航空电机学课程学习指引

1、?航空电机学?课程学习指南?航空电机学?是主要研究各类航空电机的根本结构、根本工作原理、运行理论、能量转换关系、运行特性和运行分析方法等根本电磁理论的一门专业根底类课程.从其所研究的电磁根本理论来说,具有根底课的性质；同时,课程又以具体的航空用各类电机为研究对象,其内容涉及到各种航空电机的工作性能和使用维护,与专业课紧密联系,带有专业课性质,是电气工程及其自动化、自动化、航空机电工程等电气、机电类本科专业的一门重要的专业根底课,是根底课和专业课之间起桥梁作用的衔接课程.学习本课程应注意把握以下几个方面：一、注意把握课程内容特点,科学掌握课程学习规律课程以各类各型航空电机的结构、原理、运行理论、

2、运行特性等为研究对象,是涉及机、电、磁、时间、空间等多位一体的一门复杂专业根底课程.教学内容分为根底知识、航空变压器、交流电机的绕组磁势和电势、航空异步电机、航空同步电机、力空直流电机 6 6 个既相对独立,又相互关联的知识内容模块.根底知识分两局部：第一局部航空电机概论,从电机的定义和分类、航空电机的特点和工作条件、 航空电机的根本技术要求等方面对电机进行介绍,并介绍了航空电机区别于普通电机的特点,这是我们在学习本门课程中应始终注意把握的关键问题一一航空特点,特别是在学习各类航空电机根本结构的时候,要始终关注航空特点在航空电机结构上是如何得到表达的,这是学习航空电机结构这一难点教学内容的关键

3、；第二局部电机学中的根本电磁理论,回忆在前修课程中学习过的根本电磁物理量以及描述这些物理量的根本电磁定律,并利用这些知识分析了电机运行过程中的两种物理现象：磁化和涡流,以及磁化和涡流所带来的损耗.根本电磁物理量和根本定律大家是非常熟悉的,也是学习本门课程的根底,但根底课程中只是学习了这些物理量和物理定律的根本应用,这些物理量和物第1页共7页?航空电机学?课程学习指南?航空电机学?课程学习指南理定律在电机中的应用特点才是重点和关键,比方法拉第电磁感应定律是最根本的,也是同学们最为熟悉的定律,同时也是各类电机的原理根底,我们可以用“电生磁,动磁生电这七个字来描述它,但真正要掌握它还需从其几种数学描

4、述方式来深刻理解其内涵：自感电势和互感电势的表达式、楞次定律的表达式、运动电势切割磁力线产生电势和变压器电势电流和磁通、 磁链的变化产生电势 ,而且要确实搞清楚各表达式中各个物理量的深刻物理含义.航空变压器是最简单的一种交流电机,它和异步电机、同步电机都属于交流电机,航空变压器中的电磁关系和电磁理论相对简单,由于其都属交流电机,因此其根本电磁关系和电磁理论与异步电机和同步电机有很多的关联性,是学习它们的根底,特别是从相对简单的空载运行分析再到相对复杂的负载运行分析这种由简单到复杂、循序渐进的分析解决问题的方法,以及为得到统一等值电路采用的折算方法、综合描述各电磁物理量之间相互关系的向量图/相量

5、图等都是学习异步电机和同步电机的根底,学好它,为后续的学习奠定了重要的理论和方法根底.交流电机的绕组、磁势和电势是异步电机与同步电机的共同理论.交流电机,无论是异步电机还是同步电机,电机中都有绕组,绕组中都要产生磁势和感应电势,这些存在于异步电机和同步电机中的共同根本理论是学习这两种电机的根底,集中掌握了这些共同基本理论,在后面的学习中就可以集中精力来学习这两种电机的运行特点和特性,还是秉着循序渐进的学习原那么.因此交流电机的绕组、 磁势和电势和航空变压器是学习航空异步电机和航空同步电机的根底.在交流电机的磁势和电势的学习中还包含一种分析解决问题的根本思路和方法：从局部到整体、从简单到复杂、各

6、个击破,最后形成整体.比方分析交流绕组的磁势时,先分析一相绕组的磁势,以此为根底再分析两相、 三相,并推广到多相； 分析交流一相绕组的磁势,先分析通入直流电时的磁势,再分析通入交流电时的磁势；分析实际的短距和分布绕组的电势和磁势时,先分析一匝绕组的电势和磁势,再分析一个整距集中线圈,再分析一个短距集中线圈,再到分析多个整距分布线圈,最后得到一相绕组的电势和磁势.这些分析解决问题的根本思路和方法在今后的学习工作中具有非常重要的第2页共7页?航空电机学?课程学习指南实际意义,也是本门课程的教、学特点.航空异步电机是一种旋转的交流电机,主要用作电动机,具根本电磁理论在前两个内容中已学习,这一篇中主要

7、学习航空异步电动机的根本工作原理和根本结构、异步电动机的运行分析、异步电动机的特性及其限制.其中异步电动机的运行分析是难点和重点内容,教材和授课都是分三步走的：转子不动且转子开路的异步电动机、转子不动且转子短路的异步电动机、转子转动的异步电动机.转子不动且转子开路的异步电动机相当于空载运行的变压器,变压器空载运行的电磁理论及其分析方法可在本步骤的分析中得到应用；转子不动且转子短路的异步电动机相当于负载运行的变压器,变压器负载运行的电磁理论及其分析方法绕组折算可在本步骤的分析中得到应用；一个转子转动的异步电动机可以看作是一个参数经过适当变换 频率折算 的转子不动的异步电动机,同样可以运用变压器负

8、载运行的电磁理论及其分析方法来进行分析.航空同步电机主要用作发电机.这一篇中主要学习航空同步电动机的根本工作原理和根本结构、根本电磁关系与运行分析、同步发电机的特性、同步发电机的并联运行和同步发电机的三相忽然短路、同步电动机,这一篇主要以交流电机的绕组、磁势和电势为根底.航空直流电机教学内容分为 4 4 块：直流电机的共同理论、直流发电机的特性与调节、直流电动机的特性与限制以及无刷直流电动机.直流电机具有可逆原理,电枢电势、电磁力矩、电枢反响、换向是直流发电机和电动机中都共同存在的,只是其具体的作用和方向有所不同,因此先学习这些共同理论,然后再分别学习发电机和电动机的特性.纵观交流电机和直流电

9、机,一个共同点是先学习共同的根本理论和分析方法,然后再分别学习各电机的特性.在直流发电机原理学习中还包含一种分析解决问题的根本思路和方法：将复杂问题分解成一系列相对简单的小问题,逐步分析解决.比方说：在分析直流电势产生的过程时,先分析电机中一个线圈边一根导体所产生的电势,再寻找电机中所有电枢导体产生电势方向的规律,然后再参加电刷和换向器,最后在正负电刷间得到一个方向不变、大小根本不变的直流电势.这种将复杂问题拆解,逐个击破的解决问题的方法不仅是一种很好的解决问题的方法和思路,同时通过这样的学习过程也能更清楚地熟悉直流电机的原第3页共7页?航空电机学?课程学习指南理本质.二、注意把握电磁变化规律

10、,灵活运用根本电磁定律学习本课程应具备的预备知识是：根本的电磁定律及其根本应用,尤其是法拉第感应定律、基尔霍夫定律 KVLKVL 和 KCLKCL、安培环路定律、楞次定律等；高等数学知识尤其是微积分知识；电磁场根本知识；电路和磁路根本知识等.航空电机在运行过程中,涉及机、电、磁、热、时间、空间等多位一体的概念、定律和理论同时相互起作用,综合性强.因此,在学习过程中应特别注意把握电机中电磁变化规律和电机理论的分析规律.根本电磁物理量根本电磁定律都是用来表征或描述物理现象的,根本电磁定律最终的表现形式是由物理量构成的方程或方程组.事实上,电机原理和电磁过程分析,都是从我们初中就开始接触的根本电磁定

11、律和原理入手的,学习过程中应结合实际的分析对象,深入挖掘这些根本电磁定律和原理的内涵,逐步进入各类电机工作原理和电磁运动过程的分析,在不断回忆自己所熟知的知识的过程中,非常愉悦地进入到对新知识的探索之中.要做到这一点,首先应熟悉电磁运动过程的分析规律.任何一种电机运行过程中的基本电磁关系的分析,都是遵循这样的规律的： 先通过对某一电机的某一运行状态下的物理过程的分析得到其电磁过程的物理模型,然后再利用根本电磁定律将物理模型转化为数学模型,再以电磁运动过程的数学模型为根底,构建其电势平衡方程式、 磁势平衡方程式,进而建立电机的等值电路和相 向量图.建立物理模型的过程就是把握电机中电磁变化规律的过

12、程,建立数学模型就是灵活运用根本电磁定律的过程.比方说,在理解变压器的根本工作原理时,首先分析其简单物理过程：如果给原绕组接上正弦交流电,在原绕组中有电流流过,原绕组中产生磁势,原绕组中产生的磁势在变压器中形成经铁心闭合的交变磁通,交变的磁通在原、副绕组中分别产生感应电势,感应电势的大小分别与原、副绕组的匝数成正比.然后利用根本电磁定律对物理模型进行数学描述,建立数学模型：知道了正弦交流电的大小,可以由欧姆定律描述出原绕组中电流的表达式,再由安培环路定律得出原绕组磁势的表达式,再由磁路的欧姆定律得出磁通的表第4页共7页?航空电机学?课程学习指南达式,然后由法拉第电磁感应定律分别得出原、副绕组中

13、感应电势的表达式.根本电磁定律的物理意义远不止描述物理意义的只言片语那么多,我们应深入理解其物理本质,不同情况下灵活运动不同的表达形式.如： 法拉第电磁感应定律,可以概括为： 电生磁,动磁生电；其表述方式有两种：动生感应电势和感生感应电势；其表示方式有 4 4 种：导体切割磁力线产生感应电势 e=Blv;e=Blv;绕组中电流变化产生自感电势和互感电势； 绕组中磁通变化产生感应电势,感应电势的大小与绕组的匝数和磁通变化率成正比；绕组中磁链变化产生感应电势,感应电势的大小与磁链变化率成正比等.我们在应用法拉第电磁感应定律时应在充分理解其各种表示方式的物理意义和应用场合的根底上,仔细分析电机运行的

14、物理本质,灵活运用.三、注意理解各电磁物理量的物理含义,科学把握其内在联系课程以复杂精细的电机结构、抽象的电磁场理论、电磁场在空间和时间上的多元运动、复杂多变的电机模型为特点,需要较强的空间想象和抽象思维水平.学习本课程应具备的根本技能是：根本的空间想象、抽象思维等区分技能；根本的逻辑思维、认知策略等技能.本课程涉及的根本电磁物理量包括：电压、电流、电阻、频率、相位、功率因数、磁势、磁通、磁链、电磁力、电磁力矩、角度、转速等,但要用这些物理量来描述各种类型的电机的不同运行状态下的电磁变化过程,通常需要加注不同的上标和下标予以区分其所标示的不同物理状态或不同物理意义,因此物理量不多,但各物理量的

15、上标和下标很多,对学习造成很多困难.比方说异步电动机的运行分析,我们根据从简单到复杂,逐步深入的分析思路,将异步电动机的运行状态分为三种：转子不动且转子开路的异步电动机、转子不动且转子短路的异步电动机、转子转动的异步电动机.这是同一电机的三种运行状态,描述三种运行状态的根本电磁物理量是相同的,但这些物理量在不同运行状态下的物理含义是不同的,但为了区分不同运行状态下的物理量,就需要加下标“1 1或“2 2来区分定子和转子,需要加下标“s s来区分转子动与不动,需要加上标“/或来区分转子绕组经过了一次折算,还是经过了两次折算.也就是说尽管是同一物理量,但加以不同的上标和下标,其物理意义就会完全不一

16、样了,这是在课程学习中应特别注意克服的难点.第5页共7页?航空电机学?课程学习指南如何来克服？首先要对和物理量所表征的物理意义有深入、准确的理解,比方说异步电动机中旋转磁场的速度,定子会产生旋转磁场,转子也会产生旋转磁场,而且转子也是旋转的,并且速度是分相对速度和绝对速度的,这些是我们在用 n n 这一符号来描述速度前就应该熟知的,如何来区分和正确表述这些速度呢？对速度这一物理量所表征的物理意义有了深入、准确理解的根底上,进而要搞清楚这样几个问题：定子旋转磁场的转速 n ni决定于定子绕组中电流的频率和电机的极对数,由旋转磁场的速度表达式所描述的速度是相对于产生这个旋转磁场的定子绕组的速度,而

17、定子是静止的,所以这个速度既是相对速度,同时也是绝对速度；转子的转速 n n 是相对定子的,这个速度既是相对速度,同时也是绝对速度；由旋转磁场的速度表达式所描述的转子旋转磁场的速度是相对于产生这个旋转磁场的转子绕组的速度,是相对速度,而转子绕组是随转子以速度 n n 旋转的,因此其绝对速度还应加上转子相对于定子的旋转速度.其实这就是一个认知各电磁物理量相互内在关系的过程.四、注意对所学内容的归纳总结,系统掌握各电机的理论体系学好这门课程,首先应准确把握课程整体内容结构：整门课程介绍了交流电机和直流电机两类电机,航空变压器、 交流电机的绕组电势和磁势是航空异步电机和航空同步电机的学习根底； 在直

18、流电机中前两章是直流电机的共同理论,后三章分别分析发电机和电动机.为什么要准确把握课程整体内容结构？这就好比我们认知一棵树,首先我们要熟悉其枝干,然后再去熟悉其枝叶.如果说课程整体内容结构是大树的枝干,那么其枝叶是什么？课程的枝叶就是每一种电机的内容体系,大树由于有了茂盛的枝叶才使得其饱满完美,要学好课程,同样需要层层深入、系统掌握各种电机的内容体系.无论是哪种电机,具内容体系都是由根本电磁理论、电机的根本工作原理、电机的基本结构、电机的运行分析、电机的特性、电机的限制或调节等内容构成的,这是一种规律,使得我们可以系统地去把握具体的理论体系,同时这种各电机内容体系的共同规律也给学习课程带来了负面的影响,在教学过程中曾屡次出现过学生对内容的张冠李戴,将直流电机的内容和交流电机的内容混淆,将异步电机和同步电机的内容混淆.在屡次教学总结和第6页共7页趣?航空电机学?课程学习指南对认知规律的研究,并经实验说明,采用以下学习方法可以较好地克服这一学习过程中的负面影响.熟知各种电机的特点和运行物理过程,把握其工作过程的物理本质,准确掌握电磁物理过程中各物理量之间