《电机及拖动基础》教学大纲

《电机及拖动基础》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：05142151课程性质：专业必修课学分：4学分学时：64学时（理论56学时，实验8学时）先修课程：电路分析基础、模拟电子技术基础等后续课程：电力电子技术、运动控制系统等适用专业：自动化开课单位：电气工程与自动化学院一、课程说明《电机及拖动基础》是自动化专业的一门专业必修课。本课程主要传授电机理论与拖动控制方法，为学习其他有关课程及以后从事技术工作打下必要的基础。本课程注重电机基本理论知识和拖动控制方法的深入学习，强调培养运用电机基础理论知识和基本拖动控制方法解决生产实际中问题的能力，兼顾新技术、新工艺及其发展方向的介绍，培养“厚基础、宽口径、高素质、强能力”的人才。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：掌握常用交流电机、直流电机、常用控制电机及变压器等的基本结构、工作原理和特性；掌握电机的基本调速方法和电力拖动系统的运行性能分析，以及特性与拖动相关的计算。课程目标2：通过本课程的学习，学生能正确运用实验、方程、等效电路、相量图等方法分析电机工作原理及运行特性，培养学生如何使用电机、控制电机和选择电机，以及严谨的学习态度、独立思考、解决问题和分析问题的能力。课程目标3：掌握电机的实验方法，并能分析归纳测试结果；能够进行设计或开展试验研究，提高学生总结归纳能力、综合运用知识分析问题和解决工程实践问题的能力。适当引入与课堂内容相关的案例分析，培养学生爱国主义、安全意识，节能环保和民族自豪感，引导学生践行社会主义核心价值观。三、课程目标与毕业要求《电机及拖动基础》课程教学目标对自动化专业毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度1.工程知识1.1掌握数学、物理的基础知识，领会数学、自然科学的重要思想和思维方法，理解工程问题的数理本质及其表述方法。课程目标1：掌握常用交流电机、直流电机、常用控制电机及变压器等的基本结构、工作原理和特性；掌握电机的基本调速方法和电力拖动系统的运行性能分析，以及特性与拖动相关的计算。H2.问题分析2.3能够根据数学、自然科学和控制工程科学的基本原理，并结合文献研究，比较不同的解决方案，以获得有效结论。课程目标2：通过本课程的学习，学生能正确运用实验、方程、等效电路、相量图等方法分析电机工作原理及运行特性，培养学生如何使用电机、控制电机和选择电机，以及严谨的学习态度、独立思考、解决问题和分析问题的能力。H4.研究4.1能够对自动控制工程相关的系统工作原理进行研究和实验验证。课程目标3：掌握电机的实验方法，并能分析归纳测试结果；能够进行设计或开展试验研究，提高学生总结归纳能力、综合运用知识分析问题和解决工程实践问题的能力。适当引入与课堂内容相关的案例分析，培养学生爱国主义、安全意识，节能环保和民族自豪感，引导学生践行社会主义核心价值观。M注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配1.理论部分理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时实验学时对应的课程目标绪论教学要求：使学生了解电机的基本理论基础和拖动控制系统的构成；熟悉磁路相关概念和定律；熟悉铁磁材料的性质和损耗；了解磁路的计算。重点：磁路的定律；铁磁材料的性质和损耗。难点：磁路的计算；铁磁材料的损耗。201、2、31.直流电动机的电力拖动1.1直流电机的工作原理和绕组1.2直流电机的电势、转矩及功率及运行原理1.3直流电机的励磁方式、电枢反应及换向1.4直流电机的机械特性1.5直流电机的启动、制动、调速教学要求：使学生理解并掌握直流电机的工作原理及结构，熟悉单叠绕组和单波绕组的各个节距计算；了解直流电机的磁场及换向问题；熟练掌握电磁转矩和电枢电动势的计算公式及其性质；熟悉直流电机的励磁方式及特点，能应用直流电机的基本方程式计算相关物理量（如：额定电磁转矩、电磁功率、损耗、效率）；掌握他励直流电动机拖动方法及特性。重点：直流电机的工作原理、额定值；直流电机电势和转矩、功率计算；直流电机的磁场及换向问题、直流电动机机械特性、拖动方法及计算等。难点：直流电机的磁场及电枢反应、换向的电磁理论、直流电机的平衡方程式、特性及拖动计算。2021、2、32.变压器2.1变压器的工作原理2.2变压器的空载运行2.3变压器的负载运行2.4变压器的运行特性2.5三相变压器2.6自耦变压器和仪用互感器教学要求：使学生掌握变压器的工作原理，理解变压器的额定值；了解变压器的结构及运行特性、三相变压器的磁路系统、自耦变压器与互感器的工作原理；熟练掌握单相变压器的基本方程式、等效电路；掌握三相变压器的电路系统，能用时钟表示法判别三相变压器的联结组号。重点：变压器的工作原理及额定值、空载运行时的电动势平衡方程式及等效电路、负载运行时的方程式、绕组折算、T型等效电路；三相变压器的连接组别判断。难点：变压器空载运行时的物理情况、变压器的损耗和效率、三相变压器的磁路系统、三相变压器的联接方式和磁路系统对电动势波形的影响。1041、2、33.交流电机理论3.1交流电机的绕组3.2交流电机的磁动势和电动势3.3交流电机主磁通、漏磁通教学要求：使学生了解交流电机的绕组；熟悉交流电机的磁动势和电动势形成；掌握交流电机的主磁场形成与主磁通特点。重点：交流电机的电动势；交流电机的主磁场。难点：交流电机的磁动势形成；主磁场的形成。4014.异步电动机的原理和电力拖动4.1异步电机的工作原理及电磁关系4.2异步电机的功率与转矩4.3异步电机的工作特性及参数测定4.4三相异步电动机的机械特性4.5三相异步电动机的启动，调速，制动方法4.6单相异步电动机4.7微控电机教学要求：使学生熟悉异步电机的原理、掌握异步电机的功率和转矩方程；熟悉异步电机的工作特性；掌握异步电动机的机械特性、拖动控制方法及计算；熟悉单相异步电机的特点；熟悉笼型电机和绕线式电机的区别、各自的特点；熟悉无刷伺服电动机的工作原理和控制方法；熟悉感应伺服电动机的工作原理和控制方法；了解测速电机的原理和；熟悉步进电机的原理和控制方法。重点：异步电机的原理、转矩和功率计算；异步电机的机械特性及计算；异步电机的拖动控制方法及相关计算；单相异步电机的特点；步进和伺服电机的原理。难点：异步电机的转矩和功率计算；异步电机的特性计算；步进和伺服电机的原理2021、2、3合计5682.实验部分实验(实践)(上机)部分的教学内容、基本要求与学时分配见表3。表3实验项目、实验内容与学时实验项目实验内容和要求实验学时对应的课程目标1.单相变压器实验内容：测定单相变压器的变比和等效电路参数；绘制空载、短路特性曲线。实验要求：熟悉实验台接线方法，掌握单相变压器通过空载、短路实验测定变压器变比和等效电路参数的方法。能够绘制空载、短路特性曲线。21、2、32.三相变压器实验内容：测定三相变压器的变比和等效电路参数；测定三相变压器极性。实验要求：掌握通过短路或空载实验测定三相变压器变比及等效电路参数的方法；掌握三相变压器极性的测定方法。21、2、33.直流电机实验内容：测直流电机电枢绕组的冷态电阻；直流他励电动机的起动、调速及转向改变。实验要求：熟悉直流电机、仪表、变阻器等组件；掌握直流电机电枢绕组冷态电阻的测定方法；掌握直流电机的接线、起动、调速以及换向方法。21、2、34.三相交流异步笼型电动机实验内容：测量三相交流异步笼型电动机定子绕组的冷态直流电阻；判定定子绕组首末端；掌握三相交流异步笼型电动机启动方法。实验要求：熟悉三相交流异步笼型电动机的结构及接线方式；掌握定子绕组的冷态直流电阻测定。掌握三相交流异步笼型电动机直接起动、自耦变压器起动、星形-三角形换接起动。21、2、3合计8五、教学方法及手段本课程以课堂讲授为主，结合讨论、阶段测试、视频资源共享、实验等教学手段完成课程教学任务和相关能力的培养。学生比较全面地理解电机原理以及拖动控制的基本方法，在掌握电机原理的基础上，具有进行电机的特性分析、特性计算、电机选择以及调速控制方法设计的初步能力。在实验教学环节中，通过启发式教学、讨论式教学培养学生电机的基本理论、基本知识和基本技能。培养学生自主学习能力、实际动手能力，激发学生的创新思维。实验教学着重讲授如何用科学的手段来完成理论的验证；如何组织实验、处理数据和分析实验现象；介绍常用设备和仪器的原理、构造和使用维护方法以及综合实验内容的思路和方案设计等。采用教师讲授和学生动手操作的方法；在实验前学生应复习和掌握与本实验有关的教学内容、认真阅读实验指导书；在实验中要严格遵守实验纪律，按操作规程使用仪器；实验结束后，按规定对仪器进行维护保养；每完成一项实验，要认真完成一份实验报告。六、课程资源1.推荐教材：（1）唐介,刘娆.电机与拖动.北京:高等教育出版社.2021.12.2.推荐参考书：（1）《电机与拖动基础》，刘学军主编，北京：中国电力出版社，2016.10.（2）《电机与拖动基础》，汤天浩主编，北京:机械工业出版社，2017.12.（3）《电机与拖动基础上下册》，张晓江、顾绳谷主编，北京:机械工业出版社，2016.12.（4）《电机与拖动基础》，李发海、王岩主编，北京:清华大学出版社，2013.11.3.期刊：（1）IidaT,MukherjeeA.Makeandbuyinapollutingindustry[J].JournalofPublicEconomicTheory,2020,22(6):1852-1874（2）NiyimbaniraF,EgginkME,Nishimwe-NiyimbaniraR.Theidentificationofthekeysub-industriesamongcoastalmetropolitancitiesofSouthAfrica:Anapplicationofthelocationquotienttechnique[J].InternationalJournalofEconomicsandFinanceStudies,2020,12(1):50-70.（3）ArchanaV.Whowillwinfromthetradewar?AnalysisoftheUS–Chinatradewarfromamicroperspective[J].ChinaEconomicJournal,2020,13(3):376-393.（4）OhodnickiP,KautzEJ,DevarajA,etal.NanostructureandcompositionalsegregationofsoftmagneticFeNi‐basednanocompositeswithmultiplenanocrystallinephases[J].JournalofMaterialsResearch,2021,36(1):105-113.（5）SubramanianATS,MeenalochiniP,SathiyaSSB,etal.Areviewonselectionofsoftmagneticmaterialsforindustrialdrives[J].MaterialsToday:Proceedings,2021,45:1591-1596.（6）BlikharMM,VatrasV,MelnychenkoB,etal.ProvidingofinnovativedevelopmentofUkraine:economicandlegalaspects[J].Financialandcreditactivity:problemsoftheoryandpractice,2020,2(33):412-423.4.网络资源：（1）知网，/.（2）万方，/wanfang/.（3）IEEE，/.七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表4。表4课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过程性考核课堂表现12（1）根据课堂出勤情况、课堂回答问题和互动情况进行考核，满分100分。（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√336测试8（1）根据测试的平均成绩作为测试成绩进行考核，满分100分。（2）以测试考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√242实验8（1）根据每个实验的实验操作完成情况和实验报告质量单独评分，满分100分；（2）每次实验单独评分，取各次实验成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以实验成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√332作业12（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分；（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√444期末考核60（1）卷面成绩100分，以卷面成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。（2）主要考核直流电机、变压器、异步电机的内容。特别是电机的机械特性及拖动方法与计算等。（3）考试题型为：判断题、填空题、简述题、分析题、计算题等。√√√181626合计：100分303040八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂表现、测试、实验、作业、期末考试等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由期末试卷成绩和过程性考核成绩组成。其中：期末试卷成绩为100分（权重60%），试题类型为判断题、填空题、简述题、分析题、计算题等类型，试卷中基本知识、基本理论、基本技能的试题分值不超过50%，综合应用题、分析题不低于50%；课堂表现、实验、作业、测试等过程性考核成绩为100分（权重40%）；过程性考核和考试试题分值分配应与教学大纲各章节的学时基本成比例。2.过程性考核成绩的标准过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比