《电机学》课程教学大纲

1、电机学课程教学大纲执笔人：刘慧娟 编写日期：2012年12月一、课程基本信息1课程编号：90L126Q2课程体系/类别：专业类/专业基础课，专业主干课3学时/学分：80/54先修课程：微积分、几何与代数、大学物理、电路、工程电磁场5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电气工程及其自动化专业的专业基础主干课，授课对象为3年级本科生，教学内容为学生未来在电气驱动领域的研究或应用打下理论基础。学习该课程后，应达到下列要求：1. 了解各类电机的基本结构；2. 理解各类电机的基本工作原理；3. 掌握各类电机正常运行时的基本方程式、相量图和等效电路等；4. 掌握各类电机的

2、分析方法，以及电机的稳态运行性能；5. 掌握电机实验的原理和方法，具有对实验数据进行分析的能力，具有独立完成电机相关实验的动手能力。三、课程教学内容和要求（一）课程教学内容按知识点、要求及学时分类序号知识单元（章节）知识点要求推荐学时1第一章 绪论（4学时）电机学课程的主要内容、地位、发展历史了解2电机的应用领域和在国民经济各行业中的地位了解电机学课程的性质、任务、特点和要求了解电机分析的基础知识磁路、磁场的基本概念，基本电磁定律等掌握22第二章 变压器（14学时+实验2学时）变压器的基本结构、额定值和应用现状了解2单相变压器的基本工作原理理解变压器变比定义、感应电动势与主磁通、频率及匝数的关

3、系掌握单相变压器空载运行时的电磁关系及主要物理量理解2单相变压器空载运行时的电压方程式、等效电路和相量图掌握1单相变压器负载运行时的电磁关系、磁动势方程、电压方程理解2单相变压器绕组归算的目的、原则和方法理解2单相变压器的等效电路、等效电路中各参数物理意义以及变压器的相量图掌握变压器T型等效电路参数的测定方法掌握3变压器的运行特性（电压调整率和效率特性）分析等理解标幺值的概念及其在计算中的应用掌握三相变压器磁路结构的特点了解2三相变压器电路系统连接组别的判定方法掌握变压器并联运行的条件理解自耦变压器和仪用互感器的原理与应用了解实验变压器等效电路参数的测定掌握23第三章 直流电机（14学时+实验

4、4学时）直流电机的用途和发展历史，及现状了解2直流电机的基本结构、优缺点、励磁方式和额定值了解直流电机的工作原理和可逆运行掌握直流电机的电枢绕组结构和绕组展开图理解2直流电机空载和负载时磁场的产生和分布，以及电枢反应的概念理解2直流电机的电磁转矩及感应电动势的计算公式掌握直流发电机和电动机的功率流程理解2直流发电机的基本方程式，等效电路，根据电压、功率和转矩方程进行直流电机的分析计算掌握直流电动机的基本方程式，等效电路，根据电压、功率和转矩方程进行直流电机的分析计算掌握直流发电机的运行特性对各种特性变化趋势的分析理解2直流发电机端电压调节的方法、改变端电压极性的方法掌握并励直流发电机建立电压的

5、过程和条件理解3第三章 直流电机（14学时+实验4学时）他励（并励）直流电动机的工作特性与机械特性，电动机的调速方法，对各种特性变化趋势的分析掌握2串励、复励直流电动机的工作特性与机械特性，对各种特性变化趋势的分析理解2他励直流电动机的起动方法理解实验直流电机组实验掌握44第四章 交流电机的公共理论（12学时）三相同步发电机的基本工作原理和运行特点理解3交流绕组的功能和构成原则理解交流绕组感应电动势的计算，感应电动势中的高次谐波及其削弱方法掌握2三相感应电动机的基本工作原理和运行特点理解3单相交流绕组磁动势的性质和特点，以及磁动势的计算掌握三相交流绕组磁动势的性质和特点，以及磁动势的计算掌握4

6、交流电机中时空矢量的概念理解5第五章 三相感应电机（14学时+实验2学时）三相感应电机的结构、额定值、感应电机的应用现状了解2三相感应电机的工作原理和运行状态理解三相感应电动机空载和负载运行时内部的电磁关系掌握2频率归算和绕组归算的概念，三相感应电动机的等效电路和相量图掌握2三相感应电动机的转矩方程和功率方程掌握2三相感应电动机的电磁转矩理解笼型转子绕组的相数和极数理解三相感应电动机的参数测定掌握2三相感应电动机的工作特性理解三相感应电动机的机械特性掌握2三相感应电动机的起动方法理解2三相感应电动机的调速方法掌握实验三相感应电动机工作特性测定掌握26第六章 三相同步电机（14学时）同步电机的基

7、本结构、运行状态、励磁方式、额定值,以及同步电机的应用现状了解2同步发电机空载和负载运行时的电磁关系理解同步电机电枢反应的概念、性质、作用和对电机的影响理解2隐极同步发电机的电压方程、等效电路和相量图掌握2凸极同步发电机的电压方程、等效电路和相量图，双反应理论的概念掌握2同步发电机的功率方程和转矩方程掌握2同步发电机的运行特性（空载特性、短路特性、外特性、调整特性）理解2同步发电机的并网运行（同步发电机的功角特性、有功功率的调节、无功功率的调节）掌握2（二）课程重点、难点第一章 绪论（讲课4学时）重点：磁路基本概念和基本电磁定律。第二章 变压器（讲课14学时，实验2学时）重点：变压器的基本原理

8、、基本方程式、等效电路、三相变压器连接组别的概念。难点：变压器绕组归算和连接组别的判定。第三章 直流电机（讲课14学时，实验4学时）重点：直流电机的基本原理、电枢反应、感应电动势、电磁转矩与直流电机的基本方程式。难点：直流电机的电枢绕组、电枢反应。第四章 交流电机的公共理论（讲课12学时）重点：交流绕组的功能和构成原则、交流绕组感应电动势和磁动势的分析与计算。难点：交流绕组的功能和构成原则、交流绕组感应电动势和磁动势的分析与计算。第五章 感应电机（讲课14学时，实验2学时）重点：感应电动机的工作原理和运行状态；感应电动机的等效电路和相量图；感应电动机的转矩-转差率特性。难点：感应电动机运行时内

9、部的电磁关系；频率归算和绕组归算。第六章 同步电机（讲课14学时）重点：电枢反应、电压方程式、等效电路、相量图；同步电机的功率方程和转矩方程；同步发电机的功角特性。难点：电枢反应；同步发电机的功角特性；有功功率与无功功率的调节。四、课程教学安排（一）课内教学1. 课堂讲授课堂讲授包括统一讲授内容和个性化讲授内容。统一讲授内容：着重讲授基本概念、基本原理和分析方法，配以适量的思考题，启迪学生的思维，加深学生对讲授内容的理解，同时引导学生正确思维。采用多媒体与黑板相结合的手段进行教学，既重“量”又重“质”，即：既要注重内容的广泛性，又要突出重点。讲课方式上注重几个环节：(1)问题的引入环节，尽可能

10、以实际问题为切入点，以激发学生的学习兴趣；(2)问题的讲解环节，要注意讲解的节奏，使学生保持兴奋；(3)适当提问，了解学生对知识的掌握情况；(4)结论的归纳总结环节：要注意简明扼要，使学生很容易抓住重点。个性化讲授内容：给各位教师留下一点自由发挥空间，展示自己的个性和特长，同时也有利于动态优化教学内容。这方面内容不列入考试范围，留出的时间可以集中使用也可以分散使用。2. 课堂交流教师选择优秀的报告，鼓励学生进行课堂交流，汇报自己的报告，鼓励其他同学当场提问、交流，以此激发学生兴趣和自主学习能力，在此过程中提高口头交流能力。共安排2次课堂交流。3. 实验实验目的：加深对各类电机基本原理的理解，培

11、养学生对实验结果的观察、分析能力，提高实践能力。实验前指导：在实验前，教师应进行实验要求、内容方面的指导，或要求学生完成实验前的预习准备工作，经过预习要达到：(1)掌握实验原理，熟悉实验电路；(2)弄清楚测哪些量、调哪些参数、采集哪些数据；(3)根据理论分析，弄清楚正确的结果趋势，调节参数与被测量的关系。实验项目：实验一：变压器实验（2学时）实验目的：增强对单相变压器和三相变压器的认识，掌握变压器参数测试方法。实验要求：要求学生预先掌握实验原理，根据实验任务书和实验室仪器设备清单设计实验线路和操作步骤，测定/计算变压器的有关参数。实验内容：单相变压器的空载与短路实验；实验二：直流电机的特性实验

12、（4学时）实验目的：增强对直流电机的认识，掌握直流电机特性的测试方法，通过实验培养动手能力。实验要求：要求学生预先掌握实验原理，根据实验任务书和实验室仪器设备清单设计实验线路和操作步骤，测定电机的有关参数和特性曲线。实验内容：他励直流发电机的空载特性；他励直流发电机的外特性；并励直流发电机电压的建立和外特性；他励直流电动机的转速特性；他励直流电动机的调速（电枢串电阻和弱磁调速）。实验三：感应电机实验（2学时）实验目的：增强对感应电机的认识，掌握其工作特性测试方法。实验要求：要求学生预先掌握实验原理，根据实验任务书和实验室仪器设备清单设计实验线路和操作步骤，测取三相感应电动机工作特性。实验内容：

13、三相感应电动机的工作特性测试。（二）课外教学1. 自主学习结合课堂教学内容、课后作业和专题内容，布置学生开展课后学习，理解、巩固课堂内容。2. 课外作业目的：(1)巩固所学知识；(2)落实学生自主学习能力。题量：约30道题，每章6题左右。题型：简答题、计算题、画图题、分析题。3专题训练目的：让学生比较各类电机中的共性与个性差异，促进理解与掌握所学知识。在此过程中提高获取知识能力、总结归纳能力和写作能力。结合当前电机应用领域，对风力发电中的异步电机、有刷和无刷双馈感应电机、永磁同步直驱发电机展开专题研究，对电动车应用的感应电机、永磁同步电机、永磁无刷直流电机、开关磁阻电机展开专题研究，了解和掌握

14、相关技术。要求：根据课程组编写的研究性训练题目的要求，学生通过研究后提交报告，可借助Matlab软件、Ansoft 软件等进行电机运行特性和电磁场的仿真计算。每份报告内容包含：(1)目的；(2)采用的手段和方法；(3)过程内容；(4)结果或结论。课程组统一的研究性教学方案：1) 直流电机综合实验的设计与思考。2) 他励直流电动机制动运行的研究。3) 直流电机空载与负载磁场分布情况的研究4) 单相变压器外特性的计算与特性的绘制研究。5) 三相变压器并联运行的研究。6) 变压器英文铭牌的翻译，参数计算及性能分析。7) 三相交流绕组旋转磁场的分析与计算。8) 两相交流绕组产生旋转磁场的分析与研究。9

15、) 三相感应电动机工作特性的计算与特性曲线的绘制。10) 三相感应电动机机械特性的计算与绘制。11) 单相异步电机的工作原理研究。12) 双馈异步风力发电机运行原理研究。13) 三相同步发电机并网运行研究。14) 同步电动机无功调节研究。五、课程的考核作业： 10%满分10分，少做1题扣0.5分，直至扣为零。实验： 20%实验操作10%，实验报告10%。专题训练报告： 10% 优：9-10分；良：8分；中：6-7分；不及格：1-5分；没做：0分期末考试： 60% 闭卷考试。六、本课程与其它课程的联系与分工本课程的先修课有：微积分、几何与代数、大学物理、电路和工程电磁场。本课程的后续课有：电机设

16、计、电机电磁场计算、特种电机、交流调速技术、电力电子技术、电力拖动自动控制系统、电力牵引传动与控制、电力系统分析。七、建议教材及教学参考书1教材1 Stephen J. Chapman. Electric Machinery Fundamentals.4th Ed. McGraw-Hill 2008.满永奎.电机原理及驱动.第一版.清华大学出版社.2008.2 刘慧娟,张威.电机学与电力拖动基础.国防工业出版社.2007.2.教学参考书1 汤蕴璆.电机学.第4版.机械工业出版社.2011.2 李发海,朱东起.电机学.第4版.科学出版社.2007. 3 许实章.电机学.修订版.机械工业出版社.1

17、998.4 周顺荣.电机学（21世纪高等院校教材）.第一版.科学出版社.2002.5 吴大榕.电机学（上、下册）.第二版.水利电力出版社.1984.6 张松林.电机及拖动基础习题集与实验指导书.机械工业出版社.2004.7 孙旭东,冯大钧.电机学习题与题解.第2版.科学出版社.2007.8 阎治安.电机学（含拖动基础）重点难点及典型题解析.第一版.西安交通大学出版社.2003.9 胡虔生.电机学试题分析与习题（普通高等教育“九五”国家级重点教材配套教材）.第一版.中国电力出版社.2002.附件：英文教材目录：Chapter 1 INTRODUCTION TO MACHINERY PRINCIP

18、LES.· Rotational motion, Newtons Law and Power Relationship.· The magnetic field, Magnetic circuits.· Faradays Law.· Production of induced force on a wire.· Induced voltage on a moving wire in a magnetic field.· The linear DC machine.Chapter 2 TRANSFORMERS.· Types

19、and construction of transformers.· The ideal transformer.· Theory of operation of real single-phase transformer.· The equivalent circuit of a transformer.· The transformer voltage regulation and efficiency.· Three-Phase transformers.Chapter 3 AC MACHINERY FUNDAMENTALS·

20、The rotating magnetic field.· Magnetomotive force and flux distribution in AC machines.· Induced voltage in AC machines.· Induced torque in AC machines.Chapter 4 SYNCHRONOUS GENERATORS· Basic principles of Synchronous Generator operation.· Steady-state Synchronous Generator

21、operation.· Starting of Synchronous Generator .· Power and Torque in Synchronous Generator.· Determining Synchronous Generator circuit model parameters.· Synchronous Generator operating alone.· Parallel operation of AC Generators.· Synchronous Generator Ratings.Chapter

22、5 INDUCTION MOTORS.· Induction Motor construction.· Basic Induction Motor concepts.· Equivalent circuit of an Induction Motor.· Power and Torque in Induction Motor.· Induction Motor Torque-Speed Characteristics.· Variations in Induction Motor Torque-Speed Characteristics.· Starting of Induction Motor.· Speed control of Induction Motor.· Determining Induction Motor circuit model parameters.Chapter 6 DC MACHINERY FUNDAMENTALS.· A sim