电气工程导论讲座.ppt

1 电气工程导论张文忠 一什么是电气工程 二学了电气工程能干什么 三电气工程及其自动化专业学什么 四怎么学电气工程 2 一 什么是电气工程 1 1电气工程的外延具体体现可归纳为电气产品和工程系统两类 1 电气产品 家庭中 空调器 冰箱 电动车 饮水机 厨房电器等 建筑中 变压器 配电柜 开关 插座 电灯 电梯等 3 工厂矿山中 电动机 电气仪表等 车辆 舰船 飞机 卫星上的电机 电灯 电气仪表等 4 2 电气工程 发电 输电 变电 配电 照明等电力系统 称为强电系统 对强电系统和建筑物进行监测 控制 保护 消防等的弱电系统 工厂矿山中的电气传动与控制系统 电源系统 车辆 舰船 飞机 卫星上的电气传动与控制系统 电源系统 5 1 2 电气工程的内涵 电气工程的内涵主要涉及以下几个方面 1 关于电能的生产 传输 分配 利用的系统 2 基于电气的控制系统 3 电工理论与新技术 电气学科与其它学科相结合的产物 如超导电工技术 脉冲功率技术 生物电磁技术等等 6 1 3电气工程的重要作用1 电气工程是现代社会的重要支柱不论是电气时代还是信息时代 都是建立在对电能的利用与控制上 电是能量转换的枢纽和信息的载体 电能普遍应用在人民生活和社会生产中 为提高现代社会的生活水平及文明程度奠定了物质基础 7 2 电能的优点 最易于大规模生产 传输 分配 控制和使用 最便于进行能量的时空分布变换 恒定 交变 脉冲 集中 分散 最易于与其它能量形式相互转换 电能与机械能 电能与热能电能本身对环境影响较小 属于清洁能源 8 二 学了电气工程能干什么 2 1社会对电气工程的人才需求是多方面 多层次的 电气工程的人才有理论研究型 应用研究型 应用型等多种 对理论研究型人才的需求是极少数 对大部分人来说 应当立足于实际应用 再根据需要进行适当应用研究 9 2 2电气工程的相关技术岗位1 电气产品方面 有研发工程师 制造工程师 销售工程师 维护 技术服务工程师等 2 电气工程方面 有设计 施工安装 运行维护等工程师 3 理论研究 教育培训 经营管理等方面 学生应当根据自己的兴趣 条件及早定位 侧重于相关方面的学习与提高 10 2 3注册电气工程师1 为与世界接轨 我国自2003年起逐步实行注册电气工程师制度 注册电气工程师 是指取得 中华人民共和国注册电气工程师执业资格证书 和 中华人民共和国注册电气工程师执业资格注册证书 从事电气专业工程设计及相关业务的专业技术人员 11 2 注册电气工程师的执业范围是什么 一 电气专业工程设计 二 电气专业工程技术咨询 三 电气专业工程设备招标 采购咨询 四 电气工程的项目管理 五 对本专业设计项目的施工进行指导和监督 六 国务院有关部门规定的其他业务 12 3 注册电气工程师的权利 在电气专业工程设计 咨询及相关业务工作中形成的主要技术文件 应当由注册电气工程师签字盖章后生效 任何单位和个人修改注册电气工程师签字盖章的技术文件 须征得该注册电气工程师同意 因特殊情况不能征得其同意的 可由其他注册电气工程师签字盖章并承担相应责任 13 4 注册电气工程师的责任 因电气专业工程设计技术质量事故及相关业务造成的经济损失 接受委托单位应承担赔偿责任 并有权根据合约向签字盖章的注册电气工程师追偿 14 2 4电气类的企业1 国际著名公司通用电气 GE 发电设备 照明器材 家用电器 医疗设备 ABB 电气设备阿尔斯通 ALSTOM 电气设备西门子 SIEMENS 电气设备 家用电器施耐德电气 SCHNEIDERELECTRIC 电气设备 15 松下 电气设备 家用电器 电子产品日立 电气设备 家用电器 电子产品三菱 电气设备 家用电器 电子产品三星 电气设备 家用电器 电子产品罗克韦尔 ROCKWELL 自控及仪表 16 2 国内大型企业发电 电网类 中国华能集团 大唐集团 华电集团 国电集团 国家电网公司 南方电网公司等 电气设备类 西安电力机械制造公司 特变电工 正泰集团 青岛变压器集团 南京南瑞继保电气 上海输配电 人民电器集团 河南平高电气 许继电气等 17 家用电器类 海尔 美的 格力 新飞 长虹 TCL等 3 其它企业 各类工厂 电力施工安装公司 设计公司等 18 三 电气工程及其自动化专业学什么 3 1研究对象 1 电气工程主要研究电能的产生 传输 转换 控制 储存和利用 电气工程的研究对象是电能 而对电信息的检测 处理 控制技术在电能从产生到利用的各个环节中都起着越来越重要的作用 因此 有关电信息的研究也成了电气工程专业的重要组成部分 这集中体现在专业名称中的 及其自动化 部分 19 2 本专业本科学生培养类型 研究型 教育部电子信息与电气学科教学指导委员会2004年兰州会议确定 统一称为科学技术型 应用型 兰州会议确定统一称为工程技术型 大多数学校培养的是工程技术型人才 20 3 研究生阶段 电气学科又分为五个二级学科 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力电子与电力传动电工理论与新技术 21 3 2本专业的知识结构与课程体系 电气工程及其自动化专业以前称为强电专业 而强电必须通过弱电 电子技术 计算机技术等 来实现保护和控制 进一步实现用途的拓展 性能的提升 1 本专业的主干学科是 电气工程计算机科学与技术控制科学与工程 22 本专业的知识结构主要特点是 强弱电结合 软件与硬件结合 元件与系统结合 由名称来分析 本专业由两部分内容组成 电气工程 面向电气工程的自动化 23 2 电气工程专业的教学知识体系 本专业教学知识体系结构可分成专业学科基础和专业方向两部分 各学校不一定全部开设各门课程 1 通识教育2 专业教育3 实践教育 24 其中专业学科基础的知识领域有 1 电路理论与电子技术 2 工程电磁场 3 电机学与机电能量转换 4 电力电子技术 5 信号与系统 6 力学与机械基础 7 自动控制原理 8 计算机与网络技术等 25 专业方向的知识领域可以有很多 而对电气工程技术有较大影响 且应用较多普遍的知识领域有 1 电器设备及其控制 2 电力传动及其控制系统 3 电气与电磁测量技术 4 电力系统及其相关技术 5 高电压与绝缘 6 电力供电环境 经济与管理等等 26 2 专业教育工程技术型课程参考体系学科基础课 核心课程电路理论模拟电子技术数字电子技术微机原理与应用计算机语言与程序设计信号分析与处理自动控制原理 选修课程计算机网络与通信数据库及应用现代测试技术计算机控制技术DSP技术与应用其他 27 工程技术型专业基础课 核心课程电气工程导论电机学电力电子技术电力系统基础 选修课程工程力学机械设计基础电磁兼容其他 28 工程技术型专业方向课程 核心课程电力系统分析电力系统继电保护电机设计电机控制电器学高电压工程电气绝缘电力拖动其他 选修课程电站自动化技术电力市场现场总线工业控制技术电气CAD基础控制电机与特种电机楼宇自动化电力电子器件开关电源技术其他 29 3 实践教学体系 电气工程是一个实践性 工程性很强的专业 需要足够的实验窒和良好的教学实践环境 电气工程专业的实践教学环节也可大体分为课程实验 实验课程 课程设计 教学实习 生产实习 毕业设计 课外科技活动等 30 课程设计一般是一门课程中的一个大的实践环节 与课程实验相比 课程设计时间为1 3周 综合性强 31 教学实习一般安排在大学三年级上学期以前 在学校的教学实习工厂进行 大多为金工实习 电工实习 电子线路实习等内容 教学实习时间约为两周 停课进行 该环节的目的是使学生对工厂的情况有一个大概的感性认识 一般在设置电气工程专业的学校 这个环节都是不可缺少的 32 生产实习一般都是在企业进行 时间约1 2周 以前的生产实习学生还有机会下到车间班组跟班操作 现在大多数企业认为学生的实习干扰了企业的正常生产 对安全生产也有影响 因此不太欢迎学生实习 因此 现在学生基本没有机会下到车间班组跟班操作 另外 实习经费的紧张也给安排实习带来一定困难 目前实习的主要内容已逐渐演变成现场参观 33 毕业设计是培养学生的一个必不可少的教学实践环节 一般大学都把最后一学期安排成毕业设计 毕业设计采取导师制 一般一个导师每一届指导2 8名本科生 34 课外科技活动课外科技活动开展的情况因学校 因人的差别很大 即使是重点大学 也只有少部分同学有机会参加课外科技活动 课外科技活动一般包括参加小发明 小制作活动和竞赛 参加学校 省市或全国性的科技竞赛 电子竞赛 参加教师或研究生的科研活动等内容 35 四怎么学电气工程 为用而学 学而时习之 复习 练习 实习 在学习中培养实践能力与创新能力 小组学习 3 4人组成一个小组 利用图书馆与网络资源 从身边常见的电气设备开始 分析其用途 原理 功能的实现方法及技术 画出其框图 然后把其原理与技术与专业的课程联系起来 36 练习课题 普通家庭的配电系统设计 空调器电动自行车电梯及其控制系统 37 3 4 2自动控制系统自动化作为一种行为和一种状态 它是通过自动控制系统实现的 系统 是由相互作用 相互联系的若干个组成部分结合而成的具有特定功能的整体 自动控制系统则是指能够实现 自动化 任务的设备 它是人造系统 而且是工程技术领域的人造系统 自动控制系统通常由控制部分和控制对象组成 38 简单的水箱液位控制系统 人工操作的水箱液位控制系统原理图 39 水箱液位自动控制系统 水箱液位自动控制系统原理图 40 一个典型的自动控制系统由下列基本部分组成 1 被控对象控制系统所要控制的设备或过程 它的输出是被控量 而被控量总是与控制系统的任务和目标紧密联系 上例中 水槽是被控对象 水槽的液位是被控量 2 给定环节产生给定输入信号的环节 给定的输入信号通常与希望的被控量相关 它可以是一定值 对应的控制系统就是恒值控制系统 也可以是一变值 对应的控制系统是随动控制系统 希望被控量跟随给定输入信号变化 3 测量环节随时将被控制量检测出来的装置 41 4 比较环节其功能是将给定的输入信号 被控制量的希望值 与测量环节得到的被控制量实际值加以比较 把被控制量反送至输入端 称为 反馈 feedback 在自动控制系统中 由反馈得到偏差信号 在比较环节实现的是给定输入信号与反馈信号相减 或者理解为反馈信号在比较环节中呈负形式 所以称为负反馈 在自动控制系统中 总是采用负反馈 这是由自动控制系统总是力求消除或减少偏差的特性决定的 42 5 控制环节它的功能是根据偏差信号 决策如何去操作被控对象 实现被控量达到所希望的目标 此环节是实现有效控制的核心 正确 有效的决策需要根据对控制对象的了解和对控制系统性能