電工技術(shù)與電子技術(shù)已經(jīng)深入到工業(yè)、國防、通信、醫(yī)療和社會生活的各個方面,并且始終引領(lǐng)工業(yè)與社會現(xiàn)代化的進程。
電工技術(shù)和電子技術(shù)的應(yīng)用可分為兩個方面:
(1)強電應(yīng)用:電能的傳輸、轉(zhuǎn)換和控制;
(2)弱電應(yīng)用:信號的傳遞、處理。
1、強電應(yīng)用
強電應(yīng)用技術(shù)的核心是多種能量轉(zhuǎn)換的方法和技術(shù),如電能熱能、電能光能、電能機械能、電能化學(xué)能以及電能電能。
(1)電力加熱
電加熱是一種高效的加熱技術(shù),它可以準確控制加熱溫度和加熱過程,并且把熱量嚴格控制在需要加熱的部位或空間中。
傳統(tǒng)的電阻加熱:用于連續(xù)生產(chǎn)過程以及建筑物采暖。
中頻加熱:用于金屬冶煉、金屬加工、金屬熱處理以及金屬焊接。
高頻加熱:用于非金屬材料加工、焊接。
日常生活中:電熱灶具、電烤箱、電磁爐、微波爐、熱水器。
(2)電力照明
電力照明轉(zhuǎn)換效率高,便于控制和調(diào)節(jié)。迄今為止,還沒有任何其他的照明技術(shù)可以用來取代電力照明。從微小的發(fā)光二極管到大功率的泛光燈,多式多樣的發(fā)光器件和照明燈具廣泛應(yīng)用于家庭、建筑物、影劇院、體育館、街道公路、機場碼頭、廣告、標志、信號等場合。多種高效率、節(jié)能型的照明燈還在不斷的研究和開發(fā)之中。
(3)電力驅(qū)動
電動機由于具有性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、使用方便、控制精確、便于調(diào)節(jié)等一系列優(yōu)點,因此用它驅(qū)動多種機械裝置與設(shè)備仍然是當今的首選方案。電動機所消耗的電能占國家發(fā)電總量的30%以上,可見它的應(yīng)用之廣泛。
機械加工設(shè)備的驅(qū)動:機床、軋剛設(shè)備等;
連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備的驅(qū)動:泵、壓縮機、風(fēng)機、傳送帶等;
交通運輸:電氣機車、磁懸浮列車、電動汽車;
家用電器:洗衣機、電冰箱、電烤箱、錄音機、打印機等。
(4)電動傳輸
電力能源系統(tǒng)傳輸?shù)奶攸c:“集中生產(chǎn)、統(tǒng)一傳輸、分散使用“。交、真流超高壓(200~500 kv)和特高壓(700 kv以上)輸電技術(shù)與設(shè)備,以及高壓供電和低壓配電技術(shù)與設(shè)備構(gòu)成電氣工程的一個重要組成部分。
2、弱電應(yīng)用
(1)檢測系統(tǒng)
檢測是獲取信號或信息的一種技術(shù)手段,它借助傳感器感受被測信號并將它轉(zhuǎn)換成電信號,電信號經(jīng)放大、濾波等處理后,供人們觀測、分析或進行記錄、存儲、顯示;或進入計算機進行進一步的處理、分析或參與控制。
如工業(yè)領(lǐng)域:檢測壓力、溫度、流量、料位等;
醫(yī)學(xué)領(lǐng)域:檢測體溫、心率、血壓等;
(2)通信系統(tǒng)
人與人之間交換信息稱為通信,如電話、廣播,電視等。機器與機器之間交換信息以數(shù)據(jù)交換為主,稱為數(shù)據(jù)通信,如計算機網(wǎng)絡(luò)。
人與機器之間交換信息:往往要經(jīng)過數(shù)據(jù)到信號或信號到數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換,即所謂的數(shù)模轉(zhuǎn)換或模數(shù)轉(zhuǎn)換。
(3)信息處理系統(tǒng)
信息處理包含信號處理和數(shù)據(jù)處理兩個方面。
信號處理:包括信號的放大、濾波、變換等;
數(shù)據(jù)處理:包含數(shù)值計算、圖像處理、語音合成等。
(4)控制系統(tǒng)
控制是對對象狀態(tài)或過程的調(diào)整,使之準確達到既定目標。
如:壓力控制系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、機器人控制系統(tǒng)。下圖為一個溫度控制系統(tǒng)框圖,該系統(tǒng)有以下部分組成:
①溫度值給定部分:它的作用是給出一個給定值(電壓、電流、數(shù)字量均可),給定值和被控量(溫度)之間有一定的函數(shù)關(guān)系(如成比例關(guān)系)。改變給定值,就可以改變被控量。在圖示的控制系統(tǒng)中,給定值由數(shù)字電路部分給出,因此沒有專用的給定元件。
②測量元件和變送器:它的作用是把被控量檢測出來并反饋到輸入端,反饋量和被控量之間也有一定的函數(shù)關(guān)系。在圖中,溫度傳感器就是測量變送元件。
③信號處理和比較環(huán)節(jié):它將反饋量采集處理成適合和給定值相比較的信號類型(圖中的模擬小信號部分),同時與給定值比較,得出差值(偏差),反饋控制系統(tǒng)就是利用差值進行調(diào)節(jié)的(圖中數(shù)字電路部分)。
④調(diào)節(jié)元件:或稱調(diào)節(jié)器、控制器,它接收偏差信號,通過一定的運算規(guī)律進行運算后得出相應(yīng)的控制信號,送到執(zhí)行元件(圖中的功率放大環(huán)節(jié))。
⑤執(zhí)行元件:亦稱執(zhí)行調(diào)節(jié)機構(gòu),它的作用是接收調(diào)節(jié)器發(fā)出的控制命令,移動調(diào)節(jié)機構(gòu),以改變被控量(圖中控制執(zhí)行部分)。
⑥控制對象:或稱被控對象、調(diào)節(jié)對象,電動機、電動機帶動的機械負載、發(fā)電機、電爐等都是控制對象,相應(yīng)的被控量是轉(zhuǎn)速、位移、電壓、電流、溫度等。在本圖中,恒溫裝置就是控制對象。
溫度控制系統(tǒng)框圖
強電應(yīng)用和弱電應(yīng)用只是從電能應(yīng)用的角度對電氣工程進行的一種劃分。事實上,在強電領(lǐng)域中有弱電技術(shù)的應(yīng)用;在弱電領(lǐng)域也有強電技術(shù)的應(yīng)用。所以這種劃分不是絕對的,實際的電氣工程系統(tǒng)總是體現(xiàn)強電和弱電技術(shù)的綜合應(yīng)用。如下圖的汽車電路中,在電機驅(qū)動系統(tǒng)中,就用到了電力電子器件、逆變電路、驅(qū)動電路等強電電路應(yīng)用;而在驅(qū)動控制系統(tǒng)和電池管理等系統(tǒng)中,用到了電子器件、集成電路、信號處理、單片機等弱電應(yīng)用內(nèi)容。
3、電工電子學(xué)在石油工業(yè)中的應(yīng)用
(1)在勘探中的應(yīng)用:信號的控制與處理等;
(2)在石油開采中的應(yīng)用:電驅(qū)動鉆機、抽油機、注水泵等;
(3)在輸油過程中的應(yīng)用:壓力、流量、溫度的檢測,泵驅(qū)動;
(4)在煉油過程中的應(yīng)用:過程控制等。