电气工程导论

 
 
 
电气工程学科是一门历史悠久的学科，从世界范围来看，早在第二次工业革命时期，英、 法、美等许多国家就已经开设了这一学科。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，是以电工科学中的理论和方法为基础而形成的工程技术。
电气工程与自动化学科，是所有电类专业的基础。涉及到电力电子技术、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，还涉及到发电、输电、配 电、用电这四个过程,其主要特点是强弱电结合、机电结合、软硬件结合。
本专业主要开设公共基础课、电路与电磁场理论、电机学与自动控制原理、电力电子技 术与现代电气控制技术、电气测试技术与电力工程基础、单片机原理与计算机控制技术以及 各专业方向的特色课程。可在电力、机械、电子、通讯、建筑、交通等行业从事电气工程及 其自动化方面的研究、设计、开发、生产、运行和管理等工作，也可在高校和科研院所从事 教学和科研工作。
从某种意义上讲，电气工程的发达程度代表着国家的科技进步水平。正因为此，电气工 程的教育和科研一直在发达国家大学中占据十分重要的地位。
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。 电气工程及其自  动化专业由于和人们的日常生活以及工业生产密切相关，发展非常迅速，现在也相对比较成  熟。已经成为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。
电气工程与自动化专业隶属于电气工程与自动化学院，其含有电气工程及其自动化和自 动化。其中电气工程及其自动化包含：电机与电器、电力系统及其自动化、电力电子与电力 传动、电工理论与新技术、高电压与绝缘技术。而自动化包含：控制理论与控制工程、模式 识别与智能系统、检测技术与自动化装置、系统工程、导航和制导与控制。电气工程的理论 基础是电气科学。在我国当代高等工程教育中，电气工程及其自动化专业是一个新型的宽门 径综合性专业。电气工程涉及电能的产生、传输、分配、使用全过程中，系统(网络)及其设 备的研发、设计、制造、运行、检测和控制等的工程技术问题。所以电气工程师必须掌握电 工理论、电子技术、自动控制理论、信息处理、计算机及其控制、网络通信等宽广领域的工 程技术基础和专业知识。电气工程及其自动化的触角伸向各行各业，小到一个开关的设计， 大到宇航飞机的研究，都有它的身影。本专业生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、试验技术、研制开发、经济管理以及电子与计算机技术应 用等领域的工作，是宽口径“复合型”高级工程技术人才。该领域对高水平人才的需求很大。 据估计，随着国外大企业的进入，在这一专业领域将出现很大缺口，那时很可能出现人才供 不应求的现象。
控制理论和电力网理论是电气工程及自动化专业的基础， 电力电子技术、计算机技术则 为其主要技术手段，同时也包含了系统分析、系统设计、系统开发以及系统管理与决策等研 究领域。该专业还有一些特点，就是强弱电结合、电工电子技术相结合、软件与硬件相结合， 具有交叉学科的性质，电力、电子、控制、计算机多学科综合，使毕业生具有较强的适应能 力，是“宽口径”专业。

一、电机与电气
 
 
工业革命以来，机器的生产逐渐取代了手工业生产，机器生产就少不了电机的存在，不 管是在发电领域还是在用电领域电机在其中都站了重要的地位，电机种类也变得越来越多， 电机在使用领域中存在的问题也被人们逐渐发觉，电机发热成为最突出的问题。
20 世纪下半叶电工新技术主要向着新原理、新理论、新材料、新技术方向发展。例如， 如果常温超导材料研发成功的话，这将使超导电机绕组的电阻损耗降为零，既解决了电枢绕 组发热、温升问题，又使电机效率大为提高。更重要的是超导线的临界磁场强度和临界电流 密度都很高，使超导电机的气隙磁通密度和绕组的电流密度可比传统常规电机提高数倍乃至 数十倍。这就大大提高电机的功率密度，降低电机的重量、体积和材料消耗。
21 世纪人类期望进入一个持续发展的新时期， 电工技术在 20 世纪发展的基础上，将会 进一步快速发展。除了对传统电力、电机电器、电气控制领域发展起深刻的变化外，还将对 能源、交通、和其他工业发展起着重要推动作用。比如在能源、电力方面，我们可以核能发 电、磁流体发电、风能发电等等；在交通运输方面，磁浮列车、电动车正在普及，磁流体推 进船也正在研究当中。
更重要的是，电机的重要性在机器生产和发电中更加突出。而电机也从从前的单一电机 变为了功能各异的专业性电机。在发电领域，如核能发电机，磁流体发电机， 风能发电机， 太阳能发电机，潮汐能发电机。而在电动机领域，如高性能永磁电机，交流异步电动机，单 相异步电动机，罩极式电动机，磁滞同步电动机等。
电机的发展不仅极大的提高了人类的生产力，同时也极大的丰富了人类的生活。在我们 的 日常生活中，电机无处不在，我们的空调，我们的电冰箱，我们的微波炉，我们的电脑， 或多或少都有电机的存在。可见电机在我们生活中的重要性。
 
二、电力系统及其自动化
 
 
电力系统是由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的 功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置（主要包括锅炉、汽轮机、发电机及电厂辅助 生产系统等）转化成电能，再经输、变电系统及配电系统将电能供应到各负荷中心，通过各 种设备再转换成动力、热、光等不同形式的能量，为地区经济和人民生活服务。 由于电源点 与负荷中心多数处于不同地区，也无法大量储存，故其生产、输送、分配和消费都在同一时 间内完成，并在同一地域内有机地组成一个整体，电能生产必须时刻保持与消费平衡。因此， 电能的集中开发与分散使用，以及电能的连续供应与负荷的随机变化，就制约了电力系统的 结构和运行。据此，电力系统要实现其功能，就需在各个环节和不同层次设置相应的信息与 控制系统，以便对电能的生产和输运过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，确保 用户获得安全、经济、优质的电能。
我国提出了建立只能电网的概念，并被列为电力改造项目之一，智能电网与旧电网不同 的是使用户和电力系统变成不可分割的一个整体，用户不单单是一个使用者，实行动态的浮 动电价制度，是用户间接的参与到电力的调配之中，从而使整个电网得到优化。
建立结构合理的智能大型电力系统不仅便于电能生产与消费的集中管理、统一调度和分 配，减少总装机容量，节省动力设施投资，且有利于地区能源资源的合理开发利用，更大限 度地满足地区国民经济日益增长的用电需要。电力系统建设往往是国家及地区国民经济发展 规划的重要组成部分。
电力系统的出现使高效、无污染、使用方便、易于调控的电能得到广泛应用，推动了社

会生产各个领域的变化，开创了电力时代，发生了第二次技术革命。电力系统的规模和技术 水准已成为一个国家经济发展水平的标志之一。
 
三、高电压与绝缘技术
 
 
顾名思义，高压电与绝缘技术主要研究在高电压大电流作用下各种绝缘介质的性能和不 同类型的放电现象，高电压设备的绝缘结构设计，高电压试验和测量的设备及方法，电力系 统的过电压、高电压或大电流产生的强电场、强磁场或电磁波对环境的影响和防护措施， 以 及高电压、大电流的应用等。高电压技术对电力工业、电工制造业以及近代物理的发展(如 X 射线装置、粒子加速器、大功率脉冲发生器等)都有重大影响。高电压与绝缘技术的特点 是实验性强，理论性强，交叉性强。
高电压技术在电工以外的领域得到广泛应用的同时，也不断采用新技术以发展自身。前 者主要指高电压技术在粒子加速器、大功率脉冲发生器、受控热核反应研究、航空与航天领 域的雷电和静电控制与防护、磁流体发电、激光技术、等离子体切割、电水锤进行海底探油、 冲击加工成型、人体内结石的破碎，以及静电除尘、静电喷涂、静电复印等方面的应用。高 电压领域中采用的新技术则包括利用电子计算机计算电力系统的暂态过程和变电所的波过 程；采用激光技术进行高电压下大电流的测量；采用光纤技术进行高电压的传递和测量；采 用信息技术进行数据处理等。这一切构成了高电压技术近年来发展的一个重要方面。
高压输电不仅能输电，而且还具有明显的经济性。就地发电要比运输发电更加节约资源， 这也就造就了我国现在的高压运输的电力策略。
 
四、 电力电子与电气传动
 
 
电气传动，是指用电动机把电能转换成机械能，去带动各种类型的生产机械、交通车辆 以及生活中需要运动的物品。自从人类发明并掌握各种机械帮助自己劳动以来，就需要有推 动机械的原动力，除人力本身外，最初使用的是畜力、水力和风力，后来又发明了蒸汽机、 柴油机、汽油机，19 世纪才发明电动机。电机的效率高，运转比较经济，电能的传输和分 配比较方便，电能容易控制，因此现在电气传动已经成为绝大部分机械的传动方式，成为工 业化的重要基础。传动方式的一种，有机械式如摇臂之类，有压力如液压传动，而通过控制 电机来传动的方式就是电气传动。大至一个国家，小至一个工厂，它所具有的电气传动自动 化技术水平直接反应出了其现代化水平。
电力电子技术是一门新兴技术，它是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而成的， 已成为现代电气 工程与自动化专业不可缺少的一门专业基础课，在培养专业人才中占有重 要地位。 电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。通常所说的模拟电子技术 和数字电子技术都属于信息电子技术。电力电子技术是应用于电力领域的电子技术。具体的 说，就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。电力电子是研究弱电的学科，其 与自动化有着紧密的联系，但其又经常与强电打交道，因此被称为是连接弱电与强电的桥 梁。 电力电子技术在电机控制，电流控制， 整流，自动化和仿真方面有着重要的应用。 因 此，电力电子以成为信息产业和传统产业之间的重要接口。电力电子技术的应用已深入到工 业生产社会活动的各个方面。

五、个人感悟
 
 
电气工程是从人们对电磁现象的研究开始，电磁理论是电气工程的理论基础，而电磁理 论是从物理学中的电学和磁学逐步发展而形成。 人类社会发展到任何时候也离不开能源， 能源是人类永恒的研究对象，而电能是利用最为方便的能源形式。 因此，以电能为研究对象 的电气工程及其自动化专业有着十分强大的生命力。
电气工程及其自动化专业是一个工程性很强的专业，正是因为电气工程的发展，才能有 庞大的电力工业，人类才不可逆转地进入伟大的电气化时代。迄今为止，通信和计算机都主 要以电作为信息的载体。因此，这些专业也都属于电类专业，电气工程实际上是其母体。电 气工程及其自动化的研究对象是电能，而电信息的检测、处理、控制等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及其 自动化专业的重要组成部分，专业名称中也就有了的“及其自动化 ”。
电气工程及其自动化专业的基础性也决定了其具有很强的学科交叉能力。电气工程和生 命科学的交叉已经产生了生物医学工程专业，对生命中电磁现象的研究产生了一门生物电磁 学。电气工程和材料科学的交叉形成了超导电工技术和纳米电工技术。 电气工程和电子科学 以及控制科学的交叉产生了电力电子技术，电力电子技术不但给电气工程的发展带来了极大 的活力， 同时电力电子技术也成为电气工程的重要分支。
以上的信息都说明了电气工程在国民经济中占了举足轻重的地位，电气工程专业具有广 阔的前景。
我们作为电气工程的学生，为了肩负起建设祖国的大业，我们就应该努力的学好自己的 专业，达到国家的要求。不仅如此，二级学科之间也有着密切的联系，给人的感觉就是“全 部精通不现实，只学一门没前途 ”。因此，我们必须将这些二级学科有机合理的结合起来学， 才能学到真正的本领。
 
六、对自 己未来工作和学习的要求
 
 
通过这一段时间的了解，我逐渐增加了对电气的了解，加上我从小对电动机，电子元件 的兴趣，我相信我一定能把它学好，我也发现了有很多让我感兴趣的方向，比如建筑电气与 电气智能化方向。作为一个新兴的学科，并在国家经济持续增长的背景下，建筑电气的发展 十分迅速，并且在国家大力发展坚强智能电网的政策下，建筑电气的发展更会达到以前所未 有的速度。但是在建筑电气这方面从事研究的人才却不是十分充足，因此，作为电气工程与 自动化的学生，在这方面深造不仅自己前途无量，还可为国家的现代化做出珍贵的贡献。可 是，要学好这一学科，就要求我们具有各方面的知识，我们需要从现在开始就打好基础，认 真做好每一件事，不放松。
我知道目前自己还欠缺的很多，我希望在今后的学习中，在重大电气这个优秀的平台上， 更加深刻的学习电气，并加强对电动机的理解和学习，以完成自己心中的理想。
要学好工程技术类课程，必须具有求实、求真精神，有理性的批判意识；有较强的逻辑 思维、辨证思维、形象思维的能力和科学的、务实的思维方法，具有较强的创新意识和创新 精神，在工程实践中具有市场意识和价值效益意识。另外，在大学中，要养成自学的能力。 大学学习与中学学习截然不同的特点是依赖性的减少，代之以主动自觉地学习。教师在课堂 上只讲难点、疑点、重点或者是教师最有心得的一部分，其余部分就要由学生自己去攻读、 理解、掌握。大部分时间是留给学生自学的。因此，培养和提高自学能力，是大学生必须具 备的本领。