电气工程及其自动化专业实验

《电气工程及其自动化专业实验》是一本实验课教材，介绍了自动控制原理、微型计算机原理、单片机原理、电器控制与PLC、电力电子技术、电机学、电力拖动、电力拖动自动控制系统等电气工程及其自动化专业课程实验的基本方法、测试手段和实验内容，基本上涵盖了电气工程及其自动化专业基础及专业课所有最常用的实验。

实验的内容与理论教学联系紧密，有利于学生增加对相关课程的学习兴趣对理论知识的理解。特别设置了电力拖动自动控制系统综合设计型实验，注重于提高学生的动手能力及分析问题，解决问题题的能力。

本书可作力高等院校电气工程及其自动化类本、专科专业课程的配套实验课教材，也可以作为自动化技术方面工程技术人员的参考用书。

书中带*内容为选做内客。

第1章自动控制原理实验

第1节概述及设备介绍

第2节典型线性环节的模拟实验

第3节二阶系统的阶跃响应实验

第4节二阶系统的频率响应实验

第5节线性系统稳定性实验

第6节控制系统的校正实验

第7节典型非线性环节的模拟实验

第2章微型计算机原理实验

第1节Dais-80958B实验系统介绍

第2节使用Dais进行汇编语言的编制汇编与调试

第3节数码转换编程实验

第4节数据操作实验

第5节8255A并行口基本实验

第6节8259中断控制器实验

第7节8253计数器/定时器实验

第8节数模及模数转换实验

第9节简单I/O口扩展

第3章单片机原理实验

第1节汇编语言的调试实验

第2节输入输出口实验

第3节定时器及中断实验

第4节数模及模数转换实验

第5节继电器控制实验

第6节步进电动机控制实验

第4章电力电子技术实验

第1节单结晶体管触发电路及单相半波可控整流电路实验

第2节正弦波同步移相触发电路实验

第3节锯齿波同步移相触发电路实验

第4节三相半波可控整流电路实验

第5节三相桥式全控整流及有源逆变电路实验

第5章电机实验

第1节单相变压器实验

第2节三相变压器连接组别的测定

第3节直流发电机实验

第4节他励直流电动机的工作特性与调速特性实验

第5节三相异步电动机参数的测定

第6节三相异步电动机的工作特性

第7节三相同步发电机的运行特性

第8节三相同步发电机的并联运行

第6章电器控制与PLC实验

第1节概述

第2节三相异步电动机联锁正反转控制实验

第3节PLC控制电动机正反转实验

第4节LED数码显示控制实验

第5节舞台灯光的模拟

第6节自动配料系统模拟控制实验

第7章电力拖动实验

第1节概述

第2节笼型电动机的启动线路设计

第3节绕线式交流异步电动机调速实验

第8章电力拖动自动控制系统实验

第1节晶闸管直流调速系统开环机械特性的测试

第2节直流调速系统参数及环节特性的测试

第3节调速系统的环节调试

第4节单闭环不可逆直流调速系统静特性的测试

第5节系统调节器及校正参数的设计

第6节双闭环不可逆晶闸管直流调速实验

第7节双闭环逻辑无环流可逆直流调速实验

第8节双闭环可逆直流脉宽调速系统实验

第9节双闭环三相异步电动机调压调速实验

第10节双闭环三相异步电动机串级调速实验

第11节异步电动机SPWM与电压空间矢量变频调速实验

第12节基于DSP的矢量变换控制与直接转矩控制变频调速实验

附录ADS1000系列数字示波器简介

附录B可编程控制器基本指令简介

参考文献

2100433B

特别设置了电力拖动自动控制系统综合设计型实验，注重于提高学生的动手能力及分析问题、解决问题的能力。

本书可作为高等院校电气工程及其自动化类本、专科专业课程的配套实验课教材，也可以作为自动化技术方面工程技术人员的参考用书。

电气工程及其自动化专业规范专业的学科内涵

电气工程及其自动化专业主要是研究电能的产生、传输、转换、控制、储存和利用的专业。近几十年来，有关电能的转换、控制在该专业所占的地位日益重要，专业名称中的“及其自动化”就反映了科学技术的这种发展和变化。

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。

电气工程及其自动化专业的专业范围主要包括电工基础理论、电气装备制造和应用、电力系统运行和控制三个部分。电工理论是电气工程的基础，主要包括电路理论和电磁场理论。这些理论是物理学中电学和磁学的发展和延伸。而电子技术、计算机硬件技术等可以看成是由电工理论的不断发展而诞生，电工理论是它们的重要基础。电气装备制造主要包括发电机、电动机、变压器等电机设备的制造，也包括开关、用电设备等电器与电气设备的制造，还包括电力电子设备的制造、各种电气控制装置、电子控制装置的制造以及电工材料、电气绝缘等内容。电气装备的应用则是指上述设备和装置的应用。电力系统主要指电力网的运行和控制、电气自动化等内容。当然，制造和运行不可能截然分开，电气设备在制造时必须考虑其运行，如电力系统由各种电气设备组成，其良好的运行必然要依靠良好的设备。

电气工程及其自动化专业规范专业的方法论介绍

本专业学科的科学方法与其他工程技术学科类同，理论分析是其最基本的研究方法。在诸多的工科专业中， 电气工程及其自动化专业使用的数学工具较多，理论分析在其中的地位也更为重要。作为工科专业，实验研究是最主要和最基本的手段，没有基本的实验条件，学生就难以掌握本专业的知识。随计算机技术的发展，仿真模拟也已是本专业广泛使用的一种方法。在使用上述理论分析、实验研究和仿真模拟中，等效与类比都是本专业重要的科学方法。

电气工程及其自动化专业规范专业的相关学科

电气工程专业是一个基础性强、派生能力活的专业。如今的电子科学与技术专业、通信工程专业、电子信息工程专业、自动化专业、计算机科学与技术专业乃至生物医学工程专业都是从电气工程专业派生或再派生而形成。这些专业统称为电子与信息类专业，而它们和电气工程专业又被统称为电类专业。电气工程专业是电子与信息类专业的母体，而这些专业的产生和发展又大大推动了电气工程专业的发展。

电气工程及其自动化专业和电子与信息类专业同属电类专业，因此具有共同的专业基础。传统的电气工程专业被认为是强电专业，而电气工程及其自动化专业已经成为强弱电相结合的专业。电子技术、信息技术、计算机技术在电气工程及其自动化专业中占有越来越重要的地位，本专业学生应加强这方面知识的学习。

电工基础以及电气工程及其自动化专业的一些专业基础和专业课程，需要较多和较深的数学工具。电磁理论是电气工程及其自动化专业最重要的基础理论，而电磁理论源于物理中的电学和磁学。因此，本专业需要较扎实的数学物理基础。

电气工程及其自动化专业培养目标和规格　:

电气工程及其自动化专业规范专业的培养目标

业务培养目标：本专业培养能够从事与电气工程有关的装备制造、系统运行、自动控制、信息处理、试验分析、研究开发、经济管理以及计算机应用等领域工作的宽口径复合型科学研究、技术开发与管理人才。

业务培养要求：本专业学生主要学习电工理论、电子技术、信息技术、控制理论、计算机技术等方 面较宽广 的科学技术基础和相应的专业知识。本专业主要特点是强弱电结合、软件与硬件结合、元件与系统结合。

毕业生应获得以下几方面的知识和能力：

⑴具有较扎实的数学、物理、化学等自然科学的基础知识，具有较好的人文社会科学和经济管理科学基础，具有外语综合应用能力。

⑵系统地掌握本专业领域较宽的技术基础理论知识，主要包括电工理论、电子技术、信息处理、控制理论、电力电子技术、电机学、计算机软硬件基本原理与应用等。

⑶获得较好的工程实践训练，具有较好的综合分析与解决实际问题的能力。

⑷具有较熟练的计算机应用能力。

⑸具有本专业领域内至少 1 个专业方向的专业知识、技能与理论，了解本专业学科前沿的发展趋势。

⑹具有较强的工作适应能力，具备一定的科学研究、科技开发和组织管理等实际工作能力。

电气工程及其自动化专业规范专业的培养规格

学制：一般为 4 年，逐步过渡到学分制。

学位：工学学士。

电气工程及其自动化专业规范专业的教育内容

（1）遵循教育、教学的基本规律。

（2）贯彻终身教育、素质教育和创新教育的理念。

（3）符合德、智、体、美全面发展，知识、能力、素质协调统一的原则。

（4）符合理论与实际相结合原则。

（5）符合基础厚、知识新、专业宽，增强发展潜力和适应性的原则。

（6）符合电气工程及其自动化学科专业的自身内涵。

（7）符合教育部颁布的《普通高等学校本科专业目录和专业介绍（1998年颁布）》的相关要求。教育内容及知识结构应保证电气工程及其自动化专业科学技术型人才培养目标的实现。

电气工程及其自动化专业规范知识结构总体框架

人文社会科学： 掌握马克思主义、毛泽东思想、邓小平理论的基本内容。了解中国和世界历史文化。

自然科学与工程： 牢固掌握电气工程及其自动化专业知识所涉及到的先修基础理论。掌握工程制图的基本知识。

经济与管理： 掌握经济与管理科学中的基本原理和方法，有较强经济管理意识。

外语：熟练掌握基本语法、基本词汇；能较好地阅读和翻译本专业的文献资料，有一定的听说与写作能力。

计算机信息技术： 熟练掌握计算机基础知识和一种以上的计算机高级语言，掌握一种先进的计算机工具软件。

体育： 认识体育锻炼的重要意义，掌握适合自身的锻炼方法；达到国家对大学生身体素质的要求。

实践训练 ：通过基本的工程实践训练掌握基本实践技能；参加并通过国家要求的军事训练；具有较强的社会调查和社会实践能力。

专业类基础： 掌握电工理论、电磁场理论、电子技术、计算机网络、控制理论、信号分析与处理等专业类的基础理论与技术知识。

专业教育 、专业基础： 掌握电机理论、电力电子技术和电力系统基础专业知识与相关理论。

专业方向教育： 掌握以下专业方向之一的相关知识内容与理论：电力系统及其自动化；电机、电器及其控制；高电压与绝缘技术；电力电子与电力传动；其他。

专业实践训练： 掌握本专业的实验和实践技能；掌握简单电气系统实验的设计与调试方法；具备设计、调试复杂电气系统实验的初步能力。

综合教育： 思想教育 达到政治素质、道德素质、品德素质培养要求；掌握政治思想领域的基本理论。

学术与科技活动： 广泛参加各类学术活动，尤其是跨学科跨专业的学术活动；掌握技术创新的基本概念、方法、技能。

文艺、体育和其他自选活动： 根据自身特长和爱好，选择参加学校（含学生社团）提供的文艺体育和其他活动。

电气工程及其自动化专业规范知识体系

知识体系一览

通识教育 人文社会科学 l 政治思想理论 l 思想道德修养l 法律基础 l 军事理论 l 科技写作 l 中国传统文化 l 文学艺术 l 其他人文社科知识

自然科学与工程 l 高等数学（微积分、级数、微分方程） l 工程数学（线性代数、复变函数、概率与数理统计） l 大学物理 l 工程制图 l 场论 l 积分变换 l 数学建模 l 计算方法 l 大学化学 l 生物与生命科学知识 l 天文与地理科学知识 l 其他

经济与管理 l 管理科学基础 l 工程经济学 l 管理信息系统l 其他

外语 l 大学英语 l 专业英语 l 第二外语

计算机基础 l 计算机与信息技术基础l 多媒体技术应用l 其他

体育 l 大学体育 l 体育专项

实践训练 l 军事训练 l 金工实习 l 社会调查与实践

专业教育 专业类基础知识 l 电工理论（电路、电磁场） l 电子技术（模拟电子技术、数字电子技术） l 信号分析与处理 l 计算机应用技术（计算机语言与程序设计、微机原理与应用） l 自动控制原理l 软件工程 l 数据库 l 网络原理 l 信息论基础 l 现代测试技术l 现代控制理论l 计算机控制技术l 其他

（续）专业教育 专业基础知识 l 电机学 l 电力电子技术 l 电力系统基础 l 工程力学 l 机械设计基础l 电磁兼容 l 其他

专业方向知识 以下专业方向之一： l 电力系统及其自动化 l 电机、电器及其控制 l 高电压与绝缘材料技术 l 电力电子与电力传动 l 其他 l 专业方向前沿技术 l 各学校可根据自身专业特色和专业方向设置相关的选修知识单元

专业实践训练 l 综合实验 l 课程设计 l 专业实习 l 毕业论文 l 科技创新活动 l 专题实验

注：核心知识单元提供的是知识体系的最小集合，是该专业在本科教学中最基本的知识单元。选修知识单元是指不在核心知识单元内的那些知识单元，各学校可根据自己的办学特色进行制订。

电气工程及其自动化专业规范课程参考体系

本专业课程体系由核心课程和选修课程组成，核心课程覆盖知识体系中的全部核心知识单元及部分选修知识单元。课程教学包括理论课程教学和实验课程教学。

课程参考体系(科学技术型)

知识 门类 知识 领域 科学技术型 备注 核心课程 选修课程

人文社会科学 l 马克思主义政治经济学 l 马克思主义哲学 l 毛泽东思想概论l 邓小平理论概论l 法律基础 l 思想道德修养 l 军事理论 l 中国传统文化 l 西方文明史 l 社会心理学 l 国防教育 l 科技写作 l 文学名著欣赏 l 音乐欣赏 l 其他 在教学组织上可采用多种形式

自然科学与工程l 高等数学 l 大学物理 l 大学物理实验l 线性代数 l 复变函数 l 概率与数理统计 l 工程制图 l 场论 l 积分变换 l 数学建模 l 计算方法 l 大学化学 l 生命科学导论l 环境保护 l 其他

经济与管理 l 现代企业管理l 工程经济学 l 管理信息系统 l 证券与投资 l 其他

计算机基础 l 计算机信息技术应用基础l 多媒体技术应用 l 其他

体育 l 大学体育 l 体育专项

专业教育、专业类基础l 电路理论 l 工程电磁场 l 模拟电子技术 l 数字电子技术 l 微机原理与应用 l 计算机语言与程序设计 l 信号分析与处理 l 自动控制原理 l 软件工程 l 计算机网络与通信l 数据库及应用 l 现代测试技术 l 现代控制理论 l 计算机控制技术 l 电磁场数值计算 l DSP技术与应用 l 网络安全 l 其他 选修课可按单门或模块设置，供学生选择

专业基础l 电气工程导论l 电机学 l 电力电子技术 l 电力系统基础 l 工程力学 l 机械设计基础 l 电磁兼容 l 其他

专业方向课程l 电力系统分析l 电力系统继电保护l 电机设计 l 电机控制 l 电器学 l 高电压工程 l 电气绝缘 l 电力托动 l 其他 l 发电厂电气设备 l 电站自动化技术 l 电力大系统安全技术 l 电力市场 l 电能质量控制技术基础 l 现场总线工业控制技术 l 电器CAD基础 l 控制电机与特种电机 l 楼宇自动化 l 电力电子器件l 开关电源技术 l 机器人概论 l 其他 各学校可以根据自身特点，专业方向的核心课程和选修课程可以按知识点要求自行设置

实践教育

军事训练

金工实习教学实验

课程设计 综合实验

专业实习毕业论文科技创新与学术活动

注（1）各学校可根据自己确定的选修知识单元，提出相应选修课程（也可以将一部分放入核心课程中）。反映学科前沿和学校特色的知识单元都可设置相应选修课程。（2）考虑到不同的教学形式，如面授、自学、网上教学等，各教学环节，即课程与实践教学，各校应根据自身特点，确定出符合实际条件的教学时数和实验时间。

电气工程及其自动化专业规范实践教学内容及体系

重视并加强实践性教学是培养学生实践能力和创新精神的一项重要工作。实践教学包括课程实验教学和专业实践教学两部分，涉及实验课程、毕业设计、教学实习、社会实践、科技训练等多种形式，着重培养学生的实验、工程设计、科学研究和社会实践等能力。

实践教学体系（科学技术型）

实践教学环节 科学技术型 备注 内容 学时

课程实验教学 l 基础课实验 满足教学要求 有条件的学校可设置独立实验课

l 专业类基础课实验 不少于课程总学时数的10%

l 专业基础和专业方向课实验 不少于课程总学时数的10%

专业实践教学 综合实践 l 课程设计 l 综合实验 l 计算机综合仿真训练 l 专题性自主实验 l 其他 综合实践不少于左边所列出的3种类型

毕业实践 毕业论文 不少于15周

其他 专业实习 不少于4周

金工实习 不少于2周

社会调查 至少1次

注：以上为电气工程及其自动化专业必备的实践环节，所列时数和周数要求是基本的要求，各学校应根据实际情况而增加。

本书是广东石油化工学院电气工程及其自动化专业综合改革试点项目、教育部 CDIO 及卓越计划试点项目的直接研究成果。本书介绍了广东石油化工学院电气工程及其自动化专业的发展历程和近年来取得的教育教学改革成果，汇编了广东石油化工学院电气工程及其自动化专业教师近年来在专业综合改革与实践过程中发表的论文。

电气工程及其自动化专业规范专业演变历史

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，已有一个世纪。1917 年，交通大学的电机专科设置了电讯门，这是我国最早的无线电专业，后来逐步发展成如今的电子信息及计算机专业群。 1932 年，清华大学设置了电机系。

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”。

1998 年前，我国大学的电类专业分为电工类与电子信息类。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，而电子信息类共有专业 14 个。

1998 年，国家将专业目录进行了调整、合并和压缩。大学本科专业总数从 1993 年的 504 个调整至 249 个，电工类和电子与信息类也合并成电气信息类。 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电气工程及其自动化专业。原电工类的工业自动化专业和电子信息类的自动控制等专业合并为自动化专业。在同时颁布的工科引导性专业目录中，又把电气工程及其自动化专业和自动化专业中的部分（主要是原工业自动化专业）合并为电气工程与自动化专业。

电气工程及其自动化专业规范专业现状

在发达国家的大学，保留了“电气工程系”的名称，有的和计算机专业一起称为“电气工程与计算机科学系”。其中电气工程所涉及的内容主要是电子、信息等，传统的“电力工程”内容已不多见，已经很少有我国“电气工程”专业。其背景是发达国家的发电装机容量已基本满足社会发展需求，用电需求年增长率不超过 2% ，电力发展趋于饱和，所需传统电气工程人才数量大为减少。

我国和发达国家所处的发展阶段不同，国情差别很大。我国的电力工业还处于迅猛发展期，年用电增长率超过 10% ，在现有装机容量 3.6 亿千瓦 (2003 年底 ) 的基础上， 2020 年预计装机容量约 9.5 亿千瓦，仍需要大量的电气工程人才。与之相适应，各著名工科大学都把电气工程专业作为支柱性专业，一般大学的工科专业中也几乎都少不了电气工程专业。