【正文】 第一篇：電氣工程及其自動(dòng)化(專業(yè))概論科學(xué)是運(yùn)用范疇、定理、定律等思維形式反映現(xiàn)實(shí)世界各種現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律的知識(shí)體系，是社會(huì)意識(shí)形態(tài)之一。按研究對(duì)象的不同可分為自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)和思維科學(xué)。自然科學(xué)：基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、天文學(xué)、生物學(xué)等；技術(shù)科學(xué)電子學(xué)、電工學(xué)、機(jī)械學(xué)、固體力學(xué)、流體力學(xué)等。社會(huì)科學(xué)：哲學(xué)、法學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等。1技術(shù)：人類根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和自然科學(xué)原理改變或控制其環(huán)境的手段和行動(dòng)；2工程：應(yīng)用科學(xué)知識(shí)使自然資源最好地為人類服務(wù)的專門(mén)技術(shù)；3系統(tǒng)：相互關(guān)聯(lián)相互制約相互影響的一些部分組成；4信息：符號(hào)、信號(hào)或消息所包含的內(nèi)容；5控制：通過(guò)信息的采集和加工而施加到系統(tǒng)的作用；6管理：為了充分利用各種資源來(lái)達(dá)到一定目標(biāo)而對(duì)社會(huì)或其組成部分施加的一種控制 電氣工程學(xué)科及其涵蓋的內(nèi)容一：1電氣工程是工學(xué)下屬的一級(jí)學(xué)科2電氣工程學(xué)科形成于第二次技術(shù)革命1870；3傳統(tǒng)的電氣工程定義為“用于創(chuàng)造產(chǎn)生電氣與電子系統(tǒng)的有關(guān)學(xué)科的總和”。4電氣工程學(xué)科的主要任務(wù)是研究電磁現(xiàn)象的規(guī)律及應(yīng)用有關(guān)的基礎(chǔ)科學(xué)、技術(shù)科學(xué)及工程技術(shù)的綜合。這包括電磁形式的能量、信息的產(chǎn)生、傳輸、控制、處理、測(cè)量及其相關(guān)的系統(tǒng)運(yùn)行，設(shè)備制造技術(shù)等多方面的內(nèi)容。二：電氣工程學(xué)科下屬的二級(jí)學(xué)：電機(jī)與電器，電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化，高電壓與絕緣技術(shù)電力電子與電力傳動(dòng)，電工理論與新技術(shù)，脈沖功率與等離子技術(shù)ΔS 三：電氣工程學(xué)科的特點(diǎn)覆蓋面廣，理論體系逐漸完善，工程實(shí)踐成功，應(yīng)用領(lǐng)域?qū)拸V 電氣工程學(xué)科的發(fā)展趨勢(shì)①信息技術(shù)對(duì)電氣工程的發(fā)展具有特別大的支配性影響。信息技術(shù)的進(jìn)步為電氣工程領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新提供了更新更先進(jìn)的工具基礎(chǔ)。②電氣工程與物理科學(xué)間的緊密聯(lián)系與交叉仍然是今后電氣工程學(xué)科發(fā)展的關(guān)鍵，并且將拓寬到生物系統(tǒng)、光子學(xué)、微機(jī)電系統(tǒng)等領(lǐng)域。21世紀(jì)中的某些最重要的新裝置、新系統(tǒng)和新技術(shù)將來(lái)自這些領(lǐng)域。 電氣工程與自動(dòng)化專業(yè)本科培養(yǎng)方案：專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)：本專業(yè)培養(yǎng)德、智、體全面發(fā)展，能夠從事與電氣工程有關(guān)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行維護(hù)、自動(dòng)控制及保護(hù)、電力電子技術(shù)、信息處理、實(shí)驗(yàn)分析、研制開(kāi)發(fā)以及電子與計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用等領(lǐng)域工作的寬口徑符合型高級(jí)技術(shù)人才。專業(yè)特色和培養(yǎng)要求：本專業(yè)是按國(guó)家教育部工程類引導(dǎo)性專業(yè)目錄設(shè)置的寬口徑專業(yè)，主要特色是電氣工程與自動(dòng)化相結(jié)合、強(qiáng)電與弱電相結(jié)合、電工技術(shù)與電子技術(shù)子技術(shù)相結(jié)合、電相結(jié)合、電工技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合、軟件與硬件相結(jié)合、理論研究與技術(shù)應(yīng)用相結(jié)合、理論與實(shí)踐結(jié)合，培養(yǎng)各行業(yè)需要的強(qiáng)弱電兼顧的復(fù)合型高級(jí)人才。學(xué)生主要掌握電工理論、電子學(xué)、控制理論、電氣工程基礎(chǔ)、高電壓技術(shù)、電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制、信息和通信技術(shù)以及計(jì)算機(jī)應(yīng)用等方面較寬廣的工程技術(shù)基礎(chǔ)和一定的專業(yè)知識(shí)，掌握一定人文社會(huì)和經(jīng)濟(jì)管理知識(shí)。要求學(xué)生具備電氣工程技術(shù)分析、系統(tǒng)運(yùn)行與控制技術(shù)的基本能力，具有較強(qiáng)的創(chuàng)新意識(shí)。 對(duì)學(xué)習(xí)影響的一些因素①智力因素②學(xué)習(xí)的目的性學(xué)習(xí)方法環(huán)境因素經(jīng)濟(jì)條件 學(xué)習(xí)方法①確立目標(biāo)、激發(fā)動(dòng)機(jī)②調(diào)控心理、優(yōu)化心境③科學(xué)用腦、提高效率④及時(shí)復(fù)習(xí)、增強(qiáng)記憶⑤科學(xué)運(yùn)籌、巧用時(shí)間 2 電磁學(xué)理論的建立與通信技術(shù)的進(jìn)步自從牛頓奠定理論物理學(xué)的基礎(chǔ)以來(lái)，物理學(xué)的公理基礎(chǔ)的最偉大變革，是由法拉第和麥克斯韋在電磁現(xiàn)象方面的工作所引起的?！獝?ài)因斯坦歷史：英國(guó)：1600年，吉爾伯特發(fā)現(xiàn)天然磁石摩擦鐵棒，能使鐵棒磁化。德國(guó)：1663年，物理學(xué)家蓋利克研制出摩擦起電的簡(jiǎn)單機(jī)器。英國(guó)：1729年，學(xué)者格雷發(fā)現(xiàn)電可以沿金屬導(dǎo)線傳輸。法國(guó)：1733年，化學(xué)家杜菲發(fā)現(xiàn)電有兩種：“玻璃電”和“琥珀電（松香電）”。后來(lái)總結(jié)出“同性相斥，異性相吸”的規(guī)律。荷蘭：1745年，萊頓大學(xué)馬森布羅克教授研制出貯電瓶—萊頓瓶。美國(guó)：1747年，富蘭克林提出具有兩種帶電狀態(tài)的單一流體來(lái)描述電流。后來(lái)發(fā)明了避雷針；提出電荷守恒。1785年，法國(guó)物理學(xué)家?guī)靵?Charles Augustin de Coulomb, 17361806)的研究為電和磁的研究開(kāi)辟了新方向。他是磁和電的研究先驅(qū)者，制定了庫(kù)侖定律。庫(kù)侖定律是電學(xué)發(fā)展史上的第一個(gè)定量規(guī)律，它使電學(xué)的研究從定性進(jìn)入定量階段，是電學(xué)史中的一個(gè)重要的里程碑。庫(kù)侖是18世紀(jì)一位學(xué)識(shí)淵博的法國(guó)物理學(xué)家，也是當(dāng)時(shí)歐洲最好的工程師之一。他善于設(shè)計(jì)精巧的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而取得精確數(shù)據(jù)，找出數(shù)據(jù)變化的規(guī)律，揭示運(yùn)動(dòng)的基本法則。1780年，加法尼，意大利生理學(xué)家和內(nèi)科醫(yī)生。他從動(dòng)物組織對(duì)電流的反應(yīng)開(kāi)始研究化學(xué)作用而不是靜電產(chǎn)生的電流。這種動(dòng)物組織與兩種不同金屬接觸所產(chǎn)生的反應(yīng)現(xiàn)在稱為“電療”。1799年，意大利物理學(xué)家伏特發(fā)明電容器(condenser)；1800年發(fā)明了第一塊電池。 電流磁效應(yīng)的研究：1丹麥哥本哈根大學(xué)物理學(xué)教授奧斯特一直相信電、磁、光、熱等現(xiàn)象相互存在內(nèi)在的聯(lián)系。v 電流的磁效應(yīng)研究結(jié)果：在通電導(dǎo)線的周?chē)?，發(fā)生一種“電流沖擊”。磁性物質(zhì)或磁性粒子受到這些沖擊時(shí)，阻礙它穿過(guò)，于是就被帶動(dòng)，發(fā)生了偏轉(zhuǎn)；“電流沖擊”是沿著以導(dǎo)線為軸線的螺旋線方向傳播的。v 法國(guó)數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家安培發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)載流導(dǎo)體相互作用力的規(guī)律：電流方向相同的兩條平行載流導(dǎo)線互相吸引；電流方向相反的兩條平行載流導(dǎo)線互相排斥。還對(duì)兩個(gè)線圈之間的吸引和排斥也作了詳細(xì)分析。v 德國(guó)物理學(xué)家歐姆他在法國(guó)數(shù)學(xué)家傅里葉的熱傳導(dǎo)理論的啟發(fā)下進(jìn)行電學(xué)研究。傅里葉用數(shù)學(xué)方法建立了熱傳導(dǎo)定律。歐姆認(rèn)為電流現(xiàn)象與此類似，猜想導(dǎo)線中兩點(diǎn)間的電流也許正比于兩點(diǎn)間的某種推動(dòng)力之差。歐姆稱這種力為電張力。這實(shí)際上是電壓。v 德國(guó)數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家高斯。1832年，他改進(jìn)和推廣了庫(kù)侖定律的公式，并且提出了測(cè)量磁強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)方法。他和韋伯合作，建立了電磁學(xué)中的高斯單位制；發(fā)明了電磁鐵電報(bào)機(jī)；繪制出世界第一張地球磁場(chǎng)圖。v v v 法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)亨利、楞次對(duì)電磁感應(yīng)的研究 麥克斯韋建立電磁場(chǎng)理論 v 赫茲發(fā)現(xiàn)電磁波 電工技術(shù)與理論的發(fā)展第一次技術(shù)革命（始于18世紀(jì)下半葉）基礎(chǔ)：牛頓力學(xué)；主要標(biāo)志：蒸汽機(jī) 應(yīng)用：機(jī)器制造、采礦、鐵路、冶金、紡織 第二次技術(shù)革命（始于19世紀(jì)下半葉）基礎(chǔ)：電磁學(xué)原理、電路原理、化工原理，力學(xué)等；主要標(biāo)志：電力、鋼鐵、化工；汽車(chē)、飛機(jī)、通訊 應(yīng)用：電氣工程、電子信息、通信、自動(dòng)控制 化工、鋼鐵等領(lǐng)域第三次技術(shù)革命（始于20世紀(jì)中葉）基礎(chǔ)：電子技術(shù)、信息理論、系統(tǒng)理論、控制理論 主要標(biāo)志：原子能利用、電子管、半導(dǎo)體、集成電路應(yīng)用：電氣工程、電子信息、通信、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)、家用電器、醫(yī)療設(shè)備、化工等領(lǐng)域。 電工技術(shù)的初期發(fā)展1831年，法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)原理，奠定了發(fā)電機(jī)的理論基礎(chǔ)?？茖W(xué)的發(fā)現(xiàn)，引起了一場(chǎng)技術(shù)發(fā)明。1866年，德國(guó)物理學(xué)家西門(mén)子發(fā)明了勵(lì)磁電機(jī)，并預(yù)見(jiàn)：電力技術(shù)很有發(fā)展前途，它將會(huì)開(kāi)創(chuàng)一個(gè)新 1879年10月，美國(guó)發(fā)明家愛(ài)迪生（Thomas Alva Edison，1847~1931）發(fā)明了電燈。1882年，愛(ài)迪生建成世界上第一座較正規(guī)的發(fā)電廠，裝有6臺(tái)直流發(fā)電機(jī)，共900馬力（1馬力=，），通過(guò)110V電纜供電，供6200盞白熾燈照明用，完成了初步的電力工業(yè)技術(shù)體系。1892年，愛(ài)迪生創(chuàng)立通用電氣公司(GE)。愛(ài)迪生象征著美國(guó)由窮變富的理想，愛(ài)迪生的一生，是美國(guó)從落后農(nóng)業(yè)國(guó)向工業(yè)國(guó)過(guò)渡、從全盤(pán)照搬歐洲技術(shù)到建立美國(guó)自己的技術(shù)體系的時(shí)代。1885年意大利科學(xué)家法拉里提出的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)原理，對(duì)交流電機(jī)的發(fā)展有重要的意義。美國(guó)發(fā)明家、工業(yè)家威斯汀豪（George Wistinghouse，1846~1914）生于紐約州的一個(gè)農(nóng)業(yè)機(jī)械制造商家庭。在龍寧學(xué)院學(xué)習(xí)后，參加南北戰(zhàn)爭(zhēng)的北軍，在陸軍和海軍服役。1865年發(fā)明旋轉(zhuǎn)式蒸汽機(jī)而首次獲專利。1869年設(shè)立威斯汀豪空氣制動(dòng)器公司（西屋空氣制動(dòng)器公司），在匹茲堡建設(shè)工廠，生產(chǎn)鐵路制動(dòng)器和鐵路信號(hào)裝置，其產(chǎn)品暢銷(xiāo)歐美。美籍南斯拉夫電氣工程師特斯拉（Nikola Tesla，1856~1943）1883年發(fā)明了世界上第一臺(tái)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。1888年發(fā)明的兩相異步特斯拉電動(dòng)機(jī)和交流電力傳輸系統(tǒng)。美國(guó)采用60赫茲作為工業(yè)用電的標(biāo)準(zhǔn)頻率與他有很大關(guān)系。特斯拉出生于奧匈帝國(guó)的一個(gè)牧師家庭，具有難以置信的記憶力和對(duì)數(shù)學(xué)的理解能力。1888年他發(fā)明了兩相異步特斯拉電動(dòng)機(jī)和交流電力傳輸系統(tǒng)，他的多相交流發(fā)電、輸電、配電技術(shù)也被社會(huì)接受。1890年發(fā)明高頻發(fā)電機(jī)；1891年發(fā)明特斯拉線圈（變壓器），后來(lái)被廣泛應(yīng)用于無(wú)線電、電視機(jī)和其它電子設(shè)備中；1893年發(fā)明了無(wú)線電信號(hào)傳輸系統(tǒng)。特斯拉一生中擁有700多項(xiàng)專利。1888年，俄國(guó)工程師德布羅夫斯基和德?tīng)柗l(fā)明了三相交流制。次年，三相交流電由試驗(yàn)到應(yīng)用取得成功。不久三相發(fā)電機(jī)與電動(dòng)機(jī)相繼問(wèn)世，這就為三相交流電在世界上的普遍應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。1891年，在德國(guó)勞芬電廠安裝了世界第一臺(tái)三相交流發(fā)電機(jī)，建成第一條三相交流送電線路。三相交流電的出現(xiàn)克服了原來(lái)直流供電容量小，距離 短的缺點(diǎn)，開(kāi)創(chuàng)了遠(yuǎn)方供電，電力除照明外，用于 電力拖動(dòng)等各種用途的新局面。 v v v v v v v 1778年，伏特就提出電容的概念，導(dǎo)體上儲(chǔ)存電荷Q＝CU。1826年歐姆發(fā)表歐姆定律。1831年法拉第發(fā)表電磁感應(yīng)定律。1832年亨利提出了表征線圈中自感應(yīng)作用的自感系數(shù)L，即磁通Φ＝Li。俄國(guó)楞次提出：導(dǎo)體中由電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電流，也遵守歐姆定律。1845年，德國(guó)物理學(xué)家基爾霍夫(Gustav Robert Kirchhoff, 18241887)提出電流定律和電壓定律。發(fā)展了歐姆定律，奠定了電路系統(tǒng)分析方法的基礎(chǔ)1853年，英國(guó)物理學(xué)家湯姆遜（William Thomson，1824～1907）采用電阻、電感和電容的串聯(lián)電路模型，分析了萊頓瓶的放電過(guò)程，并發(fā)表了“萊頓瓶的振蕩放電”論文。論文中通過(guò)分析后得出了放電過(guò)程中電流有反復(fù)振蕩并逐漸衰減的結(jié)論，還計(jì)算出振蕩頻率與R、L、C參數(shù)之間的關(guān)系，由此建立了動(dòng)態(tài)電路的分析基礎(chǔ)。v 1853年，亥爾姆霍茲提出電路中的等效發(fā)電機(jī)原理。一個(gè)線性含有電源的一端口網(wǎng)絡(luò)，對(duì)外電路而言，可以簡(jiǎn)化為一個(gè)電壓源和一個(gè)電阻的串聯(lián)電路來(lái)等效替代。v 1855年湯姆遜發(fā)表了電纜傳輸理論論文，他采用電容、電阻構(gòu)成的梯形電路，來(lái)構(gòu)成長(zhǎng)距離電纜的等效電路模型，分析了電報(bào)信號(hào)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離傳送所產(chǎn)生衰減、延遲、失真的原因。v 德國(guó)出生的美籍電氣工程師施泰因梅茨（, 1865—1923）對(duì)交流電路理論的發(fā)展作出巨大貢獻(xiàn)；正弦交流電路計(jì)算方法的一個(gè)重要進(jìn)展，是由施泰因梅茨于1893年提出的分析交流電路的符號(hào)法（相量法）。他利用數(shù)學(xué)中的第莫威定理，用復(fù)數(shù)的模和輻角來(lái)代表有正弦量的效值（或最大值）和初相位。在相同頻率下的三角函數(shù)運(yùn)算，就可以轉(zhuǎn)化為復(fù)數(shù)的代數(shù)運(yùn)算了。v 1911年英國(guó)電氣工程師亥維賽德(Oliver Heaviside, 1850～1925)提出正弦交流電路中阻抗的概念，用相量法分析正弦交流電路時(shí)，阻抗也是一個(gè)復(fù)數(shù)，其實(shí)部是電阻，虛部是電抗。v 亥維賽德還提出了求解電路暫態(tài)過(guò)程的“運(yùn)算法”。運(yùn)算法的要點(diǎn)是將描述動(dòng)態(tài)電路的微分方程，變換成為相應(yīng)的代數(shù)方程，然后求解代數(shù)方程，最后由代數(shù)方程的解對(duì)應(yīng)找出原微分方程的解。這一方法也稱為積分變換法。v 數(shù)學(xué)中的積分變換法是由法國(guó)著名的數(shù)學(xué)家、