电气工程导论专题.ppt

电气工程导论专题一,绪论,电气工程导论,2,课程性质,所选教材适合电工基础知识具备的阶段，请参考电气工程导论目的了解电气学科的涵盖范围明确学习的方向、侧重点认识今后可能的工作领域清楚电气学科发展方向范围广、未知多了解探究,电气工程导论,3,授课及考核方式,六个专题五门电气专业重点课程不掌握过多涉及专业的知识理论掌握本专业课程涵盖的基本内容了解各学科发展的方向每67人一组，准备一个5分钟ppt，准备3分钟的提问。讲述你对于学科的认识、某个感兴趣的专题或者喜欢的任何相关知识点。（第八周）,电气工程导论,4,国外大学设置电气工程专业的时间 哥伦比亚大学1882年 康乃尔大学1883年 普林斯顿大学1889年 德州大学1895年 麻省理工学院1902年,一、电气工程的历史和形成,电气工程导论,5,我国电气专业历史,1908年，南洋大学堂（交大）设立了电机专科我国最早的电机专业。1912年，同济医工学堂（同济大学）设立电机科。1920年，公立工业专门学校（浙江大学）设立电机科。1923年，中央大学（东南大学）设立电机工程系。1932年，清华大学设立电机系。1933年，北洋大学（天津大学）设立电机工程系。,电气工程导论,6,电气工程专业是工科中历史最悠久的专业之一。电气工程专业在我国至今仍保持着强大的生命力。从电气工程专业中派生出庞大的电气信息专业群电子工程；计算机工程；自动化与仪表技术；等离子体技术；激光技术等现代高科技。,电气工程导论,7,电气工程学科是工程类的大基础学科，是工科院校较为古老的学科，我国目前还按老学科方向设置研究生教育的二级学科：,电力系统及其自动化(Power System and its Automation)电机与电器(Electrical Machines and Apparatus)高电压技术与绝缘(High Voltage Tech.and Insulations)电力电子与电气传动(Power Electronics and Electric Drives)电工理论及电工新技术(Theories and New Tech.of Electric Engineering),电气工程导论,8,川内其他具有电气专业院校,四川大学专业电子科技大学弱电控制强电西南交通大学电气学院，各类学科全,电气工程导论,9,二、电气工程的地位和发展,电气工程（Electrical Engineering，简称EE）是现代科技领域中的核心学科之一，更是当今高新技术领域中不可或缺的关键学科。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。,电气工程导论,10,电气工程的定义,传统的电气工程定义为用于创造产生电气与电子系统的有关学科的总和。21世纪的电气工程概念已经远远超出上述定义的范畴：今天的电气工程涵盖了几乎所有与电子、光子有关的工程行为。,电气工程导论,11,三、今后发展,信息技术的决定性影响。信息技术广泛地定义为包括计算机、世界范围高速宽带计算机网络及通讯系统，以及用来传感、处理、存储和显示各种信息等相关支持技术的综合。与物理科学的相互交叉面拓宽三极管的发明和大规模集成电路制造技术的发展。,电气工程导论,12,四、电气专业重要基础专业课,电路分析自动控制原理模拟电路电磁场信号与系统数字信号处理数字电路程序设计C语言微机原理、单片机,电气工程导论,13,大学电路分析包括内容,电路的基本概念及基本定律 电阻电路的等效变换 电路的基本分析方法 线性电路的基本定理 含有运算放大器的电阻电路,正弦交流电路的稳态分析 含有互感的电路 三相电路 非正弦周期电流电路 双口网络 一阶电路的时域分析二阶电路的时域分析,（一）重要的专业基础课电路分析,电气工程导论,14,（二）电路设计常用软件介绍,随着计算机在国内的逐渐普及，软件在电路行业的应用也越来越广泛，但和发达国家相比，我国的电路设计水平仍然存在着相当大的差距。EDAElectronic Design Automatic电路设计自动化以下是一些国内最为常用的EDA软件,电气工程导论,15,1、PROTEL,PROTEL是PORTEL公司在20世纪80年代末推出的电路行业的CAD软件，它当之无愧地排在众多EDA软件的前面，是电路设计者的首选软件。普及率最高，几乎所有的电路公司都要用到它。,电气工程导论,16,学习的方式,最新版本：Protel 2006（简体中文版 V6.0）网站：（简体中文版 V6.0）http:其余下载网站购买相关书籍书店很多,电气工程导论,17,2、ORCAD,由ORCAD公司于20世纪80年代末推出的EDA软件。集成了电原理图绘制，印刷电路板设计、模拟与数字电路混合仿真等功能。电路仿真的元器件库更达到了8500个，收入了几乎所有的通用型电路元器件模块。元器件库也是所有EDA软件中最丰富的，在世界上一直是EAD软件中的首选。售价不菲，北美地区世纪加强版 7995美元。网站,电气工程导论,18,3、PSPICE,PSPICE是较早出现的EDA软件之一，功能强大的模拟电路和数字电路混合仿真EDA软件PSPICE发展至今，已被并入ORCAD，成为ORCADPSPICE，但PSPICE仍然单独销售和使用进行各种各样的电路仿真、激励建立、温度与噪声分析、模拟控制、波形输出、数据输出、并在同一个窗口内同时显示模拟与数字的仿真结果。网址与ORCAD公司一样。,电气工程导论,19,4、EWB,EWB软件是交互图像技术有限公司（INTERACTIVE IMAGE TECHNOLOGIES Ltd）在20世纪90年代初推出的EDA软件，近几年在国内开始使用。,EWB的主窗口,电气工程导论,20,电气工程导论,21,5、VISIO,VISIO公司在1991年推出的用于制作图表的软件。在早期它主要用作商业图表制作。流程图、电气、建筑、工艺VISIO被宣称为是世界上最快捷、最容易使用的流程图软件。合入Office软件。获得途径：Office软件购买,电气工程导论,22,电气工程导论,23,visio制作的电力系统简图,电气工程导论,24,（三）最抽象的课程自动控制原理,自动控制原理是自动控制技术的理论基础，是一门理论性较强的工程科学。经典控制理论：稳定性、频域现代控制理论：时间域方法 智能控制理论：新兴的交叉学科 模糊逻辑控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、分层递阶控制及遗传算法等,电气工程导论,25,古代计量时间的仪器漏刻,水便从壶孔中流出来，再用一个容器收集漏下来的水，在这个容器内有一根刻有标记的箭杆，相当于显示时刻的钟面，用竹片或木块托着箭杆浮在水面上，容器盖的中心开一个小孔，箭杆从盖孔中穿出。在漏壶上再加一只漏壶，水从下面漏壶流出去的同时，上面漏壶的水即源源不断地补充给下面的漏壶，使下面漏壶内的水均匀地流入箭壶，取得比较精确的时刻。,图 反馈原理,电气工程导论,26,自动控制：无人驾驶飞机按照预定的飞行航线自动升降和飞行，这是典型的自动控制技术应用的结果。,无人驾驶飞机按预先给定的飞行航线参数（高度、方向等）飞行，则预先给定的飞行航线参数称为参考输入或给定输入。,电气工程导论,27,机器人足球赛,电气工程导论,28,（四）认识半导体元件模拟电路,导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。,电气工程导论,29,P型半导体,N型半导体,扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。,内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。,电气工程导论,30,半导体器件,场效应管,光电二极管,二极管,电气工程导论,31,（五）0 1的世界数字电路,数字量：本班学生的人数、某学生的性别、年龄、性别、籍贯都具有共同的特点-仅可能取若干个特定的值或形态。数字系统：把表述个离散信息的数字量加于某系统（或电路）的输入端，并有系统进行处理。具有一定功能，且输入输出均为数字量的系统（或电路）即为数字系统（或电路）。数字元件,图 继电器开关及其V0与VI的关系,电气工程导论,32,布尔代数,与、或、非运算的真值表,电气工程导论,33,图 并行和串行格式,数字信号,图 非归零格式a和归零格式b,电气工程导论,34,交通管理器,电气工程导论,35,（六）更上一层楼电磁场,电磁场理论的建立 电、磁现象是大自然最重要的往来现象，是最早被科学家们关心和研究的物理现象。19世纪以前，电、磁现象作为两个独立的物理现象，没有发现电与磁的联系。但这些研究，为电磁学理论的建立奠定了基础。,电气工程导论,36,电磁场理论的应用和发展,无线电报 1895年，（意）马可尼成功地进行了2.5公里距离的无线电报传送实验。1896年，波波夫进行了约250米距离的类似试验,1899年，无线电报跨越英吉利海峡的试验成功；1901年，跨越大西洋的3200公里距离的试验成功。马可尼以其在无线电报等领域的成就，获得了1909年的诺贝尔奖金物理学奖。无线电报的发明，开始了利用电磁波时期。有线电话 1876年，（美）A.G.贝尔在美国建国100周年博览会上展示了他所发明 的有线电话。此后，有线电话便迅速普及开来。广播、电视、雷达、GPS,电气工程导论,37,电气专业学习电磁场的必要性,电机学（使用最频繁）电力传输各类强电设备,电气工程导论,38,（七）充满数学运算信号与系统,什么是信号？信号是消息的表现形式，消息则是信号的具体内容。什么是系统？系统是由若干相互作用和相互依赖的事物组合而成的具有特定功能的整体。,电气工程导论,39,信号与系统问题无处不在,通讯古老通讯方式：烽火、旗语、信号灯近代通讯方式：电报、电话、无线通讯 现代通讯方式：计算机网络通讯、视频电视传播、卫星传输、移动通讯,电气工程导论,40,信息科学已渗透到所有现代自然科学和社会科学领域,工业监控、生产调度、质量分析、资源遥感、地震预报、人工智能、高效农业、交通监控宇宙探测、军事侦察、武器技术、安全报警、指挥系统经济预测、财务统计、市场信息、股市分析电子出版、新闻传媒、影视制作远程教育、远程医疗、远程会议虚拟仪器、虚拟手术,电气工程导论,41,生物医学信号处理应用举例,滤波以前 干扰严重,滤波以后 干扰去除,电气工程导论,42,研究信号的时域与变化域分析,电气工程导论,43,电气工程导论,44,后续课程,通信系统微波技术、通信原理信息系统数字信号处理、信息论控制系统优化原理、自动调节原理、电力拖动动力系统电力系统自动化、热力系统自动化、水利系统自动化、原子能系统,电气工程导论,45,（八）数字信号处理实用,Digital Signal Processing：DSPDSP主要针对代表连续信号的数字进行数学运算，以得到相应的处理结果。这种数学运算是以快速傅立叶变换(FFT)为基础，对数字信号进行实时处理。,图 DSP Solution,电气工程导论,46,Requirement of DSP Engineers is growing up rapidly,Theory,method,algorithm,电气工程导论,47,Mobile phone,The handset is not only used for voice communication,Digital Camera,PDP(Plasma Display)TV,电气工程导论,48,DVD(Digital Video Disc),Simulator of airplane,Radar/Sonar,Pattern recognition,电气工程导论,49,（九）软件控制硬件1程序设计C语言,语言的诞生与发展在C语言诞生以前，系统软件主要是用汇编语言编写的。语言是贝尔实验室于70年代初研制出来的，后来又被多次改进，并出现了多种版本。80年代初，美国国家标准化协会（ANSI），根据语言问世以来各种版本对语言的发展和扩充，制定了ANSI C标准（1989年再次做了修订）。,电气工程导论,50,C语言的特点 同时具有汇编语言和高级语言的优势。语言简洁、紧凑，使用方便、灵活。运算符极其丰富。生成的目标代码质量高，程序执行效率高。可移植性好（较之汇编语言）。可以直接操纵硬件。在C语言中，除实现顺序、选择和循环三种基本结构等的9条控制语句外，输入输出操作均由标准库函数（不是C语言的组成部分）来实现。,电气工程导论,51,（九）软件控制硬件2微机原理、单片机,单片机学习板,电气工程导论,52,单片机PC机一台能够工作的计算机要有这样几个部份构成：CPU、RAM、ROM、输入/输出设备。在个人计算机上这些部份被分成若干块芯片，安装一个称之为主板的印刷线路板上。单片机中，这些部份，全部被做到一块集成电路芯片中了，所以就称为单片（单芯片）机。单片机用40脚封装。功能多一些单片机也有引脚比较多的，如68引脚，功能少的只有10多个或20多个引脚，有的甚至只8只引脚。,电气工程导论,53,单片机学习用途,学习使用单片机了解计算机原理与结构的最佳选择。二十世纪跨越了三个“电”的时代：电气时代、电子时代和电脑时代。单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在 产品名称前冠以形容词“智能型”。单片机和PC机一样，是实践性很强的一门技术，有人说“计算机是玩出来的”，单片机亦一样，只有多“玩”，也就是多练习、多实际操作，才能真正掌握它。,电气工程导论,54,工业自动化过程的实时控制和数据处理,单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，并且在很多电子产品中也将其用到温度检测和温度控制。,电气工程导论,55,基于单片机的电力监控系统交流采样技术的实现,系统采用8031单片机实现电力参数的交流采样，通过LED显示器显示频率、电压、电流的实时值，在过压30%、欠压30%时进行声光报警，并能定时打印电压、电流及频率值。,电气工程导论,56,自动控制领域的机器人,将计算机技术与测量控制技术结合，组成智能化测量控制系统。这种技术促使机器人技术也有了突飞猛进的发展。机器人是由计算机控制的复杂机器，它具有类似人的肢体及感官功能；动作程序灵活；有一定程度的智能。,电气工程导论,57,（十）其余重要专业选修课,A）PLC可编程逻辑控制器可编程序控制器（Programmable Controller，简称PC）是基于微型计算机技术的通用工业自动控制设备，又称可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC）。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的命令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。,电气工程导论,58,PLC是3C技术,计算机(Computer)技术、控制(Control)技术、通信(Communication)技术的综合体。它能适应工厂环境要求，工作可靠，体积小，功能强，而且“用途可随时改变”用户通常只要“修改PLC的设置参数”或者“更换PLC的控制程序”就可以改变PLC的用途，是实现“工厂自动化、机电一体化、机床数控化”的支柱技术。,电气工程导论,59,工厂自动化的三大技术支柱PLC(可编程逻辑控制器)、Robot(机器人)、CAD/CAM(计算机辅助设计与制造)，PLC首当其冲，是领头羊。,电气工程导论,60,工厂PLC自动控制系统,PLC控制室,MCC柜内部结构图,电气工程导论,61,B）楼宇自动化,智能楼宇或智能建筑（缩写IB）是信息时代的产物，是计算机及传感器应用的重要方面。,电气工程导论,62,一、智能建筑产生的背景,智能建筑(Intelligent Building)，首次出现于1984年的美国康涅狄格州的哈特福德市改建的38层高的旧金融大厦1、特点：装备了通信系统；办公自动化系统；自动监控和建筑设备管理系统。2、使得：用户可享受到通讯自动化及办公自动化的服务；空调、供水、防火防盗、供配电系统均为电脑控制；实现了自动化综合管理。3、City Place以其全新的设计与服务成为智能建筑跨时代的里程碑,电气工程导论,63,社会背景社会变革国家垄断经营的交通邮电、邮电等行业转向自由竞争、国际贸易和市场开放，使得信息技术市场的竞争日趋激烈，为智能建筑的技术和设备选择提供了更多的机会。技术背景计算机技术、微电子技术、信息网络技术促使智能建筑的实现具备了技术基础。,电气工程导论,64,工作和生活的客观需求,随着现代生活水平的提高，人们对工作和生活场所的环境条件也提出了更高的要求，而智能建筑的出现正迎合了这种需求，它能为使用者提供更加方便、舒适、高效和节能的生产与生活条件。,电气工程导论,65,智能家居结构图,电气工程导论,66,二、究竟什么是智能建筑？什么样的建筑才能称之为智能建筑?,建筑作为建筑工程与艺术、自动化技术、现代通信技术和计算机网络技术相结合的复杂系统工程学科“智能建筑”,电气工程导论,67,中国对智能建筑的定义,智能建筑系统是指利用系统集成方法，将智能计算机技术、通信技术、信息技术与建筑艺术有机结合，通过对设备的自动监控，对信息资源的管理和对使用者的信息服务及其与建筑的优化组合，所获得的投资合理，适合信息社会需要，并且具有安全、高效、舒适、便利和灵活特点的建筑物。,电气工程导论,68,由5个独立的自动化基本子系统组成：,设备管理自动化系统（BAS）；安全防卫自动化系统（SAS）；通信自动化系统（CAS）；防止火灾自动化系统（FAS）；办公自动化系统（OAS）。这些子系统通过系统集成中心（SIC）组合在一起，满足用户需求。,电气工程导论,69,电气工程导论,70,智能化建筑中的传感器,终端,控制对象,电气工程导论,71,三、门禁系统在办公大楼的应用,电子门禁系统采用个人识别卡方式工作，给每个有权进入的人或来访者发一个个人识别卡，相当于一把钥匙。系统根据该卡的卡号，卡的可用的次数和当前的时间信息等，判断该持卡人是否可以进入，如果可以，则自动开门，否则不开门。,电气工程导论,72,四、校园网络综合组建方案,拓扑图中的路由器、防火墙和核心交换机构成了校园网的核心，也就是我们平常说的网络中心，网络中心性能的好与坏将直接影响整个校园网的性能，因此，网络中心的组建将是整个校园网组建成败的关键。,电气工程导论,73,五、基于PLC的电梯监控系统,电梯监控系统要求既能监控电梯状态又能完成日常管理。从模块功能上可分为：故障时电梯状态；每个工作周期的数据汇总；日常管理信息。,电气工程导论,74,工作领域,毕业生可在大中型水、火电厂的值班运行及试验室从事电力系统调度及计算机自动化工作电力系统的研究设计工作及科研机构的试验室工作也可在有关的研究院、所及学校进行科研和教学工作。,电气工程导论,75,招聘实例1,沈阳和世泰实业有限公司-电气工程师招聘职位：电气工程师工作地点：沈阳市招聘人数：1工作年限：五年以上薪水范围：面议职位描述：负责公司各生产车间用电管理、保证熔铸、锻造、轧制设备用电、维护检修设备电路，保证生产设备的正常运转，同时负责厂区的生活、办公等安全用电。要求：国家统招本科以上学历，在大型生产企业从事电气工作五年以上，身体健康，工作认真，责任心强。,电气工程导论,76,招聘实例2,杭州明天能源投资有限公司-电力工程师招聘职位：电力工程师工作地点：沈阳市招聘人数：2工作年限：不限薪水范围：面议职位描述：电力工程师要求：本科及以上学历,电气工程、工业自动化相关专业；三年以上的电厂电气工程建设或维护经验；熟悉高压和低压电气设备；具有电站电气工程安装、调试或维修、监理工作经验。具有电气监理工程师证书者优先。熟练应用AUTOCAD软件。,电气工程导论,77,电力实习,青峰岭教学电厂是一座装机31250KW的教学生产型电厂，融教学、生产、科研于一体，同时也是四川省电力类、建设类高级工种技能鉴定培训基地和全省职教师资培训基地。,电气工程导论,78,招聘实例3,深圳市华为安捷信电气有限公司招聘职位：电气工程师工作地点：深圳职位要求：1、有信号和电源防雷产品的开发和测试实践经验，或宽带接入产品的开发和测试实践经验，或LC低通滤波器的开发、测试实践经验；有机电一体化的设计经验；2、有3年的产品开发设计经验；说明：电力系统及其自动化、机械设计及其自动化、机械工程等相关专业的优秀应届生也可考虑,电气工程导论,79,招聘实例4,富士电机产业（上海）有限公司职位：技术支持/客户服务工作地点:上海 要求：1.具备电子、电气或者电机专业本科以上学历。2.相关工作经验不限。3.懂日语或英语者优先。公司简介：我公司是组装电控装置、生产销售工、低压电器、电气设备配套等的日本独资企业集团。因业务拓展的需要，现向社会诚聘符合要求的人才。,电气工程导论,80,毕业生应获得以下几方面知识和能力：,掌握本专业所必需的数学、电路、电机、电子技术基础、微机原理和自动控制等基础理论、基本知识，掌握计算机运算、实验、工程制图等基本技能；掌握发电厂及电力系统的运行理论和设计方法；掌握电力系统继电保护、自动控制技术和有关的设计及调试方法；具有计算机在电力系统中的应用和电力工业生产运行管理的基本知识和基本能力；了解国内外本专业领域的技术发展动向，具有进行科学研究和新技术开发的初步能力。,