电气工程导论论文

电气工程在我国节能减排和环境保护工作中的作用

摘要：本文介绍了电气工程的发展历史和当前该领域的研究热点以及电气工程对我国节能减排和环境保护的作用，在此基础上，提出了加强节能减排的措施和建议。

关键字：电气工程、节能减排、环境保护

The Role That the Electrical engineering Play In the Work of Energy Conservation

and Emission Reduction and the Production of Environment

Subtract: In this article, I will introduce the history of electrical engineering and the research hotspots in this field and the rolethatelectrical engineering plays in the work.

On the base, I will also give some suggestions to strengthen the energy conservation and emission reductions.

Key word: electrical engineering,energy-saving and emission-reduction,

the protection ofenvironment

一、电气工程的发展历程

电气工程拥有悠久的发展历史。从1820年，安培发现了电磁效应。接着1831年，法拉第发现了电磁感应定律，奠定了电磁学的基础。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场理论，并预言了电磁波的存在。1834年，俄国物理学家雅克比发明了被世界上公认的第一台功率为15W的棒状铁芯实用发动机。到1885年，意大利物理学家加利莱奥-费拉里斯提出来旋转磁场理论并研制出了二相异步电动机模型。1889年俄罗斯工程师多里奥-多博罗沃尔斯发明了第一台双鼠笼三相异步电动机。交流电机的研制和发展，特别是三相交流电机的研制成功为远距离输电创造了条件，同时把电工技术提高到了一个新的阶段。

19世纪后期，在资本主义迅速发展、商品竞争日益加剧的形势下，新技术的采用往往成为维持生计、藉以发展和出奇制胜的法宝，此时电动机的使用已经相当普遍。电机制造技术的进步和电能应用范围的扩展以及工业生产对电能需求的增长，大大促进了发电厂和发电站的建设。这些发电厂、发电站早期都是从直流电开始的，但制流发电厂的供电范围有限，仅能费一栋房子或一条街道供电，此后建立的中心电厂也仅能供几平方千米内用户用电，而再扩大供电范围，直流电场以不能胜任，于是代之而起的是交流发电站的建立。

1885年，英国工程师菲尔安基设计的第一座交流单相发电站建成发电。1892年，法国建成世界上第一座三相交流发电站，把交流发电站的发展向前推进了一步。随后，美国、俄罗斯相继建立了三相交流发电站。电这种新能源刚刚被人们使用的时候，它的主要作用是作为照明的光源。电被发出来之后，再把它输送给用户，输送的距离越远，经济价值就越大。在远距离输电发面，人们首先使用直流电输电方式，但要加长输送距离、增大输送容量，又要减少输电损失，最为有效的办法就是输电电压。由于当时主要把电输送给用户，若使直流电大幅度的升压或降压是很难念想象的。而一般用户的电压要求在250V以下，直接使用高压既不安全也不经济。在这种情况下，交流输电显示了其优越性，从而促进了交流高压输电方式的发展。1876年~1878年，俄国的亚布诺切科夫成功实验了单相交流输电技术。1882年英国的高登制造了大型二项交流发电机。同年，法国人高兰德和英国人吉布斯研制了第一台具有实用价值的变压器。1885年他两又对变压器结构进行了改造，研制出巨型高压变压器。由于变压器的不断改进，远距离

高压交流输电取得长足的进步。

远距离输电的根本解决是三相交流理论的形成与技术发明的成果。

1887-1891年德国电机制造公司取得了三相交流技术的成功。他们研制出一台功率为100W的三相交流异步电动机。1891年的法兰克福电器博览会上，成功地实现了三相交流电输电实验。以后随着技术的发展，远距离输送的电压和容量不断提高。

电力的应用和输电技术的发展，促使了一大批新的工业部门相继而生。首先是与电力有关的行业，如电机、变压器、绝缘材料、线路器材等电力设备的制造、安装、维修和运行等生产部门。其次是电力作为动力和能源的行业，如照明、电镀、电解、电车、电梯等工业交通部门；另外还有各种与生产、生活相关的新的电气部门也相应出现了。

二、电气工程的主要研究方向

随着科学技术的飞速发展，今天的电气工程几乎涵盖了所有与电子、光子有关的工程行为，是现代科技领域的核心学科之一，更是当今高新科技领域中不可或缺的关键学科。主要研究方向如下： 1.电机与电气学科

电机是实现机电能量转换和控制的关键设备，除大容量发电设备外，工业自动化、机器人和家用电器等现代科技需要各种微特电机以及电机的调速和控制系统。由于引入电力电子、微机控制、计算机技术、信号监测等新技术手段，开辟了新的研究方向。

该领域的研究方向有：

电机在线运行监测、参数识别； 电机中各种物理场的研究； 新型电机及其控制系统；

大型电机的设计运行理论和关键技术； 可再生能源转换中的关键技术； 电动汽车驱动技术；

电机的节能和智能控制技术；

新型机电一体化能量转换与装置系统； 新电磁材料的开发应用研究等 2.电力系统及其自动化学科 电力系统及其自动化学科主要研究电力系统规划设计、特性分析、电网品质校正、运行管理、控制保护等理论和方法。随着电力系统的发展、电压等级的提高。电网容量越来越大，自动控制和微波通信等先进技术的应用，电力系统对大气过压防护的可靠性要求越来越高。研究电力系统仿真计算、运行特性分析、接地参数的测量和计算、控制和保护的新理论和新方法，研究和运用各种新型的输配电技术和分布式发电技术，研究区域稳定控制系统、电网能源管理、调度自动化，开发太阳能、风能、生物质能等清洁能源也是电力系统及其自动化学科的研究方向。现阶段，主要研究方向有： 电力系统分析和仿真； 电力系统调度自动化； 电力系统运筹学和电力市场；

电力系统稳定监测与控制； 电厂自动化； 电力系统规划； 电力系统继电保护；

新型输配电技术与分布式发电；

新能源开发和可再生能源综合利用技术。 3.高压电与绝缘技术学科 高压电是针对强电应力条件下电磁现象的一种相对物理概念，在电压数值上没有确定的界限；绝缘的作用是分割不同电位的导体，使其能保持不同的电位。高压电的产生、测量与控制技术，高压电设备技术、电解质放电与绝缘击穿理论、过电压及其防护技术、绝缘监测与诊断技术构成了高电压与绝缘学科的学科体系。研究的重点是：新型传感技术、检测装置及系统的准确性和可靠性，强电磁环境中的信号处理与智能化故障诊断技术、监控装置及系统的抗干扰能力和故障诊断的准确性、大型高电压设备绝缘状态评估模型等。主要研究领域如下： 高电压测试技术； 电力设备诊断及状态监测技术； 新型绝缘材料与绝缘结构； 电力系统过电压与绝缘技术； 高压电器及其智能化； 气体放电及高电压发功率脉冲技术及其应用； 电磁环境技术； 接地技术； 电介质材料及其应用； 配电自动化技术。

4.电力电子与电力传动学科 电力电子与电力传动是一门集电力、电子与控制于一身，综合了电能变换、电磁学、自动控制、微电子及电子信息、计算机等技术的新成就而迅速发展起来的交叉学科。该学科涉及各种大功率的能量变换和控制、最新的自动控制技术、电子信息学科中的检测技术、信息处理技术、计算机控制技术和电力电子与电力传动工业应用新技术等。该学科的主要研究方向如下： 电力电子元件及功率集成电路； 全数字化开关变流理论和控制技术； 电力电子系统集成与仿真； 高效电力电子电源与装置； 高性能电力传动与控制系统； 电力系统无功补偿和滤波技术； 电力电子与传动系统模型与仿真； 电力电子系统的电磁兼容技术；

电力驱动系统及控制技术； 新能源开发及节能技术； 5.电工理论与新技术学科 本学科主要研究电磁场理论及其应用、电路理论及应用、电磁测量技术及仪器等。研究领域包含生物电磁场、生命科学仪器、超导磁体技术、超导磁悬浮和磁屏蔽、脉冲功率技术、电力系统电磁干扰与电磁兼容、电力系统通信、大型电

力设备的电磁暂态与故障分析、电力设备的辅助设计、非线性电路与系统的稳定剂控制、混沌信号处理等等。 6.电气工程的研究热点和难点

21世纪电气工程的发展趋势是：电气工程学科将与工程和近代数学、物理学、化学、生命科学、材料科学以及系统科学、信息科学的前沿技术相融合，加强从整体上对大型复杂系统的研究，加深对围观现象及过程规律的认识，同时利用信息科学的成就提升本学科创新的研究方向。电气工程学科将在电能高效安全转换及集约利用、工程介质和高电压技术、脉冲功率与放电灯离字体、点磁场理论与生物电磁学等几个优先技术领域，重点在以下几个方面开展更进一步的研究工作：

电力大系统、电力传动、、及电子电力交流系统中的非线性、复杂性问题； 生物、医学与健康领域的电磁方法与新技术； 气体放电及多相混合物放电问题；

基于新材料、新原理开拓新应用领域的电机、电器；

反映各类电器设备电器或绝缘性能演变的多因子规律及其观察和测量技术； 电能质量的理论及其测量、控制；

可再生能源发电、电能储存和电力变换技术； 现代测量原理及传感技术；

脉冲功率技术与低温等离子体应用基础；

电力电磁兼容问题以及复杂系统的经济安全运行、控制理论及应用等。

三、电气工程学科对我国社会经济可持续发展、节能减排、环境保护的重要作用

电气工程的发展可以促进更多的可再生能源代替不可再生能源，像煤炭、石油这类不可再生能源的使用自身会对环境产生污染，此外这些能源的大规模使用也使其面临枯竭的问题。而像太阳能、水力、风力、生物质能、波浪能、潮汐能、海洋温差能等可再生能源我们所使用的能源中总占比是比较低的。究其原因，主要是开发此类可再生能源的成本以及开发可再生能源的技术尚未成熟。而电气工程的发展可以解决这两个主要问题。

以风力发电为例，可用于风力发电的变速恒频发电系统有多种，如交流—直流—交流风力发电系统、磁场调制双馈发电系统、无刷双馈发电机系统、爪极式发电机电机系统、开关磁阻发电系统等，这些变速恒频系统有的是发电机与电力电子装置相结合实现变速恒频的，有的是通过改造发电机本身结构实现变速恒频的，而所有的这些技术都依赖于电气工程技术的发展。

又比如说太阳能发电，其发电方式有两种，即光热发电和光伏发电。利用太阳能电池发电是太阳能使用最有发展前途的一种技术，也是世界上增长速度最快和最稳定的技术产业之一。但光伏发电的技术关键是应用新原理，研究新材料，继续提高电池的转化效率和降低制造成本，这也有赖于电气工程技术的发展。

此外，电气工程中有关电磁污染的产生、危害、评估方法及防护技术，利用电磁场效应或放电等离子体处理废水、废气、废渣等环境污染的原理、方法和技术的研究对环境保护有重要的意义。电气工程学科的发展，可以提高电力传输的效率，以及电能在实际应用中的使用效率，从而实现节能减排的目标。

综上所述，电气工程学科对我国社会的节能减排、环境保护，实现社会经济可持续起着相当重要的作用。

四、我对电气工程相关新技术对治理大气污染和高效利用能源的思考

大气中由于有了大量的氮氧化物、硫氧化物，才发生大气污染，而大气污染的来源包括燃煤气体的排放，汽车尾气的排放等。

无论燃煤是用于发电还是供热，使用它的主要设备为锅炉。因此治理大气污染应从锅炉开始。对于我国北方地区的供热，可以去掉一大批小锅炉，采用集中供热，这样不仅可以减少有害气体的排放，还可以提高能源利用率。其次，可以选用技术先进的循环流化床锅炉。流化床锅炉还可以进行分级燃烧。流化床锅炉改进了锅炉结构，使燃煤在炉内沸腾式燃烧，故称流化床。流化床中的煤燃烧比较充分，一般燃烧效率可达98%，而且燃烧时能脱硫90%。同时可以采用飞灰回燃等先进技术，使煤完全燃烧，减少污染物产生，提高煤的利用效率。

汽车尾气中通常含有氮和硫的氧化物，我们可以新技术来解决此类污染气体，比如用脉冲电晕放电等离子体来消除汽车尾气中的硫和氮的氧化去，此技术具有联合脱硫脱硝、高效率、可回收资源、无二次污染、可与静电除尘器联用等优点。

此外我们可以推广使用混合动力车型或是纯电动车型，以减少对石油的使用。我们还可以研究燃料电池作为汽车的能源。燃料电池是一种不经过燃烧，直接以电化学反应方式将富氢燃料电池转化为电能的发电装置。燃料电池的使用不会排放对大气有污染的气体，而且直接以电化学方式反应所释放能量的效率要比燃烧所释放能量的效率要高的多。从而实现高效利用能源。

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.2013 【2】赵希正.电力行业节能减排的现状及对策【J】.中国核工业.2007 【3】百度百科

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/04eh.html