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对电气工程及其自动化的认识

一、电气工程及其自动化的发展历史

电力技术的发明、电力工业的建立至今已有100100余年的历史。自

工业革命开始，人类便在一次次工业实践中，不断地学习使用电力为

人类自己服务。多年的系统研究，终于逐步形成了电气工程的基础理

论。

电气工程的发展有以下几个里程碑意义的事件年，安培

发现了电磁效应。1831年，法拉第发现电磁感应原理，奠定了后来发

电机的理论基础。19世纪60年代，麦克斯韦建立了统一的经典电磁

场理论和光的电磁理论，预言了电磁波的存在。场理论和光的电磁理论，预言了电磁波的存在。1873年，麦克斯韦

完成了《电磁学通论》，奠定了广泛应用电磁技术的理论基础。1882

年，爱迪生建成世界上第一座较正规的发电厂，完成了初步的电力工

业技术体系。世界第一台三相交流发电机的建成，三相交流电的出现

克服了原来直流供电容量小，距离短的缺点，开创了远方供电，电力

拖动等各种用途的新局面。20世纪初，电力的生产应用已达到较高

的水平，并具有相当的规模。从此，电力取代了蒸汽，使人类历史迈

进了“电气化时代”。

二、电气工程领域的主要学科方向

电气工程主要的学科方向分为：电力系统自动化学科，电机电器

与控制学科，高电压与绝缘技术学科，电工理论与新技术学科，电力

电子与电力传动学科。

电力系统是指发电，变电，输电，配电，用电等设备和相应辅助

系统，按规定的技术和经济要求组成的一个统一系统。电力系统的根

本任务是向用户提供安全，可靠，优质，经济的电能。对电力系统的

基本要求：有充足的备用容量，实现快速控制。

电力系统具有如下特点：（1）电能的生产和使用是同时完成的；

（2）过渡过程十分短暂；（3）电力系统有较强的地区性特点；（4）

与国民经济关系密切。在我国，发电厂就分为火力发电厂、水力发电

厂、核能发电厂。

电机电器無论是在发电领域还是在用电领域电机在其中都占了

重要的地位，随着时代的进步，电机的重要性在机器生产和发电中更

加突出。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。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。

随着一些新技术的发展，电机的性能还会得到更大的提升。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。

高电压与绝缘技术这一领域的技术水平要求很高，有三强“”，即：

试验性强，理论性强，交叉性强。该学科的主要运用范围：建立有工

频高电压、支流高电压、雷电冲击高电压、操作冲击高电压、冲击大

电流以及高功率脉冲技术等装臵；测量用的有静电电压表、高压示波

器、专用的分压器、分流器等。近年来，随着计算机和微电子技术的

广泛应用，数字化测量技术和电器设备在线运行状态的再线监测、故

障诊断技术得到了很大的发展。

电工理论与新技术方面研究的问题大致可以分为以下几项：①高

功率脉冲技术；②等离子体技术；③超导电工新技术；④环境保护中

的电工技术；⑤精密微细电加工技术；⑥生物、医学中的电工新技术；

⑦电磁场对生态环境效应。

研究电工新技术可促进核能和可再生能源的应用发展，使之更快

的在技术和经济上成熟起来，例如：核电发电、磁流体发电、风能发

电、太阳能发电、其他新能源发电。电工新技术可以促进交通运输方

面的磁悬浮列车、磁流体推进船、电动车的发展推进，医学上的超导

核磁共振成像装臵的研究等。

电力电子包含电力电子器件、变流电路和控制电路三部分。目前，

电力电子技术有几个研究方向：高频开关电源技术：所有的信息系统

与通信设备都需要使用开关电源，小到各种便携数码产品，还有现在

时兴的各种平板电视，大到服务器系统、通信基站机房、及种种航空

设施等；电力电子技术在电力系统中的应用：如各种谐波补偿、有源

滤波装臵等，还有不断发展的不间断电源设备（UPSUPS），电动汽车的驱

动与控制系统，电机的节能驱动方面如各种变频器（包括变频空调），

在当前能源短缺的状况下，太阳能、风能及各种再生能源的应用，电