电气工程导论这门课,它是电气工程及其自动化这个专业里头电气工程导论, 排第一门的那个系统性的学习课程。它以那个电能的怎样被生产出来、然后怎么传输、接着怎么转换、之后又如何去控制和最后如何使用这样一条主线为纲。
它涵盖了好几个大的方向, 分别是电力系统这一项、电机与拖动那一个方面、电工电子这一块内容、自动控制那一块领域, 还有电力电子这个专门的方向。这五大块内容加在一起, 就是为了给后面所有的专业课程, 搭建起一个非常完整的知识骨架来用的。
电气工程导论核心内容体系
1. 电力系统基础这一部分的研究内容涵盖的是电能, 从发电环节一直到用户侧使用环节的整个链条。其核心的知识点主要包含电网的拓扑结构情况、负荷的具体特性以及相关的预测方法、节点功率方程的具体含义, 还有潮流迭代的算法流程。
通过这部分学习, 需要去理解由“源”、由“网”、由“荷”这三部分构成协同运行的基本逻辑是什么样的。
2. 电机与电力拖动: 你要能够掌握变压器的等效电路, 还要掌握直流电机的等效电路, 同时掌握鼠笼型异步电机和绕线式异步电机的等效电路, 以及同步电机的等效电路。
你需要掌握这些设备的机械特性曲线, 你要把重点放在推导电转矩和转速的关系上面, 你要通过这种推导, 为后续学习调速方法和驱动控制技术打下基础。
3. 电工电子技术这个课程在电路分析这块, 是侧重于基尔霍夫定律, 还有叠加定理, 并且涉及到相量法以及三相功率计算的。在模拟部分里面, 它覆盖了共射放大, 还包含负反馈稳化这些内容。数字的部分涵盖了组合逻辑, 也包括时序逻辑, 最后是涉及简单的FPGA应用。
4. 自动控制原理这门课是使用的工具, 它用的工具有传递函数, 还有状态空间, 分析系统稳定性的时候, 是通过根轨迹方法来进行分析的, 也是通过Bode图来分析的, 同样也是用Nyquist判据来分析的, 学习的内容包括PID参数整定这个环节, 还包括超前补偿的设计方法的学习, 最后还涉及滞后补偿的设计方法的学习。
5. 电力电子与新能源的部分: 大家得把整流、斩波、逆变这三大基本的拓扑结构给掌握住, 还要弄明白PWM调制是怎么回事, 同时得清楚死区效应会有什么样的影响。在此基础上, 还得把这些知识延伸去用到光伏里面的MPPT上面去, 还有风电变流器以及储能变流器的并网控制策略这些方面上去。
零基础入门学习路径（16周参考）
在第1到第4周这个阶段里面, 课程的主要内容是关于电路的基础以及电工学方面的学习。通过这样的学习过程, 学生可以建立起对欧姆定律的直观认知。同时, 也能对相量的旋转有直观的理解。还有的是对于对称三相电的概念形成直观的把握。
到了第5到第8周, 要针对电机学里面的核心章节, 一台一台地去攻克, 顺序是从变压器开始, 接着是异步电机, 最后是同步电机, 在这过程中要把实验测绘出的外特性给完成掉。
在第9周到第12周这段时间里, 大家需要学习电力电子以及自动控制这两门课程, 要把功率器件的开关行为和闭环调节这两个东西联系在一起理解。
第13至16周: 进行电力系统分析课程的收尾工作, 从单机模型逐步过渡到多机并联的状态, 并且还要对全网潮流进行计算与分析。
在每一个阶段里, 咱们都建议要配合做一次用PSIM这个软件或者是MATLAB这个软件来做的仿真工作, 或者是台架实验这种事儿。这么做, 就是要把前面的那些公式映射成咱们能看到的那些电压波形, 还有电流波形。这么做了之后, 就能降低大家光是靠大脑去推导那些纯理论东西时候所遇到的那种让人头疼的认知负担。
行业应用与重点增长方向
当前的电气工程领域, 其核心的应用主要集中在了好几个重要的场景里面, 比如说智能配电网的自动化, 还有新能源汽车里的电驱系统, 以及工业机器人中使用的伺服驱动技术, 同时也包括了电化学储能以及微电网方面的工作, 还有电压达到正负八百千伏的这种直流输电技术。
在当今这个“双碳”目标的大背景之下, 有一个交叉的赛道变得越来越重要, 那就是把电力电子技术、电力信息技术以及人工智能技术结合起来的那部分领域, 这些领域涵盖了像智能调度这样的业务, 还包括了对设备进行故障预测的能力, 以及虚拟电厂的运行与管理等等, 在这个方向上所需要的人才缺口正在持续地扩大, 所以说这一板块在最近这五年的时间里成为了就业市场中的高增长区间,同时也是科学研究工作中的高增长区间。
常见学习难点与应对
大家在推导电机的等效电路的时候电气工程导论, 经常会搞不清楚状况, 比较混乱。这里给出的一个建议是先固定转差率s的值, 然后再利用叫做折算的那种指导思想, 把气隙磁场的参考系统一起来。
我们需要画出电感电流以及电容电压在完整周期范围内的波形, 同时要标注清楚换相发生的时刻。
在对手算根轨迹判耗时问题进行优先处理时, 我们建议采用一种先粗略后精确的策略具体来说, 就是优先使用180°判据这种方法来快速圈定出关键区间, 完成这一步之后, 再使用软件来进行验证。
权威学习资源
教材推荐《电机学》, 这本书是由 Krishna Kanth Rao 所著, 并且有中译本, 另外还有《电力系统分析》, 该书是何仰赞、温增银编写的, 以及《电力电子技术》, 此书是王兆安、刘进军编著的, 在进行文献检索时,可以通过中国知网 CNKI来按主题浏览核心期刊比如电气工程、电力电子这样的主题。
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