《电机学教学大纲》

电机学电机学 教学大纲教学大纲 学分 4 学时 64 一 课程说明 本课程是电气工程及其自动化专业一门重要的专业基础课 本课程是 电路分析 等 基础课的后续课程 同时又为后续专业课的学习准备必要的基础知识 本课程的理论 性与实践性都很强 通过本课程学习 使学生掌握各种电机的基本结构 工作原理 分析方法及其主要特性 掌握电力拖动系统中电动机的起动 调速和制动方法及有关 计算方法 合理地选择和使用电动机 为从事专业技术工作打下坚实的基础 二 课程与培养方案中 毕业能力 的对应关系 1 能力 4 具有运用与本专业相关的 包括电机学 电器学 电力系统分析 高 电压技术 电力电子技术等 专门知识理论与实践知识解决问题的能力 了解本学科 前沿和发展趋势 2 能力 7 具有综合运用所学科学理论和技术手段分析并解决电气工程实际问题 的基本能力 3 能力 11 具有不断学习和适应电气工程发展的能力 对终身学习具有正确认识 三 课程目标 1 学习电机学基础知识和基本理论知识 掌握常用电机的结构 工作原理分析方 法和主要特性等基本知识 2 学习电力拖动系统中电动机的起动 调速和制动方法及有关计算方法 具有合 理地选择和使用电动机的能力 3 了解电机发展历史 培养学生追求创新的态度和意识 4 培养学生的工程实践学习能力 使学生掌握电机的实验方法 获得实验技能的 基本训练 5 了解电机领域的前沿和发展动向 四 教学内容 基本要求与学时分配 序号教学内容教学要求学时教学方式 对应 目标 1 一 电机学基础知 识 1 了解电机的基本分类 2 了解磁场的基本物理量 3 掌握磁路的分析方法 4 掌握电机学的基本定律 全电 流定律 电磁感应定律和电磁力定 律 5 理解电机的可逆性原理 6 了解电机的主要制造材料 4 讲授 1 3 4 5 2 二 直流电机 1 基本原理与结构 2 基本特性 1 了解直流电机的基本结构和励 磁方式 掌握其额定值 2 掌握直流电机的工作原理 3 理解直流电机电枢反应的作用 4 掌握直流电机的电动势和电磁 转矩的计算 5 掌握他励和并励直流电动机的 运行分析 了解串励和复励直流电 动机的运行分析 6 掌握直流电动机的功率和转矩 计算 7 掌握他励和并励直流发电机的 8 讲授 讨 论 1 3 4 5 运行分析 掌握并励直流发电机的 自励条件 了解串励和复励直流发 电机的运行分析 8 掌握直流发电机的功率和转矩 3 三 变压器 1 基本原理 2 基本特性 3 基本分析方法 1 了解变压器的基本结构和主要 种类 掌握变压器额定值的定义及 其计算方法 2 掌握变压器的工作原理 理解 变压器的电磁关系 特别是磁动势 平衡方程的意义 3 掌握变压器绕组的折算方法和 等效电路 熟练使用等效电路和基 本方程式分析计算变压器的相关问 题 4 了解标幺值的定义 会使用标 幺值分析问题 5 掌握变压器参数的测定方法 6 掌握变压器的运行特性 理解 变压器的参数对运行特性的影响 掌握电压调整率和效率的计算方法 7 了解三相变压器联结组的表示 方法及其判断方法 8 掌握变压器理想并联运行的条 件 理解联结组 电压比和短路阻 8 讲授 讨 论 1 3 4 5 抗的标幺值对变压器并联运行的影 响 9 了解自耦变压器 三绕组变压 器和仪用互感器的工作原理和特点 4 四 异步电机 1 基本原理与结构 2 基本特性 3 基本分析方法 1 了解三相异步电机的基本结构 主要类型 掌握三相异步电机的额 定值 转差率 2 掌握旋转磁场和三相异步电机 的工作原理 3 理解三相交流绕组的基本概念 4 理解单相交流绕组的脉振磁动 势和三相绕组的旋转磁动势 5 理解交流绕组的电动势和绕组 因数的意义 6 理解三相异步电动机的分析方 法 掌握三相异步电动机的等效电 路和基本方程式 了解三相异步电 机的相量图 7 掌握三相异步电动机的功率和 转矩关系 掌握三相异步电动机的 转矩 转差率特性 8 了解三相异步电动机的工作特 性 掌握三相异步电动机的参数测 10 讲授 讨 论 1 3 4 5 定方法 9 理解两相绕组的磁动势 了解 单相异步电动机工作原理和主要类 型 5 五 同步电机 1 基本原理与结构 2 基本特性 3 基本分析方法 1 了解三相同步电机的基本结构 励磁方式 基本类型 掌握三相同 步电机的额定值 2 理解三相同步电机的电枢反应 掌握三相同步电机的工作原理 3 理解三相同步发电机的基本方 程式 等效电路和相量图 掌握三 相隐极和凸极同步发电机的基本分 析方法 4 掌握三相同步发电机的功率和 转矩 理解三相同步发电机的功角 特性和矩角特性 5 了解三相同步发电机的外特性 调整特性和效率特性 6 掌握三相同步发电机并联运行 的条件 了解并联运行的方法 了 解三相同步发电机并联运行时有功 功率和无功功率的调节方法 理解 三相同步发电机功率因数调节的原 理 7 了解三相同步电动机的工作原 理 理解三相同步电动机功率因数 6 讲授 讨 论 1 3 4 5 调节的原理 了解同步补偿机的工 作原理 6 六 控制电机 1 基本原理与结构 2 基本特性 1 了解伺服电动机的工作原理和 特点 2 了解步进电动机的工作原理和 特点 3 了解测速发电机的工作原理 4 了解自整角机的分类和原理 3 讲授 讨 论 1 3 4 5 7 七 电力拖动基础 1 了解电力拖动系统的基本概念 与分类 2 掌握电力拖动系统的运动方程 式 3 掌握多轴旋转系统的折算方法 4 掌握平移运动系统的折算方法 5 掌握升降运动系统的折算方法 6 掌握电力拖动系统中的负载机 械特性 7 掌握电力拖动系统的稳定运行 的条件 8 掌握电力拖动系统调速的基本 概念和调速系统的主要指标 4 讲授 讨 论 2 3 4 5 8 八 直流电动机电 力拖动 1 基本特性 2 基本方法 1 掌握他励直流电动机的固有机 械特性和人为机械特性 2 掌握他励直流电动机的主要起 动方法 了解他励直流电动机的反 转 3 掌握他励直流电动机的调速方 法 4 掌握他励直流电动机的制动原 理和方法 5 了解他励直流电动机的四象限 运行概念 6 讲授 讨 论 2 3 4 5 9 九 异步电动机电 力拖动 1 基本特性 2 基本方法 1 掌握三相异步电动机的机械特 性 掌握实用转矩计算公式 2 掌握三相异步电动机的起动指 标 主要起动方法和起动计算 3 掌握三相异步电动机的调速方 法 4 掌握三相异步电动机的制动原 理和制动方法 5 了解三相异步电动机的各种运 行状态 8 讲授 讨 论 2 3 4 5 10 十 同步电动机电 力拖动 1 基本特性 1 理解三相同步电动机的机械特 性 2 掌握三相同步电动机的起动方 3 讲授 讨 论 2 3 4 5 2 基本方法法 3 了解三相同步电动机的调速方 法 4 了解三相同步电动机的制动方 法 11 十一 电力拖动系 统中电动机的选择 1 了解电力拖动系统中电动机选 择的基本原则 掌握电动机选择种 类 额定电压 额定转速和结构型 式的方法 2 了解电动机的发热与冷却的变 化规律 3 掌握电动机工作制以及工作制 的划分依据 4 了解决定电动机允许输出功率 大小的因素 5 掌握各种工作制电动机额定功 率的选择方法 4 讲授 讨 论 2 3 4 5 五 其它教学环节 本课程配有相应的实验课 单独设课 六 授课说明 1 开课学期 秋季 2 授课单位 电气工程学院 3 适用专业 电气工程及其自动化 4 先修课程 电路理论 电磁场原理 大学物理 等 七 教材和参考书 1 使用教材 孙建忠 刘凤春 主编 电机与拖动 第 2 版 机械工业出版社 2013 2 主要参考书 1 刘凤春 孙建忠 牟宪民编著 电机与拖动 MATLAB 与仿真学习指导 机械工 业出版社 2009 2 Theodore Wildi Electrical Machines Drives and Power System 英文影印 版 科学出版社 2002 电机学实验电机学实验 教学大纲教学大纲 学分 1 0 学时 24 一 课程说明 本课程是配合 电机学 课程而开设的 通过实验教学 加深电气工程学生对电 机学基础知识和基本理论的进一步理解和巩固 是电气工程的专业课 本课程在教学 内容方面着重基本理论和基本实验方法的学习 在培养实践能力方面着重基础设计和 解决实际工程问题的综合能力 二 课程与培养方案中 毕业能力 的对应关系 1 能力 4 具有运用与本专业相关的 包括电机学 电器学 电力系统分析 高 电压技术 电力电子技术等 专门知识理论与实践知识解决问题的能力 了解本学科 前沿和发展趋势 2 能力 7 具有综合运用所学科学理论和技术手段分析并解决电气工程实际问题 的基本能力 三 课程目标 1 学习电机学基础知识和基本理论知识 了解发电机 电动机 变压器的原理 特性等基本知识 提高认知能力 2 通过典型发电机 电动机 变压器等验证实验 加深学生对理论知识的进一步 理解 巩固电机学基础知识和基本理论知识 发现电机专业的规律 3 开展一系列设计性电机试验和仿真实验 使学生掌握基本的电机控制方法和设 备的使用 培养学生的分析问题和解决问题的能力 4 结合生产实际的需要 开展电机实验研究 将基础理论与工程实践相结合 为社 会培养所需专业人才 5 培养学生的工程实践学习能力 使学生掌握发电机并网条件 操作等 获得实 验技能的基本训练 解决实际工程问题的综合能力 6 了解电机专业的前沿和新发展动向 培养学生自学习能力 四 教学内容 基本要求与学时分配 序号教学内容教学要求学时教学方式 对应 目标 1 直流发电机实验 1 掌握用实验方法测定直流发电机 的运行特性 并根据所测量的运行特 性评定该被测试电机的有关性能 2 通过实验观察并励发电机的自励 过程和自励条件 2 讲授 讨 论 实验 1 2 2 并励与串励直流 电动机实验 1 测取串励电动机工作特性和机械特 性 2 掌握串励电动机调速及改变转向 的方法 3 讲授 讨 论 实验 3 4 3 并励与复励直流 发电机实验 1 掌握实验方法测定直流发电机的运 行特性 2 测取积复励发电机的外特性 3 讲授 讨 论 实验 3 4 4 单相变压器实验 1 通过空载和短路实验测定变压器的 电压比和参数 2 通过负载实验测取变压器的运行特 性 2 讲授 讨 论 实验 1 2 5 三相变压器实验 1 熟悉三相变压器绕组极性的 鉴别方法 2 熟悉三相变压器的联接方法 3 掌握实验方法确定三相变压 器的联结组 3 讲授 讨 论 实验 1 2 4 通过空载和短路实验 测定 电压比和参数 6 变压器的并联运 行实验 1 掌握变压器并联运行的特点 2 并联运行的条件 3 并联运行参数测试 3 讲授 讨 论 实验 3 4 7 三相笼型异步电 动机实验 1 熟悉电机绝缘电阻的检测方法 2 熟悉三相异步电动机绕组极性的 鉴定方法 3 掌握三相异步电动机的直接起动 和反转的方法 4 掌握三相异步电动机的星形 三角 形减压起动和自耦变压器减压起动的 方法 2 讲授 讨 论 实验 1 2 3 8 三相绕线型异步 电动机实验 1 掌握绕线型三相异步电机转子串联 电阻起动方法 2 测取电机固有机械特性 1 3 测取电动机转子串联电阻时 的人为机械特性 3 讲授 讨 论 实验 3 4 9 三相同步发电机 并联运行实验 1 掌握三相同步发电机投入电网并 联运行的条件与操作方法 2 掌握三相同步发动机并联运行时 有功功率的调节方法 3 掌握三相同步发动机并联运行时 2 讲授 讨 论 实验 3 5 6 无功功率的调节方法 10 三相同步电动机 实验 1 掌握三相同步电动机异步启动方 法 2 测取电动机 V 型曲线 3 测取电动机工作特性 2 讲授 讨 论 实验 3 4 11 步进电动机实验 1 加深了解步进电机的驱动电源和 工作方式 2 学会测定步进电机的基本特性 2 讲授 讨 论 实验 1 3 12 力矩式自整角机 实验 1 了解力矩式自整角机精度和特性 的测定方法 2 掌握力矩式自整角机系统的工作原 理和应用知识 2 讲授 讨 论 实验 1 2 13 伺服电动机实验 1 通过实验测出直流伺服电机参数 2 掌握直流伺服电机的机械特性和 调节特性的测量方法 3 测量直流伺服电机的机电时间常 数 求传递函数 3 讲授 讨 论 实验 1 2 14 仿真实验 3 个单 项 通过 MATLAB 仿真软件 学习并 巩固电机的各种性能曲线及调速方法 等 6 讲授 讨 论 实验 1 3 6 五 其它教学环节 1 实验报告编写 实验目的 实验设备 实验设计 步骤 实验数据 数据处理 2 学生考核 学生的实验成绩由三部分组成 1 教师对学生预习情况的现场考核 20 对预习题的提问 检查 2 学生在实验过程的实验操作能力 50 试验接线 操作 测试数据 3 实验报告 30 报告完整性 图 表 问题分析 六 授课说明 1 开课学期 秋季 2 授课单位 电气工程学院 3 适用专业 电气工程及其自动化 4 先修课程 电机学 电路理论 电磁场原理 大学物理 5 学时 24 七 教材和参考书 1 使用教材 刘凤春 孙建忠 电机与拖动实验 自编教材 2014 2 主要参考书 孙建忠 刘凤春 电机与拖动 机械工业出版社 2013 课程教学大纲制定及管理办法 为加强课程建设 规范课程教学大纲的制定 修订和管理工作 特制定本办法 一 总则 一 课程教学大纲是课程教学的基本依据 它以文件形式简洁地规定了课程的 教学目标 内容的范围 深度 重点 教学顺序 进度和教学方法的基本要求 课程 教学大纲是组织课程教学活动的指导性文件 无论是教材和参考书的编选 授课计划 的制订 还是成绩考核 教学检查及课程评价都要以课程教学大纲为依据 二 教学大纲是开展教学改革和进行课程建设的重要成果之一 应集中反映教 学改革和课程建设的最新思想和内容 注重教学内容的优化和整合 三 编写教学大纲的指导思想 体现本课程或教学环节在人才培养中的地位与 作用 及与其它有关课程或教学环节的内在联系 注重本学科基本理论 基本知识的 教学和专业能力的培养 吸收本学科较新 较成熟的国内外研究成果 反映本学科的 发展方向