)展。,我國一次能源總產(chǎn)量達10.9億噸標準煤（2000），居世界第三位，比1949年增長了44倍。但電能比重仍較落后，只占國民經(jīng)濟總能源消耗的25%左右。,1949年,我國電力工業(yè)的發(fā)電量4.3億kWh（世界排序第25位）、裝機容量1850MW（世界排序第21位）。 2003年，分別增加到19052億kWh和391GW（皆居世界第二位），各增大443倍和211倍。 截至2003年底，我國水電裝機達92170MW，占發(fā)電總裝機的24，

16、年發(fā)電量2830億kWh，占總發(fā)電量的15。,電氣工程的地位和發(fā)展,電工制造業(yè)以技術復雜的汽輪發(fā)電機組為例： 我國1956年才試制成功6000kW機組； 2002年，已制成并投產(chǎn)900MW，即46年期間汽輪發(fā)電機組單機容量的制造能力擴大到1500倍，居于世界先進行列。,電氣工程的地位和發(fā)展,在斷路器和避雷器等電器制造方面： 解放時，我國只能制造10kV的充油式斷路器； 目前，可制造500kV新型的SF6的斷路器；從10kV管式避雷器提高到500kV氧化鋅避雷器的制造水平，均已進入了世界先進行列。,電氣工程的地位和發(fā)展,以大型電力變壓器為例： 1923年，我國生產(chǎn)第一臺三相電力變壓器50kVA；

17、 1948年，制成國內(nèi)最大的6.6kV三相2500kVA電力變壓器； 本世紀初，我國已能生產(chǎn)500kV的三相750MVA和成組1000kV/250MVA的單相電力變壓器，按三相容量計算，制造能力擴大到300倍。,電氣工程的地位和發(fā)展,在輸電線路方面： 1949年，我國只有一回220kV線路，全部35kV以上輸電線僅6475km； 1999年底，我國超高壓輸電500kV（含直流線路）達22927km ，變電容量達80120MVA ；220kV以上輸電線路總長達495123km、變電容量達593690MVA。,電氣工程的地位和發(fā)展,在電氣化方面： 工業(yè)用電量占全部電能生產(chǎn)的71.5%（2001），

18、每年新增發(fā)電量的64.6%用于工業(yè)用電，其中輕工業(yè)用電的年增長率已達14.6%。 農(nóng)業(yè)用電增長也很快，自解放以來，平均每年以24%的高速增長，在全國2300個縣中，已有2280個縣用上了電。 第三產(chǎn)業(yè)用電（包括市政商業(yè)和交通通信）和居民用電量到2001年已達電能總生產(chǎn)量的24.61%。,電氣工程的地位和發(fā)展,在電力電子和電工新技術領域： 1962年，我國試制出第一個晶閘管； 目前，已能批量生產(chǎn)電流達3000A、電壓為8500V的晶閘管，并能研制生產(chǎn)和應用快速、全控器件或設備。,電氣工程的地位和發(fā)展,在電力系統(tǒng)方面： 1949年，只有東北、京津唐和上海三個容量不大（分別為646，259和250MW）的電力系統(tǒng)； 2003