《电机及电力拖动》 李光中 教学大纲

《电机及电力拖动》教学大纲(学分2，学时32)一．课程信息编码：0112110Code：0112110课程名称：电机及电力拖动CourseTitle：ElectricalMachinery&Towage学分：2.0Credit(s)：2.0课程类别学科基础/必修CourseCategory：Professionalrequired/compulsorycourses学时：32SchoolHour：32开课学期：第四学期Semester：TheForthSemester先修课程：高等数学、大学物理、电路Prerequisites：\hAdvancedMathematics、UniversityPhysics、ElectricCircuit开课单位：电气与信息工程学院OfferingCollege：CollegeofElectricalandInformationEngineering二．课程说明《电机及电力拖动》是面向自动化专业学生开设的学科基础/必修课。全面阐述了电机与电力拖动的基本理论和基础知识，为《运动控制系统》专业课程打下良好的基础。本课程具有很强的基础理论性，具备很强实践性，注重理论和实践的密切结合，内容包括交直流电机、变压器的基本结构、工作原理以及电机拖动系统的运行原理及性能等内容。通过本课程的学习学生能够熟练掌握电机与电机拖动的基本概念、建模方法和常见问题的分析方法与，培养学生定性分析、实验、电机与电力拖动理论与实践相结合等方面的综合技术能力。三．课程目标通过本课程的理论教学、实验，使学生具备下列能力：课程目标1（问题分析能力，H）：通过分析交、直流电机和变压器基本结构和运行原理，培养学生认识和判断自动化复杂工程问题的关键环节。课程目标2（方案设计能力，H）：通过分析三相感应电动机的基本原理和运行原理，培养学生能够提供可用于电气自动化装备、智能制造等领域的存储和处理、电机等系统单元的设计方法。课程目标3（方案优化能力，H）：通过分析三相感应电动机的工作原理、电力拖动结合工程实际案例，培养学生在电气相关领域内持续学习，可提供用于电机和变压器等系统单元的优化方法。课程目标4（可持续发展能力，H）：分析不同电机运行中对社会环境、社会可持续发展的影响，理解其利益冲突。四．课程目标和毕业要求的对应关系毕业要求毕业要求指标点课程目标2问题分析2.1能够应用数学、自然科学知识和控制科学的基本原理，识别工业过程控制、运动控制、电气自动化装备复杂工程中的关键参数和环节，并进行合理表达。课程目标13设计/开发解决方案3.2能够考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素，提出满足设计目标的设计方案，通过技术经济等评价指标对设计方案的可行性进行研究论证。课程目标23.3根据设计方案中的功能模块，对单元和子系统进行优化，体现创新意识。课程目标37环境和可持续发展7.2针对工业过程控制、运动控制、电气自动化装备工程领域中复杂工程问题的解决方案，能评价其资源利用效率、污染物处置方案和安全防范措施，判断产品周期中可能对人类和环境造成的损害。课程目标4课程思政无痕融入社会主义核心价值观、中国优秀传统文化教育，中国特色社会主义“四个自信”（道路自信、理论自信、制度自信、文化自信）、环保意识、人文情怀、工程伦理、工匠精神等等某个或多个方面的教育目标。1）激发学生科技报国的家国情怀和爱校、爱专业的热情，使学生投身专业学习、逐梦无悔青春。2）引导学生树立工程意识和大工程观，培养解决复杂工程问题的能力和不畏艰辛、勇于探索的科学精神；在实验教学中，培养学生正确认识、分析和解决问题的能力，提升学生的思辨力和创新力。3）培养学生追求卓越的精神，引导学生树立进取精神、担当意识，形成良好的职业素养和职业伦理。五教学内容与学时分配1.理论教学（24学时）教学内容教学要求学时课程目标思政融入途径一、绪论1）电磁感应基本定律回顾，电机与电力拖动技术的发展概况，电机拖动的主要构成。2）电机及拖动课程的基本任务和内容1）了解本课程的性质和任务2）了解常用的基本电磁定律与铁磁材料的基本特性；3）了解电机拖动的主要构成，在国民经济中的地位、作用及国内外发展概况；2课程目标1课程目标41、①介绍中国电机工业百年发展史（解放前举步维艰，建国后从小到大、由弱变强、从落后走向先进），使学生更深刻地认识社会主义制度的优越性以及在走向民族复兴的过程中党领导的重要性，激发学生的建造“大国重器”的工匠精神和团队精神。②观看“中国工厂电机生产过程”视频二、直流电机1）直流电机的工作原理与结构：主要构成，各部分主要作用；电机原理，系列，铭牌数据；2）直流电机的电枢绕组：绕组的基本形式和绕组展开图；3）直流电机磁场：空载和负载磁场，电枢反应；4）电磁转矩和电枢电动势的计算；5）直流电机换向：换向理论，换向方法；6）直流发动机：励磁方式，基本方程和基本特性直流电动机：分类，基本方程，功率和转矩方程，工作特性。1）了解直流电机的工作原理、结构、铭牌数据和主要类型；2）了解直流电机的励磁方式；3）掌握直流电机电磁转矩和电枢电势的计算方法；4）掌握直流电机的平衡方程和运行原理；5）了解直流发电机的基本方程和运行特性。6）了解直流电动机的换向问题4课程目标1课程目标22、通过直流电机基本结构及运行原理分析得到直流电机等值电路，请学生在等值电路的基础上分析推导直流电机基本方程式，将问题与所学过的《电路理论》课程基尔霍夫、节点电流定律的关系。启发学生思考学科的关联性。三、直流电动机的电力拖动1）电拖系统负载转矩特性：运动方程，负载性质；2）他励直流电动机的机械特性：机械特性方程，固有特性和人为特性，机械特性的绘制和机械特性的相关计算，电拖系统的稳定运行条件；3）他励直流电动机的起动：起动要求，起动方法及相关计算；4）他励直流电动机的电气制动：制动特点，制动方法及相关计算；1）了解直流电动机的动力学问题；2）掌握直流电机的工作特性和机械特性相关计算；3）掌握他励直流电动机的启动条件、方法及相关计算；4）掌握他励直流电动机的制动方法；4课程目标2课程目标33、直流电机关键技术及展望、人工智能在直流电机控制系统中的运用。进一步引入华为事件中国芯片被“卡脖子”一事启发学生思考核心技术和自主知识产权的重要性。激发学生自强不息、敢为人先、勇于创新的精神品质。四、变压器1）变压器原理，分类和结构：变压器的基本原理，油浸式和干式变压器的异同；2）变压器空载运行：物理现象，基本方程，等效电路，相量图；3）变压器负载运行：物理现象，基本方程；4）变压器绕组折算，等效电路，相量图及相关计算；5）参数测定和标幺值：空载和短路实验，利用标幺值计算；6）运行特性：外特性，效率特性及相关计算；三相变压器：磁路系统，联接组别，并联运行；1）了解变压器的分类及结构；2）掌握变压器的工作原理；3）掌握单相变压器的空载运行原理、平衡方程、等效电路及相量图的分析方法；4）掌握单相变压器的负载运行原理、平衡方程、绕组折算的方法、T型等效电路和简化等效电路；5）能掌握等效电路的参数测定实验方法及标幺值的计算方法；4课程目标1课程目标24、通过我国特高压电力变压器发展现状的介绍引入中国高压直流输电的“开挂”历程。通过中国高压直流输发展历程，让学生了解中国电力工程师是如何在起步晚技术较落后的情况下一步步攻坚克难，填补高压直流输电领域空白，开发出了国际领先的特高压输电设备和技术，掌握并引领标准指定，使中国成为全世界唯一全面掌握并开始大规模应用特高压输电技术的国家。激发研究生脚踏实地的品质、勇于挑战的精神、技术报国的决心。五、三相感应电动机的基本原理1）三相感应电动机的基本结构和原理：定、转子和其他部件，铭牌及系列；2）感应机绕组：基本要求，分类，绕组结构和展开图；3）绕组感应电动势：线圈电势，线圈组电势，相电势，短距因数和分布因数；4）绕组磁动势：单相脉振磁势，三相旋转磁势；1）了解三相异步电动机的结构及磁场分析；2）了解交流电机电枢绕组的电动势；3）了解交流电机电枢绕组产生的磁通势；4）掌握三相异步电动机的工作原理和铭牌数据；5）掌握三相异步电动机的定子磁动势及磁场。2课程目标1课程目标25、电机研究与实践领域的先驱奥斯特、法拉第、特斯拉等科学家的故事。——树立追求真理造福全人类的远大理想。通过讲述电气工程发展史上伟大科学家的故事，让学生深刻认识到实践与理论间紧密的关系，培养研究生重视实证、勤于思考、善于观察的求知精神，从而激发研究生的学习热情。六、三相感应电动机的运行原理1）空载运行：空载磁势，电压平衡方程，等效电路；2）负载运行：负载电势、磁势平衡方程，相量图，等效电路；3）功率和电磁转矩：功率转换和平衡方程，转矩平衡方程，转矩公式；4）工作特性：转速特性，定子电流特性，功率因数特性，转矩特性，效率特性；5）参数测定：空载实验和短路实验1）了解三相异步电动机运行时的电磁过程；2）掌握三相异步电动机的运行分析、等效电路的分析方法和相量图的分析方法；3）掌握三相异步电动机的功率平衡和转矩平衡方程；4）了解三相异步电动机的运行特性。4课程目标2课程目标36、通过“中国电机之父”——钟兆琳教授的故事（品学兼优的爱国赤子、天才型的电机工程教育家、有骨气的民主教授、桃李不言下自成蹊），激发学生脚踏实地的品质、勇于挑战的精神、技术报国的决心。七、三相感应电动机的电力拖动1）三相异步电动机机械特性：固有特性及分析，人为特性及分析，机械特性的实用表达式；2）三相异步电动机起动：笼型感应电动机的起动，绕线型感应电动机的起动；3）电磁制动：制动判断，能耗制动，反接制动，回馈制动；感应电动机调速：4）调速目的，调速方法：变极、变频、变转差率调速1）了解三相感应电动机的各种机械特性，并能利用机械特性对感应电机不同情况进行分析和基本计算2）掌握感应电动机不同情况下的起动方式和起动计算3）掌握感应电动机的电磁制动和制动计算4）掌握感应电动机的调速方法和调速计算4课程目标2课程目标37、通过双鼠笼式三相异步电动机起动性能的提升，融入培养学生机理支撑下的技术创新思想。根据实际应用场合引入电动机各种调速方法，培养学生对具体问题具体分析，以及矛盾特殊性与原理统领的规律认知。从外部条件的变化阐述统一电机的可逆运行，理解任何事物都有两面性，外因与内因的对立统一，培养学生敏锐的洞察力，清晰的思维逻辑，源源不断的创新意识。2.实验教学（8学时）教学内容教学目标课程目标思政融入途径1)直流电机起动、调速通过实验使学生加深对电机拖动基础知识的理解，初步掌握直流电动机的起动与调速方法、直流发电机的空载特性、单相变压器的参数测定方法、三相异步电动机空载与短路实验方法及铁耗、机械损耗及异步电动机参数的计算方法，学习使用实验操作平台，实施实验，采集数据，并对数据进行分析以得出结论。2,3,48、通过直流电机的介绍激励学生勤思考、爱动手的劳动素养、团队协作精神——社会主义建设者和接班人的综合素质和劳动技能。9、通过直流发电机的介绍启发学生安全意识、责任意识——“道路千万条，安全第一条，行车不规范，亲人两行泪”。10、通过单相变压器的空载、短路的介绍启发学生实事求是、理论联系实际的科学研究精神——“怀疑有如草木之芽，从真理之根萌生”的求实态度。11、通过三相异步电动机的空载短路的介绍，启发学生诚信意识、健康心态——“诚实是人生的命脉，是一切价值的根基”。2)直流发电机3)单相变压器的参数测定4)三相异步电动机的参数测定考核方式及成绩评定方法本课程考核采用平时成绩+期末考试的综合考核方式，即：总成绩=期末考试成绩*60%+平时成绩*40%表6-1课程目标考核环节与权重分配表课程目标支撑的毕业要求内涵观测点考核与评价方式及成绩比例（%）随堂互动作业实验期末考试成绩比例（%）目标1：问题分析能力，H观测点2.17502840目标2：方案设计能力，H观测点3.20553242目标3：方案优化能力，H观测点3.30010010目标4：可持续发展能力，H观测点7.280008合6-2期末考核课程目标的评价标准课程目标课程目标的评价标准优秀[90%-100%]良好[80%-89%]达成[60%-79%]不达成(<60%)目标1：问题分析能力能针对交、直流电力拖动系统具体问题建立数学模型，并分析其运行特性。较好针对交、直流电力拖动系统具体问题建立数学模型，并较好地分析其运行特性。能基本针对交、直流电力拖动系统具体问题建立数学模型，并基本能分析其运行特性。不能针对交、直流电力拖动系统具体问题建立数学模型，并无法分析其运行特性。目标2：方案设计能力能够根据设计要求提出完整且合理的设计方案，思路清晰。能够根据设计要求提出较为完整的设计方案，思路较为清晰。基本能够根据设计要求能基本提出设计方案，思路基本清晰。不能够根据设计要求提出设计方案，思路混乱。表6-3过程考核课程目标的评价标准课程目标考核方式课程目标的评价标准优秀[90%-100%]良好[80%-89%]达成[60%-79%]不达成(<60%)目标1：问题分析能力随堂互动对课堂互动中的问题，分析过程思路清晰，结论正确。对课堂互动中的问题，分析思路较为清晰，能得出结论。对课堂互动中的问题，具有一定的分析思路，能基本得出结论。对课堂互动中的问题，分析过程思路混乱，不能得出结论；作业能熟练分析交、直流电力拖动系统及变压器的相关运行特性，答案正确。能较熟练分析交、直流电力拖动系统及变压器的相关运行特性，答案基本正确。能基本分析交、直流电力拖动系统及变压器的相关运行特性，答案存在错误。不能分析交、直