电气工程概论+第一章+绪论
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电气工程概论 第1章 绪论
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电气工程概论 第1章 绪论
电气工程专业形成及发展现状
电气工程 的历史和形成呢个 随着基础理论研究的逐步深入，科学技术的不断进步，全新的设计理
念、设计方法的提出，在今后若干年内，它们会对电气工程学科的发 展趋势产生较大的影响。 （1）信息技术的进步将对电气工程学科的发展产生决定性影响。
智能化开关设备
工业与民用建筑电气工程
电热应用
通信及网络系统
绿色清洁能源发电技术及应用
其他方向发展动向
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电气工程概论 第1章 绪论
本章小结及知识点回顾
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电气工程概论 21世纪高等学校本科系列教材
出版社 理工分社
再见
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电气工程概论 第1章 绪论
1.2.1 人才培养条件 应用型本科院校培养的学生大多以动手能力较强的工程师及技术工人为主。 电气专业建设内容归纳为； （1）办学理念和专业建设观念的更新。 办学理念和专业建设观念是特色专业建设的指导思想，影响着特色专 业建设的方向、进程和绩效。 （2）专业教学条件建设与实践教学建设。 建设实验室、实习和实训基地，推动和促进了本专业的硬件建设。要 培养高等技术应用型人才，必须有良好的硬件设施和条件，这是形成工学 专业教育应用型特色人才培养的物质基础。
（2）电气工程学科与物理科学的相互交叉面拓宽，将为电气工程 学科的发展带来新的机遇。
（3）快速变化的新技术、新方法将成为电气工程学科提供更科学 的技术方案。 电气工程学科注重理论研究与工程实践相结合，加强理论基础，拓 宽专业知识面。随着电气工程科技进步和自动化水平的提高，电气工 程学科专业技术人才必须掌握信息技术、自动化技术和计算机技术。
电气工程概论-第一章
电气工程学科是在经验和教训中不断发展起来的：
著名例子是美加“8.14大停电”，2003年8月14日下午，美 国的中西部和东北部以及加拿大的安大略省经历了一次大停电 事故，其影响范围包括美国的俄亥俄州、密西根州、宾夕法尼 亚州、纽约州、佛蒙特州、马萨诸塞州、康涅狄格州、新泽西 州和加拿大的安大略省，损失负载大61.8GW，影响了5千万人 口的用电。停电在美国东部时间下午4时06分开始，在美国的 一些地区两天内未能恢复供电，加拿大的安大略省甚至一周未 能恢复供电。这次停电事故引起了全世界的关注。 综合资料，基本可以判断本次大停电对全网而言属于潮流大 范围转移导致的快速电压崩溃，同时伴有潮流大范围转移和窜 动导致的断面线路相继跳闸和系统解列后的频率崩溃。
• 能量守恒定律 • 右手定则=发电机定则 • 左手定则=电动机定则 • 电动机与发电机 • 电机内的损耗：铜损+机械损耗 +介质损耗 热能
第三节 电力系统
电力网结构
电力系统的特点和要求
• 特点：不能大量储存、暂态过程十分短暂、地区性特点较 强、与国民经济各部门有极为密切的关系
• 要求：为用户提供充足的电力、保证供电的安全可靠、保
电气工程概论
第一章 绪论
第一节 概述
一、电气工程的历史和形成 电气工程是研究电磁领域的客观规律及其应用的科学 技术，以电工科学中的理论和方法为基础而形成的工程技 术称为电气工程。 根据电气工程学科的发展现状，可将其分为相对独立 的五个分学科:电力系统及其自动化技术、电机与电器及 其控制技术、高电压与绝缘技术、电力电子技术和电工新 技术 其结构简图如下图所示。
二、电能的特点和要求
• 特点：大规模生产、运输简单、方便转换且易于控制、可 替代其他能源提高利用效率、无污染。
电气工程基础-华中科技大学版本-第一章-绪论
护、电力系统自动化、高电压技术
本学期计划学时安排
总学时：课内56学时；课外实验8学时
章 学时 章 学时 章 学时 章 学时 1 4 2 2＋2 3 4＋4 4 2 52667884 9 6 10 4＋2 11 4 12 4 13 2 14 2 15 2
第一章主要内容
• 掌握与电力系统相关的若干基本概念，包括电力系统、电力 网、动力系统、变电站等；
• 当时直流输电装置和运行方式复杂、造价高、 可靠性差，很快被竞争的三相交流取代
电力初期发展
• 英国法拉第（M. Faraday,1791-1867）电磁感 应实验中，两个绕在铁芯上的线圈，但断开或 接通一个线圈中的电流时在另一个线圈上感应 有电压，这实际上是变压器的雏形
• 美国亨利（J. Henry,1797-1878）用多匝线圈作 为原边，用少匝线圈作副边，使高电压感应出 低电压
高压交流输电发展
• 输电技术的发展就是增大输电功率、输电距离， 减少损失，因此关键是提高电压
• 1876年，俄国亚布洛契科夫发明了单相变压器， 用于照明
电力初期发展
• 1883年，法国高拉德(L. Gauland)和英国吉布 斯（J. D. Gribbs）将多台变压器原边串联在 输电线路中，当副边接入的电弧灯盏数变化 时，输电电压会受到干扰
• 1883年，美国特斯拉研制感应电机
• 1885年，匈牙利吉伯纳基斯、贝利、波拉其 共同设计多台变压器并联连接方式
电气工程基础
教学目的
• 掌握“发电－输电－配电－用电”的设备、工 作原理以及与电力系统整体的关系，建立电 力系统的整体概念
• 掌握电力系统“分析－设计－运行－管理” 的基本理论、基本技术、基本计算方法
• 电力工程入门课程，学完本课程后即可以从 事与电力工程相关的设计、运行、检修工作
本学期计划学时安排
总学时：课内56学时；课外实验8学时
章 学时 章 学时 章 学时 章 学时 1 4 2 2＋2 3 4＋4 4 2 52667884 9 6 10 4＋2 11 4 12 4 13 2 14 2 15 2
第一章主要内容
• 掌握与电力系统相关的若干基本概念，包括电力系统、电力 网、动力系统、变电站等；
• 当时直流输电装置和运行方式复杂、造价高、 可靠性差，很快被竞争的三相交流取代
电力初期发展
• 英国法拉第（M. Faraday,1791-1867）电磁感 应实验中，两个绕在铁芯上的线圈，但断开或 接通一个线圈中的电流时在另一个线圈上感应 有电压，这实际上是变压器的雏形
• 美国亨利（J. Henry,1797-1878）用多匝线圈作 为原边，用少匝线圈作副边，使高电压感应出 低电压
高压交流输电发展
• 输电技术的发展就是增大输电功率、输电距离， 减少损失，因此关键是提高电压
• 1876年，俄国亚布洛契科夫发明了单相变压器， 用于照明
电力初期发展
• 1883年，法国高拉德(L. Gauland)和英国吉布 斯（J. D. Gribbs）将多台变压器原边串联在 输电线路中，当副边接入的电弧灯盏数变化 时，输电电压会受到干扰
• 1883年，美国特斯拉研制感应电机
• 1885年，匈牙利吉伯纳基斯、贝利、波拉其 共同设计多台变压器并联连接方式
电气工程基础
教学目的
• 掌握“发电－输电－配电－用电”的设备、工 作原理以及与电力系统整体的关系，建立电 力系统的整体概念
• 掌握电力系统“分析－设计－运行－管理” 的基本理论、基本技术、基本计算方法
• 电力工程入门课程，学完本课程后即可以从 事与电力工程相关的设计、运行、检修工作
第1部分 电气工程专业概论
第1部分 绪 论
图1-7 多电飞机系统的电气设备构成
第1部分 绪 论
图1-8 电驱动战车电气装备
第1部分 绪 论
3．机电系统中的电气技术 机电一体化系统设计涉及的主要内容包括机 电系统机械设计技术、控制系统设计技术、伺服 系统设计技术和检测技术。机电一体化是在新技 术浪潮中，电子技术、信息技术向机械工业渗透 并与机械技术相互融合的产物。
要包含三个领域：电工理论——电工理论与新技术、
电路理论(含电网络理论)、电磁理论；电工制造—
—电机与电器、绝缘技术、电力电子技术；电力系
统——电力系统及其自动化(运行)、高电压技术、
电力传动。三者相互联系、相互渗透，不能截然分 开。
第1部分 绪 论
2．电气工程与其他学科的关系 其他专业普遍需要电气工程知识，例如建筑工
适应能力强的毕业生已成为我国各条战线上科技和 管理方面的栋梁。随着科学技术的发展，本系早已 突破了传统的学科范围，在电气工程的基础上，扩 展到计算机、电子技术、自动控制、系统工程、信 息科学与生物医学工程等新科技领域，开拓了许多 新的研究方向。
第1部分 绪 论
(6) 1933年北洋大学(天津大学)设立电机工程系， 现已发展成为天津大学电气与自动化工程学院。学院 现设 2个系、5个中心、2个研究所。学院2个一级学 科电气工程和控制科学与工程均具有博士学位授予权
机工程系，现已发展成电气工程学院。从中央大
学、南京工学院到今天的东南大学都一直设有电
气工程相关学科和专业。曾经有大批国内外学术
界知名的专家、学者在这里工作，如吴玉麟、陈
章、吴大榕、程式、杨简初、严一士、闵华、周
鹗、陈珩等。
第1部分 绪 论
(5) 1932年清华大学设立电机系，现为电机工
电气工程学概论第一二章
1)支路:一个或多个元件的串联组合 (电流相同)
5)电网络:多个支路,结点形成的拓扑结构
5
网络(Network)
1) 概念及分割 R1 U1 R2 IS a
+
I
-
R
网 络
N
+ _
I
R
网络 (也称作子系统，Subsystem)
网络注重其外特性，电路注重于内部特性。
b
2) 网络分类
• 按网络性质
有源 (NA)、 无源 (NP) 线性、非线性
电→机械
照明电路:
电→热、光
(信号电路,弱电电路)
（380V/220V; 50Hz）
(1)功率低 (10-3W或更低;电压:几伏;电流:毫安/微安 ) (2)信号传输质量,电路的抗干扰能力 (3)信号多样化
电视机
计算机
控制,通信等信息系统
(滤波,放大,变换…)
(音频16Hz-20kHz;电信:20kHz以上;方波,三角波…)
u = R·i
u = － R·i
2.关联参考方向 (一种约定) u + _ i
无源 元件
有源 元件
电流方向从高电位端流入
电流方向从高电位端流出
二、电位参考点及工程电路的简化画法
1.电位参考点符号：
物理“地” 真正“地”
多为电路公共结点，设其电位值=0 多为电路中多电源汇合点，其电位值=0
+
7
2.简化画法： 与“地”相联的电源符号
(代数和)
• KCL推广：
? 4A
结点 封闭面
IA
A
1A
B
流入任一封闭面的电流 的代数和等于零。
3A IB
电气工程及其自动化专业毕业论文
（2）如何选择发电机或变压器中性点的运行方式,是一种比较复杂的综合性的技
术经济问题,不论采用哪一种运行方式,都涉及到供电可靠性,过电压绝缘配合，继电保护和自动装置的正确动作，系统的布置,电讯及无线电干扰，接地故障时对生命的危险以及系统稳定等一系列问题。
（3）本课题所设计网络是110ＫＶ。
电力网中性点的接地方式，决定了变压器中性点的接地方式.
（1)PT的作用
①电压互感器的作用是将一次侧高电压成比例的变换为较低的电压，实现了二
次系统与一次系统的隔离，保证了工作人员的安全。
②电压互感器二次侧电压通常为100V,这样可以做到测量仪表及继电器的小型化
和标准化.
(2）PT的配置原则：
①型式:电压互感器的型式应根据使用条件选择，在需要检查与监视一次回路单
本网络采用近似计算法.选取基准值：SB=100MVAUB1=115KVUB2=10。5KV
UB3=6.3KV
计算结果为：（计算结果详细过程见《计算书》第1页）
2．2．2元件参数一览表
电源：参数计算表(2-1）
名称
额定容量
功率因数
Xd"
正序电抗
G
SB
COSΦ
标幺值
有名值（Ω)
发电机A
43MVA
0.8
0。28
T2
15 MVA
10.5
0.7
92.575
T3
31。5 MVA
10。5
0。333
44.083
T4
10 MVA
10。5
1.05
138.863
T5
20 MVA
10.5
0.525
69。431
线路名称
长度
术经济问题,不论采用哪一种运行方式,都涉及到供电可靠性,过电压绝缘配合，继电保护和自动装置的正确动作，系统的布置,电讯及无线电干扰，接地故障时对生命的危险以及系统稳定等一系列问题。
（3）本课题所设计网络是110ＫＶ。
电力网中性点的接地方式，决定了变压器中性点的接地方式.
（1)PT的作用
①电压互感器的作用是将一次侧高电压成比例的变换为较低的电压，实现了二
次系统与一次系统的隔离，保证了工作人员的安全。
②电压互感器二次侧电压通常为100V,这样可以做到测量仪表及继电器的小型化
和标准化.
(2）PT的配置原则：
①型式:电压互感器的型式应根据使用条件选择，在需要检查与监视一次回路单
本网络采用近似计算法.选取基准值：SB=100MVAUB1=115KVUB2=10。5KV
UB3=6.3KV
计算结果为：（计算结果详细过程见《计算书》第1页）
2．2．2元件参数一览表
电源：参数计算表(2-1）
名称
额定容量
功率因数
Xd"
正序电抗
G
SB
COSΦ
标幺值
有名值（Ω)
发电机A
43MVA
0.8
0。28
T2
15 MVA
10.5
0.7
92.575
T3
31。5 MVA
10。5
0。333
44.083
T4
10 MVA
10。5
1.05
138.863
T5
20 MVA
10.5
0.525
69。431
线路名称
长度
《电气工程概论》第一章 电机与电器基础(第1节)课堂笔记及练习题
《电气工程概论》第一章电机与电器基础（第1节）课堂笔记及练习题主题：第一章电机与电器基础（第1节）学习时间：2015年9月28日--10月4日内容：我们这周主要学习绪论以及第一节开关电器的部分内容，主要学习开关电器的技术参数，低压断路器（自动开关）的用途、分类、选择要点，低压控制器的用途、选用。
通过绪论的学习对电气工程概论这门课程有个总体的了解，同时要对低压断路器（自动开关）、低压控制的概念以及技术参数和使用方法重点掌握。
绪论1.电气工程的历史和形成电气工程是研究电磁领域的客观规律及其应用的科学技术，以电工科学中的理论和方法为基础而形成的工程技术。
根据电气工程学科的发展现状，可将其分为相对独立的五个分学科:电力系统及其自动化技术、电机与电器及其控制技术、高电压与绝缘技术、电力电子技术和电工新技术,其结构简图如下：2.电气工程的地位和发展电气工程学科在国家科技体系中具有特殊的重要地位。
1）是国民经济的一些基本工业（能源、电力、电工制造等）所依靠的技术科学；2）是另一些基本工业（交通、铁路、冶金、化工、机械等）必不可少的支持技术；3）是一些高新技术的重要科技组成部分。
3.电气工程的展望1）20世纪中叶以来，以电子信息技术为核心的新技术革命正在兴起，冲击着所有传统科学，包括基础科学、技术科学、综合科学，甚至社会科学等在内的广大领域。
2）有人统计，最近20年中的科技创造和发明超过了过去两千年中创造发明的总和。
3）在技术科学范围内，不少学科都发生了“旧貌换新颖”的变化，电工学科的巨大变化也十分显著。
第一章电机与电器基础第一节开关电器1.1.1概述1.开关电器概述(1)断路器：电力网正常工作和发生故障时关合和开断电路。
(2)隔离开关：将高压设备与电源隔离，以保证检修工作人员的安全。
(3)熔断器：电路发生故障或短路时,依靠熔件的熔断来开断电路。
(4)低压控制电器：接通和分断低压交、直流的控制电路。
其中，高压断路器是电力系统中最重要的高压开关电器，不但要用于关合、开断正常线路工作，更主要是用来在电力系统发生短路故障时自动切断短路电流。
电气工程概论1绪论
参考书 肖登明 主编 中国电力出版社 出版
2005
张刘春设计
电气工程概论
第一章
绪论
张刘春设计
电气工程概论
第一章绪论
一、电气工程的历史和形成
电气工程是研究电磁领域的客观规律及其应用 的科学技术，以电工科学中的理论和方法为基础而 形成的工程技术称为电气工程。 根据电气工程学科的发展现状，可将其分为相 对独立的五个分学科:电力系统及其自动化技术、 电机与电器及其控制技术、高电压与绝缘技术、电 力电子技术和电工新技术 其结构简图如下图所示。
（3）当代学科发展的相互交叉、渗透现象已成为科技发展中的 重要促进因素。电工科学中近些年来新出现的大量新分支、新技 术、新方法和新理论就是明证。 （4）电工科技的应用面广，交叉范围大。但科研资金的来源却 不能和其应用范围相适应，相对较狭窄。
张刘春设计
电簔工程概论
0
第一章绪论
电气工程学科是在经验和教训中不断发春设计
电气工程概论
第一章绪论
电气工程除具有其各分支学科的专业理论外，还具有本学科 的共性基础理论（电路理论、电磁场理论、电磁计量理论等）， 它与基础科学（如物理、数学等）中的相应分支具有密切的联系， 但又具有明显的差别。 基础科学的主要任务是认识客观世界的本质及其内在规律。
截至2003年底，我国水电装机达92170MW，占发电总装机的 24％，年发电量2830亿kWh，占总发电量的15％。
张刘春设计
电气工程概论
第一章绪论
电工制造业以技术复杂的汽轮发电机组为例：
我国1956年才试制成功6000kW机组； 2002年，已制成并投产900MW，即46年期间汽轮发电机组单机 容量的制造能力扩大到1500倍，居于世界先进行列。
2005
张刘春设计
电气工程概论
第一章
绪论
张刘春设计
电气工程概论
第一章绪论
一、电气工程的历史和形成
电气工程是研究电磁领域的客观规律及其应用 的科学技术，以电工科学中的理论和方法为基础而 形成的工程技术称为电气工程。 根据电气工程学科的发展现状，可将其分为相 对独立的五个分学科:电力系统及其自动化技术、 电机与电器及其控制技术、高电压与绝缘技术、电 力电子技术和电工新技术 其结构简图如下图所示。
（3）当代学科发展的相互交叉、渗透现象已成为科技发展中的 重要促进因素。电工科学中近些年来新出现的大量新分支、新技 术、新方法和新理论就是明证。 （4）电工科技的应用面广，交叉范围大。但科研资金的来源却 不能和其应用范围相适应，相对较狭窄。
张刘春设计
电簔工程概论
0
第一章绪论
电气工程学科是在经验和教训中不断发春设计
电气工程概论
第一章绪论
电气工程除具有其各分支学科的专业理论外，还具有本学科 的共性基础理论（电路理论、电磁场理论、电磁计量理论等）， 它与基础科学（如物理、数学等）中的相应分支具有密切的联系， 但又具有明显的差别。 基础科学的主要任务是认识客观世界的本质及其内在规律。
截至2003年底，我国水电装机达92170MW，占发电总装机的 24％，年发电量2830亿kWh，占总发电量的15％。
张刘春设计
电气工程概论
第一章绪论
电工制造业以技术复杂的汽轮发电机组为例：
我国1956年才试制成功6000kW机组； 2002年，已制成并投产900MW，即46年期间汽轮发电机组单机 容量的制造能力扩大到1500倍，居于世界先进行列。
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5
在研究生学科专业目录中，电气工程是工学 门类中的一个一级学科，包含五个二级学科: 电机与电器 电力系统及其自动化 高电压与绝缘技术 电力电子与电力传动 电工理论与新技术
6
“电气工程” 的英文定义： The branch of engineering science that
studies the uses of electricity and the equipment for power generation and distribution and the control of machines and communication。（工程科学的一个分支，研 究电气的应用和发配电设备与机械的控制以 及通信）。
其观察和测量技术； ⑥ 电能质量的理论及其测量、控制； ⑦ 可再生能源发电、电能存储和电力变换技术； ⑧ 现代测量原理及传感技术； ⑨ 脉冲功率技术与低温等离子体应用基础； ⑩ 电力电磁兼容问题以及复杂电力系统的经济安全运行、
控制及规划的理论及其应用。
34
1.4 电气工程的理论基础
一、电路理论的基本概念与基本定律
23
西门子与他的自激式发电机
24
电弧灯（左）与爱迪生发明的白炽灯
25
1882年，爱迪生在纽约建立发电厂
26
1.2.3 电气科学走进人类日常生活
在众多科学家的不断努力下，最终由爱迪 生完善了白炽灯并成功地推向市场。这一发明 标志着电气科学走进人类日常生活。
27
1.2.4 电力工业的蓬勃发展
1875年，巴黎火车站建成世界最早的火力发电厂。 1882年，爱迪生在纽约建成商业化的电厂和直流电 力网。 1891年，在法兰克福电气技术博览会上，成功进行 了远距离三相交流输电实验， 1896年，尼亚加拉水电站三相5000V交流电用变压 器升至11 000V，输送到40公里外的布法罗市。 1903年，世界最高输电电压达到60kV；第一次世界 大战前夕，输电电压达到150kV。
28
1.3 电气工程的发展前景
生命科学
生物医学电磁技术 磁共振成像技术
……
电工高新技术
磁悬浮技术 磁流体发电技术
……
材料科学
超导材料 半导体材料
永磁材料
……
电气驱动与 控制
“线控”汽车 全电舰船
多(全)电飞机 ……
电气工程
楼宇智能化
智能建筑供配电 智能建筑通讯 智能建筑防盗 综合布线系统
……
数字化
目前，我国的电气工程及其自动化专业不 包括通信。
7
电气科学与工程的学科分类
1. 电磁学与电路理论 2. 电机电器学 3. 电力系统 4. 电工材料学 5. 高电压与绝缘 6. 电力电子学 7. 脉冲功率技术 8. 放电理论与放电等离子体 9. 超导电工学 10. 生物电磁学 11. 电磁兼容 12. 新能源与新发电技术
3
1998年国家颁布的大学本科专业目录
•电机电器及其控制
•电力系统及其自动化 •高电压与绝缘技术
电气工程及其 自动化专业
•电气技术
4
2012年，教育部发布《普通高等学校本 科专业目录（2012年）》，其中，原专业目 录中电气信息类的一个引导性专业和4个目录 外专业全部纳入电气工程及其自动化专业， 并以单一专业独立成为新的专业类别——电 气类。
数字化测控 数字信号处理 数字仿真分析 数字电力系统
……
信息化
信息获取与处理 信息传输 信息应用
信息系统安全 ……
网络化
电力网络 信息通信网络 工业控制网络 SCADA/EMS DMS/DSM/GIS
……
29
线 控 汽 车 的 控 制 设 备 分 布
30
全电旅游轮船电气设备布置
31
多 电 飞 机 电 气 设 备 分 布
19
麦克斯阶段
时间
典型事件及意义
代表人物
1832年
第一台实用的直流发电机 皮克斯，法国
1834年
第一台实用的电动机
雅可比，德籍俄国人
1866年
第一台自激式发电机
西门子，德国
21
皮 克 斯 发 明 的 直 流 发 电 机
22
雅可比发明的世界上第一台电动机模型与实用电动机
1. 电路的基本物理量及其正方向； 2. 欧姆定律； 3. 基尔霍夫定律。
I
I
U
R
U
R
RU I
R U I
+
U 6V
R
I -2A
－-
35
1.5 电气工程常用的计算机软件简介
1. MATLAB
MATLAB 是 美 国 Mathwork 公司自1984年开始推出的一种 使用简便的工程计算语言，由 于其强大的数值运算能力和开 放灵活的应用界面而在科学技 术和工程应用的各个领域得到 广泛的应用。其数学计算部分 提供了强大的矩阵处理和绘图 功能。在工程仿真方面， MATLAB提供的软件几乎支持各 个工程领域。
8
1.2 电气科学与工程的发展简史
9
1.2.1 电气科学的萌芽与理论形成
时间 公元前七世纪 公元前一世纪 1600年
1660年 1745年
典型事件
人物/国家
发现磁石与磁现象 中国、希腊
静电吸引
王充（叙述），中国
《论磁石》论述磁 吉尔伯特，英国 现象
发明摩擦起电机 奥托·冯·库克，德国
发明莱顿瓶
荷兰莱顿大学，克里斯特与 莫什布鲁克
EMTP侧重的是系统级的运行工况而不是个别 元件的细节。它包含电机、变压器、传输线、二 极管、晶闸管和开关等元件的模型。
EMTP是一个不断发展的软件，拥有推动其发 展的大量资源，成为美国电力系统和电力电子仿 真方面的工业标准。
以EMTP算法为内核的电力系统仿真软件有： ATP、PSCAD等。
38
电气工程常用的软件还有混合信号及混合 技 术 仿 真 软 件 Saber 、 电 磁 场 分 析 计 算 软 件 Ansoft等。
39
1820年
研究通电导线之间的吸 引或排斥现象，随后建 立安培定律
1826年 1831年
欧姆定律
发现电磁感应现象并建 立电磁感应定律
1864年 麦克斯韦方程
安培，法国
欧姆，德国 法拉第，英国 麦克斯韦，英国
15
伏特与伏打电池
16
安培与他的实验装置
17
欧姆与他的实验装置
18
法拉第与最早的发电机——法拉第盘
电气工程概论
（第二版） 多媒体教学课件
范瑜 主编
高等教育出版社 高等教育电子音像出版社
第1章 绪论
2
1.1 电气工程在国民经济中的地位 电气工程是与电能生产和应用相关的技术，
同时它也是工程教育体系中的一个学科。 在我国高等学校的本科专业目录中，电气工
程对应的专业是电气工程及其自动化或电气工程 与自动化。
32
智 能 楼 宇 示 意 图
33
近年来的研究热点：
① 电力大系统、电力传动系统及电力电子变流系统中的各 类问题；
② 生物、医学与健康领域中的电磁方法与新技术； ③ 气体放电及多相混合体放电问题； ④ 基于新材料、新原理或为开拓新应用领域的电机、电器； ⑤ 反映各类电气设备电气或绝缘性能演变的多因子规律及
10
吉尔伯特和他的著作《论磁石》
11
带有莱顿瓶的起电机
12
时间 1747年
典型事件 发明避雷针
人物/国家 富兰克林 ，美国
1785年 发现库仑定律
库仑，法国
1800年 发明伏打电池
伏打，意大利
13
库仑和他发明的扭力天平
14
时间
典型事件及意义
人物/国家
1820年 发现电流的磁效应
奥斯特，丹麦
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2. PSpice
SPICE 是美国加州 大 学 Berkely 分 校 在 20 世 纪 70 年 代 早 期 为 集 成电路仿真开发的， 它是低功率等级电力 电子最广泛应用的仿 真程序。
微机版本的SPICE 称为PSpice。
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3.EMTP
EMTP (Electro-Magnetic Transient Program) 是用于电力系统电磁暂态分析的仿真软件,是电力 系统中高电压等级的电力网络和电力电子仿真应 用最广泛的程序。
在研究生学科专业目录中，电气工程是工学 门类中的一个一级学科，包含五个二级学科: 电机与电器 电力系统及其自动化 高电压与绝缘技术 电力电子与电力传动 电工理论与新技术
6
“电气工程” 的英文定义： The branch of engineering science that
studies the uses of electricity and the equipment for power generation and distribution and the control of machines and communication。（工程科学的一个分支，研 究电气的应用和发配电设备与机械的控制以 及通信）。
其观察和测量技术； ⑥ 电能质量的理论及其测量、控制； ⑦ 可再生能源发电、电能存储和电力变换技术； ⑧ 现代测量原理及传感技术； ⑨ 脉冲功率技术与低温等离子体应用基础； ⑩ 电力电磁兼容问题以及复杂电力系统的经济安全运行、
控制及规划的理论及其应用。
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1.4 电气工程的理论基础
一、电路理论的基本概念与基本定律
23
西门子与他的自激式发电机
24
电弧灯（左）与爱迪生发明的白炽灯
25
1882年，爱迪生在纽约建立发电厂
26
1.2.3 电气科学走进人类日常生活
在众多科学家的不断努力下，最终由爱迪 生完善了白炽灯并成功地推向市场。这一发明 标志着电气科学走进人类日常生活。
27
1.2.4 电力工业的蓬勃发展
1875年，巴黎火车站建成世界最早的火力发电厂。 1882年，爱迪生在纽约建成商业化的电厂和直流电 力网。 1891年，在法兰克福电气技术博览会上，成功进行 了远距离三相交流输电实验， 1896年，尼亚加拉水电站三相5000V交流电用变压 器升至11 000V，输送到40公里外的布法罗市。 1903年，世界最高输电电压达到60kV；第一次世界 大战前夕，输电电压达到150kV。
28
1.3 电气工程的发展前景
生命科学
生物医学电磁技术 磁共振成像技术
……
电工高新技术
磁悬浮技术 磁流体发电技术
……
材料科学
超导材料 半导体材料
永磁材料
……
电气驱动与 控制
“线控”汽车 全电舰船
多(全)电飞机 ……
电气工程
楼宇智能化
智能建筑供配电 智能建筑通讯 智能建筑防盗 综合布线系统
……
数字化
目前，我国的电气工程及其自动化专业不 包括通信。
7
电气科学与工程的学科分类
1. 电磁学与电路理论 2. 电机电器学 3. 电力系统 4. 电工材料学 5. 高电压与绝缘 6. 电力电子学 7. 脉冲功率技术 8. 放电理论与放电等离子体 9. 超导电工学 10. 生物电磁学 11. 电磁兼容 12. 新能源与新发电技术
3
1998年国家颁布的大学本科专业目录
•电机电器及其控制
•电力系统及其自动化 •高电压与绝缘技术
电气工程及其 自动化专业
•电气技术
4
2012年，教育部发布《普通高等学校本 科专业目录（2012年）》，其中，原专业目 录中电气信息类的一个引导性专业和4个目录 外专业全部纳入电气工程及其自动化专业， 并以单一专业独立成为新的专业类别——电 气类。
数字化测控 数字信号处理 数字仿真分析 数字电力系统
……
信息化
信息获取与处理 信息传输 信息应用
信息系统安全 ……
网络化
电力网络 信息通信网络 工业控制网络 SCADA/EMS DMS/DSM/GIS
……
29
线 控 汽 车 的 控 制 设 备 分 布
30
全电旅游轮船电气设备布置
31
多 电 飞 机 电 气 设 备 分 布
19
麦克斯阶段
时间
典型事件及意义
代表人物
1832年
第一台实用的直流发电机 皮克斯，法国
1834年
第一台实用的电动机
雅可比，德籍俄国人
1866年
第一台自激式发电机
西门子，德国
21
皮 克 斯 发 明 的 直 流 发 电 机
22
雅可比发明的世界上第一台电动机模型与实用电动机
1. 电路的基本物理量及其正方向； 2. 欧姆定律； 3. 基尔霍夫定律。
I
I
U
R
U
R
RU I
R U I
+
U 6V
R
I -2A
－-
35
1.5 电气工程常用的计算机软件简介
1. MATLAB
MATLAB 是 美 国 Mathwork 公司自1984年开始推出的一种 使用简便的工程计算语言，由 于其强大的数值运算能力和开 放灵活的应用界面而在科学技 术和工程应用的各个领域得到 广泛的应用。其数学计算部分 提供了强大的矩阵处理和绘图 功能。在工程仿真方面， MATLAB提供的软件几乎支持各 个工程领域。
8
1.2 电气科学与工程的发展简史
9
1.2.1 电气科学的萌芽与理论形成
时间 公元前七世纪 公元前一世纪 1600年
1660年 1745年
典型事件
人物/国家
发现磁石与磁现象 中国、希腊
静电吸引
王充（叙述），中国
《论磁石》论述磁 吉尔伯特，英国 现象
发明摩擦起电机 奥托·冯·库克，德国
发明莱顿瓶
荷兰莱顿大学，克里斯特与 莫什布鲁克
EMTP侧重的是系统级的运行工况而不是个别 元件的细节。它包含电机、变压器、传输线、二 极管、晶闸管和开关等元件的模型。
EMTP是一个不断发展的软件，拥有推动其发 展的大量资源，成为美国电力系统和电力电子仿 真方面的工业标准。
以EMTP算法为内核的电力系统仿真软件有： ATP、PSCAD等。
38
电气工程常用的软件还有混合信号及混合 技 术 仿 真 软 件 Saber 、 电 磁 场 分 析 计 算 软 件 Ansoft等。
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1820年
研究通电导线之间的吸 引或排斥现象，随后建 立安培定律
1826年 1831年
欧姆定律
发现电磁感应现象并建 立电磁感应定律
1864年 麦克斯韦方程
安培，法国
欧姆，德国 法拉第，英国 麦克斯韦，英国
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伏特与伏打电池
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安培与他的实验装置
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欧姆与他的实验装置
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法拉第与最早的发电机——法拉第盘
电气工程概论
（第二版） 多媒体教学课件
范瑜 主编
高等教育出版社 高等教育电子音像出版社
第1章 绪论
2
1.1 电气工程在国民经济中的地位 电气工程是与电能生产和应用相关的技术，
同时它也是工程教育体系中的一个学科。 在我国高等学校的本科专业目录中，电气工
程对应的专业是电气工程及其自动化或电气工程 与自动化。
32
智 能 楼 宇 示 意 图
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近年来的研究热点：
① 电力大系统、电力传动系统及电力电子变流系统中的各 类问题；
② 生物、医学与健康领域中的电磁方法与新技术； ③ 气体放电及多相混合体放电问题； ④ 基于新材料、新原理或为开拓新应用领域的电机、电器； ⑤ 反映各类电气设备电气或绝缘性能演变的多因子规律及
10
吉尔伯特和他的著作《论磁石》
11
带有莱顿瓶的起电机
12
时间 1747年
典型事件 发明避雷针
人物/国家 富兰克林 ，美国
1785年 发现库仑定律
库仑，法国
1800年 发明伏打电池
伏打，意大利
13
库仑和他发明的扭力天平
14
时间
典型事件及意义
人物/国家
1820年 发现电流的磁效应
奥斯特，丹麦
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2. PSpice
SPICE 是美国加州 大 学 Berkely 分 校 在 20 世 纪 70 年 代 早 期 为 集 成电路仿真开发的， 它是低功率等级电力 电子最广泛应用的仿 真程序。
微机版本的SPICE 称为PSpice。
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3.EMTP
EMTP (Electro-Magnetic Transient Program) 是用于电力系统电磁暂态分析的仿真软件,是电力 系统中高电压等级的电力网络和电力电子仿真应 用最广泛的程序。