電氣工程ABC-企業(yè)供電實習講座

電氣工程ABC

供電實習講座一、電氣工程的名稱及內涵二、電氣工程的學科地位三、電氣工程的體系結構和研究內容四、電氣工程的前沿領域五、電氣工程的發(fā)展趨勢2/2/20231一、電氣工程的名稱及內涵01

對于現(xiàn)代人的生活來說，電已經(jīng)成為不可缺少的東西，這是不言而喻的。無論是在家里還是在學校，或者在車間還是在街上，我們每天的生活都受到眼睛看不見的電的恩惠。比如電燈和電扇、冷暖空調和電視機，還有微波爐和電冰箱，從電話、衛(wèi)星轉播直至計算機，我們舒適安全的生活離開了電就一天也不能維持下去。2/2/20232一、電氣工程的名稱及內涵02

對我們來說，電是最重要的“生命線”之一。為了產生出電并把它輸送到每戶家庭和車間，使它能得到合理有效的利用，無數(shù)的人正在日以繼夜地努力工作著。而電的生產、輸送、分配、應用以及研究是離不開電氣工程這門學科的。2/2/20233一、電氣工程的名稱及內涵03電氣工程是研究電磁領域的客觀規(guī)律及其應用的科學技術，涉及電力生產和電工制造兩大工業(yè)體系。電氣工程的發(fā)展水平是衡量社會現(xiàn)代化程度的重要標志，是推動社會生產和科學技術發(fā)展，促進社會文明的有力杠桿。2/2/20234一、電氣工程的名稱及內涵04早在1883年電能開發(fā)的萌芽時期，恩格斯就曾評價了它的意義：“……這實際上是一次巨大的革命。蒸汽機教我們把熱變成了機械運動，而電的利用將給我們開辟一條道路，使一切形式的能——熱、機械運動、電、磁、光——互相轉化，并在工業(yè)中加以利用。循環(huán)完成了。2/2/20235一、電氣工程的名稱及內涵05德普勒的最新發(fā)現(xiàn)，在于能夠把高壓電流在能量損失較小的情況下通過普通電線輸送到迄今連想也不敢想的遠距離，并在那一端加以利用——這件事還只是處于萌芽狀態(tài)，這一發(fā)現(xiàn)使工業(yè)幾乎徹底擺脫了地方條件所規(guī)定的一切界限，并且使得極遙遠的水力的利用成為可能，如果在最初它只是對城市有利，那末到最后它將成為消除城鄉(xiāng)對立的最強有力的杠桿。”一個多世紀以來人類社會的發(fā)展歷程，充分說明了這一預見的正確性。2/2/20236一、電氣工程的名稱及內涵06電磁是自然界普遍存在的一種基本物理屬性。因此，研究電磁規(guī)律及其應用的電氣工程科學技術對物質生產和社會生活的各個方面，包括能源、信息、材料等現(xiàn)代社會的支柱都有著深刻的影響。2/2/20237一、電氣工程的名稱及內涵07電能作為一種二次能源，它便于與各種一次能源進行轉換，從多種途徑獲得來源（如水力發(fā)電、火力發(fā)電、核能發(fā)電、太陽能發(fā)電等）；同時，又便于轉換為其它能量形式以滿足社會生產和生活的各種需要（比如電動力、電熱、電化學能、電光源等）。2/2/20238一、電氣工程的名稱及內涵08與其它能源相比，電能在生產、傳送、使用中更易于調控。這一系列優(yōu)點，使電能成為最理想的二次能源，格外受到人們關注。電能的開發(fā)及其廣泛應用成為繼蒸汽機的發(fā)明之后，近代史上第二次技術革命的核心內容。2/2/20239一、電氣工程的名稱及內涵0920世紀出現(xiàn)的大電力系統(tǒng)構成工業(yè)社會傳輸能量的大動脈，以電磁為載體的信息與控制系統(tǒng)則組成了現(xiàn)代社會的神經(jīng)網(wǎng)絡。各種新興電工材料的開發(fā)、應用，豐富了現(xiàn)代材料科學的內容，它們既得益與電氣工程的發(fā)展，又為電氣工程的技術進步提供了物質條件。2/2/202310一、電氣工程的名稱及內涵10電氣工程科學技術的基礎理論的成就極大地豐富了人類思維的寶庫。物質世界統(tǒng)一性的認識，近代物理學的誕生，以及系統(tǒng)控制論的發(fā)展等，都直接或間接地受到電工發(fā)展的影響。反過來，各相鄰學科的成就也不斷促進電工向更高的層次發(fā)展。2/2/202311一、電氣工程的名稱及內涵11電氣工程從專業(yè)名稱來看，它具有以下特點：強弱電結合、電工技術與電子技術結合、軟件與硬件結合、元件與系統(tǒng)結合、運行與制造結合。電力是發(fā)展生產和提高人類生活水平的重要物質基礎。電力的應用在不斷地深化和發(fā)展，就目前國內外水平而言，在今后相當長的時期內，電力的需求將不斷增長。社會對電氣工程科技工作者的需求是普遍且長期的。2/2/202312一、電氣工程的名稱及內涵12總而言之電氣工程就是以電能、電氣設備和電氣技術為手段來創(chuàng)造、維持與改善限定空間和環(huán)境的一門科學，涵蓋電能的轉換、利用和研究三方面，包括基礎理論，應用技術，設施設備等2/2/202313電氣與電器的區(qū)別凡是根據(jù)外界特定的信號和要求，自動或手動接通或斷開電路，繼續(xù)或連續(xù)地改變電路參數(shù)，實現(xiàn)對電路的切換、控制、保護、檢測及調節(jié)的電氣設備均稱為電器。

電器的分類方法：1、按工作電壓高低分高壓電器和低壓電器；2、按動作方式分自動切換電器和非自動切換電器；按執(zhí)行功能分觸點電器和無觸點電器。電氣是以電能、電氣設備和電氣技術為手段來創(chuàng)造、維持與改善限定空間和環(huán)境的一門科學。電氣是指整個電氣線路,包括控線路,主回路,還有線路上所帶的各種設備；電器是指具體的用電器具。其實電氣這個詞是過去人們對電的本質不了解，以為電與氣差不多，開關一開就來啦，總把電與氣聯(lián)系在一起；以后便沿襲了下來。2/2/202314二、電氣工程的學科地位01對電氣工程的學科地位可以從以下幾個方面來認識。第一、電氣工程學科是一個傳統(tǒng)學科。已經(jīng)過去的20世紀是電氣工程的世紀。偉大導師列寧曾說過：共產主義就是蘇維埃加電氣化。他指出了當時人們在精神和物質兩個方面的最高追求。2/2/202315二、電氣工程的學科地位02而現(xiàn)在21世紀，發(fā)達國家大學的電氣工程學科已大大萎縮，在發(fā)達國家的電氣工程系（EE）中，傳統(tǒng)意義上的電氣工程學科只占很小一部分，而源于電氣工程學科的信息學科和電子學科成為電氣工程系（EE）的主體。但是，我國的重點工科大學都把電氣工程學科作支柱性學科。2/2/202316二、電氣工程的學科地位03第二、我國和發(fā)達國家國情不同，發(fā)展階段不同。發(fā)達國家的發(fā)電機裝機容量已經(jīng)飽和、輸電走廊也已飽和，20年來幾乎沒有增加。而我國目前裝機容量僅5億多千瓦，未來20年根據(jù)國民經(jīng)濟的需要將要發(fā)展到15～20億千瓦，還有很大的發(fā)展空間。因此，需要大量的電氣工程人才。2/2/202317二、電氣工程的學科地位04第三、信息學科源于電氣學科，它已成為領導科技潮流的學科，給其它學科帶來發(fā)展生機，信息學科如皓月當空，電氣學科則是近水樓臺。雖然未來20年中，我國仍需要大量的電氣工程人才，但對人才的知識結構的要求將發(fā)生很大的變化，畢業(yè)生對信息科學、計算機科學及自動化科學應有更廣泛的了解。2/2/202318二、電氣工程的學科地位05電氣工程學科是成熟學科，但仍有大量的科學問題需要解決。電氣工程學科也要與時俱進，其出路在于和信息科學、材料科學、能源科學的融合。正如中國將成為世界制造工廠一樣，中國將成為世界電氣工程的科學研究中心。2/2/202319二、電氣工程的學科地位06各工科大學不僅要給我國培養(yǎng)大量的電氣工程人才，還將為發(fā)達國家及第三世界國家輸出技術和人才。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。鑒于以上認識，未來20年中，電氣工程學科在我國仍占有舉足輕重的地位。2/2/202320三、電氣工程的體系結構和研究內容01在電氣工程領域，電氣工程是一級學科，它包含5個主干二級學科。分別是：電機與電器、電力系統(tǒng)及其自動化、高電壓與絕緣技術、電力電子與電力傳動、電工理論與新技術。2/2/202321三、電氣工程的體系結構和研究內容02各二級學科的研究內容如下：電機與電器學科的研究內容為以電機電器為核心，集設計、運行、調節(jié)、控制和監(jiān)測為一體的研究領域，形成了現(xiàn)代電機理論與應用、電氣設備狀態(tài)監(jiān)測與智能診斷理論與方法、新型數(shù)字化驅動系統(tǒng)與控制技術和電機物理場數(shù)值計算方法及其應用等四個研究方向。2/2/202322三、電氣工程的體系結構和研究內容03電力系統(tǒng)及其自動化學科研究范圍包括電力系統(tǒng)分析、運行和控制；電力系統(tǒng)規(guī)劃和可靠性；電力系統(tǒng)繼電保護及安全自動裝置；電力系統(tǒng)自動化技術；新型輸電系統(tǒng)；電力市場及其運營；牽引供電理論與技術；船舶與海洋工程的發(fā)、供電系統(tǒng)。2/2/202323三、電氣工程的體系結構和研究內容04高電壓和絕緣技術的研究內容涉及高電壓數(shù)字測量與計量、電氣設備在線檢測與故障診斷、電力系統(tǒng)過電壓與絕緣配合、工程電介質與特種絕緣技術、高電壓技術在非電力系統(tǒng)中的應用、電力系統(tǒng)電磁兼容。2/2/202324三、電氣工程的體系結構和研究內容05電力電子與電力傳動學科研究范圍包括電力電子器件的原理、制造及其應用技術，電力電子電路、裝置、系統(tǒng)及其仿真與計算機輔助設計，電力電子系統(tǒng)故障診斷及可靠性，電力傳動及其自動控制系統(tǒng)，電力牽引，電磁測量技術與裝置。2/2/202325三、電氣工程的體系結構和研究內容06電工理論與新技術的研究內容涉及電路分析與優(yōu)化設計、電磁場生態(tài)環(huán)境效應、神經(jīng)網(wǎng)絡與遺傳算法、網(wǎng)絡智能應用、新型傳感器、多媒體數(shù)據(jù)庫理論及應用。2/2/202326四、電氣工程的前沿領域電氣工程的前沿領域涉及許多方面，比如：機電一體化、工業(yè)機器人、加速器、大功率電脈沖裝置、大功率激光設備、受控核聚變裝置等。從教學與科研角度劃分，電氣工程的前沿領域可分為11個方向：通訊與網(wǎng)絡，計算機科學與工程，信號處理，系統(tǒng)控制，電子學與集成電路，光子學與光學，電力，電磁學，微結構（Microstructure），材料與裝置，生物工程。2/2/2023271.通訊與網(wǎng)絡通訊與網(wǎng)絡是目前很熱門的學科方向之一，主要包括無線網(wǎng)絡與光網(wǎng)絡，移動網(wǎng)絡，量子與光通訊，信息理論，網(wǎng)絡安全，網(wǎng)絡協(xié)議與體系結構，交互式通訊，INTERNET運行性能建模與分析，分布式高速緩存系統(tǒng)，開放式可編程網(wǎng)絡，路由算法，多點傳送協(xié)議，網(wǎng)絡電話學，帶寬高效調制與編碼系統(tǒng)，網(wǎng)絡中的差錯控制理論及應用，多維信息與通訊理論，快速傳送連接，服務質量評價，網(wǎng)絡仿真工具，網(wǎng)絡分析，神經(jīng)網(wǎng)絡；信息的特征提取、傳送、存儲及各種介質下的信息網(wǎng)絡化問題，包括大氣、空間、光釬、電纜等介質等。本方向與信號處理，計算機，控制與光學等廣泛交叉。2/2/2023282.計算機科學與工程計算機科學與工程涉及領域較寬廣，包括計算機圖形學，計算機視覺技術，口語系統(tǒng)，醫(yī)學機器人，醫(yī)學視覺，移動機器人學，應用人工智能，有生物靈感的機器人及其模型。醫(yī)療決策系統(tǒng)，計算機輔助自動化，計算機體系結構，網(wǎng)絡與移動系統(tǒng)，并行與分布式操作系統(tǒng)，編程方法學，可編程系統(tǒng)研究，超級計算技術，復雜性理論，計算與生物學，密碼學與信息安全，分布式系統(tǒng)理論，先進網(wǎng)絡體系結構，并行編輯器與運行時間系統(tǒng)；并行輸入輸出與磁盤結構，并行系統(tǒng)、分布式數(shù)據(jù)庫和交易系統(tǒng)，在線分析處理與數(shù)據(jù)開采中的性能分析。2/2/2023293.信號處理信號處理技術是現(xiàn)代電氣電子工程的基礎。包括聲音與語言信號處理，圖象與視頻信號處理，生物醫(yī)學成像與可視化，成像陣列與陣列信號處理，自適應與隨時間變化的信號處理，信號處理理論，大規(guī)模集成電路（VLSI）體系結構，實時軟件，統(tǒng)計信號處理，非線性信號處理與非線性系統(tǒng)標識，濾波器庫與小波變換理論，無序信號處理，分形與形態(tài)信號處理。2/2/2023304.系統(tǒng)控制系統(tǒng)控制包括魯棒與最優(yōu)控制，魯棒多變量控制系統(tǒng)，大規(guī)模動態(tài)系統(tǒng)，多變量系統(tǒng)的標識，制造系統(tǒng)，最小最大控制與動態(tài)游戲，用于控制與信號處理的自適應系統(tǒng)，隨機系統(tǒng)，線性與非線性評估的設計，隨機與自適應控制等等。2/2/2023315.電子學與集成電路本領域包括微電子學與微機械學，納電子學（Nanoelectronics），超導電路，電路仿真與裝置建模，集成電路（IC）設計，大規(guī)模集成電路中的信號處理，易于制造的集成電路設計，集成電路設計方法學，A/D與D/A轉換器，數(shù)字與模擬電路，數(shù)字無線系統(tǒng)，RF電路，高電子遷移三極管，雪崩光電管，聲控電荷傳輸裝置，封裝技術，材料生長及其特征化。2/2/2023326.光子學與光學本方向包括光電子學裝置，超快電子學，非線性光學，微光子學，三維視覺，光通訊，軟X光與遠紫外線光學，光印刷學，光數(shù)據(jù)處理，光通訊，光計算，光數(shù)據(jù)存儲，光系統(tǒng)設計與全息攝影，體全息攝影研究，復合光數(shù)字數(shù)據(jù)處理，圖象處理與材料光學特性研究。2/2/2023337.電力技術此方面主要包括電氣材料學與半導體學，電力電子及裝置，電機，電動車輛，電力系統(tǒng)動態(tài)及穩(wěn)定性，電力系統(tǒng)經(jīng)濟性運行，實時控制，電能轉換，高電壓工程等。2/2/2023348.電磁學本方面包括衛(wèi)星通訊，微波電子學，遙感，射電天文學，雷達天線，電磁波理論及應用，無線電與光系統(tǒng)，光學與量子電子學，短波激光，光信息處理，超導電子學，微波磁學，電磁場與生物媒介的相互作用，微波與毫米波電路，微波數(shù)字電路設計，用于地球遙感的衛(wèi)星成像處理，子毫米波大氣成像輻射線測定（Submillimeter－WaveAtmosphericImagingRadiometry），矢量有限元，材料電氣特性測量方法，金屬零件缺陷定位。2/2/2023359.微結構（Microstructure）作為微電子學革命的發(fā)源學科，固體電子學技術現(xiàn)在又產生了另一個新的重要的技術領域--微電機系統(tǒng)（Micro－Electro－MechanicalSystems）MEMS。MEMS是一個極端多學科交叉的領域，對許多工程與科學領域有重大影響，尤其是電氣工程，機械工程，生物工程等等。最近的研究表明微加工（Micromaching）為推動化學工程、材料工程、生物學、物理化學的前沿發(fā)展提供了強大的工具。MEMS的最基礎方面是微制備技術的加工知識，制造微小結構的方法。正是MEMS技術使我們能夠制造超聲微噴流（Microjet）和微米尺度電機，能在一硅晶片上制造納米尺度掃描隧道顯微鏡（nanoscalescanningtunnelingmicroscopes），能制作用于測量精細胞活性的微迷宮。2/2/20233610.材料與裝置電氣電子材料及其裝置是美歐大學電氣學科中的重要學科方向之一。這一學科包括光電子裝置仿真，納結構電子學，半導體與微電子學，磁性材料、介電材料與光材料及其裝置，固態(tài)物理及其應用，小型機械結構及其激勵器，微機械與納機械裝置（MicromechanicalandNanomechanicalDevices），物理、化學和生物傳感器，裝置物理學及其特征化，設備建模與仿真，納制備（Nanofabrication）與新裝置，微細加工（Microfabrication），超導電子學。2/2/20233711.生物工程生物、生命科學是21世紀的最活躍學科之一，利用電氣電子技術進行生物生命研究是美歐大學電氣學科的特點之一。本方面包括生物儀器，生物傳感器，計算神經(jīng)網(wǎng)絡，生物醫(yī)學超聲學，微機電系統(tǒng)（MEMS），神經(jīng)系統(tǒng)中信號的傳遞與編碼，高能粒子與生命物質的相互作用，高能粒子束與高能X光在治療腫瘤中的臨床應用，醫(yī)學成像，生物圖象處理，磁共振成像，發(fā)射型計算機斷層攝影術（PET和SPET），超聲成像，超聲成像的三維重建，心臟成像的特征提取，PET/SPET成像中衰減校正，神經(jīng)微電子界面，血管內的成像，聾瞎病人感官輔助系統(tǒng)，盲人閱讀機，自動語言識別等。2/2/202338五、電氣工程的發(fā)展趨勢

傳統(tǒng)的電氣工程定義為用于創(chuàng)造產生電氣與電子系統(tǒng)的有關學科的總和。此定義本已經(jīng)十分寬泛，但隨著科學技術的飛速發(fā)展，21世紀的電氣工程概念已經(jīng)遠遠超出上述定義的范疇，斯坦福大學教授指出：今天的電氣工程涵蓋了幾乎所有與電子、光子有關的工程行為。本領域知識寬度的巨大增長，要求我們重新檢查甚至重新構造電氣工程的學科方向、課程設置及其內容，以便使電氣工程學科能有效地回應學生的需求、社會的需求、科技的進步和動態(tài)的科研環(huán)境。未來電氣工程的發(fā)展受到幾大因素影