電氣工程導論序資料來源：序把供電單元輸出的功率10kW電力以微波無線傳輸，用接收到的部分電力點亮了500m遠處受電單元側設置的LED燈。500m的無線供電是日本最長的距離，10kW的輸出功率在日本也是最大的。序這門課有什么用？1.了解電氣工程的概貌2.調查電氣工程教育的國內外慨況3.整理電氣工程學科研究的現狀和未來方向4.對就業領域及未來工作環境作準備序這門課怎么考試？1.27位同學分為5個小組（每5人一組）2.對小組工作的貢獻30%3.小組總體表現30%4.出勤10%5.課程測驗30%序項目工作初步計劃：1.分組工作及推選組長（含推選各組發言人）及評估；2.美國電氣工程專業調查報告（詳細課程說明及研究

內容說明）；3.各類發電系統的原理及評估；4.典型電力裝備的原理及評估；5.電氣工程學科前沿問題描述及討論。導論分為三個部分：

一、電氣工程學科的起源

二、電氣工程的主要研究內容及應用領域

三、電氣工程學科的發展趨勢

一、電氣工程學科的起源關于Electricity“電”,英國科學家W.吉爾伯特（WilliamGilbert）1600年發表了《論磁》OntheMagnet一書，該書系統地討論了地球的磁性，認為地球是個大磁石?？梢岳么艃A角判斷地球各處的緯度。并根據希臘文字（?λ?κτρον）和拉丁文字electrum創造了Electricity這個詞。一、電氣工程學科的起源1600年摩擦起電機1729年發現導體1745年發現電可儲存并制成萊頓瓶19世紀制造帶有萊頓瓶的摩擦起電機一、電氣工程學科的起源1752年首次將正、負號用于電學中BenjaminFranklin1777年發明能夠測量電荷量的扭力天平CharlesAugustindeCoulomb1785年庫倫定律1800年發明伏特電池將化學能轉換成電能AlessandroVolta1820年發現電可轉化為磁現象丹麥科學家奧斯特1820年發現兩根通電導線之間會發生吸引或排斥AndreMarieAmpere

安培定律成為電動力學的基礎1827年用公式描述電壓、電流、電阻之間的關系，創立了電學中最基本

的定律：歐姆定律GeorgSimonOhm一、電氣工程學科的起源庫倫定律：真空中兩個靜止的點電荷之間的相互作用力，與它們的電荷量的乘積成正比，與它們的距離的二次方成反比，作用力的方向在它們的連線上，同名電荷相斥，異名電荷相吸。一、電氣工程學科的起源安培一、電氣工程學科的起源1831年“電磁感應”實驗MichaelFaraday1864年建立麥克斯韋方程JamesLudwigMaxwell詹姆斯·克拉克·麥克斯韋邁克爾·法拉第一、電氣工程學科的起源麥克斯韋方程組（Maxwell‘sequations），是一組描述電場、磁場與電荷密度、電流密度之間關系的偏微分方程。它由四個方程組成：描述電荷如何產生電場的高斯定律、論述磁單極子不存在的高斯磁定律、描述電流和時變電場怎樣產生磁場的麥克斯韋-安培定律、描述時變磁場如何產生電場的法拉第感應定律。1.積分形式的麥克斯韋方程組2.微分形式的麥克斯韋方程組一、電氣工程學科的起源大學備注年份專業名稱郵傳部上海高等實業學堂后來的上海交通大學1908年電機?？仆瑵t工學堂后來的同濟大學1912年機電科求實學院后來的浙江大學1920年電機科東南大學后并入中央大學1923年電機工程系清華大學1932年電機系北洋大學后來的天津大學1933年電機工程系我國早期大學設立電類專業的年份資料來源：《百年回眸----中國電氣工程高等教育100周年》一、電氣工程學科的起源關注美國11所大學的電氣工程專業

#4伊利諾伊大學香檳分校

一、電氣工程學科的起源一級學科博士點一級學科碩士點華中科技大學華中科技大學武漢大學武漢大學海軍工程大學海軍工程大學湖北工業大學三峽大學湖北省具有電氣工程一級學科的高校二、電氣工程的主要研究內容及應用領域電機與電器高電壓與絕緣技術電力系統及其自動化電力電子與電力傳動電工理論新技術電機與電器電機與電器電機分類：●按運行速度分：1.變壓器----非旋轉電機2.直流電機----沒有固定的同步速度3.異步電機----轉子速度永遠與同步速度有差異4.同步電機----速度等于同步速度5.交流換向器電機----速度可在寬范圍內調節●特種電機：步進電機、直線電機、無刷電機、稀土永磁電機、開關磁阻電機、超聲波電機等。電機與電器直線電機linearmotor直線電機是一種將電能直接轉換成直線運動機械能，而不需要任何中間轉換機構的傳動裝置。它可以看成是一臺旋轉電機按徑向剖開，并展成平面而成。高速磁懸浮列車磁懸浮列車是直線電機實際應用的最典型的例子，美、英、日、法、德、加拿大等國都在研制直線懸浮列車，其中日本進展最快。電機與電器無刷電機Brushlessmotor

無刷電機和有刷電機有相似之處，也有轉子和定子，只不過和有刷電機的結構相反；有刷電機的轉子是線圈繞組，和動力輸出軸相連，定子是永磁磁鋼；無刷電機的轉子是永磁磁鋼，連同外殼一起和輸出軸相連，定子是繞組線圈，去掉了有刷電機用來交替變換電磁場的換向電刷。依靠改變輸入到無刷電機定子線圈上的電流波交變頻率和波形，在繞組線圈周圍形成一個繞電機幾何軸心旋轉的磁場，這個磁場驅動轉子上的永磁磁鋼轉動，電機就轉起來了。電機與電器稀土永磁電機唐任遠（1931.6.25——）電氣工程專家，上海市人。1952年畢業于上海交通大學?，F任沈陽工業大學研究所所長、教授、國家稀土永磁電機工程技術研究中心主任。2001年當選為中國工程院院士。創建稀土永磁電機理論研究體系和開發技術，在防失磁和永磁磁路設計等關鍵技術上有重大突破。在實踐中取得重大成果：研制成我國首臺稀土永磁電機；與工廠聯合開發出當時世界容量最大60～160kVA稀土永磁副勵磁機，近期主持研制成1120kW異步起動稀土永磁同步電動機等12種稀土永磁電動機，電機與電器超聲波電動機(UltrasonicMotor縮寫USM)是以超聲頻域的機械振動為驅動源的驅動器。與傳統的電機不同，超聲波電機無繞組和磁極，無需通過電磁作用產生運動力。一般由振動體(相當于傳統電原理機中的定子，由壓電陶瓷和金屬彈性材料制成)和移動體(相當于傳統電機中的轉子，由彈性體和摩擦材料及塑料等制成)組成。在振動體的壓電陶瓷振子上加高頻交流電壓時，利用逆壓電效應或電致伸縮效應使定子在超聲頻段(頻率為20KHZ以上)產生微觀機械振動。并將這種振動通過共振放大和摩擦耦合變換成旋轉或直線型運動。超聲波電機UltrasonicMotor電機與電器散熱器風扇電動機油冷卻風扇電動機空調熱風電動機阻流片控制電動機自動空調執行器真空泵前燈雨刷減震直線電動機自動窗電動機后視鏡電動機燃油泵自動門鎖電動機碰撞緩沖器控制電機后燈雨刷電動機后雨刷電動機空氣凈化器后部空調自動伸縮天線電動機熱量回收泵自動水平校正器自動調速泵油門控制電動機啟動電動機前雨刷電動機風擋清潔泵座椅滑動控制電動機座椅升降電動機座椅角度調整電動機空氣靠墊泵電動按摩坐墊DVD電動機電機與電器電機應用領域電力工業：汽輪發電機水輪發電機風力發電機工業與建筑業：機床軋鋼機鼓風機印刷機水泵抽油機起重機傳送帶生產設備電梯自動門旋轉門交通運輸：電力機車與城市軌道交通內燃機車船泊汽車電動汽車磁懸浮列車驅動直線電動機輪軌車輛驅動醫療：心電機X光機CT機呼吸機電動輪椅人工心臟人造器官辦公設備：DVD驅動器磁盤驅動器打印機復印機傳真機碎紙機家用電器：電冰箱空調器吸塵器電風扇抽油煙機吹風機電動牙刷微波爐轉盤航空、航天、國防：直線感應電動機飛機助推器全電艦船軍用雷達航空器其他領域：演出設備運動訓練設備家具游樂設備電動玩具電機與電器電動機的選用與控制電動機種類的選擇電動機功率的選擇電動機的啟動控制電動機的調速控制電機學研究的內容高效節能電機成為全球電機產業發展共識新能源汽車發展帶動驅動電機快速增長電機與電器電器的概念：●廣義的電器概念：指所有的用電器具及設備●特指的電器概念：在電氣工程中，電器指用于對電路接通、分斷，對電路參數進行變換，實現對電路或設備的控制、調節切換、和保護等作用的電工裝備、設備和組件。（電機、變壓器在這里稱為生產和變換電能的機械，不屬電器之列。）電機與電器電器的分類：●按功能分類：1.用于接通和分斷電路的電器如：刀開關、接觸器、負荷開關、隔離開關、斷路器等。2.用于控制電路的電器如：電磁起動器、星-三角起動器、自耦減壓起動器、頻敏起動器、變阻器、控制繼電器等。電機與電器電器的分類：●按功能分類：3.用于切換電路的電器如：轉換開關、主令電器等。4.用于檢測電路參數的電器如：互感器、傳感器等。5.用于保護電路的電器如：熔斷器、斷路器、限流電抗器、避雷器等。電機與電器電器的分類：●按工作電壓分類：1.低壓電器工作交流電壓在1000V及以下、直流電壓在1500V及以下的電器。2.高壓電器工作交流電壓在1000V以上、直流電壓在1500V以上的電器。1.火力發電2.水力發電3.太陽能熱發電4.太陽能光伏發電5.核能發電6.潮汐發電7.海水發電8.儲能電站9.垃圾發電10.秸稈（氣化/燃燒）發電電機與電器隔離開關高壓負荷開關高電壓與絕緣技術2013年1月特高壓交流輸電項目獲國家科技進步獎特等獎

已經建成的1000千伏晉東南—南陽—荊門特高壓交流試驗示范工程，線路全長約640千米，投運4年以來一直保持安全穩定運行，累計向華中地區送電296.44億千瓦時，拉動GDP增長3200多億元，替代輸煤約960萬噸，極大緩解了華中地區缺電局面；向華北地區送水電122.81億千瓦時，減少棄水電量55億千瓦時，節約用煤400多萬噸，減排二氧化碳1200多萬噸，成為我國南北方向一條重要能源輸送通道。高電壓與絕緣技術對于電力系統而言：高電壓：1kV以上至220kV超高壓(EHV)：220kV至800kV特高壓(UHV)：1000kV以上用輸電線將發電廠發出的電能輸送到用戶：交流發電機發出的6~10kV的電壓，經變壓器升壓，通過主干輸電線送到需求地附近的高壓或超高壓變電站，經過降壓，送到二級高壓變電站或特別高壓用戶變電站中，然后通過二級輸電線送到配電變電站，經過配電變壓器降壓，輸送到用戶。在這一過程中，必須盡可能提高輸電電壓，因為電流大時，在輸電線電阻R上引起的熱損耗將增大。提高輸電電壓，可以提高輸出功率，降低損耗。高電壓與絕緣技術電壓提高以后，對絕緣就提出了更高的要求。

電氣絕緣需具備維護高電壓長期安全工作的功能。這也是將高電壓技術與絕緣技術一起討論的原因。高電壓與絕緣技術是以試驗研究為基礎的應用技術（有別于以工程設計為基礎的應用技術），主要研究內容包括：1.高電壓作用下各種絕緣介質的性能和不同類型的放電現象；2.高電壓設備的絕緣結構設計；3.高電壓試驗和測量的設備及方法；4.電力系統的過電壓、高電壓或大電產生的強電場、強磁場或電磁波對環境的影響和防護；5.高電壓、大電流的應用。高電壓與絕緣技術高電壓的產生高電壓可由一些物理現象自然形成，如雷電、靜電等，也可以是為達到某種目的而人為產生，如高壓靜電起電機。電力系統一般通過高壓變壓器，高壓電路瞬態過程變化產生高電壓。高電壓與絕緣技術雷電放電過程電流100kA，電壓108kV，持續時間短

當帶電的雷云之間或雷云與大地之間出現很高的電位差時，就會發生放電，放電過程產生強烈的光和熱，通道溫度達到15000~20000℃,使空氣急劇膨脹、震動，發出隆隆響聲，形成雷閃。雷擊的電功率很大，雷電電流大100kA，雷云電壓達108V左右，功率為1010kW。但是雷電能量持續的時間非常短。因此，把雷電轉化為可利用的能源價值不大。高電壓與絕緣技術

范德格拉夫起電機（VandeGraaffgenerator），又稱范德格拉夫加速器，是一種用來產生靜電高壓的裝置。該裝置于1929年由荷蘭裔美國物理學家羅伯特·杰米森·范德格拉夫發明。范德格拉夫起電機通過傳送帶將產生的靜電荷傳送到中空的金屬球表面。范德格拉夫起電機非常易于獲得非常高的電壓，現代的范德格拉夫起電機電勢可達500萬伏特。曾被用作正離子加速器和高穿透性X射線發生器的電源。產生正極性電的范德格拉夫起電機可用作正離子的加速電源，產生負極性電的則可用于高穿透性的X射線發生器中。高電壓與絕緣技術高電壓發生裝置發電機電力變壓器專門的高電壓發生裝置交流高電壓發生裝置：工頻試驗裝置、串聯諧振試驗裝置、低頻試驗裝置。直流高電壓發i生裝置：指主要用于絕緣和漏電檢測中的高壓電源。還作帶電粒子加速器、電子顯微鏡、X射線機、靜電除塵器的直流高壓電源。采用了高頻倍壓電路，應用了最新的PWM高頻脈寬調制技術，閉環調整，采用了電壓大反饋，使電壓穩定度大幅度提高。使用性能卓越的大功率IGBT器件及其驅動技術，并根據電磁兼容性理論，采用特殊屏蔽、隔離和接地等措施。沖擊電壓電流發生裝置：沖擊電壓裝置、沖擊電流裝置。高電壓與絕緣技術

沖擊電壓裝置（人工模擬雷電沖擊、操作沖擊）主要用于電力設備等試品進行雷電沖擊電壓全波、雷電沖擊電壓截波和操作沖擊電壓波的沖擊電壓試驗，檢驗絕緣性能。6000kV沖擊電壓發生器高電壓與絕緣技術

沖擊電流裝置主要用于檢驗電氣設備耐受沖擊電流穩定的能力，廣泛應用于氧化鋅避雷器閥片進行沖擊電流試驗，還可以用于產生等離子體、進行受控核聚變研究、產生液電效應等研究性試驗。沖擊電流發生器高電壓與絕緣技術三大類絕緣材料1.氣體常用的氣體絕緣材料有：空氣、氮氣、六氟化硫。2.液體主要有礦物絕緣油、合成絕緣油（硅油、十二烷基苯、聚異丁烯、異丙基聯苯、二芳基乙烷等）。3.固體有機固體：絕緣漆、絕緣膠、絕緣紙、絕緣纖維制品、塑料、橡膠、漆布漆管及絕緣浸漬纖維制品、電工用薄膜、復合制品和黏帶、電工層壓制品等。無機固體：云母、玻璃、陶瓷制品?！竟腆w絕緣材料品種多樣，也最為重要】高電壓與絕緣技術絕緣材料在電氣設備中的應用金屬導體在高電壓下長期通電流使用，其性能幾乎不劣化。絕緣材料（多為高分子材料）隨著帶高電壓時間延長，其絕緣性能有下降傾向。因此，高電壓系統對提高絕緣材料的長期特性、絕緣設計合理化、運行中電機電器的絕緣診斷等理論和技術都有很高的要求。不同的電氣設備選用不同的絕緣材料：發電機繞組通常采用環氧酚云母帶。變壓器主要采用油-紙絕緣、樹脂固體絕緣、六氟化硫絕緣。斷路器主要采用油、空氣、六氟化硫、真空，相對應的有油斷路器、空氣斷路器、六氟化硫斷路器和真空斷路器。電容型設備主要采用油-紙絕緣。架空輸電線路采用分裂導線，即將一根導線用幾根電位相等但相互有一定空間間隔到線代替，以提高輸電線路的電暈起始電壓。高電壓與絕緣技術氣體絕緣變電站簡介GIS（GasInsulatedSubstation）氣體絕緣變電站的英文名字簡稱。在氣體絕緣變電站中，大部分的電氣設備都是被直接或間接密封在金屬管道和套管所組成的管道樹中，從外部看不到任何開關、線路和接線端子。管道樹的內部全部采用SF6氣體作為絕緣介質，并將所有的高壓電器元件密封在接地金屬筒中。它是由斷路器、母線、隔離開關、電壓互感器、電流互感器、避雷器、母線、套管8種高壓電器組合而成的高壓配電裝置。（1）GIS具有占地面積小、體積小，重量輕、元件全部密封不受環境干擾。（2）操作機構無油化，無氣化，具有高度運行可靠性。（3）GIS采用整塊運輸，安裝方便，周期短，安裝費用較低；檢修工作量小時間短。共箱式GIS全部采用三相機械聯動，機械故障率低。（4）優越的開斷性能——斷路器采用新的滅弧原理為基礎的自能滅弧室（自能熱膨脹加上輔助壓氣裝置的混合式結構）,充分利用了電弧自身的能量。（5）損耗少、噪音低——GIS外殼上的感應磁場很小，因此渦流損耗很小，減少了電能的損耗。彈簧機構的采用，使得操作噪音很低。高電壓與絕緣技術高電壓與絕緣技術電氣設備絕緣試驗工程上的電介質在電場作用下的主要物理現象如極化、電導、損耗、擊穿等，很難用工程理論的分析得到圓滿解決，這時就需要依靠試驗技術來進行研究、解釋和判斷。通過電氣設備絕緣試驗，保證產品質量、盡早發現絕緣缺陷，從而進行相應的維護和檢修，保證設備安全運行。絕緣試驗包括：電氣設備的出廠試驗；安裝時的交接試驗；運行中定期進行的預防性試驗。附注：電氣工程總體上屬于工程學科，同屬于工程學科的還有：機械工程、土木工程等。（一般稱為工學）材料科學、化學、食品、醫學等學科屬于試驗學科。（一般稱為理學）高電壓與絕緣技術電氣設備絕緣試驗的主要內容1.絕緣電阻及吸收比的測量；2.泄漏電流的測量；3.介質損失角正切值tanδ的測量；4.局部放電測量；5.絕緣油的色譜分析；6.工頻交流耐壓試驗；7.直流耐壓試驗；8.沖擊高壓試驗；9.電氣設備的在線監測。高電壓與絕緣技術工頻耐壓試驗設備高電壓與絕緣技術局部放電測試系統高電壓與絕緣技術絕緣油色譜分析儀高電壓與絕緣技術高電壓技術應用舉例1.等離子體技術及其應用2.激光放電3.液電效應及其應用4.靜電技術及其應用5.在環保領域的應用6.在材料、冶金及加工中的應用7.在照明技術中的應用靜電分選設備電力系統及其自動化一次能源可以直接利用的能源（直接提供熱、光、動力）稱為一次能源。植物能源（柴草等）礦物能源（煤、油、天然氣、可燃冰等不可再生能源）可再生能源（水、風、潮汐、地熱、太陽能等）核能（核裂變、核聚變）二次能源由一種或多種一次能源經過轉換或加工得到的能源（如電能）稱為二次能源。電力系統及其自動化發電利用各種一次能源資源，生產電能。發電過程就是各種不同形式能源轉換為電能的過程。發電廠的類型有：1.火力發電2.水力發電3.太陽能熱發電4.太陽能光伏發電5.核能發電6.潮汐發電7.海水發電8.儲能電站9.垃圾發電10.秸稈（氣化/燃燒）發電11.地熱發電電力系統及其自動化輸電電力的輸送。從發電廠或發電中心向消費電能地區輸送大量電力，或在不同電力網之間輸送大量電力。由220kV及以上電壓等級的電力線路及變電站構成的輸電網絡完成。變電電壓等級的變換。在變電站內，由變壓器將某個電壓等級變換至不同電壓等級。配電電能的分配供給。在消費電能地區內，將電能分配給用戶。根據電壓等級不同，分為：

高壓配電：35kV~110kV

中壓配電：1kV~35kV

低壓配電：1kV以下，如380/220V由相應電壓等級的配電線路及配電變電站或變壓器構成的配電網絡完成。電力系統及其自動化用電電能消費。電能送到用戶后，借助各種用電設備將電能轉換為機械能、熱能、光能、化學能等。電網用