第1講---電氣工程學科概述

1、電氣工程導論,朱義強,二〇一三年九月,教學安排,課程學時：18學時課程性質：學科基礎課程目標：“導航” 在不涉及過多理論知識的前提下，使學生對本專業(yè)的概貌有一個全面、系統(tǒng)的了解。課程考核：出勤50%+課程論文50%,主要內容,第一講 電氣工程學科概述第二講 電氣工程專業(yè)概述第三講 電機與電器第四講 電力系統(tǒng)及其自動化第五講 電力電子與電力傳動第六講 高電壓與絕緣技術第七講 電工理論與新技

2、術第八講 電氣測量,學科與專業(yè),學科的含義含義1：學術的分類，一定科學領域或一門科學的分支。是與知識相聯(lián)系的學術概念，是分化的科學領域。含義2：高校教學科研的功能單位，是對高校人才培養(yǎng)、教師教學、科研業(yè)務隸屬范圍的相對界定，是高校的細胞組織。世界上不存在沒有學科的高校。專業(yè)的含義學校根據(jù)社會分工的需要而劃分的學業(yè)門類。社會分工是其基礎，學科知識時是其內核，教育結構為其表現(xiàn)形式。,學科與專業(yè)的關系,學位授予和人才培養(yǎng)學科目錄（

3、2011年）,普通高等學校本科專業(yè)目(2012),第一講 電氣學科概述,一、電氣工程及其自動化的發(fā)展歷史,電氣工程是研究電磁領域的客觀規(guī)律及其應用的科學技術，是以電工科學中的理論和方法為基礎而形成的工程技術。 電氣工程學科是一門歷史悠久的學科，從世界范圍來看，早在第二次工業(yè)革命時期，英、法、美等許多國家就已經開設了這一學科；對于我國來說，電氣工程學科也已經有了近百年的歷史。同時，電氣工程學科是一門涉及范圍很廣，與其他學科聯(lián)系較

4、為密切的學科，其中電子信息、通信工程等許多學科都是由電氣工程學科派生出來的。,電機制造技術的進步和電能的應用的擴展，促進了發(fā)電廠和發(fā)電站的建設。,遠距離輸電,,圖1-1 法拉第盤,,(a) (b),圖1-2 雅可比電動機模型和實用電動機(a) 電動機模型；(b) 實用電動機,,圖1-3 特斯拉發(fā)明的二相異步電動機,,圖1-4 多里沃-多勃羅沃爾斯基三相電動機部件,圖1-5

5、 多里沃-多勃羅沃爾斯基三相電動機外觀,圖1-6 多里沃-多勃羅沃爾斯基的幾種三相變壓器,,力主采用交流輸電英國的費朗蒂、高登美國的威斯汀豪斯、特斯拉(1857—1943年)、斯普拉戈(1857—1934年)等,反對交流輸電，主張直流輸電當時美國電氣界最負盛名發(fā)明家愛迪生對電氣化作出了重要貢獻的著名英國物理學家威廉·湯姆生(即開爾文勛爵)羅克斯·克隆普頓(1845—1940年)等,隨著輸電技術的發(fā)展，交流

6、電很快取代了直流電。 這場關于交、直流輸電方式的爭論，最終以力主交流輸電派的暫時取勝而告結束。 目前，交直流并存。,,爭論,遠距離輸電問題的根本解決是三相交流理論的形成與技術發(fā)明的結果。 其主要發(fā)明者是在德國、瑞士工作的俄國電工學家多里沃-多勃羅沃爾斯基。他在1889年制成最早的一臺功率為100 W的三相交流異步發(fā)電機。1891年又制成了75 kW的三相交流異步電動機(見圖1-4和圖1-5)和150 kW的三相變壓器(見圖1-6

7、)。正是他的發(fā)明，人們在電能應用中廣泛采用了三相制。 1891年，多里沃-多勃羅沃爾斯基在德國法蘭克福的電氣技術博覽會上，成功地進行了遠距離三相交流輸電實驗。他將180 km外三相交流發(fā)電機發(fā)出的電能用8500?V的高壓輸送，輸電效率達到75%，在當時的條件下，如此高的傳輸效率是直流輸電所不能辦到的。從此，高壓交流輸電的有效性和優(yōu)越性得到了公認。,電力的作用已不僅僅是用于照明，而開始成為新興工業(yè)的動力和能源。電力的應用和輸電技術

8、的發(fā)展，促使一大批新的工業(yè)部門相繼產生。 首先是與電力生產有關的行業(yè)，如電機、變壓器、絕緣材料、線路器材等電力設備的制造、安裝、維修和運行等生產部門； 其次是以電作為動力和能源的行業(yè)，如照明、電鍍、電解、電車、電梯等工業(yè)交通部門； 另外還有各種與生產、生活有關的新的電器生產部門也相繼出現(xiàn)了。 這種發(fā)展的結果，又反過來促進了發(fā)電和高壓輸電技術的提高。,隨著電力的應用和發(fā)電、輸電、配電技術的發(fā)展，不但有力地促

9、進了電機、電器、照明、電力電子技術、電車等行業(yè)的發(fā)展，同時反過來又促進了電氣工程學科研究內容的豐富。 電氣工程學科與其他學科相互交叉，相互融合，相互促進，現(xiàn)已形成了相對獨立的電機與電器、電力系統(tǒng)及其自動化、高電壓與絕緣技術、電力電子與電力傳動、電工理論與新技術5門分學科。,電氣工程正進一步從廣度和深度上向前發(fā)展，客觀世界也在不斷提出新的挑戰(zhàn)。例如：到處存在的工頻電磁場對人體機能影響的研究；太陽活動周期所引起的地磁暴對電力設施的

10、破壞作用；新型柔性輸電技術和電動汽車技術所提出的多學科協(xié)同研究的新需要；人類從總體上對能源和環(huán)境的宏觀評估，向更有效地利用太陽能、風能、水能等可再生能源方向發(fā)展而提出的新技術要求；CDM（溫室氣體減排）項目、電力驅動、電氣節(jié)能和儲能技術的新發(fā)展等。此外，電磁兼容技術、電工環(huán)境技術可能發(fā)展為新的共性分學科，信息管理自動化技術也在迅速發(fā)展。,二、 電氣工程學科的知識體系與內涵,1 電氣工程學科的知識體系　　電氣工程學科除具有各分支學科的

11、專業(yè)理論外，還具有本學科的共性基礎理論(電路理論、電磁場理論、電磁測量理論等)，它與基礎科學(物理、數(shù)學等)中的相應分支具有密切的關系，但又具有明顯的差別。因為基礎科學的主要任務是認識客觀世界的本質及其內在規(guī)律，而技術科學的目的則在于改造客觀世界以達到人們的預定要求。,所以，電氣工程的基礎理論所研究的對象是經過人類加工改造后出現(xiàn)的新現(xiàn)象，而不是自然界固有存在的現(xiàn)象； 另外，不能只限于對現(xiàn)象的分析，還應包括實現(xiàn)所需現(xiàn)象的綜合技術以

12、及為此所付出的代價，從而使方法和途徑也占有重要的地位。例如：近年來電磁場理論中提出的廣義能量、伴隨場方法等，對場的分析、邊值計算等大有益處，從而對產品優(yōu)化設計產生了重要作用；在電路理論中應用了狀態(tài)空間、拓撲圖論、混沌理論之后，對系統(tǒng)分析、網(wǎng)絡計算、現(xiàn)象判斷等起了重要作用。,電氣測量技術在電氣工程各分支學科的技術發(fā)展中具有“耳目”和“神經”的作用，它是定量研究電氣工程技術問題的手段，且隨著各分支學科的發(fā)展而迅速發(fā)展。電氣測量技術及其儀器的

13、自動化、智能化、多功能化等發(fā)展趨勢，已深深滲透到電氣工程各分支學科。新原理、新技術和新儀器日新月異，例如測量、監(jiān)視、控制等多功能新型裝置以及現(xiàn)場測試或實時監(jiān)測技術對整體系統(tǒng)精確度的改進等，都對電氣工程分支學科的發(fā)展起了重要作用。,人類社會發(fā)展到任何時候也離不開能源，能源是人類永恒的研究對象，電能是利用最為方便的能源形式。 在現(xiàn)代人類生產、生活和科研活動中一刻也離不開電。許多情況是先將初始能量轉換成電能，然后再轉換成所需要的其他

14、能量形式，電已經成為能量轉換的樞紐。 不僅如此，信息的處理和傳輸也要依靠電，計算機、通信網(wǎng)和無線電等無不以電作為信息的載體。 現(xiàn)代高科技的發(fā)展也離不開電，從探索物質粒子的加速度到發(fā)射宇宙飛船和衛(wèi)星，從研究微型電機、機器人到可作為未來能源技術的受控核聚變裝置，都需要電氣科學與技術的支撐。,電氣工程學科專業(yè)主要研究電能的產生、傳輸、轉換、控制、儲存和利用。 電磁理論是電氣工程的理論基礎，而電磁理論是從物理學中的電學

15、和磁學逐步發(fā)展而成的。 其中電信息的檢測、處理、控制等技術在電能從產生到利用的各個環(huán)節(jié)中都起著越來越重要的作用。,按照電氣工程及其自動化專業(yè)教學指導分委會的專業(yè)規(guī)范，電氣工程及其自動化專業(yè)的專業(yè)范圍主要包括電工基礎理論、電氣裝備制造和應用、電力系統(tǒng)運行和控制3個部分。 電工理論是電氣工程的基礎，主要包括電路理論和電磁場理論。這些理論是物理學中電學和磁學的發(fā)展和延伸。而電子技術、計算機硬件技術等可以看成是由電工理論的

16、不斷發(fā)展而誕生的，電工理論是它們的重要基礎。 電氣裝備制造主要包括發(fā)電機、電動機、變壓器等電機設備的制造，也包括開關、用電設備等電器與電氣設備的制造，還包括電力電子設備的制造、各種電氣控制裝置、電子控制裝置的制造以及電工材料、電氣絕緣等內容。電氣裝備的應用則是指上述設備和裝置的應用。 電力系統(tǒng)主要指電力網(wǎng)的運行和控制、電氣自動化等內容。,在專業(yè)內容和知識結構上，以電路理論、模擬電子技術、數(shù)字電子技術、微機原理與應用、計算

17、機語言與程序設計、信號分析與處理、自動控制原理課程作為專業(yè)基礎，以電氣工程導論、電機學、電力電子技術、電力系統(tǒng)基礎作為專業(yè)課，以電力系統(tǒng)分析、電力系統(tǒng)繼電保護、電機設計、電機控制、電器學、高電壓工程、電氣絕緣、電力拖動作為專業(yè)方向課程，達到掌握電機學理論、電力電子技術和電力系統(tǒng)基礎相關知識，掌握電工技術、電子技術、計算機與網(wǎng)絡、控制原理、信號分析與處理等專業(yè)類的基礎理論與技術，掌握電機理論、電力電子技術和電力系統(tǒng)基礎專業(yè)知識與相關理論，

18、掌握電力系統(tǒng)及其自動化、電機電器及其控制、高電壓與絕緣技術、電力電子與電力傳動專業(yè)方向之一的相關知識內容與理論。,2 電氣工程學科的內涵　　 電氣工程學科包含電能科學與技術、電磁場與物質相互作用等兩個知識領域，它們相互依存、相互滲透和相互支撐，共同的理論基礎是電網(wǎng)絡理論、電磁場理論、電磁測量技術。,電能科學與技術領域主要研究：電能與機械能、熱能、聲能、光能、化學能、風能、磁能等其他形式的能量直接和間接轉化的原理、方法及其與信

19、息控制組成的一體化系統(tǒng)的過程建模、行為控制和結果仿真，電磁能量儲存的新原理、新介質、新器件及其控制技術，大型電力系統(tǒng)及特種電力系統(tǒng)的建模與仿真，安全穩(wěn)定控制和災變性事故的防治，以及考慮經濟、環(huán)保、能源布局、市場機制等多種因素的電力系統(tǒng)最優(yōu)規(guī)劃、建設及運行的理論和方法；電力電子新材料和新器件的基礎理論和基礎技術，電力電子變流、控制、應用的理論、方法和技術；電磁能量在時間和空間上壓縮形成功率脈沖的原理、器件、方法和技術。,電磁場與物質相互作

20、用領域主要研究：電介質材料的宏觀特性與微觀結構的相互關系，微觀帶電粒子的輸運、極化與松弛、老化與破壞、空間電荷效應，電介質微觀結構設計與改性的原理和方法；高電壓的產生、測量和控制原理及方法，高壓絕緣結構中氣、液、固不同介質分界面、介質組合體放電擊穿及老化的特性和機理，雷電及過電壓的防護理論和方法，絕緣檢測及故障診斷的原理和方法；氣體放電的理論模型與仿真，特種條件下的放電規(guī)律，特種放電形式與放電等離子體的產生方法及控制技術，放電等離子體與

21、物質相互作用的現(xiàn)象、機理及應用技術；脈沖功率作用下物質的電磁特性及其對功率脈沖生成的影響，脈沖功率作用下的新現(xiàn)象及其在高技術領域中應用的理論和方法；,超導強磁體的制造及其在高科技領域中應用的理論和方法，超導電機、超導儲能、超導輸電、超導故障限流技術及其在電力系統(tǒng)中應用的理論和方法；生命活動中電磁現(xiàn)象的規(guī)律、產生機理、測量方法及其應用電磁場和電網(wǎng)絡理論進行分析和建模，電磁場對生物體作用的現(xiàn)象、規(guī)律、機理及其在醫(yī)學診斷與治療中的應用；電磁污

22、染的產生、危害、評估方法及防護技術，利用電磁場效應或放電等離子體處理廢水、廢氣、廢渣等環(huán)境污染的原理、方法和技術；電磁干擾產生的原因、傳輸及耦合機理，設備在共同的電磁環(huán)境中能一起執(zhí)行各自功能而不產生降低功能的相互影響的預測方法、評估手段及防護技術。,共同基礎主要研究：電磁場在介質域內及邊界上的變化規(guī)律，電磁力和能量特性，以及相關問題分析與綜合的解析計算和數(shù)值計算方法；電路元件特性及基于基爾霍夫定律和特勒根定理、基于電路拓撲理論和其他相關

23、現(xiàn)代數(shù)學理論的復雜電網(wǎng)分析、綜合及故障診斷的方法；材料、元件、設備及系統(tǒng)電磁參數(shù)及電磁特性測量的原理、方法及其信息化結合技術。 　 電氣工程學科專業(yè)是一個基礎性強、派生能力活的專業(yè)。電氣工程和生命科學的交叉已經產生了生物醫(yī)學工程專業(yè)，對生命中電磁現(xiàn)象的研究產生了一門生物電磁學。電氣工程和材料科學的交叉形成了超導電工技術和納米電工技術。電氣工程和電子科學以及控制科學的交叉產生了電力電子技術。電力電子技術不但給電氣工程的發(fā)展帶來了極大

24、的活力，同時電力電子技術也成為電氣工程的重要分支。,3．電氣工程與其他學科的關系　　其他專業(yè)普遍需要電氣工程知識。 建筑工程領域涉及的電氣內容主要包括供電電源及電壓的選擇、電力負荷的計算、短路電流計算、高壓接線、低壓配電線路設計、電氣設備選擇、繼電控制與保護、電力管理、變配電所設計、電梯、照明系統(tǒng)、安全用電等電氣知識?！　《嚯婏w機系統(tǒng)的電氣裝備，包含了電氣領域的諸多技術，如電力系統(tǒng)技術、電力電子技術、電力傳動技術和電氣裝置自

25、動控制技術等。多電飛機用電磁懸浮軸承取代發(fā)動機機械軸承，用電磁執(zhí)行器代替液壓和氣動執(zhí)行器，其所需的電氣裝置如圖1-7所示。,圖1-7 多電飛機系統(tǒng)的電氣設備構成,圖1-8 電驅動戰(zhàn)車電氣裝備,圖1-9 機電一體化系統(tǒng)各單元技術構成,電氣工程已經經滲透到現(xiàn)代社會生活的各個領域。與土木工程、機械工程、化學工程和管理工程稱為現(xiàn)代五大工程。是電力和電工制造所依靠的技術科學。是能源、電信、交通、鐵路、冶金、化工、機械等基本工業(yè)的技術基

26、礎。,三、電氣工程的戰(zhàn)略地位,電氣工程是21世紀社會生活、經濟發(fā)展、國防安全、科學技術創(chuàng)新的重要支撐學科領域。,四、電氣工程及其自動化的發(fā)展前景　　2005年中國人均擁有的裝機容量只有0.25?W，人均用電只有1064?kW·h，平均不到世界人均水平的一半，僅為發(fā)達國家的1/6～1/12，遠不能適應我國經濟的發(fā)展和人民生活水平提高的需要。 相比世界電力工業(yè)大發(fā)展時期，中國電力工業(yè)正處于持續(xù)高速發(fā)展時期，未來十幾年，輸

27、配電及控制設備制造產業(yè)將迎來一個前景廣闊的市場發(fā)展時期。,在2010年至2020年期間，我國將初步形成除新疆、西藏、臺灣地區(qū)之外的全國統(tǒng)一聯(lián)合電網(wǎng)。這一電網(wǎng)的形成將實現(xiàn)我國水電“西電東送”和煤電“北電南送”的合理能源流動格局。 未來15年，我國年均用電增長1.6×1011 kW·h，而資源分布的不均衡性需要發(fā)展特高壓電網(wǎng)。預計2020年，我國全社會用電量將達到4.6×1012 kW·h左右

28、，需要裝機容量約109 kW。這意味著未來15年間，我國年均新增裝機超過3.3×107 kW，年均用電增長達到1.6×1011 kW·h。,美國能源部信息管理局發(fā)布的《國際能源展望2006》報告預計，至2020年，中國用電量將達5.6×1012 kW·h，發(fā)電總裝機容量預計達到1.186×109 kW，屆時中國的用電量和發(fā)電總裝機容量將超過美國，躍居世界第一位。 報告稱

29、，到2030年，全世界的用電量將是2003年的兩倍，其中發(fā)達國家將占全世界總增長量的29%，發(fā)展中國家占71%。至2030年，發(fā)展中國家用電量的年均增長將達到3.9%，發(fā)達國家為1.5%。 從2003年至2030年，中國和美國的用電量將分別增加4.3×1012 kW·h和1.95×1012 kW·h。,未來20年，我國電力工業(yè)和電工制造業(yè)將持續(xù)高速度發(fā)展。受此拉動，我國設置電氣工程專業(yè)的高

30、等學校也將持續(xù)高速度發(fā)展。 正像我國正在成為世界制造業(yè)的中心，成為世界工廠一樣，我國也必將成為世界電氣工程高等教育、科學研究和技術開發(fā)的中心。 2020年，我國發(fā)電機裝機容量將穩(wěn)居世界第一。未來20年，中國將是全球電力工業(yè)和電工制造業(yè)的最大市場。我國電氣工程領域集中了一批最優(yōu)秀的人才。我國將成為世界電氣工程高等教育的中心。我國也將成為世界電氣工程科學研究和技術開發(fā)的中心。,五、 電氣工程學科的主要研究領域和未來研究熱點,

31、1 電氣工程學科的主要研究領域　　傳統(tǒng)的電氣工程定義為用于創(chuàng)造產生電氣與電子系統(tǒng)的有關學科的總和。但隨著科學技術的飛速發(fā)展，今天的電氣工程涵蓋了幾乎所有與電子、光子有關的工程行為，是現(xiàn)代科技領域中的核心學科之一，更是當今高新技術領域中不可或缺的關鍵學科。例如，正是電子技術的巨大進步才推動了以計算機網(wǎng)絡為基礎的信息時代的到來，并將改變人類的生活工作模式等。,1）電機與電器學科　　本學科專業(yè)主要從事有關電機理論、運行、設計及其控制方面

32、的研究工作和技術開發(fā)。電機是實現(xiàn)機電能量轉換和控制的關鍵設備，除大容量發(fā)電設備外，工業(yè)自動化、機器人和家用電器等現(xiàn)代科技需要各種微特電機以及電機的調速和控制系統(tǒng)。由于引入電力電子、微機控制、計算機技術、信號監(jiān)測等新技術手段，開辟了新的研究方向。,(1) 電機在線運行監(jiān)測、參數(shù)辨識；(2) 電機中各種物理場的研究；(3) 新型電機及其控制系統(tǒng)；(4) 大型電機的設計運行理論和關鍵技術；(5) 可再生能源轉換中的關鍵技術；(6)

33、電動汽車驅動系統(tǒng)；(7) 電機的節(jié)能與智能控制技術；(8) 新型機電一體化能量轉換裝置與系統(tǒng)；(9) 新電磁材料的開發(fā)應用研究；(10) 大容量超高、低轉速電機設計和制造技術。,2）電力系統(tǒng)及其自動化學科　　電力系統(tǒng)及其自動化學科主要研究電力系統(tǒng)規(guī)劃設計、特性分析、電網(wǎng)品質校正、運行管理、控制保護等理論和方法。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展、電壓等級的提高，電網(wǎng)容量越來越大，自動控制和微波通信等先進技術的應用，電力系統(tǒng)對大氣過電壓防護的可

34、靠性要求越來越高。研究電力系統(tǒng)仿真計算、運行特性分析、接地參數(shù)的測量和計算、控制和保護的新理論和新方法，研究和運用各種新型的輸配電技術和分布式發(fā)電技術，研究區(qū)域穩(wěn)定控制系統(tǒng)、電網(wǎng)能源管理、調度自動化，開發(fā)太陽能、風能、生物質能等清潔能源也是電力系統(tǒng)及其自動化學科的研究方向?，F(xiàn)階段，該學科主要有如下幾個研究方向：,(1) 電力系統(tǒng)分析和仿真；(2) 電力系統(tǒng)調度自動化；(3) 電力系統(tǒng)運籌學與電力市場；(4) 電力系統(tǒng)穩(wěn)定監(jiān)測與控制

35、；(5) 電廠自動化；(6) 電力系統(tǒng)規(guī)劃；(7) 電力系統(tǒng)繼電保護；(8) 新型輸配電技術與分布式發(fā)電；(9) 電力系統(tǒng)節(jié)能與儲能技術；(10) 新型能源開發(fā)和可再生能源綜合利用技術。,3）高電壓與絕緣技術學科　 高電壓是針對強電應力條件下電磁現(xiàn)象的一種相對物理概念，在電壓數(shù)值上沒有確定的界限；絕緣的作用是分隔不同電位的導體，使其能保持不同的電位。高電壓的產生、測量與控制技術，高電壓設備技術、電介質放電與絕緣擊穿理

36、論、過電壓及其防護技術、絕緣監(jiān)測與診斷技術等構成了高電壓與絕緣學科的學科體系。,高電壓的產生、測量與控制是研究絕緣材料和結構在各種形式高電壓下物理現(xiàn)象的手段。目前，傳統(tǒng)的高電壓測量技術正面臨新的發(fā)展契機，基于瞬態(tài)電磁測量、光電測量、非接觸測量以及數(shù)字化測量等高電壓測試新理論和新技術正成為重要的研究方向。 　高電壓設備技術是研究變壓器和高電壓電器等高電壓設備的絕緣理論與技術。隨著超、特高壓輸電等級的相繼出現(xiàn)，尤其是特高設備技術方面

37、，國際上還沒有成熟的經驗可借鑒，急需解決相應設備的絕緣理論和關鍵技術問題，因而對高電壓與絕緣學科的基礎研究更具有實際的緊迫性。,電介質放電與絕緣擊穿包括氣體、液體、固體介質和復合絕緣介質的放電、界面放電和局部放電等，其物理現(xiàn)象不僅與電極的電場結構和介質本身的特性有關，而且還與外加電壓的種類、參數(shù)以及環(huán)境狀態(tài)和條件等密切相關。隨著超、特高壓輸電系統(tǒng)、超導技術的發(fā)展和太空探索的需要，極端環(huán)境(如強輻射和低溫)下的絕緣技術也是本學科面臨的新問

38、題?！?研究雷電過電壓、內部過電壓的產生、傳播及其防護，對電力行業(yè)和國民經濟其他行業(yè)的安全運行與防災都具有重要的意義。隨著大規(guī)模交直流互聯(lián)網(wǎng)絡的形成，其過電壓的產生和傳播機理將更加復雜，需要研究基于全波過程的電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)過程理論和分析方法。,絕緣監(jiān)測與診斷是本學科近十幾年來的研究熱點，目的是通過在線監(jiān)測獲得運行中的高電壓設備絕緣的狀態(tài)信息，提取其特征參量并診斷絕緣狀態(tài)，以便及時發(fā)現(xiàn)絕緣的缺陷及其發(fā)展趨勢，實現(xiàn)狀態(tài)評估，以提高

39、設備及系統(tǒng)運行的安全性和經濟性?！　⊙芯康闹攸c是：新型傳感技術、監(jiān)測裝置及系統(tǒng)的準確性和可靠性，強電磁環(huán)境中的信號處理與智能化故障診斷技術、監(jiān)控裝置及系統(tǒng)的抗干擾能力和故障診斷的準確性、大型高電壓設備絕緣狀態(tài)評估模型等，為實施高電壓設備狀態(tài)維修體制提供理論依據(jù)。,總之，本學科一直圍繞國家建設和學科發(fā)展的需要，圍繞發(fā)、輸、配電中的重大技術難題，形成了很多新的研究領域方向。例如：　　(1) 高電壓測試技術；　　(2) 電力設備診斷及狀

40、態(tài)監(jiān)測技術；　　(3) 新型絕緣材料與絕緣結構；　　(4) 電力系統(tǒng)過電壓與絕緣技術；　　(5) 高壓電器及其智能化；　　(6) 氣體放電及高電壓大功率脈沖技術及其應用；,(7) 電磁環(huán)境技術；(8) 電磁生物學；(9) 接地技術；(10) 電介質材料及其應用；(11) 配電自動化技術。,4）電力電子與電力傳動學科　　電力電子與電力傳動學科是一門集電力、電子與控制于一身，綜合了電能變換、電磁學、自動控制、微電子及電子信

41、息、計算機等技術的新成就而迅速發(fā)展起來的交叉學科。該學科涉及各種大功率的能量變換和控制、最新的自動控制技術、電子信息科學中的檢測技術、信息處理技術、計算機控制技術和電力電子與電力傳動工業(yè)應用新技術等。,該學科主要研究新型電力電子器件、電能的變換與控制、功率源、電力傳動及其自動化等理論技術和應用，稀土永磁電機設計及控制、新型電力電子裝置及控制、電力傳動及自動化、檢測技術與儀表，新型節(jié)能電機制造理論、技術及調速控制技術，開關電源技術、電能質

42、量管理、電力電子系統(tǒng)集成等。它對電氣工程學科的發(fā)展和社會進步具有廣泛的影響和巨大的作用。其主要研究方向有：,(1) 電力電子元器件及功率集成電路；(2) 全數(shù)字化開關變流理論和控制技術；(3) 電力電子系統(tǒng)集成與仿真；(4) 高效電力電子電源和裝置；(5) 高性能電力傳動與控制系統(tǒng)；(6) 電力系統(tǒng)無功補償和濾波技術；(7) 電力電子與傳動系統(tǒng)模型與仿真；(8) 電力電子系統(tǒng)的電磁兼容技術；(9) 電力驅動系統(tǒng)及控制技術

43、；(10) 新型能源開發(fā)及節(jié)能技術；(11) 電氣儲能技術及高效儲能系統(tǒng)。,5）電工理論與新技術學科　　本學科主要研究電磁場理論及其應用、電路理論及其應用、電磁測量技術及儀器等。研究領域包含生物電磁場、生命科學儀器、超導磁體技術、超導磁懸浮與磁屏蔽、脈沖功率技術、電力系統(tǒng)電磁干擾與電磁兼容、電力系統(tǒng)通信、大型電力設備的電磁暫態(tài)與故障分析、電力設備的輔助設計、非線性電路與系統(tǒng)的穩(wěn)定及控制、混沌信號處理、供電系統(tǒng)的諧波檢測與治理、無功

44、補償技術、電磁場數(shù)值計算、智能控制與仿真、智能計算、微機化儀器等。隨著電氣工程新原理、新技術與新材料的發(fā)展，出現(xiàn)了一些包括超導電工技術、受控核聚變技術、可再生能源,2 電氣工程學科的未來研究熱點　　以應用性基礎研究為主的電氣工程學科，隨著支撐技術的迅猛發(fā)展，將在與信息科學、材料科學、生命科學以及環(huán)境科學等學科的交叉和融合中獲得進一步發(fā)展。超導材料、半導體材料與永磁材料的最新發(fā)展對于電氣工程領域有著特別重大的意義?！　?1世紀電氣工

45、程學科的發(fā)展趨勢是：電氣工程學科將與工程和近代數(shù)學、物理學、化學、生命科學、材料科學以及系統(tǒng)科學、信息科學的前沿技術相融合，加強從整體上對大型復雜系統(tǒng)的研究，加深對微觀現(xiàn)象及過程規(guī)律性的認識，同時利用信息科學的成就提升本學科并開創(chuàng)新的研究方向。,電氣工程學科將在電能高效安全轉換傳輸及集約利用、工程電介質與高電壓技術、脈沖功率與放電等離子體、電磁場理論與生物電磁學等幾個優(yōu)先技術領域，重點在以下幾個方面開展更進一步的研究工作?！　?1)

46、電力大系統(tǒng)、電力傳動及電力電子變流系統(tǒng)中的非線性、復雜性問題；　　(2) 生物、醫(yī)學與健康領域中的電磁方法與新技術；　　(3) 氣體放電及多相混合體放電問題；　　(4) 基于新材料、新原理開拓新應用領域的電機、電器；,(5) 反映各類電氣設備電氣或絕緣性能演變的多因子規(guī)律及其觀察和測量技術；　　(6) 電能質量的理論及其測量、控制；　　(7) 可再生能源發(fā)電、電能存儲和電力變換技術；　　(8) 現(xiàn)代測量原理及傳感技術；　　

47、(9) 脈沖功率技術與低溫等離子體應用基礎；　　(10) 電力電磁兼容問題以及復雜電力系統(tǒng)的經濟安全運行、控制理論及其應用等。,,六、影響電氣工程發(fā)展的主要因素,今后若干年內對電氣工程發(fā)展影響較大的主要因素包括：　　(1) 信息技術的快速發(fā)展。信息技術廣泛的定義為包括計算機、世界范圍高速寬帶計算機網(wǎng)絡及通信系統(tǒng)，以及用來傳感、處理、存儲和顯示各種信息等相關支持技術的綜合。信息技術對電氣工程的發(fā)展具有特別大的支配性影響。信息技術持續(xù)以

48、指數(shù)速度增長在很大程度上取決于電氣工程中眾多學科領域的持續(xù)技術創(chuàng)新。反過來，信息技術的進步又為電氣工程領域的技術創(chuàng)新提供了更新更先進的工具基礎。,(2) 與物理科學的相互交叉面拓寬。由于三極管的發(fā)明和大規(guī)模集成電路制造技術的發(fā)展，固體電子學在20世紀的后50年對電氣工程的成長起到了巨大的推動作用。電氣工程與物理科學間的緊密聯(lián)系與交叉仍然是今后電氣工程學科的關鍵，并且將拓寬到生物系統(tǒng)、光子學、微機電系統(tǒng)(MEMS)。21世紀中的某些最重要

49、的新裝置、新系統(tǒng)和新技術將來自上述領域。,(3) 相關技術與方法的快速變化。技術的飛速進步和分析方法、設計方法的日新月異，使得我們必須每隔幾年對工程問題過去的解決方案重新進行全面思考或審查。這對電氣工程領域的科技工作者而言，必須不斷學習新的設計方法和新的技術手段?！　?4) 電力電子技術的快速發(fā)展。電力電子技術是利用電力電子器件對電能進行控制和轉換的學科。它包括電力電子器件、變流電路和控制電路三個部分，是電力、電子、控制三大電氣工程技