电机学大纲.doc

《电机学》课程教学大纲 Electrical Machine Theory 课程负责人： 执笔人: 编写日期：2012 年 2 月 一、课程基本信息 1．课程编号：L08225 2．学分：4 学分 3．学时：64（理论 56，实验 8） 4．适用专业：电气工程及其自动化 二、课程教学目标及学生应达到的能力 本课程是本科电气工程及自动化专业的一门专业技术基础课，在培养计划中列为学位课 程。 本课程的教学任务是使学生在学习《高等数学》、 《大学物理》、《电磁场》和《电路》等 课程的基础上，系统掌握变压器、直流电机、异步电机和同步电机的主要结构、基本电磁关 系、分析方法、运行特性和实验方法。 本课程的教学目标是通过对本课程的学习，使学生获得电机技术的必要基础理论、基本 知识和基本技能，深刻领会各种电机中的物理现象和电磁关系，掌握各种电机的分析方法和 数学模型，能熟练运用数学模型计算电机的性能和主要运行数据；掌握电机的基本实验方法 和操作技能，为学习后续课程及从事本专业的工程技术工作和科研工作打下一定的基础。 三、课程教学内容与基本要求 （一）绪论（4 课时） 主要内容：介绍本课程的性质、任务、教学内容、教学方法；教学进程；教学组织；实 验要求；考核形式与基本要求；使用教材及参考书。电机的分类、用途及研究电机常用的基 本电磁定律和磁路基本定律。 1. 基本要求 （1）理解磁场中的基本物理量、铁磁材料的特性。 （2）掌握基本电磁定律、磁路基本定律；了解交流磁路的特点。 2. 学时分配 课堂教学 4 学时。其中，课程介绍 30 分钟；介绍电机的分类、用途及磁场中的基本物 理量、铁磁材料的特性；磁路基本定律、交流磁路的特点 70 分钟。 （二）直流电机（12 课时） 主要内容： 直流电机的结构及电枢绕组，直流电机的磁场（重点与难点）；直流发电机 的基本特性（重点）；直流电动机的基本特性（重点）。 1. 基本要求 （1）了解直流电机的结构，换向器构成及其作用；了解电枢绕组基本特点，节距概念， 单迭绕组的展开图和电路图。 （2）了解直流电机的励磁方式，空载磁场及电枢磁场，电枢反应；掌握感应电动势的 产生过程，电机中的能量转换过程、感应电势及电磁转矩的计算方法。 （3）掌握他励发电机的基本方程，运行特性（空载特性、负载特性、外特性和调节特 性）；掌握并励发电机的自励条件及外特性；了解复励发电机的特点。 （4）掌握直流电动机的基本方程；理解并励电动机的工作特性、串励电动机的工作特 性、复励电动机的工作特性、机械特性。掌握电动机的起动、制动和调速。 2. 学时分配 课堂教学 12 学时。其中，直流电机的结构及电枢绕组（4 学时）；直流电机的磁场（2 学时）；直流发电机的基本特性（2 学时）；直流电动机的基本特性（4 学时） 。 （三）变压器（14 课时） 主要内容：变压器的分类、基本结构及额定值；变压器的工作原理（重点）；三相变压 器（重点） ；特殊变压器。 1. 基本要求 （1）了解变压器的结构，掌握变压器的额定值。 （2）掌握变压器空载运行的物理过程，电压平衡方程式及变换关系；掌握变压器负载 运行的物理过程，磁势平衡方程式及电流变换关系；熟练掌握变压器的等效电路、基本方程 式组、相量图、标幺值。 （3）了解三相变压器的磁路、联结组、电动势波形；掌握变压器的并联运行；了解对 称分量法及三相变压器的不对称运行分析。 （4）了解三绕组变压器的结构；理解自耦变压器的工作原理及特点；理解电流互感器 和电压互感器的应用及特点。 2. 学时分配 课堂教学 14 学时。其中，变压器的分类、基本结构及额定值（4 学时）；变压器的工作 原理及分析方法（4 学时） ；三相变压器（4 学时）；特殊变压器（2 学时） （四）交流绕组的基本理论（6 课时） 主要内容：三相交流绕组构成、交流绕组中的电动势（重点）、交流绕组的磁动势及其 性质（重点及难点）。 1. 基本要求 （1）了解对交流绕组的基本要求、相带概念；理解单层绕组、双层绕组的构成。 （2）掌握正弦分布磁场下绕组电势的计算方法；了解非正弦分布磁场下电动势中的高 次谐波及其削弱方法。 （3）掌握单层绕组的磁势、三相基波合成磁势幅值计算及三相合成磁势的性质。 2. 学时分配 课堂教学 6 学时。其中，三相交流绕组的基本要求及其构成（2 学时）、交流绕组中的 电动势（2 学时）、交流绕组的磁动势（2 学时） （五）异步电机（12 课时） 主要内容：异步电机的基本结构和基本类型、异步电动机的工作原理和分析方法（重点 与难点）、异步电动机的特性（重点） 。 1. 基本要求 （1）了解异步电机的结构及分类；理解异步电机的三种工作状态。 （2）了解异步电机内部电磁过程；掌握磁势平衡方程式、电势平衡方程式、频率折算、 绕组折算、等效电路及相量图；掌握功率、转矩计算方法，功率及转矩平衡方程式。 （3）掌握异步电动机的转矩特性、工作特性；掌握异步电动机的起动性能；了解异步 电动机的调速、制动性能。 （4）了解异步发电机和感应调压器。 2. 学时分配 课堂教学 12 学时。其中，异步电机的基本结构和基本类型（2 学时）；异步电动机的工 作原理和分析方法（5 学时）；异步电动机的特性（5 学时） 。 （六）同步电机（8 课时） 主要内容：同步电机的基本结构及额定值、同步电机的运行原理（重点）、同步发电机 的运行特性（重点与难点）、同步电动机和调相机。 1. 基本要求 （1）了解同步电机的基本结构及额定值。 （2）掌握同步发电机空载运行时的电磁关系、电枢反应；掌握隐极同步发电机负载运 行；理解凸极同步发电机的双反应理论；掌握凸极同步发电机负载运行分析方法。 （3）理解同步发电机的空载特性、短路特性、另功率因数负载特性及外特性；掌握同 步发电机的并联运行；掌握同步发电机的功角特性；有功功率的调节及静态稳定；无功功率 的调节。 （4）了解同步电动机和调相机的特点及工作原理。 2. 学时分配 课堂教学 8 学时。其中，同步电机的基本结构及额定值（1 学时）、同步电机的运行原 理（3 学时） 、同步发电机的运行特性（3 学时） 、同步电动机和调相机（1 学时）。 四、实验内容和要求 序 号 实验编号 实验项目名称 实验内容提要 实验 选择 上机 实验 类型 类型 学时 学时 1 直流电机认识实验 直流电机的起动、调速方法 验证 必做 2 2 单相变压器 变比及参数测定 验证 必做 2 3 三相变压器 三相功率及电压变化率 验证 必做 2 工作特性及参数测取 验证 必做 2 三相鼠笼异步电动 4 机的工作特性 五、课程的考核 期末考试为闭卷考试，考试范围和要求应符合本教学大纲对各章教学内容的基本要求。 六、本课程与其它课程的联系与分工 本课程的前修课程是《高等数学》、《大学物理》 、《电磁场》和《电路》等课程。这几门 前修课程将为本课程的学习建立必要的电磁理论基础。通过学习《电机学》课程，为后续 《电力拖动基础》 、《电力系统分析》 、 《自动控制原理》 、《电力电子技术》等专业课程打下坚 实的基础。 七、教材及教学参考书 建议教材： 《电机学》 （第三版） ，辜承林编著，华中科技大学出版社，2010 年 建议参考书： （1）马宏忠等著，《电机学》（第一版），高等教育出版社，2009 年 （2）陈士元等著，《电机学》（第一版），中国电力出版社，2008 年 （3）李发海等著《电机学》 （第四版） ，科学出版社，2007 年 （4）汤蕴璆等著，史乃，《电机学》（第二版），机械工业出版社，2007 年