电气信息导论汇编

1、电气信息导论电气信息导论 电气工程及其自动化电气工程及其自动化电气工程学院电气工程学院一、电气工程学科分类一、电气工程学科分类二、电气工程的学科特点二、电气工程的学科特点三、电工理论与新技术三、电工理论与新技术四、电气工程学院情况简介四、电气工程学院情况简介电机与电器；电机与电器； 电力系统及其自动化；电力系统及其自动化； 电工理论与新技术；电工理论与新技术； 高电压与绝缘技术；高电压与绝缘技术； 电力电子与电力传动电力电子与电力传动 电气工程学科分类电气工程学科分类电气工程电气工程 电气工程学科是工程类四大基础学科之一电气工程学科是工程类四大基础学科之一（机电土化），是工科院校最古老的学科，

2、也（机电土化），是工科院校最古老的学科，也是当今世界各种高新技术的母学科。是当今世界各种高新技术的母学科。 (至今国外很多大学的以下学科仍留在电气系里）至今国外很多大学的以下学科仍留在电气系里）-电子工程电子工程; 计算机工程计算机工程; 自动化与仪表技术自动化与仪表技术;-等离子体技术等离子体技术; 激光技术等。激光技术等。 国际上，在学科的整体结构上，电气科学一般国际上，在学科的整体结构上，电气科学一般与计算机、电子、自动化处于同一个学科范畴。与计算机、电子、自动化处于同一个学科范畴。 而在国内，一般将所谓的而在国内，一般将所谓的“强电强电”（即电气科学）（即电气科学）和和“弱电弱电”（即

3、电子学）分开，分别归属于不同（即电子学）分开，分别归属于不同的两个学科范畴。的两个学科范畴。 现阶段，强、弱电之间的联系日益紧密，从系现阶段，强、弱电之间的联系日益紧密，从系统的角度来说，强电与弱电的结合是不可避免的。统的角度来说，强电与弱电的结合是不可避免的。 电工学科的特点电工学科的特点 ：1) 整个学科以最终的用电技术为基础，直接依赖物理科整个学科以最终的用电技术为基础，直接依赖物理科学学 和实验，发展基础牢固；和实验，发展基础牢固；2) 与电子技术等相结合，发展为全新意义上的电工学科，与电子技术等相结合，发展为全新意义上的电工学科， 本科专业称之本科专业称之“电气工程及其自动化电气工程

4、及其自动化” ；3) 与产业广泛、密切相连，电气工程的科学研究直接面与产业广泛、密切相连，电气工程的科学研究直接面向向 国民经济的主战场，容易取得社会与经济效益；国民经济的主战场，容易取得社会与经济效益；4）实用技术与研究开发内容丰富，社会需求面广；）实用技术与研究开发内容丰富，社会需求面广；5) 可继续生长出新的学科增长点，如超导、材料的电加可继续生长出新的学科增长点，如超导、材料的电加工、工、 传感器技术、电动汽车等。传感器技术、电动汽车等。专业主干课程专业主干课程（1） 电磁场基础电磁场基础 （2） 电路基础电路基础（3）模拟电子技术）模拟电子技术（4）数字电路与系统）数字电路与系统（5

5、）计算机原理）计算机原理（6）自动控制原理）自动控制原理（7）电机与拖动）电机与拖动（8）电力电子技术）电力电子技术（9）电力系统分析）电力系统分析 传统电工新技术：传统电工新技术：1、高电压与绝缘技术高电压与绝缘技术 -过电压过电压(短时与暂态短时与暂态)， -绝缘配合，绝缘配合， -高压电器，高压电器， -高压试验技术，高压试验技术， -气体放电技术。气体放电技术。2、电磁兼容技术、电磁兼容技术 -防雷与接地防雷与接地, -静电技术，静电技术， -电磁干扰与防护。电磁干扰与防护。3、高电压智能检测技术、高电压智能检测技术 -电缆诊断，局部放电等。电缆诊断，局部放电等。 -状态诊断，状态诊断

6、， -高压智能检测高压智能检测4、电磁场分析与仿真电磁场分析与仿真 （直流、交流、脉冲、高频等）（直流、交流、脉冲、高频等）5、电力开关技术电力开关技术 -断路器、负荷与隔离开关、熔断器断路器、负荷与隔离开关、熔断器 -成套（开关柜，结合计量与保护）成套（开关柜，结合计量与保护） -智能化：智能化：6、电力系统硬件技术、电力系统硬件技术 （发电机、变压器、开关、计量与输电（发电机、变压器、开关、计量与输电 线保护、补偿与控线保护、补偿与控 制、通讯等）制、通讯等）7、电能质量管理技术电能质量管理技术电力质量问题：电压电力质量问题：电压/频率波动，谐波污染，闪变等频率波动，谐波污染，闪变等 -无

7、功补偿无功补偿 -有源滤波有源滤波 -不间断供电不间断供电 -远程计量、谐波监控远程计量、谐波监控 -电力环境治理电力环境治理8、高压、大电流控制器件、高压、大电流控制器件 -真空触发开关真空触发开关 -等离子体开关等离子体开关 -可控电抗器可控电抗器 -故障限流器故障限流器 -高压、大电流电力电子器件高压、大电流电力电子器件 GTO 门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管 MOS 电力场效应晶体管电力场效应晶体管 IGBT 绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管 IGCT 集成门极换流晶闸管集成门极换流晶闸管9、电力传感器电力传感器 -互感器互感器 -电场测量电场测量 -非电量传感器非电量传感器 -在线

8、检测在线检测10、经典电机学经典电机学 -电机设计（含永磁电机，直线电机等）；电机设计（含永磁电机，直线电机等）； -变压器和电抗器变压器和电抗器 -一般电机控制（接触器、磁力启动器，保护）一般电机控制（接触器、磁力启动器，保护）11、微特电机和微机电系统、微特电机和微机电系统 -微特电机，微特电机， -微机电系统及微传感器，微机电系统及微传感器， -机器人技术，机器人技术， -生物芯片生物芯片12、电力电子技术、电力电子技术 -PWM控制器与调速控制器与调速 -软开关技术软开关技术 -开关电源与大功率器件开关电源与大功率器件13、 电动汽车电动汽车 -电控系统，高效充电，电控系统，高效充电，

9、 -混合动力车，混合动力车， -燃料电池燃料电池14、 电磁能量转换电磁能量转换 -电能武器，压缩磁通电能武器，压缩磁通电工新技术：电工新技术：（1）高电压大电流下的特殊现象与效应）高电压大电流下的特殊现象与效应 液电效应液电效应: (放电通道瞬间气化,可产生冲击波102-103Mpa、 各种活性粒子、紫外光等) 液电成形液电成形 液电清砂、清垢液电清砂、清垢 杀菌除藻杀菌除藻 体外冲击波碎石体外冲击波碎石 在材料科学中的应用在材料科学中的应用 材料表面处理材料表面处理 (渗氮、渗炭等，织物表面改性) 纳米材料的制备纳米材料的制备 强脉冲电磁场的产生及应用：强脉冲电磁场的产生及应用： 开关器件

10、R、LCCp时时 间（间（t）能能 量（量（ ）J脉冲功率产生示意图脉冲功率产生示意图脉冲能量（脉冲能量（106109J），脉冲功率（），脉冲功率（1061014w）核爆炸模拟、受控核聚变试验核爆炸模拟、受控核聚变试验;强流粒子束加速器强流粒子束加速器;高功率脉冲激光器高功率脉冲激光器;高功率微波高功率微波;定向能武器、电磁推进、电磁发射定向能武器、电磁推进、电磁发射;电磁成形电磁成形;材料表面处理及半导体离子注入等材料表面处理及半导体离子注入等 脉冲功率技术应用：脉冲功率技术应用：（2）低温等离子体技术）低温等离子体技术是物质的一种状态，满足下面条件的粒子的集合体：是物质的一种状态，满足下面

11、条件的粒子的集合体： 包含正、负的带电粒子群；包含正、负的带电粒子群； 作为整体几乎保持电中性；作为整体几乎保持电中性； 至少有一种带电粒子群作不规则运动。至少有一种带电粒子群作不规则运动。特性：特性： 整体上保持电中性，带电粒子间进行库仑碰撞；整体上保持电中性，带电粒子间进行库仑碰撞； 在电场中具有导电性，在磁场中受洛伦兹力作用。在电场中具有导电性，在磁场中受洛伦兹力作用。温度用温度用eV表示，表示，1 eV=11600k当当Te=Ti时，称为平衡等离子体时，称为平衡等离子体(热、高温等离子体热、高温等离子体) TeTi时，称为非平衡等离子体时，称为非平衡等离子体(非热、低温等离子体非热、低

12、温等离子体)等离子体的产生：等离子体的产生：燃烧、激光、紫外线、微波、放射线、气体放电等。燃烧、激光、紫外线、微波、放射线、气体放电等。等离子体的应用：等离子体的应用：主要应用等离子体的两个作用：主要应用等离子体的两个作用：产生的热作用产生的热作用电离、激发等作用电离、激发等作用热等离子体的应用（电弧、焊接、冶炼等）热等离子体的应用（电弧、焊接、冶炼等）非热等离子体的应用（化学反应、材料改性、环境等）非热等离子体的应用（化学反应、材料改性、环境等） （3）超导电工技术）超导电工技术 超导现象超导现象 1911年发现Hg在4.15K时电阻为零；1986-1987年取得突破， 将金属氧化物的超导温

13、度提高到100K以上。 超导体中电磁的基本规律超导体中电磁的基本规律 实用超导材料实用超导材料 可分为元素材料、合金材料、化合物材料和超导陶瓷 超导技术应用超导技术应用 超导电机、超导变压器、超导输电、 超导储能、超导磁悬浮列车、超导电磁推进船舶、 超导磁分离装置、超导核磁成像装置、核磁共振谱仪（4）电加工技术：）电加工技术： 静电成型；静电成型；线爆喷塗；线爆喷塗；粉碎、清砂、洗毛等粉碎、清砂、洗毛等（5）太空电气系统）太空电气系统 太空电气系统的工作环境和特点太空电气系统的工作环境和特点 （离子辐射、低气压、物体带电、 没有中性接地点、月尘静电污染等） 空间电源系统的类型与组成空间电源系统

14、的类型与组成 空间输配电系统空间输配电系统 太阳能发电装置太阳能发电装置 太空电气的储能装置太空电气的储能装置 太空电气的控制与管理技术太空电气的控制与管理技术 （6）环境电工技术）环境电工技术 环境污染控制中的电工技术：环境污染控制中的电工技术： （静电技术、高电压技术、脉冲功率技术、（静电技术、高电压技术、脉冲功率技术、 放电等离子体技术、测控技术等）放电等离子体技术、测控技术等）粉尘污染控制技术粉尘污染控制技术HV电晕区荷电区电除尘器：电除尘器：气态污染物控制技术气态污染物控制技术（烟气脱硫）（烟气脱硫）N2+O2+H2O 放电 e,O,O3,N,OH,HO2,N2+,O2+,N2*,O

15、2*,H2O* SO2 O SO3 H2O H2SO4 HO2 SO3 + OH OH HSO3 OH H2SO4水处理技术：水处理技术： 通过在气体或水中放电，产生等离子体和活性通过在气体或水中放电，产生等离子体和活性物质，如物质，如H、OH、O3、H2O2等，与水充分接触，去等，与水充分接触，去除水中的污染物质。除水中的污染物质。 主要物理化学过程有：主要物理化学过程有： 高能电子的轰击作用；高能电子的轰击作用； 强烈强烈UV辐射，起到光化学处理作用；辐射，起到光化学处理作用； 活性自由基（如活性自由基（如OH基等等）的氧化作用；基等等）的氧化作用； 放电产生臭氧的强氧化作用；放电产生臭氧

16、的强氧化作用； 冲击波、局部超临界水状态等作用；冲击波、局部超临界水状态等作用；（7）生物电工技术：）生物电工技术： 生物电磁特性检测与利用生物电磁特性检测与利用 电磁场的生物学效应电磁场的生物学效应 （电磁场对生物体的影响、环境电磁场对健康的影响） 生物医学中的电磁成像技术生物医学中的电磁成像技术 电磁技术在生命医学中的应用电磁技术在生命医学中的应用 （碎石机、电穿孔、电磁疗法、脑电波、 体内微型诊疗机器人、电磁检测的生物芯片等）（8）静电技术：）静电技术： 静电喷塗技术；静电喷塗技术； 静电复印技术；静电复印技术； 静电除尘技术；静电除尘技术； 静电植绒技术；静电植绒技术； 静电分选技术；

17、静电分选技术； 静电粒子加速器；静电粒子加速器； 静电防灾技术静电防灾技术 。已应用技术：已应用技术：静电喷雾、喷塗技术：静电复印、成像技术：静电植绒技术：特点： 绒垂直基材直立 密度高 坚固、耐磨性强 生产能力高静电分选技术：静电分选技术： 环境保护（粉尘、有害气体、水处理）环境保护（粉尘、有害气体、水处理）食品饮料（杀菌、保鲜）食品饮料（杀菌、保鲜）生物（细胞融合、生物（细胞融合、DNA诱变）诱变）化学（放电化学反应）化学（放电化学反应）物理（静电聚焦、加速等）物理（静电聚焦、加速等）静电加工静电加工材料（表面改性、新材料）材料（表面改性、新材料）医学（治疗、恢复疲劳）医学（治疗、恢复疲劳

18、）石油化工等（防灾）石油化工等（防灾）农业（种子处理、促进生长）农业（种子处理、促进生长）静电技术的主要应用领域：静电技术的主要应用领域： （9）新能源技术）新能源技术1）燃料电池：燃料的化学能直接转变为电能，）燃料电池：燃料的化学能直接转变为电能， -燃料燃料(氢氢)作为电池负极的活性物质作为电池负极的活性物质-氧化反应；氧化反应； -氧作为电池正极的活性物质氧作为电池正极的活性物质-还原反应。还原反应。 -由只有离子导电的电解质隔开正负极形成电位差。由只有离子导电的电解质隔开正负极形成电位差。 *目前还不能用天然燃料，只能用氢或富氢燃料。目前还不能用天然燃料，只能用氢或富氢燃料。 *需要复

19、杂的燃料预处理和精密控制系统，成本比火力需要复杂的燃料预处理和精密控制系统，成本比火力 发电高得多。绿色电源，仍在发展，前景好。发电高得多。绿色电源，仍在发展，前景好。2）太阳能）太阳能 -光伏电池，成本高、效率低光伏电池，成本高、效率低 -太阳热发电太阳热发电3）风力、潮汐、地热发电）风力、潮汐、地热发电 -风场选择与设计，变速发电机风场选择与设计，变速发电机 -潮汐发电，潮汐发电， -地热发电地热发电4）储能电站）储能电站 -抽水蓄能，抽水蓄能， -压缩空气蓄能，压缩空气蓄能， -飞轮蓄能，飞轮蓄能， -超导蓄能，超导蓄能， -电容器电容器(超级电容器）超级电容器）10、特种电源技术、特种电源技术 -小型、便携、高效电源，小型、便携、高效电源， -高压高压/大电流大电流/高频高频/方波，方波， -应用电力电子技术的新型电源（开关电源等），应用电力电子技术的新型电源（开关电源等）， -后备电源（发电机