电工新技术的发展与职业教育 一 电工新技术的最新发展 1 电工新技术的整体发展状况 2 超导技术的原理及发展 3 磁流体发电的原理及发展

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1 电工新技术的发展与职业教育 一 电工新技术的最新发展 1 电工新技术的整体发展状况 2 超导技术的原理及发展 3 磁流体发电的原理及发展
一 电工新技术的最新发展 1 电工新技术的整体发展状况 2 超导技术的原理及发展 3 磁流体发电的原理及发展 4 磁流体推进技术的原理及发展 5 太赫兹技术的原理及发展 6 电力电子技术的发展状况 二 职业教育中的电工技术 1 机电一体化技术 2 虚拟测试技术 3 仿真技术 4.1 电子设计自动化技术（EDA） 4.2 电气系统仿真技术（Automation Studio）

2 电工新技术的发展与职业教育 1 电工新技术的整体发展状况
一 电工新技术的最新发展 1 电工新技术的整体发展状况 电（机）工（程） 电（气）工（程） Electrical Engineering Branch of engineering concerned with the practical applications of electricity in all its forms, including those of electronics. （关于各种形式电的应用的工程分支，包括电子技术等） The branch of engineering concerned with the practical applications of electricity and magnetism （关于电与磁实际应用的工程分支） The branch of engineering that deals with the technology of electricity, especially the design and application of circuitry and equipment for power generation and distribution, machine control, and communications （关于电的技术的工程分支，特别是电路的设计与应用，发电与输配电，机器控制，通信。）

3 电工新技术的发展与职业教育 现代电工技术的整体发展状况 新理论 放电物理 等离子体物理 电磁流体力学 直线电机 新材料 超导材料 永磁材料
一 电工新技术的最新发展 现代电工技术的整体发展状况 新理论 放电物理 等离子体物理 电磁流体力学 直线电机 新材料 超导材料 永磁材料 半导体材料 光学材料 新技术 微电子技术 计算机技术 通信技术 基础 放电应用 核聚变 磁流体发电 磁悬浮列车 磁流体推进船 超导电工 永磁电机 光电子技术 电力电子技术 机电一体化 EDA技术 现代测试技术 电磁场的数值计算 主要分支 太赫兹技术

4 电工新技术的发展与职业教育 一 电工新技术的最新发展 我国电气科学 的分支

5 电工新技术的发展与职业教育 电气工程 电机与 电器 电力系统及其 自动化 电力电子与 电力传动 高电压 与 绝缘技术 电工理论与新技术
一 电工新技术的最新发展 电气工程 电机与 电器 电力系统及其 自动化 电力电子与 电力传动 高电压 与 绝缘技术 电工理论与新技术 电机 电器 电力系统及其自动化 铁道牵引电气化与自动化 船舶与海洋工程特辅装置与系统 电力电子技术 电力传动及其自动化） 电磁测量技术及仪器 高电压技术 电工材料及绝缘技术 理论电工 超导技术与磁流体发电 控制科学与工程学科 仪器科学与技术学科

6 电工新技术的发展与职业教育 一 电工新技术的最新发展 超导的基本原理 超导电工 自由电子的导电作用 温度的定义

7 电工新技术的发展与职业教育 麦斯纳效应 超导体的完全抗磁性，使小磁铁的磁力线无法穿透超导体，磁场发生畸变，便产生了一个向上的浮力。 超导元素
一 电工新技术的最新发展 麦斯纳效应 1933年 超导体的完全抗磁性，使小磁铁的磁力线无法穿透超导体，磁场发生畸变，便产生了一个向上的浮力。 超导状态下电子的运动 超导元素 BCS 理论 是解释常规超导体的超导电性的微观理论（所以也常意译为超导的微观理论）。该理论以其发明者约翰·巴丁（John Bardeen）、利昂·库珀（L.V.Cooper）和约翰·罗伯特·施里弗（J.R.Schrieffer）的名字首字母命名。 某些金属在极低的温度下，其电阻会完全消失，电流可以在其间无损耗的流动，这种现象称为超导。超导现象于1911年发现，但直到1957年，巴丁、库珀和施里弗提出BCS理论，其微观机理才得到一个令人满意的解释。BCS理论把超导现象看作一种宏观量子效应。它提出，金属中自旋和动量相反的电子可以配对形成所谓“库珀对”，库珀对在晶格当中可以无损耗的运动，形成超导电流。在BCS理论提出的同时，尼科莱·勃格留波夫（Nikolai Bogoliubov）也独立的提出了超导电性的量子力学解释，他使用的勃格留波夫变换至今为人常用。 电子间的直接相互作用是相互排斥的库伦力。如果仅仅存在库伦力直接作用的话，电子不能形成配对。但电子间还存在以晶格振动（声子）为媒介的间接相互作用：电声子交互作用。电子间的这种相互作用是相互吸引的，正是这种吸引作用导致了“库珀对”的产生。大致上，其机理如下：电子在晶格中移动时会吸引邻近格点上的正电荷，导致格点的局部畸变，形成一个局域的高正电荷区。这个局域的高正电荷区会吸引自旋相反的电子，和原来的电子以一定的结合能相结合配对。在很低的温度下，这个结合能可能高于晶格原子振动的能量，这样，电子对将不会和晶格发生能量交换，也就没有电阻，形成所谓“超导”。 巴丁、库珀、施里弗因此获得1972年的诺贝尔物理学奖。不过，BCS理论并无法成功的解释所谓第二类超导，或高温超导的现象。 Cooper pairs 库伯对

8 电工新技术的发展与职业教育 超导临界温度提高的历史 超导电工
一 电工新技术的最新发展 超导临界温度提高的历史 超导电工 1911～1932年，以研究元素超导为主，除汞以外，又发现了Pb、Sn、Nb等众多的金属元素超导体。 1932～1953年，则发现了许多具有超导电性的合金，临界转变温度(Tc)得到了进一步提高 1953～1973年间，发现了如Tc>17 K的Nb3Sn等超导体 1973年Nb3Ge的发现，使Tc的最高纪录上升到23.2 K 1986年，瑞士科学家贝德诺兹(J.G. Bednorz)和米勒(K.A. Müller)制备出了Tc为35 K的镧-钡-铜-氧(La-Ba-Cu-O)高温氧化物超导体 1987年，美国华裔科学家朱经武和中国科学家赵忠贤等人相继发现钇-钡-铜-氧(Y-Ba-Cu-O)氧化物超导体，把Tc提高到90 K以上 1988年，法国的米切尔(Michel)等人发现了第三类超导体：铋-锶-钙-铜-氧(Bi-Sr-Ca-Cu-O)氧化物超导体，Tc达到了110 K。美国Arkansas州大学的盛正直和Hermann又发现Tc=125 K的铊-钡-钙-铜-氧(Tl-Ba-Ca-Cu-O)氧化物超导体 到1993年，Putilin和Schilling等人又发现了Tc=135 K的汞-钡-钙-铜-氧(Hg-Ba-Ca-Cu-O)氧化物超导体

9 电工新技术的发展与职业教育 一 电工新技术的最新发展 超导电工 液氦 液氦 液氦 超导临界温度提高的历史 液氮只能制冷到77K

10 电工新技术的发展与职业教育 第一代高温超导材料 超导电工
一 电工新技术的最新发展 第一代高温超导材料 超导电工 HTS材料是指La系(35 K)、Bi系(92 K)、Y系(110 K)、T系(125 K)、Hg系(135 K)以及MgB2(39 K)，其中以Bi系、Y系和MgB2最具有实用前途。 国内水平 Ic超过90 A(77 K，0 T)，Je超过9×103 A/cm2 国际水平-美国超导 Ic超过155 A(77 K，0 T)，Je超过17×103 A/cm2 第一代HTS的制作工艺 (粉末装管法)

11 电工新技术的发展与职业教育 一 电工新技术的最新发展 超导电工 第二代超导---YBCO 第二代HTS的制作工艺 (RABiTS/MOD法)

12 电工新技术的发展与职业教育 一 电工新技术的最新发展 超导电工 直 利用超导的临界电特性 单回路输送GVA 超导的应用 返回

13 电工新技术的发展与职业教育 磁悬浮列车 超导电工 分常导磁悬浮列车和超导磁悬浮列车 上海磁悬浮列车（常导） 超导磁悬浮列车
一 电工新技术的最新发展 磁悬浮列车 超导电工 分常导磁悬浮列车和超导磁悬浮列车 上海磁悬浮列车（常导） 超导磁悬浮列车 常导磁悬浮技术的悬浮高度较低，因此对线路的平整度等要求高。 超导磁悬浮技术涡流效应大，强磁场对人体与环境都有影响。

14 电工新技术的发展与职业教育 磁悬浮列车 超导电工 磁悬浮列车的推进----直线电机 一 电工新技术的最新发展
一 电工新技术的最新发展 磁悬浮列车 超导电工 磁悬浮列车的推进----直线电机 推进系统：磁悬浮列车的驱动运用同步直线电动机的原理。车辆下部支撑电磁铁线圈的作用就像是同步直线电动机的励磁线圈，地面轨道内侧的三相移动磁场驱动绕组起到电枢的作用，它就像同步直线电动机的长定子绕组。从电动机的工作原理可以知道，当作为定子的电枢线圈有电时，由于电磁感应而推动电机的转子转动。同样，当沿线布置的变电所向轨道内侧的驱动绕组提供三相调频调幅电力时，由于电磁感应作用承载系统连同列车一起就像电机的“转子”一样被推动做直线运动。从而在悬浮状态下，列车可以完全实现非接触的牵引和制动。

15 电工新技术的发展与职业教育 火电 水电 核电 太阳能发电 地热发电 潮汐发电 风力发电 煤气联合循环发电 磁流体发电 受控热核聚变发电
一 电工新技术的最新发展 磁流体发电 获取电能的方式 火电 水电 核电 太阳能发电 地热发电 潮汐发电 风力发电 煤气联合循环发电 磁流体发电 受控热核聚变发电 推进系统：磁悬浮列车的驱动运用同步直线电动机的原理。车辆下部支撑电磁铁线圈的作用就像是同步直线电动机的励磁线圈，地面轨道内侧的三相移动磁场驱动绕组起到电枢的作用，它就像同步直线电动机的长定子绕组。从电动机的工作原理可以知道，当作为定子的电枢线圈有电时，由于电磁感应而推动电机的转子转动。同样，当沿线布置的变电所向轨道内侧的驱动绕组提供三相调频调幅电力时，由于电磁感应作用承载系统连同列车一起就像电机的“转子”一样被推动做直线运动。从而在悬浮状态下，列车可以完全实现非接触的牵引和制动。

16 电工新技术的发展与职业教育 什么是磁流体发电? 磁流体发电 水利发电 利用线圈相对磁场运动来发电（磁场与固体作用） 传统发电 火力发电 N
一 电工新技术的最新发展 什么是磁流体发电? 磁流体发电 水利发电 火力发电 利用线圈相对磁场运动来发电（磁场与固体作用） 传统发电 N S A X e 推进系统：磁悬浮列车的驱动运用同步直线电动机的原理。车辆下部支撑电磁铁线圈的作用就像是同步直线电动机的励磁线圈，地面轨道内侧的三相移动磁场驱动绕组起到电枢的作用，它就像同步直线电动机的长定子绕组。从电动机的工作原理可以知道，当作为定子的电枢线圈有电时，由于电磁感应而推动电机的转子转动。同样，当沿线布置的变电所向轨道内侧的驱动绕组提供三相调频调幅电力时，由于电磁感应作用承载系统连同列车一起就像电机的“转子”一样被推动做直线运动。从而在悬浮状态下，列车可以完全实现非接触的牵引和制动。 将等离子体（带电粒子）喷射到磁场中发电（磁场与流体作用） 磁流体发电

17 电工新技术的发展与职业教育 磁流体发电 等离子体 电极板 一 电工新技术的最新发展
一 电工新技术的最新发展 磁流体发电 等离子体 推进系统：磁悬浮列车的驱动运用同步直线电动机的原理。车辆下部支撑电磁铁线圈的作用就像是同步直线电动机的励磁线圈，地面轨道内侧的三相移动磁场驱动绕组起到电枢的作用，它就像同步直线电动机的长定子绕组。从电动机的工作原理可以知道，当作为定子的电枢线圈有电时，由于电磁感应而推动电机的转子转动。同样，当沿线布置的变电所向轨道内侧的驱动绕组提供三相调频调幅电力时，由于电磁感应作用承载系统连同列车一起就像电机的“转子”一样被推动做直线运动。从而在悬浮状态下，列车可以完全实现非接触的牵引和制动。 电极板

18 电工新技术的发展与职业教育 研究历史与现状 磁流体发电
一 电工新技术的最新发展 研究历史与现状 磁流体发电 美国、日本，前苏联60年代开始研究，并列入国家的研究计划。建立了一些示范性电站，效率接近50%。 中国80年代开始研究，1986年燃煤磁流体发电被列入了国家“863”高技术研究计划，制订了统一的国家发展规划。 推进系统：磁悬浮列车的驱动运用同步直线电动机的原理。车辆下部支撑电磁铁线圈的作用就像是同步直线电动机的励磁线圈，地面轨道内侧的三相移动磁场驱动绕组起到电枢的作用，它就像同步直线电动机的长定子绕组。从电动机的工作原理可以知道，当作为定子的电枢线圈有电时，由于电磁感应而推动电机的转子转动。同样，当沿线布置的变电所向轨道内侧的驱动绕组提供三相调频调幅电力时，由于电磁感应作用承载系统连同列车一起就像电机的“转子”一样被推动做直线运动。从而在悬浮状态下，列车可以完全实现非接触的牵引和制动。 上世纪中期，由于有一些关键技术没有解决，基本都停止了大规模的研究项目。但是也有其它原因  经济问题、需要问题 

19 电工新技术的发展与职业教育 MHD推进原理 磁流体推进船 MAGNETOHYDRODYNAMIC B I flow 一 电工新技术的最新发展
一 电工新技术的最新发展 MHD推进原理 磁流体推进船 MAGNETOHYDRODYNAMIC 施加电流 推进系统：磁悬浮列车的驱动运用同步直线电动机的原理。车辆下部支撑电磁铁线圈的作用就像是同步直线电动机的励磁线圈，地面轨道内侧的三相移动磁场驱动绕组起到电枢的作用，它就像同步直线电动机的长定子绕组。从电动机的工作原理可以知道，当作为定子的电枢线圈有电时，由于电磁感应而推动电机的转子转动。同样，当沿线布置的变电所向轨道内侧的驱动绕组提供三相调频调幅电力时，由于电磁感应作用承载系统连同列车一起就像电机的“转子”一样被推动做直线运动。从而在悬浮状态下，列车可以完全实现非接触的牵引和制动。 B 水流 超导线圈 电极板 I flow

20 电工新技术的发展与职业教育 研究历史与现状 磁流体推进船
一 电工新技术的最新发展 磁流体推进船 研究历史与现状 利用海水中的电流与磁场之间的相互作用力，使海水运动而产生的一种推进方法。可用于船舶之类水中装置的推进。 具有可高速、振动小、噪声低、操纵灵活、布置方便等特点。1992年世界第一艘超导磁流体推进船“大和一号”的试航成功，标志着磁流体推进研究进入了一个新阶段，目前许多造船大国纷纷对此技术进行详 细研究，并预测此种推进方式将是本世纪最有希望的船舶新的推进方式之一 推进系统：磁悬浮列车的驱动运用同步直线电动机的原理。车辆下部支撑电磁铁线圈的作用就像是同步直线电动机的励磁线圈，地面轨道内侧的三相移动磁场驱动绕组起到电枢的作用，它就像同步直线电动机的长定子绕组。从电动机的工作原理可以知道，当作为定子的电枢线圈有电时，由于电磁感应而推动电机的转子转动。同样，当沿线布置的变电所向轨道内侧的驱动绕组提供三相调频调幅电力时，由于电磁感应作用承载系统连同列车一起就像电机的“转子”一样被推动做直线运动。从而在悬浮状态下，列车可以完全实现非接触的牵引和制动。

21 电工新技术的发展与职业教育 研究历史与现状 磁流体推进船 1961年以来，美国、日本、前苏联，中国先后开始研究。
一 电工新技术的最新发展 研究历史与现状 磁流体推进船 1961年以来，美国、日本、前苏联，中国先后开始研究。 磁流体推进原理性研究；磁流体推进应用基础研究；磁流体推进实用化技术研究。 1966年，研制出由常规导线圈构成的双圆柱电磁推进系统，并安置在EMS-l潜艇模型上进行试验，首次实现了船舶磁流体推进。 推进系统：磁悬浮列车的驱动运用同步直线电动机的原理。车辆下部支撑电磁铁线圈的作用就像是同步直线电动机的励磁线圈，地面轨道内侧的三相移动磁场驱动绕组起到电枢的作用，它就像同步直线电动机的长定子绕组。从电动机的工作原理可以知道，当作为定子的电枢线圈有电时，由于电磁感应而推动电机的转子转动。同样，当沿线布置的变电所向轨道内侧的驱动绕组提供三相调频调幅电力时，由于电磁感应作用承载系统连同列车一起就像电机的“转子”一样被推动做直线运动。从而在悬浮状态下，列车可以完全实现非接触的牵引和制动。 1970年后，超导材料尤其是高温超导材料的发展和磁流体技术的进步．以及超导磁流体推进船模试验和理论研究的成果，使MHD propulsion使用成为可能。 1992年研制出“大和一号”实验船成功。 实用化的障碍 电解、气泡、噪声、电解腐蚀等现象。

22 电工新技术的发展与职业教育 磁流体推进船 大和一号（1992年） 中国的HEMS-1(2000前) 5T14T 一 电工新技术的最新发展
一 电工新技术的最新发展 磁流体推进船 推进系统：磁悬浮列车的驱动运用同步直线电动机的原理。车辆下部支撑电磁铁线圈的作用就像是同步直线电动机的励磁线圈，地面轨道内侧的三相移动磁场驱动绕组起到电枢的作用，它就像同步直线电动机的长定子绕组。从电动机的工作原理可以知道，当作为定子的电枢线圈有电时，由于电磁感应而推动电机的转子转动。同样，当沿线布置的变电所向轨道内侧的驱动绕组提供三相调频调幅电力时，由于电磁感应作用承载系统连同列车一起就像电机的“转子”一样被推动做直线运动。从而在悬浮状态下，列车可以完全实现非接触的牵引和制动。 大和一号（1992年） 中国的HEMS-1(2000前) 5T14T

23 电工新技术的发展与职业教育 一 电工新技术的最新发展 0.1~10THz 波段 1THz=1012Hz 太赫兹技术 电磁波谱 频率 波长

24 电工新技术的发展与职业教育 太赫兹技术 太赫兹光源 产生太赫兹的方法
一 电工新技术的最新发展 1THz=1012Hz 太赫兹技术 太赫兹光源 产生太赫兹的方法 给天线施加直流偏置，然后用短脉冲激光照射天线中间，电子从一个天线迁移到另一个天线，产生太赫兹辐射

25 电工新技术的发展与职业教育 太赫兹的意义 太赫兹技术 1 为科学研究提供了新的方法与手段。 2 在军事与反恐方面有独特的应用。
一 电工新技术的最新发展 太赫兹的意义 太赫兹技术 1 为科学研究提供了新的方法与手段。 其波谱学在物理学、化学、生物医学、天文、材料和环境科学有重要应用。 作为一种探针，可以对物质内部进行深入研究。 2 在军事与反恐方面有独特的应用。 太赫兹成像，太赫兹雷达（反隐身），太赫兹无损检测。 3 是新一代IT产业的基础。 太赫兹在量子光学和量子计算机方面的应用。 4 生物医学。 皮肤癌的诊断与治疗，DNA 探测，太赫兹-CT

26 时分光谱（time domain spectroscopy）成像
电工新技术的发展与职业教育 一 电工新技术的最新发展 太赫兹技术医学应用举例 太赫兹技术 牙齿的成像结果 时分光谱（time domain spectroscopy）成像 太赫兹的穿透力强，水吸收强，不会损伤生物组织。

27 电工新技术的发展与职业教育 一 电工新技术的最新发展 太赫兹技术的军事应用举例 THz对某些材料的穿透性强 THz成像的景深大

28 以电力为对象的电子技术称作电力电子技术 (Power Electronics)。
电工新技术的发展与职业教育 一 电工新技术的最新发展 电力电子技术 电力电子技术 以电力为对象的电子技术称作电力电子技术 (Power Electronics)。 它是一门将电力半导体器件用于功率电路，利用电力电子器件对电能进行控制、转换和传输的学科,也是现代电子学的一个主要分支。 电力电子技术是电力、电子、控制三大工程技术领域之间的交叉学科。

29 电工新技术的发展与职业教育 电力电子技术是电力、电子、控制三大工程技术领域之间的交叉学科。
一 电工新技术的最新发展 电力电子技术是电力、电子、控制三大工程技术领域之间的交叉学科。 随着科学技术的发展, 电力电子技术与现代控制理论、材料科学、电子技术、电力系统、计算机科学等许多领域密切相关。 目前, 电力电子技术已逐渐发展成为一门多学科互相渗透的综合性技术学科。 电子 电力电子学 电路 器件 模拟 静止 装置 电力 旋转 数字 控制

30 强电和弱点 电工新技术的发展与职业教育 弱电 信号电路 输出信号 输入信号 能量 强电 功率电路 输出能量 输入能量 信号
一 电工新技术的最新发展 弱电 信号电路 强电和弱点 输入信号 输出信号 能量 强电 功率电路 输入能量 输出能量 信号

31 1947年第一支晶体管诞生，产生半导体固态电子学。 1956年第一支晶闸管问世，产生电力电子技术
电工新技术的发展与职业教育 一 电工新技术的最新发展 电力电子器件的发展历史 电力电子技术 1947年第一支晶体管诞生，产生半导体固态电子学。 1956年第一支晶闸管问世，产生电力电子技术 70年代后期，可关断晶闸管(GTO)、电力晶体管(GTR)及其模块相继实用化。在中大容量的变流装置中，传统的晶闸管(SCR)逐渐被这些新型器件取代。 1980年至今，各种全控型电力电子器件出现，并被大量应用。

32 电工新技术的发展与职业教育 一 电工新技术的最新发展 电力电子技术 电力电子技术 包含三个方面 电力电子器件。 电力电子电路。 控制电路。

33 电工新技术的发展与职业教育 电力电子器件 电力电子器件与弱电中的半导体器件不同。电力电子器件用来处理能量，能够承受很大的电流与电压。
一 电工新技术的最新发展 电力电子器件 电力电子技术 电力电子器件与弱电中的半导体器件不同。电力电子器件用来处理能量，能够承受很大的电流与电压。 电力电子 器件的运行都采用开关方式。导通时电流很大，但器 件只有较小的导通电压。因而器件承受的功率损耗很小，以开关方式运行是电力电子器件运行的特点。以开关方式运行的电力电子器件可以组成满足不同需求的电路，形成了电力电子技术研究的丰要内容。 电力电子器件的控制信号是弱电信号。 电力电子变流电路是各种装置的主体，其中电力电子器件则是千变万化的电力电子电路的中心；一代器件牵动着一代整机；器件的更新必然带动电路和装置的发展。

34 电工新技术的发展与职业教育 电力电子器件的分类 电力电子技术
一 电工新技术的最新发展 电力电子器件的分类 电力电子技术 (1)非可控型 这类器件的一端是阳极，另—端是阴极。其开关操作仅取决于施加于器件阳和阴极间的电压，正向电压时器件导通，反向电压时关断，流过其中的电流是单方向的。由于其开通和关断不能按需要控制，故这类器件称为不可控器件。 (2)半控型 这类器件增加了一个控制门极。半控型器件也具有单向导电性，但开通不仅需在其阳极和阴极间施加正向电压，而且还必须在门极和阴极间输入正向控制信号，因而开通可以被控制。然而这类器件—旦开通，就不能再通过门极控制关断，只能从外部改变加在阳极和阴极间的电压极性，或强制阳极电流变成零。所以把它们称为半控型器件。 (3)全控型 这类器件也是带有控制端，但控制端不仅可控制其开通，也能控制其关断。故称全控型器件。由于勿需外部提供关断条件，仅靠自身控制即可关断，所以这类器件常被称为自关断器件。这类器件种类多，工作机理也不尽相同，在现代电力电子技术应用中起着越来越重要的作用，是电力电子器件发展的主导方向。

35 电工新技术的发展与职业教育 一 电工新技术的最新发展 电力电子器件的分类 电力电子技术

36 电工新技术的发展与职业教育 电力电子器件的原理、制造及其应用技术 电源系统及其应用技术 电力传动自动控制 电力电子系统的运行与控制
一 电工新技术的最新发展 电力电子技术的研究范围 电力电子器件的原理、制造及其应用技术 电源系统及其应用技术 电力传动自动控制 电力电子系统的运行与控制 电力电子装置与电力传动系统的故障诊断技术 电磁兼容技术 电力电子技术在电力系统中的应用 电力电子装置与系统的建模、仿真与分析 电力牵引传动技术 运动控制 现代科学新成就（新材料、新器件、数学新理论、新方法、现代控 制理论、智能控制理论等）在电力电子与电力传动中的应用。

37 ~ 电工新技术的发展与职业教育 电力电子电路 电力电子技术 一 电工新技术的最新发展 整流 (AC-DC) 斩波 交流变换 (DC-DC)
一 电工新技术的最新发展 电力电子电路 电力电子技术 ~ 整流 (AC-DC) 逆变 (DC-AC) 斩波 (DC-DC) 交流变换 (AC-AC)

38 电工新技术的发展与职业教育 一 电工新技术的最新发展 电力电子电路-举例 电力电子技术 Buck电路 Boost电路

39 电力电子器件的发展过程，经历了不控和半控器件、电流全控器件、电压全控器件和功率集成电路(Power IC)等若干阶段；
电工新技术的发展与职业教育 一 电工新技术的最新发展 电力电子技术的发展 电力电子器件的发展过程，经历了不控和半控器件、电流全控器件、电压全控器件和功率集成电路(Power IC)等若干阶段； 80年代末期，不少国际电力电子专家认为：电力电子器件的发展方向是高频化，大功率化和易于驱动(使用)； 到2000年，各种电力电子器件的使用频率将提高一个数量级，例如：功率MOSFET的频率(以kHz计，下同)从102提高到103，IGBT则从l0提高到100； 器件功率也将有所提高，例如：IGBT的功率(以MVA计，下同)从0.1MVA提高到1MVA，GTO则从10MVA以下提高到l0MVA。

40 电工新技术的发展与职业教育 应用领域  计算机高效率绿色电源  通信用高频开关电源  直流-直流（DC/DC）变换器
一 电工新技术的最新发展 应用领域 电力电子技术  计算机高效率绿色电源  通信用高频开关电源  直流-直流（DC/DC）变换器  不间断电源（UPS）  变频器  高频逆变式整流焊机电源  大功率开关型高压直流电源，大功率脉冲激光电源 电力有源滤波器（谐波治理技术） 高效照明：节能灯、LED照明  

41 电工新技术的发展与职业教育 发展趋势 高频化：电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比 。
一 电工新技术的最新发展 发展趋势 电力电子技术 高频化：电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比 。 模块化：其一是指功率器件的模块化集成化。其二是指电源单元的模块化：大功率的开关电源，由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考虑 。 数字化：计算机控制时，数字化技术 绿色化 ：节能；不对电网造成污染。

42 电工新技术的发展与职业教育 职业教育中的电工电子技术 机电一体化技术 虚拟测试技术 仿真技术 PCB与SMT制造 电力系统 通信 … …
二 职业教育中的电工技术 职业教育中的电工电子技术 机电一体化技术 虚拟测试技术 仿真技术 PCB与SMT制造 电力系统 通信 … …

43 =Mechanics+Electronics=Intelligent Machine
电工新技术的发展与职业教育 二 职业教育中的电工技术 机电一体化 机电一体化技术 机电一体化是机械学、电子学与计算机科学的交叉学科 Mechatronics =Mechanics+Electronics=Intelligent Machine Mechatronics =Mechanics+Electronics+Computer  Robotics

44 电工新技术的发展与职业教育 机电一体化 机电一体化 =机械学+电子学=智能机器 机电一体化 =机械学+电子学+计算机技术  机器人
二 职业教育中的电工技术 机电一体化 机电一体化技术 机电一体化是机械学、电子学与计算机科学的交叉学科 机电一体化 =机械学+电子学=智能机器 机电一体化 =机械学+电子学+计算机技术  机器人

45 电工新技术的发展与职业教育 机电一体化 定义 机电一体化技术
二 职业教育中的电工技术 机电一体化 定义 机电一体化技术 机电一体化是在机械主功能、动力功能、信息与控制功能上引进电子技术，并将机械装置与电子装置以及软件有机结合而成系统的总称 。 机电一体化的组成及应用 机械部分 机电一体化产品包含的三个部分 * 机械部分：它是机电一体化产品实现其使用功能的母体，离开了它就可能成为无本之木，因此精密机械制造技术仍是机电一体化技术的基础。比如典型的机电一体化产品数控机床，如果离开了结构优化、制造精密的机床主轴系统、进给系统和基础支承大件等机械部分，再好的数控和伺服系统也无能为力。 * 信息处理部分：这部分的主要任务是对外部输入的程序指令或（和）从多个传感器传来的数字信号进行处理和运算，然後输出各种控制指令去控制伺服机构和其他执行机构以完成所需的动作。此项任务目前主要由微计算机（含专用计算机系统）及相关软件来完成，是机电一体化产品最富活力的部分。 * 传感测量部分：对实际工况以及周围环境的变化，必须通过传感器来感知，这部分就像机电一体化产品的“感官”。首先，传感器要能灵敏地感受被测量信息并精确地转换成电信号。当前正重解决传感器的智能化问题，重点是把传感器感知的模拟量信号就地转化为标准的数字量信号，并就地完成基本判断与推理。 信息处理部分 传感测量部分

46 电工新技术的发展与职业教育 机电一体化 发展过程
二 职业教育中的电工技术 机电一体化 发展过程 第一阶段 ：20世纪60年代以前，初级阶段。自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。 第二阶段 ：20世纪70~80年代，称为蓬勃发展阶段。这一时期，计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的迅猛发展，为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。 mechatronics 一词被广泛接受 * 机械部分：它是机电一体化产品实现其使用功能的母体，离开了它就可能成为无本之木，因此精密机械制造技术仍是机电一体化技术的基础。比如典型的机电一体化产品数控机床，如果离开了结构优化、制造精密的机床主轴系统、进给系统和基础支承大件等机械部分，再好的数控和伺服系统也无能为力。 * 信息处理部分：这部分的主要任务是对外部输入的程序指令或（和）从多个传感器传来的数字信号进行处理和运算，然後输出各种控制指令去控制伺服机构和其他执行机构以完成所需的动作。此项任务目前主要由微计算机（含专用计算机系统）及相关软件来完成，是机电一体化产品最富活力的部分。 * 传感测量部分：对实际工况以及周围环境的变化，必须通过传感器来感知，这部分就像机电一体化产品的“感官”。首先，传感器要能灵敏地感受被测量信息并精确地转换成电信号。当前正重解决传感器的智能化问题，重点是把传感器感知的模拟量信号就地转化为标准的数字量信号，并就地完成基本判断与推理。 第三阶段 ：20世纪90年代后期以后，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，机电一体化进入深入发展时期。光机电一体化和微机电一体化。建模设计仿真、分析和集成方法，机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，大大促进了机电一体化技术的发展。

47 电工新技术的发展与职业教育 机电一体化 核心技术 1 机械制造技术 2 信息处理技术:单片机技术+PLC技术+通信技术
二 职业教育中的电工技术 机电一体化 核心技术 1 机械制造技术 2 信息处理技术:单片机技术+PLC技术+通信技术 3 传感器技术 :光传感器 * 机械部分：它是机电一体化产品实现其使用功能的母体，离开了它就可能成为无本之木，因此精密机械制造技术仍是机电一体化技术的基础。比如典型的机电一体化产品数控机床，如果离开了结构优化、制造精密的机床主轴系统、进给系统和基础支承大件等机械部分，再好的数控和伺服系统也无能为力。 * 信息处理部分：这部分的主要任务是对外部输入的程序指令或（和）从多个传感器传来的数字信号进行处理和运算，然後输出各种控制指令去控制伺服机构和其他执行机构以完成所需的动作。此项任务目前主要由微计算机（含专用计算机系统）及相关软件来完成，是机电一体化产品最富活力的部分。 * 传感测量部分：对实际工况以及周围环境的变化，必须通过传感器来感知，这部分就像机电一体化产品的“感官”。首先，传感器要能灵敏地感受被测量信息并精确地转换成电信号。当前正重解决传感器的智能化问题，重点是把传感器感知的模拟量信号就地转化为标准的数字量信号，并就地完成基本判断与推理。 4 自动控制技术:人工智能控制技术 5 传动技术:电动、气动、液压等各种类型的传动装置

48 电工新技术的发展与职业教育 机电一体化 发展趋势 1 智能化: 判断推理、逻辑思维、自主决策等能力 2 模块化:指定标准
二 职业教育中的电工技术 机电一体化 发展趋势 1 智能化: 判断推理、逻辑思维、自主决策等能力 2 模块化:指定标准 3 微型化 :向微型机器和微观领域发展的趋势 * 机械部分：它是机电一体化产品实现其使用功能的母体，离开了它就可能成为无本之木，因此精密机械制造技术仍是机电一体化技术的基础。比如典型的机电一体化产品数控机床，如果离开了结构优化、制造精密的机床主轴系统、进给系统和基础支承大件等机械部分，再好的数控和伺服系统也无能为力。 * 信息处理部分：这部分的主要任务是对外部输入的程序指令或（和）从多个传感器传来的数字信号进行处理和运算，然後输出各种控制指令去控制伺服机构和其他执行机构以完成所需的动作。此项任务目前主要由微计算机（含专用计算机系统）及相关软件来完成，是机电一体化产品最富活力的部分。 * 传感测量部分：对实际工况以及周围环境的变化，必须通过传感器来感知，这部分就像机电一体化产品的“感官”。首先，传感器要能灵敏地感受被测量信息并精确地转换成电信号。当前正重解决传感器的智能化问题，重点是把传感器感知的模拟量信号就地转化为标准的数字量信号，并就地完成基本判断与推理。 4 绿色化: 节省能源 ，无污染，可回收 5 系统化与网络化: 现场总线技术等 。系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开 放式和模式化的总线结构。 6 光机电一体化: 光学与激光技术的发展

49 电工新技术的发展与职业教育 传统的工业控制网络分层结构示意图 信息网 以太网 Profibus-FMS Controlnet 控制网 现场网
二 职业教育中的电工技术 传统的工业控制网络分层结构示意图 信息网 以太网 Profibus-FMS Controlnet 控制网 * 机械部分：它是机电一体化产品实现其使用功能的母体，离开了它就可能成为无本之木，因此精密机械制造技术仍是机电一体化技术的基础。比如典型的机电一体化产品数控机床，如果离开了结构优化、制造精密的机床主轴系统、进给系统和基础支承大件等机械部分，再好的数控和伺服系统也无能为力。 * 信息处理部分：这部分的主要任务是对外部输入的程序指令或（和）从多个传感器传来的数字信号进行处理和运算，然後输出各种控制指令去控制伺服机构和其他执行机构以完成所需的动作。此项任务目前主要由微计算机（含专用计算机系统）及相关软件来完成，是机电一体化产品最富活力的部分。 * 传感测量部分：对实际工况以及周围环境的变化，必须通过传感器来感知，这部分就像机电一体化产品的“感官”。首先，传感器要能灵敏地感受被测量信息并精确地转换成电信号。当前正重解决传感器的智能化问题，重点是把传感器感知的模拟量信号就地转化为标准的数字量信号，并就地完成基本判断与推理。 现场网 Profibus-DP/PA DeviceNet 远程IO 执行器 传感器 人机界面

50 新技术-工业以太网（Industrial ether net）
电工新技术的发展与职业教育 二 职业教育中的电工技术 新技术-工业以太网（Industrial ether net） ---Profinet

51 电工新技术的发展与职业教育 二 职业教育中的电工技术 从BUS到NET

52 电工新技术的发展与职业教育 光机电一体化 光机电一体化技术是在现代光学技术与机电一体化技术基础上发展起来的又一门新兴交叉学科。
二 职业教育中的电工技术 光机电一体化 光机电一体化技术是在现代光学技术与机电一体化技术基础上发展起来的又一门新兴交叉学科。 光传感技术结合到机电一体化系统中 激光测距,激光雷达,光纤传感器,图象传感器, 将光学技术与各种加工技术相结合 自发辐射 激光焊接，激光表面处理，激光快速成型等 吸收 将光学器件与微机电器件集成 将光学技术与各种科学仪器和装置相结合 受激辐射 激光 激光印刷，激光三维显示 返回

53 电工新技术的发展与职业教育 测试仪器 现代测试技术 独立式仪器 模块化仪器 基于PC 的测试仪器 二 职业教育中的电工技术 模拟式 数字式
二 职业教育中的电工技术 测试仪器 现代测试技术 独立式仪器 模块化仪器 基于PC 的测试仪器 模拟式 数字式 基于PC的专用仪器 虚拟测试仪器 VXI总线、PXI总线、USB 基础测试仪器 专业测试仪器 可定制

54 电工新技术的发展与职业教育 二 职业教育中的电工技术 数字化仪器的结构 现代测试技术 模数转换 数字信号处理 微处理器

55 电工新技术的发展与职业教育 虚拟测试技术 虚拟测试仪器 现代测试技术
二 职业教育中的电工技术 现代测试技术 虚拟测试技术 虚拟测试仪器 　虚拟仪器(Virtual Instruments, 简称V I) 是一种基于计算机的数字化自动测试仪器系统。 它通过软件将计算机硬件资源与仪器硬件资源结合起来, 操作人员通过友好的图形界面及图形化编程语言控制仪器运行, 完成对被测试量的采集、分析、判断、显示、存储及数据生成。

56 电工新技术的发展与职业教育 虚拟仪器的构成 DAQ板+调理器 软件 计算机 仪器硬件 硬件完成数据的输入输出，软件是整个系统的关键。
二 职业教育中的电工技术 硬件完成数据的输入输出，软件是整个系统的关键。 虚拟仪器的构成 DAQ板+调理器 软件 计算机 仪器硬件 以GPIB、VXI、Seriul 和Fieldbus 等标准总线为硬件组成的GPIB 系统、VXI 系统、串口系统和现场总线等。

57 电工新技术的发展与职业教育 二 职业教育中的电工技术 虚拟仪器系统的构成

58 电工新技术的发展与职业教育 二 职业教育中的电工技术 特点 性能高 完全“继承”了以现成PC技术为主导的计算机技术的优点，包括功能超卓的处理器和文件I/O，使数据高速导入磁盘的同时就能实时地进行复杂的分析。 不断发展的因特网和越来越快的计算机网络使得虚拟仪器技术展现其更强大的优势。 扩展性强 灵活性的软件，只需更新您的计算机或测量硬件，就能以最少的硬件投资和极少的、甚至无需软件上的升级即可改进整个测试系统。在利用最新科技的时候，可以把它们集成到现有的测量设备，最终以较少的成本加速产品上市的时间。 开发时间短 轻松地配置、创建、发布、维护和修改高性能、低成本的测量和控制解决方案

59 电工新技术的发展与职业教育 与传统仪器的比较 基于计算机的测试不全是严格意义上的虚拟仪器。 虚拟仪器也不能完全代替传统仪器。
二 职业教育中的电工技术 与传统仪器的比较 基于计算机的测试不全是严格意义上的虚拟仪器。 虚拟仪器也不能完全代替传统仪器。

60 电工新技术的发展与职业教育 二 职业教育中的电工技术 虚拟仪器的简单应用 温度测量 数据调理与采集 传感器 前面板与程序编程

61 电工新技术的发展与职业教育 二 职业教育中的电工技术 程序代码 定制的仪器前面板 返回

62 电工新技术的发展与职业教育 仿真技术 （模拟） simulation 仿真的定义
二 职业教育中的电工技术 仿真技术 （模拟） simulation 仿真的定义 利用模型复现实际系统中发生的本质过程，并通过对系统模型的实验来研究存在的或设计中的系统，又称模拟。 另一种叫做“仿真”的课件： 3D建模 Virtools 交互软件

63 电工新技术的发展与职业教育 可能遇到的课件： 数控车床仿真软件 PCB制作仿真软件 模具仿真软件 电梯安装仿真软件
二 职业教育中的电工技术 可能遇到的课件： 数控车床仿真软件 PCB制作仿真软件 模具仿真软件 电梯安装仿真软件 … … ※ 利用了3D建模、计算机动画和虚拟现实技术 ※ 生动、形象、逼真 ※ 是学习相关硬件技术的辅助工具，或者课件 不能取代硬件实训 ※ 而真正的仿真工具既是学习工具也是设计工具

64 电工新技术的发展与职业教育 二 职业教育中的电工技术 虚拟现实与仿真技术 虚拟现实的三要素 航海动态仿真

65 想法 样机 电工新技术的发展与职业教育 Electronic Design Automation (EDA)
二 职业教育中的电工技术 电子设计自动化（EDA）技术 EDA技术 Electronic Design Automation (EDA) （广义）定义：使用软件自动进行电子设计。 早期名称：电子CAD EDA包括哪些内容? 想法 样机 什么是EDA?

66 电工新技术的发展与职业教育 门级 RTL 传输级 功能级 电路级 VHDL Verilog HDL SPICE 仿真 综合
二 职业教育中的电工技术 门级 RTL 传输级 功能级 电路级 VHDL Verilog HDL SPICE 仿真 综合

67 Simulation Program for Integrated Circuits Emphasis
电工新技术的发展与职业教育 二 职业教育中的电工技术 SPICE Simulation Program for Integrated Circuits Emphasis 针对IC设计的电路模拟软件 SPICE是验证电路设计、预测电路行为的，功能强大的电路通用模拟工具。 开发者Berkeley (1975)

68 电工新技术的发展与职业教育 SPICE 的历史
二 职业教育中的电工技术 SPICE 的历史 SPICE 诞生于 1968 年（University of California, Berkeley） 1968: 其前身是CANCER (Computer Analysis of Nonlinear Circuits, Excluding Radiation) 1971: 发布了 SPICE (改进的 CANCER) (负责人: Prof. D. Pederson) 1975: 发布了SPICE2 1983:发布了用 FORTRAN 编写的SPICE2G.6 1993:发布了用 C 编写的SPICE3f 1997: SPICE3f5 是Berkeley的最新版本

69 电工新技术的发展与职业教育  瞬态分析  交流分析  直流扫描分析  傅立叶分析  灵敏度分析  失真分析
二 职业教育中的电工技术 SPICE 可以对电路进行的主要分析有：  直流工作点分析  瞬态分析  交流分析  直流扫描分析  傅立叶分析  灵敏度分析  失真分析 … … 可以设定分析温度，默认的温度是300K。

70 用Spice分析电路时，电路中可以包含如下元件：
电工新技术的发展与职业教育 二 职业教育中的电工技术 用Spice分析电路时，电路中可以包含如下元件： Independent and dependent voltage and current sources （电源） Resistors （电阻）  Capacitors （电容）  Inductors （电感）  Mutual inductors （互感）  Transmission lines （传输线）  Operational amplifiers  Switches （开关）  Diodes （二极管）  Bipolar transistors（双极型三极管）  MOS transistors （MOS场效应管）  JFET （结型场效应管）  MESFET

71 PSPICE是中国高校最早接触到了电路仿真软件（应用软件）。
电工新技术的发展与职业教育 二 职业教育中的电工技术 PSPICE与SPICE的关系 MicroSim s – 1997年8月 1997年8月 OrCAD 合并了 MicroSim 1998年 OrCAD 与 Symmetry 合并 1999年Cadence 购买了 OrCAD PSPICE是中国高校最早接触到了电路仿真软件（应用软件）。

72 … … 电工新技术的发展与职业教育 SPICE 3f5 VisualSpice Protel Multisim MicroCap
二 职业教育中的电工技术 SPICE 3f5 内核 VisualSpice Protel Multisim MicroCap 应用软件 EasySpice Tina PSPICE CircuitStudio CircuitMaker SuperSpice ProSpice … …

73 电工新技术的发展与职业教育 Small signal amplifier *
*This circuit simulates a small signal amplifier Vin Input sin( ) R_source Input Amp_In C Amp_In uF R_Amp_Input Amp_In meg E (Amp_Out 0) (Amp_In 0) -10 R_Load Amp_Out .tran 1.0u 0.003 .plot tran V(AMP_OUT) .end

74 电工新技术的发展与职业教育 Small signal amplifier *
*This circuit simulates a small signal amplifier Vin Input sin( ) R_source Input Amp_In C Amp_In uF R_Amp_Input Amp_In meg E (Amp_Out 0) (Amp_In 0) -10 R_Load Amp_Out .tran 1.0u 0.003 .plot tran V(AMP_OUT) .end

75 电工新技术的发展与职业教育 硬件描述语言HDL(Hardware Description Language)
二 职业教育中的电工技术 硬件描述语言HDL(Hardware Description Language) 是对数字系统进行描述和仿真的语言，常用的硬件描述语言有ABEL、VHDL和Verilog HDL，ABEL起源于小规模可编程逻辑器件设计，VHDL和Verilog HDL起源于集成电路设计。 VHDL（Very High Speed Integrated Circuits HDL）是美国国防部于1980年提出的，当时主要是为了满足研究超高速集成电路项目的需要。1987年被IEEE协会接受为硬件描述语言标准（IEEE VHDL-87），1993年被IEEE进一步修改发布为IEEE VHDL-93标准。

76 电工新技术的发展与职业教育 与非门代码 与非门代码： library ieee; use ieee.std_logic_1164.all;
二 职业教育中的电工技术 与非门代码 与非门代码： library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; entity nandgate is port (a: in std_logic; b: in std_logic; y: out std_logic); end nandgate; architecture nandgate_a1 of nandgate is begin y<=not(a and b); end nandgate_a1;

77 电工新技术的发展与职业教育 二 职业教育中的电工技术 利用EDA技术进行产品设计的过程 原理图输入 电路仿真 电路板设计 调试 制造

78 电工新技术的发展与职业教育 二 职业教育中的电工技术 仿真软件介绍——TINA

79 电工新技术的发展与职业教育 二 职业教育中的电工技术 仿真软件介绍——Multisim

80 电气仿真软件——Automation Studio
电工新技术的发展与职业教育 二 职业教育中的电工技术 电气仿真软件——Automation Studio

81 电气仿真软件——Automation Studio
电工新技术的发展与职业教育 二 职业教育中的电工技术 电气仿真软件——Automation Studio

82 电气仿真软件——Automation Studio
电工新技术的发展与职业教育 二 职业教育中的电工技术 电气仿真软件——Automation Studio