电气工程导论
摘要
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活和社会生产中，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。本文介绍电气工程中的电机与电器学科和电力系统及其自动化学科，其中还有个人的展望和心得体会。
关键字： 电气工程 电机与电器 电力系统及其自动化
目录 引言
1、电气工程研究及发展史与福州大学电气工程与自动化学院
2、电机与电器
2、1 电机与电器的简介
2、2电机与电器技术相关专业课程
2、3电机与电器技术的研究方向
2、4福州大学电气工程与自动化学院电机与电器学科简介
3、电力系统及其自动化
4、我对电气工程的展望 结论 参考文献 致谢
引言
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。
1、电气工程研究及发展史与福州大学电气工程与自动化学院
19世纪上半叶，安培发现电流的磁效应、法拉第发现电磁感应定律。 19 世纪下半叶，电磁理论集大成者麦克斯韦尔的理论为电气工程奠定了基础。 19 世纪末到 20 世纪初，西方国家的大学陆续设置了电气工程专业。 我国电气工程专业高等教育开始的时间并不晚。 1908 年，南洋大学堂 ( 交通大学前身 ) 设置了电机专科，这是我国大学最早的电气工程专业，至今已有一个世纪。1949 年后，我国出现了一大批以工科为主的多科性大学，也出现了一批机电学院。这些学校基本上都有电机工程系。自 1977 年，大部分高校的“电机工程系”陆续改名为“电气工程系”，之后又有部分学校将其改为“电气工程学院”。按照 1993 年的专业目录，电工类专业共有电机电器及其控制、电力系统及其自动化、高电压与绝缘技术、电气技术、工业自动化 5 个专业。
1998 年颁布的专业目录中，原电工类的电机电器及其控制、电力系统及其自动化、高电压与绝缘技术、电气技术等专业合并为目前的电气工程及其自动化专业。自 1998 年新的专业目录公布以来，全国设置电气工程专业的大学数从 1999 年的 123 所增加到 2002 年底的 197 所，现已超过 200 所。
福州大学电气工程与自动化学院，该系的前身为福州大学电机系，创建于1958年，是当时福州大学建校首批设置的五个系之一，担负着培养电气工程、自动化控制科学和技术方面的高级工程科技人才的任务。目前学院正以本科教学为基础，学科建设为重点，博士点、硕士点建设为前导，努力进行教学改革的探索和实践，坚持教学与科研相结合的办学方针，走产学研科技合作道路，努力为我国特别是福建省的经济建设服务。
电机与电器
2、1 电机与电器的简介
电机是以电磁感应现象为基础，实现机械能与电能之间的转换以及变换电能的机械。其分类为旋转电机和变压器，其中旋转电机又分为发电机—机械能转变成电能、电动机—电能转变成机械能。
电机的主要作用：
一、电能的生产、传输和分配。
二、驱动各种生产机械和装备。
三、控制系统和自动化、智能化装置的重要元件。
电机的应用领域：
1、电力工业
2、工业生产与建筑业
3、交通运输
4、医疗，办公设备和家用电器
5、航空，航天，国防
电器指用于对电路进行接通、分断，对电路参数进行变换，以实现对电路或用电设备的控制、调节、切换、检测和保护等作用的电工装置、设备和组件。在广义上，电器指所有用电的器具
电器的分类：按功能可分为：接通和分断电路的电器、控制电路的电器、切换电路的电器、检测电路系数的电器、报复电路的电器。按工作电压可分为：高压电器（交流电压在1000V以上，直流电压在1500V以上）与低压电器。（交流电压在1000V以下，直流电压在1500V以下）
2、2电机与电器技术相关专业课程
电机与电器技术相关专业课程：电机学、电机瞬变过程、电机设计及其优化、微持电机、控制电机、电机控制系统、电器基础理论、低压电器、高压电器、电子电器、电器测试技术。
2、3电机与电器技术的研究方向
电机技术的研究内容：
1、电机的基础理论-----电机学---机电能量转换------四大机：直流机、异步机、同步机、变压器
2、电机的稳态与瞬态运行基本理论与分析方法----物理模型、数学模型---计算机仿真
3、电机绕组理论
4、电机设计----CAD技术---优化设计
5、电机的内部电磁场分析----有限元分析
6、电机制造工艺
7、电机检测技术——在线故障检测
8、特种电机理论与技术——永磁电机、超声波电机、开关磁阻电机、步进电机
8、电机控制技术
电器技术的研究内容：
1、电磁机构理论
2、电接触理论
3、电弧理论
4、电器发热和电动力理论
5、无触点电器
6、电器的智能化技术
7、电器的可靠技术
8、电器的测试技术
2、4福州大学电气工程与自动化学院电机与电器学科简介
福州大学电气工程与自动化学院电机与电器学科简介：本学科于20世纪80年代相继建立了电机、电器硕士点及电器博士点。1995年经省人民政府确定为“211工程”建设重点学科。拥有“中国实验室国家认可委员会”认可的“福州大学电器检测中心” ，省经贸委、科技厅、教育厅批准设立的“福建省电机行业技术开发基地”、“福建省电器行业技术开发基地”。本学科作为我省唯一的电机与电器博士点，2009年获批为“电机与电器”博士后流动站。本学科目前拥有教授6人（其中4名博导），副教授6人，讲师5人。主要研究方向：
1、电力电子高频功率磁技术
2、新型电机及其控制技术
3、电器及其系统智能化与在线检测技术
4、建筑电器智能科学与技术
电力系统及其自动化
电力系统及其自动化专业是一个与电能的生产、传输、变换、使用、控制、管理等有关的专业。它涉及电气工程领域的装备、运行、信息处理等工程技术。把传统的电工技术与计算机、电子、信息、控制、测试、新型电工材料等学科与技术结合起来，具有广阔发展前景。
电力系统自动化是电力系统一直以来力求的发展方向，它包括：发电控制的自动化（AGC已经实现，尚需发展），电力调度的自动化（具有在线潮流监视，故障模拟的综合程序以及SCADA系统实现了配电网的自动化，现今最热门的变电站综合自动化即建设综自站，实现更好的无人值班，DTS即调度员培训仿真系统为调度员学习提供了方便），配电自动化(DAS已经实现，尚待发展)。电力系统自动化是指对电能生产、传输和管理实现自动控制、自动调度和自动化管理。电力系统是一个地域分布辽阔，由发电厂、变电站、输配电网络和用户组成的统一调度和运行的复杂大系统。电力系统自动化的领域包括生产过程的自动检测、调节和控制,系统和元件的自动安全保护，网络信息的自动传输，系统生产的自动调度，以及企业的自动化经济管理等。电力系统自动化的主要目标是保证供电的电能质量（频率和电压），保证系统运行的安全可靠，提高经济效益和管理效能。
我对电气工程的展望
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。
结论
综上所述，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。
结合我自己的情况，在未来的十年内，我想要成为一名电气工程师。首先，在大学四年内成为具有扎实的电气工程系统知识和良好素质，具有较强的工程实践能力和独立思考能力的成熟的个体。能够在团队环境中去构思-设计-实现-运作较复杂的电气工程产品、过程和电气系统。争取达到见习电气工程师技术能力要求 ，能够从事电气产品、过程和电气系统工程的初步设计、制造、检测、施工、运行和管理等工作，并具备电气工程研究和技术开发的基本素质。毕业后在工作中学习，争取在六年内拿到电气工程师证。
在本科阶段，我想要达到上述基本要求，不过我知道机会是留给那些有准备的人的，所以，我平时要更加勤奋学习，争取到这种机会。
机载雷达的体制
（1）单脉冲雷达
由单个回波脉冲即可获得目标空间角信息的雷达。单脉冲雷达是一种精密跟踪雷达。它每发射一个脉冲，天线能同时形成若干个波束，将各波束回波信号的振幅和相位进行比较，当目标位于天线轴线上时，各波束回波信号的振幅和相位相等，信号差为零；当目标不在天线轴线上时，各波束回波信号的振幅和相位不等，产生信号差，驱动天线转向目标直至天线轴线对准目标，这样便可测出目标的高低角和方位角，从各波束接收的信号之和，可测出目标的距离，从而实现对目标的测量和跟踪。单脉冲雷达通常有振幅比较单脉冲雷达和相位比较单脉冲雷达两大类。它有较高的测角精度、分辨率和数据率，但设备比较复杂。它主要用于目标识别、靶场精密跟踪测量、弹道导弹预警和跟踪、导弹再入弹道测量、火箭和卫星跟踪、武器火力控制、炮位侦察、地形跟随、导航、地图测绘等；在民用上主要用于中交通管制。目前使用的单脉冲雷达基本上都实现了模块化、系列化和通用化，具有多目标跟踪、动目标显示、故障自检、维修方便等特点。 举例： 全天候截击机FU-492：20世纪50年代60年代它使用单脉冲雷达，即使在今天这种雷达还在使用中。
（2）无源相控阵雷达
无源相控阵雷达仅有一个中央发射机和一个接收机，发射机产生的高频能量经计算机自动分配给天线阵的各个辐射器，目标反射信号经接收机统一放大（这一点与普通雷达区别不大）。
举例：
米格25战机"龙卷风"：第一个装备无源相控阵雷达的是前苏联1969年装备的对空中3平方米目标探测距离100公里.1974年换装的"龙卷风A"对空中3平方米雷达反射面积探测距离125公里.1979年装备的米格31无源相控阵雷达探测距离超过300公里.
（3）有源相控阵雷达
有源相控阵雷达采用数量众多的发射/接收模块，每一个辐射器都是一个发射/接收模块，每一个辐射器都自己产生和接收电波（这是有源与无源的区别，无源相控阵雷达只有一个中央发射机和接收机，发射的能量由计算机分配到天线上的每一个辐射器。），而且采用电扫描方式。根据电扫方式，相控阵雷达大体可分为全电扫相控阵和有限电扫相控阵两大类，全电扫相控阵又可称固定式相控阵，即在方位上和仰角上都采用电扫，天线阵是固定不动的。有限电扫相控阵是一种混合设计的天线，即把两种以上天线技术结合起来，以获得所需要的效果，起初把相扫技术与反射面天线技术相结合，其电扫角度小，只需少量的辐射单元，因此可大大降低设备造价和复杂程度。天线阵，根据扫描情况可分为相扫、频扫、相/相扫、相/频扫、机/相扫、机/频扫、有限扫等多种体制。相扫系列利用移相器改变相位关系来实现波束电扫。频扫是利用改变工作频率的方法来实现波束电扫。相/相扫是利用移相器控制平面阵两个角坐标实现波束电扫。相/频扫是利用移相器控制平面阵一个坐标而另一坐标利用频率变化控制来实现波束电扫．机/相扫是在方位上采用机扫、仰角上采用相扫。机/频扫是在方位上采用机扫、仰角上采用频扫。有源相控阵雷达波束指向非常灵活、迅速；一个雷达可同时形成多个独立波束，同时实现搜索、识别、跟踪、制导、无源探测等多种功能；多目标接战能力强，能同时监视、跟踪多个目标。另外，相控阵雷达的可靠性高，即使少量发射/接收模块失效仍能正常工作。不过，相控阵雷达设备复杂、造价昂贵，且波束扫描范围有限，最大扫描角为90°到120°。
举例：
F/A-22：AN/APG-70有源相控阵火控雷达，前视320km，后视100km，同时跟踪6批24个目标，可以最多同时攻击其中4个目标。
（3） MTI雷达
MTI杂波抑制技术是一种传统的一维杂波滤波技术。它常常要以牺牲(衰减掉)慢运动目标回波为其代价，才能达到充分抑制整个频带宽度内杂波的目的。采用低脉冲重复频率(300～1000Hz)波形的机载雷达通常用机载动目标检测技术(AMTD)来抑制地杂波。
举例：
“猎犬”无人机：力装置 两台活塞发动机，单台功率为47.7千瓦。主要机载设备 前视红外摄像机、电视摄像机及电子战设备。性能数据 最大速度196千克，巡航速度111千米/小时，爬升率（海平面）3.94米/秒，活动半径150-300千米，实用升限4575米，航程200千米（有中继），续航时间8-12小时。
（4）合成孔径雷达
合成孔径雷达就是利用雷达与目标的相对运动把尺寸较小的真实天线孔径用数据处理的方法合成一较大的等效天线孔径的雷达，也称综合孔径雷达。合成孔径雷达的特点是分辨率高，能全天候工作，能有效地识别伪装和穿透掩盖物。所得到的高方位分辨力相当于一个大孔径天线所能提供的方位分辨力。
合成孔径雷达工作时按一定的重复频率发、收脉冲，真实天线依次占一虚构线阵天线单元位置。把这些单元天线接收信号的振幅与相对发射信号的相位叠加起来，便合成一个等效合成孔径天线的接收信号。若直接把各单元信号矢量相加，则得到非聚焦合成孔径天线信号。在信号相加之前进行相位校正，使各单元信号同相相加，得到聚焦合成孔径天线信号。地物的反射波由合成线阵天线接收，与发射载波作相干解调，并按不同距离单元记录在照片上，然后用相干光照射照片便聚焦成像。这一过程与全息照相相似，差别只是合成线阵天线是一维的，合成孔径雷达只在方位上与全息照相相似，故合成孔径雷达又可称为准微波全息设备。
举例：
F-16：AN/APG-80合成孔径成象雷达，前视160KM，后视60km，跟踪10打击2，性能一般。
参考文献
1、贾文超 电气工程导论 西安电子科技大学出版社 2007-10-1（普通图书）
2、汤宁平电气工程导论（PPT）
3、陈冲 电气工程与自动化专业概论（PPT）
4、www.daodoc.com（网络文献）
致谢
本论文是在2011年12月在福州大学电气工程与自动化学院完成的。感谢学校图书馆的给予无私的数据资源等支持；感谢2010级电气6班的各位学长与学姐们的关系与帮助。我谨向汤老师与陈老师致以最衷心的谢意，由于老师的课件使得我能顺利完成论文撰写工作，从而进一步提高个人知识结构水平。最后向评审本论文的专家学者表示衷心的感谢！
