电气工程学科概论论文.pdf

电气工程概论论文摘要：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 础电气自动化在工厂里应用比较广泛，可以这么说, 电气自动化是工厂里唯一 缺少不了的东西， 是工厂里的支柱 本文介绍电气工程中的电机与电器、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、 电工理论与新技术学 科，以及各自的研究热点内容，其中还有个人的展望和心得体会 关键字 ： 电气工程 电机与电器 电力系统及其自动化电力电子与电力传动高电 压与绝缘技术高电压与绝缘技术 绪论 经过本科阶段的学习，我对自己选择的电气工程专业有了一定的认识，它 与人们的日常生活以及工业生产密切相关，是高新技术产业的重要组成部分，广 泛应用于工业、农业、国防等领域，在国民经济中发挥着越来越重要的作用，而 且它发展迅速，有着广阔的前景[1].电气工程及其自动化涉及电力电子技术[2], 计算机技术 , 电机电器技术信息与 网络控制技术 , 机电一体化技术等诸多领域, 是一门综合性较强的学科, 其主要特 点是强弱电结合 , 机电结合 , 软硬件结合 . 在这里要学习电工技术、电子技术、信 息控制、计算机技术、 电气工程及自动化技术等方面较宽广的工程技术基础和一 定的专业知识，使学生受到电工电子、信息控制及计算机技术方面的基本训练， 以及电气工程及自动化领域的专业训练，具有解决电气工程技术与控制技术问题 的基本能力[3]。

她要培养的是德、智、体、美全面发展，知识、能力、素质协调进步，能够从事与电气工程有关的系统运行、自动控制、电力电子技术、信息处 理、试验分析、研制开发、经济管理、电子与计算机技术应用等领域工作的“ 高 素质、强能力、应用型 ” 高级工程技术人才 电气工程下设 5 个二级学科，分别为电机与电器、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5 个学科的研究领 域自成一体，各有所长，发展势头强劲电机与电器电机与电器的研究领域包括：电力系统中的大型发电机、电动机，有着广泛 应用的中小型电机 前者侧重于运行分析、 建模仿真及监测诊断， 后者侧重于理 论分析、设计方法及现代节能控制技术[4]就电力工业本身而言，电机就是发电厂和变电站的主要设备， 它在机器制造业和轻、 重型制造工业中应用广泛 可以 说，只要涉及电机的场所都能看到该学科的研究成果主要从事大型电机运行分 析、监测控制或故障诊断等相关技术工作，也可从事电机设计及运行控制和节能 技术开发工作 电机与电器专业主要培养掌握计算机应用技术、具备中小型电机和低压电器 的制造与设计能力，电气控制系统的安装、调试、维护、技术管理等实践能力的 应用型技术人才。

电机的类型： 按功能分为： 1) 发电机 : 把机械能转换为电能；2) 电动机 : 把电能转换为机械能； 3)变压器、变频机、变流机、移相机 : 分别用于改变电能的电压、频率、 电流及相位； 4)控制电机 : 作为自控系统中的元件按功能分为： 电机中所用的材料 ： 1．导电材料作为电机中的电路系统为减小I2R 损耗，要求材料的电阻 率小常用紫铜及铝 2．导磁材料作为电机中的磁路系统要求材料具有较高的磁导率和较低 的铁耗系数，常用硅钢片、钢板和铸钢 3．绝缘材料作为带电体之间及带电体与铁心间的电气隔离要求材料的 介电强度高且耐热强度好按耐热能力可分为A、E、B、F、H 、C等 6 级. 4 结构材料使各部分构成整体、支撑和连接其他机械要求材料的机械强 度好，加工方便，重量轻常用铸铁、铸钢、钢板、铝合金及工程塑料 电机中的损耗： 铜耗 pcu：电机运行时，导体中电流产生电阻损耗I2R 铁耗 pFe：铁心中交变磁通产生磁滞损耗和涡流损耗 机械损耗 pm ：转动部分与轴承、电刷及空气间的摩擦，其大小与电机结构 及转速有关 附加损耗 pad：由于齿槽存在，谐波，漏磁等因素而引起的额外损耗。

当电 机产生的热量等于电机散发出去的热量时，电机的温度便不再上升而达到某一稳 定数值，此值与周围冷却介质温度之差，称为温升. 电机的发热 ： 温度极限内长期工作时，绝缘材料的电性能、机械性能和化学性能都不会显 著变坏，通常可保证20 年的寿命若超过此温度，绝缘材料会因迅速老化而使 性能变坏，严重时可被烧毁，造成电机的损坏 电机的防护： 方式有开启式、防护式、封闭式和防爆式几种 开启式电机的定子两侧和端盖上都有很大的通风口，只能在清洁、干净的环 境中使用 防护式电机的机座下面有通风口，适用于比较干燥、没有腐蚀性和爆炸性气 体的环境 封闭式电机的机座和端盖上均无通风孔，完全是封闭的，适用于尘土多、特 别潮湿，有腐蚀性气体，易受风雨、易引起火灾等较恶劣的环境 防爆式电机在封闭式基础上制成隔爆形式，机壳有足够的强度，适用于有易 燃易爆气体的场所，如矿井、油库、煤气站等 研究电机时常用的基本定律： 全电流定律（安培环路定律） 、 电磁感应定律、 电磁力定律、电路定律、磁路及磁路定律 Ansoft maxwell 基本操作介绍： 磁场分析方法：有限元计算步骤 : Maxwell 场量计算过程 : 现在电机设计是该专业中比较热门的方向，电机的设计不得不提到设计软件 有：ansoft 、ansys、flux 。

其中较为常用的是ansoft其分析的基本过程： 建模材料属性载荷及边界网格剖分计算机解算后 处理[5]. 高电压与绝缘技术高电压与绝缘技术主要运用于：电力系统防雷保护设计、绝缘子监测、 防污闪、水果保鲜、真空断路器设计、脉冲储能技术及军工产品等，其研究内容 与多个学科交叉，如脉冲与等离子方向、超导技术方向、自动化方向等[7]主要在电力系统、电工制造和技术物理等领域从事高电压、强电流技术、绝 缘技术、放电应用技术、过电压防护技术、电磁兼容技术等方面的研究，或从事 设计、制造、运行工作[8]如今，高电压这一传统专业又创新意，显现出前所未 有的生机，可谓 “ 老树发新枝 ” 绝缘：是指使用不导电的物质将电位不等的导体分隔开来，从而保持不同的 电位 绝缘分类：绝缘通常可分为气体绝缘、 液体绝缘和固体绝缘三类 在实际中， 研究最多的是气体绝缘，使用最多的且最为可靠的是固体绝缘 绝缘要解决的问题主要是如何选择合适的绝缘距离以及如何提高绝缘体的 耐压[9]气体放电： 气体中流通电流的各种形式统称为气体放电气体由绝缘状态突变为良导电 态的过程，称为击穿当击穿过程发生在气体与液体或者气体与固体的交界面上 时，称为沿面闪络。

在实际中，很多设备采用空气绝缘，有可能发生电晕放电、 火花放电和电弧放电两大理论：汤逊放电理论（需要巴申定律的补充）和流注理论[10]防雷装置： 常用的防直接雷的装置是：避雷针和避雷线它们是由导体制成，比被保护 设备为高，且具有良好的接地装置避雷针（线）的作用是将雷吸引到自己身上 并安全导入地中[11]常用的防进行波过电压的装置是避雷器避雷器与被保护设备并联，其作用 是释放过电压能量， 限制过电压水平， 从而保护设备的绝缘 目前使用最广泛的 避雷器是氧化锌避雷器[12]. 架空输电线路防雷： 1.为了降低雷绕击导线的概率，通常 330~500kV 线路采用双避雷线（保护角不同） ；山区的 220kV 线路也采用双避雷线； 2.平原的 220kV 及 110kV 线路可用单避雷线 35kV及以下的线路，因其绝缘很弱， 装避雷线对限制感应雷过电压的效果不大， 所以一般不沿全线装设避雷线 3. 增加绝缘子片数亦可提高线路的防雷水平，但这会增加费用（包括绝缘子 和杆塔），一般不会采取这种办法 4. 降低杆塔的接地电阻是提高线路耐雷水平的最经济的办法 电力系统接地： 电力系统接地主要分为三种：防雷接地，工作接地和保护接地[13]。

防雷接地：以把强大的雷电流安全导入大地为目的的接地防雷接地要求接 地电阻值在 1~30Ω 工作接地：因电力系统正常运行方式的需要而设置的接地通常要求接地电 阻为 0.5~10Ω 保护接地：为保证人身安全而设置的接地， 如高压电气设备的金属外壳接地 要求接地电阻为 1~10Ω 接地体： 输电线路杆塔和避雷针的防雷接地常采用占地面积不大的垂直接地体和水 平接地体在一般土壤中，单根长度为2.5m 的垂直接地体的工频接地电阻约为 30Ω 如果单根接地体不能满足需求时，可以用多根垂直接地体并联电力系统及其自动化一、二次系统 ：与电能的发送传输分配直接有关的系统属于一次系统用于一次系统的设备 属于一次设备，如发电机、传输线、开关、断路器等[14]对于一次系统实现测量、控制、信号、保护、自动及远动的功能的系统属于 二次系统用于二次系统的设备属于二次设备，如保护继电器、控制装置、计量 表等 电气主接线： 发电厂和变电所的电气主接线分为四类：单母线接线、单母线分段接线、带 旁路母线的单母线、双母线接线[15]电网调度 : 常用电气主接线 ：电力系统分析 : 包括稳态分析和暂态分析[16]电力系统及其自动化涉及电力生产的全过程（包括发电、输电、配电、用电 等），其研究内容衍生的各项技术成果广泛应用于发电厂、变压器、输电线路和 配电装置中，涉及控制、优化、经济、稳定等多项指标。

除了涉及电气工程相关 知识外，该专业对自动化、测量、计算机、通信等技术也有较高要求 四遥[17]：四遥功能是遥测、遥信、遥控、遥调； 遥测：应用通信技术，传输被测变量的测量值 遥信：应用通信技术，完成对设备状态信息的监视 遥控：应用通信技术，完成改变设备运行状态的命令 遥调：应用通信技术，完成具有两个以上状态的运行设备的控制 现场总线分类：全双工（ RS232 、RS422 ）半双工 （RS485 、PROFIBUS）[18]. 电力监控系统的基本结构： 信息采集和命令执行子系统：包括信息输入设备和命令输出执行设备 信息传输子系统：包括通信机和信道 信息采集处理和控制子系统：处理采集信息，送往人机联系系统，接受人机 联系系统下达的命令[19]人机联系子系统：为运行人员提供完整的电力系统实时运行状态信息 配电自动化系统组成结构[20]：电工理论与新技术电工理论与新技术专业主要是在电网络理论和电磁场理论的基础上，研究电 网络分析方法及其在电力系统中的应用、电磁场数值分析方法及其工程应用、电 力系统的电磁兼容技术、 基于微机的现代电磁测量技术、电力系统的信号分析与 处理技术电工新技术的分类：超导技术： 超导是指某些物质在温度下降到某一温度Tc 以下时，电阻变为零的现象。

Tc 称为该物质的转变温度或临界温度；当超导体内通过的电流超过某一数值Ic 时，超导体会由超导态变为正常态，Ic则称为临界电流当外磁场强度超过某 一数值 Hc时，超导现象也会消失，Hc称为临界磁场 超导态的基本性质 : 1、零电阻效应； 2、完全抗磁性；即超导体内磁感应强度为零 3、上述特性可稳定保持和重复 这三点是国际上公认的检验物体是否超导的准则 应用： 1. 超导电机绕组由实用超导线绕制成的电机具有功率密度大、 效率高等 优点 2. 超导变压器电力系统内部能量损失除发电机的损失外，变电和输电系统 的损失也占有很大的比例， 减少后者就是减少变压器等变电设备和输电线 路的损失，超导技术的发展为此提供了有利的技术支持 3. 超导输电利用超导体在临界温度下失去电阻转变成超导态的原理而研 制和开发的输电技术 超导输电的输送容量远远超过传统的架空输电线路 和充油电缆输电线路，也大于充气（如充 SF6 气体）输电管道和低温低 阻电缆输电 4. 超导储能将一个超导体圆环置于磁场中， 降温至圆环材料的临界温度以 下，撤去磁场，由于电磁感应，圆环中便有感生电流产生，只要温度保持 在临界温度以下， 电流便会持续。