《电机及拖动基础》课程教学大纲

《电机及拖动基础》课程教学大纲课程编号：04510683课程性质：专业方向课适合专业：电子科学与技术先修课程：电路分析、模拟电子技术开设学期：第五学期考核方式：闭卷考试总学时数：54学分：3一、课程教学目标使学生通过本课程的学习获得电机及拖动的基本概念、基本理论、基本分析计算方法，电机、电器的工作原理及其工作特性，在电工方面打下初步基础。二、课程的目的与任务电机及拖动基础是电子科学与技术专业一门专业方向课程。其目的是对电子科学与技术专业的学生进行电路和电机、电器基础理论教育。通过本课程的学习使学生获得电机、电器必要的基本理论、基本知识、基本分析方法和基本技能，以及电机、电器的工作原理及其特性，加强工程应用，并为电子科学与技术专业的学生拓宽专业视野、课程设计及毕业设计及以后的发展需要打下基础。三、理论教学的基本要求1、了解：变压器的用途及分类、结构。三相变压器的联结组。三绕组变压器。三相和单相异步电动机的结构。电动机的负载机械特性。同步电机的用途和种类、基本结构。直流电机的用途和种类。他励电动机在四象限中的运行状态。等效负载转矩、等效转动惯量的求解方法。2、理解：涡流损耗、磁滞损耗、铁芯损耗、铜芯损耗的概念。交流铁心线圈电路的等效电路。变压器的等效电路、运行分析。变压器的参数测定、短路实验与空载试验。旋转磁场的产生及条件，圆形旋转磁场、椭圆形旋转磁场的概念。三相异步电动机的磁通势平衡方程式。脉振磁通势、旋转磁通势。三相异步电动机的电动势平衡方程式。三相异步电动机的运行分析。等效电路分析。折算的概念。电力拖动系统的稳定运行的条件。三相异步电动机的制动方法。三相同步电动机的运行分析。隐极式、凸极式的等效电路。三相同步电动机电压平衡方程及其相量图。Ψ、θ、φ的定义。三相同步电动机的功率和转矩。三相同步发电机的运行分析。隐极式、凸极式的等效电路。三相同步发电机电压平衡方程及其相量图。Ψ、θ、φ的定义。三相同步发电机的功率和转矩。三相同步发电机的运行特性。外特性及调节特性。同步发电机与电网的并联运行。并联运行的条件。三相同步电动机的制动方法。电枢反应对直流电机的影响；直流发电机和直流电动机的工作原理，电枢电动势和电磁转矩的性质。并励直流电动机的起动、调速、制动。直流电机的铭牌中主要额定数据及其含义。他励直流电动机的制动方法。伺服电动机、直流力矩电动机、步进电动机、测速发电机、自整角机、旋转变压器的结构特点、工作原理、特性、控制方式。单轴系统转速与转矩关系。多轴系统、平移系统、升降系统等系统折算为单轴系统。3、掌握：磁场的基本物理量。磁性物质的磁性能。磁路欧姆定律、磁路基尔霍夫第一、第二定律。掌握计算方法。铁损的形成及减小铁损的方法。铁心线圈电路电磁关系、功率关系。变压器的工作原理。变压、变流、变阻作用。三相变压器的电压、电流与功率。变压器的额定值。变压器的外特性，电压调整率，效率。三相变压器的并联运行。自耦变压器、仪用互感器的工作原理。三相异步电动机转动原理，转差率的概念。三相异步电动机的功率和转矩。单相异步电动机的工作原理，起动方法。三相异步电动机的转矩特性和机械特性。三相异步电动机的起动、调速方法。三相同步电机的工作原理。电枢反应的概念。三相同步电动机的运行特性。功角特性、矩角特性；三相同步电动机功率因数的调节。三相同步电动机的机械特性。三相同步电动机的起动和调速方法。直流电机的基本工作原理；电枢电动势和电磁转矩的计算公式；直流电机的各种励磁方式；直流电机的铭牌中主要额定数据及其含义。直流电动机的运行分析。他励、并励、串励电动机运行的基本方程式；电压、电流关系，功率平衡关系，转矩平衡关系。自励直流发电机的自励建压过程和条件；并励发电机运行的基本方程式。电压、电流关系，功率平衡关系，转矩平衡关系。直流发电机的运行特性；空载运行特性、外特性。电压调整率。他励直流电动机的机械特性—固有特性，人为特性。他励直流电动机的起动方法。他励直流电动机的调速方法。控制电机的用途和种类。伺服电动机、直流力矩电动机、步进电动机、测速发电机、自整角机、旋转变压器的结构特点、工作原理、特性、控制方式。电力拖动系统的组成。电力拖动系统的运动方程式。四、教学学时数分配数章次各章名称总学时学时分配讲课实验上机课外小计一磁路444二变压器101010三异步电机的基本理论888四异步电机的电力拖动888五同步电机的基本理论666六同步电机的电力拖动222八直流电机的基本理论777九直流电机的电力拖动333十控制电机333十二电力拖动系统的动力学基础333总计545454五、大纲内容第一章磁路(一)、教学目的本章学习磁场的基本概念、磁路的基本定律、有关磁路的分析计算方法。（二）、教学要求1、掌握磁场的基本物理量。2、掌握磁性物质的磁性能。3、掌握磁路欧姆定律、磁路基尔霍夫第一、第二定律。掌握计算方法。4、掌握铁心线圈电路电磁关系、功率关系。理解涡流损耗、磁滞损耗、铁芯损耗、铜芯损耗的概念，掌握铁损的形成及减小铁损的方法。理解交流铁心线圈电路的等效电路。

(三)、教学内容1、磁场的基本物理量2、物质的磁性能3、磁路的基本定律4、铁心线圈电路(四)、教学提示磁场的基本物理量和磁路定律是基础，是所有电机与电器的分析基础，而铁心线圈电路等效电路、电磁关系和功率关系，也是后面章节分析电机与电器的基础，要重点掌握理解。有关磁路的分析计算方法以B-H饱和曲线为衔接点，由已知求未知。(五)、本章重点和难点1、本章重点：磁场的基本概念。磁路的基本定律、计算方法。2、本章难点：磁路的分析计算方法。(六)、学法指导掌握理解记忆概念、基本物理量、基本定律，通过例题习题学会分析方法。（七）、作业习题：1.1.1、1.2.2、1.3.2、1.3.3、1.4.1、1.4.3（八）、小结本章学习了磁场的基本概念、磁性物质的磁性能、磁路的基本定律，以及有关磁路的分析计算方法。分析了铁心线圈电路等效电路、电磁关系和功率关系，涡流损耗、磁滞损耗、铁芯损耗、铜芯损耗的概念，铁损的形成及减小铁损的方法。第二章变压器(一)、教学目的本章学习单相及三相变压器的工作原理、分析方法、运行性能分析，通过等效电路、参数测定，学习变压器的有关分析计算方法。(二)、教学要求1、了解变压器的用途及分类、结构。2、理解和掌握变压器的工作原理。变压、变流、变阻抗作用。三相变压器的电压、电流与功率。变压器的额定值。3、理解变压器的等效电路、运行分析。4、理解变压器的参数测定、短路实验与空载试验。5、掌握变压器的外特性，效率。6、了解三相变压器的联结组。7、掌握三相变压器的并联运行。8、了解三绕组变压器。掌握自耦变压器、仪用互感器的工作原理。(三)教学内容1、变压器的用途和分类。2、变压器的工作原理。3、变压器的基本结构。4、变压器的型号及额定值。5、变压器的运行分析。6、变压器的参数测定。短路实验与空载试验。7、变压器的运行特性。变压器的外特性及效率。电压调整率。8、三相变压器的联结组。9、三相变压器的并联运行。10、自耦变压器。11、三绕组变压器。12、仪用互感器。(四)、教学提示通过变压器变压、变流、变阻抗作用，可以更好地理解变压器的工作原理，等效电路、基本方程式和相量图三种分析方法相同，重点掌握等效电路。(五)、教学重点和难点1、本章重点:变压器的工作原理；变压、变流、变阻抗作用。变压器的运行分析，变压器的等效电路。变压器的参数测定。电压调整率、效率。三相变压器的并联运行。2、本章难点：电磁关系、变压器的等效电路及折算。（六）、学法指导理解掌握概念、工作原理，理解记忆有关公式，通过课堂学习结合作业，掌握分析计算方法。（七）、作业习题：2.2.1、2.2.2、2.2.3、2.4.1、2.5.1、2.5.3、2.6.2、2.9.2、2.10.1、2.11.2（八）、小结本章学习了单相及三相变压器的工作原理，变压器变压、变流、变阻抗作用，通过等效电路、基本方程式和相量图三种分析方法进行运行性能分析，通过等效电路、参数测定，学习了变压器的有关分析计算方法。并学习了电压调整率，效率，三相变压器的并联运行。第三章异步电机的基本理论(一)、教学目的本章学习异步电动机的基本理论及分析方法。(二)、教学要求1、了解三相和单相异步电动机的结构。2、理解旋转磁场的产生及条件，圆形旋转磁场、椭圆形旋转磁场的概念。3、掌握三相异步电动机转动原理，转差率的概念。4、理解三相异步电动机的电动势平衡方程式。5、理解三相异步电动机的磁通势平衡方程式。脉振磁通势、旋转磁通势。6、理解三相异步电动机的运行分析。等效电路分析。折算的概念。7、掌握三相异步电动机的功率和转矩。8、掌握单相异步电动机的工作原理，起动方法。(三)、教学内容1、三相异步电动机的工作原理。2、三相异步电动机的基本结构。3、三相异步电动机的电动势平衡方程式。4、三相异步电动机的磁通势平衡方程式。5、三相异步电动机的运行分析。6、三相异步电动机的功率和转矩。7、三相异步电动机的运行特性。8、单相异步电动机。(四)、教学提示异步电动机是旋转电机，变压器是静止电器，但二者电磁关系十分相似，了解它们的异同点对本章的学习十分重要。通过等效电路理解电磁关系。(五)、本章重点和难点1、本章重点:（1）旋转磁场的产生及条件。（2）三相异步电动机的额定值。（3）三相异步电动机的工作原理。转差率的概念。（4）三相异步电动机的电动势平衡方程式。(5)三相异步电动机的磁通势平衡方程式。(6)三相异步电动机的运行分析。等效电路分析。(7)三相异步电动机的功率和转矩。（8）单相异步电动机脉振磁场的概念，工作原理、起动方法。2、本章难点：（1）旋转磁场的产生。（2）三相异步电动机的磁通势平衡方程式。脉振磁通势、旋转磁通势。（3）三相异步电动机的运行分析。等效电路分析。（六）、学法指导课前预习，通过课堂学习了解异步电动机的结构，理解掌握旋转磁场的产生、工作原理、三相异步电动机的等效电路及运行分析，记忆一些公式和概念。结合例题、作业题进行总结。（七）、作业习题：3.2.1、3.3.1、3.4.1、3.5.1、3.6.2、3.7.1、3.8.1、3.8.4(八)、小结本章学习了有关异步电动机的结构、旋转磁场、工作原理、电磁关系、等效电路及运行分析，以及单相异步电动机的起动方法。第四章异步电机的电力拖动(一)、教学目的本章学习异步电机的机械特性和电力拖动系统的稳定运行的条件，起动、调速和制动等应用方法。(二)、教学要求1、掌握三相异步电动机的转矩特性和机械特性。2、理解电力拖动系统的稳定运行的条件。了解电动机负载的机械特性。3、掌握三相异步电动机的主要起动方法。4、掌握三相异步电动机的主要调速方法。5、理解三相异步电动机的制动原理和方法。(三)、教学内容1、三相异步电动机的机械特性2、电力拖动系统的稳定运行3、三相异步电动机的起动4、三相异步电动机的调速5、三相异步电动机的制动(四)、教学提示电磁转矩的物理公式和参数公式一般多用于电机的定性分析，而定量计算常用到实用公式，要重点掌握。异步电机的机械特性和电力拖动系统的稳定运行的条件是学习本章其它内容的基础。(五)、教学重点和难点1、本章重点：1.三相异步电动机的转矩特性和机械特性——固有特性及人为特性。2.稳定运行分析及条件3.降压起动方法4.调速方法5.制动方法2、本章难点：1.三相异步电动机的转矩特性和机械特性分析计算。2.起动电阻的计算3.调速分析计算4.制动分析计算（六）、学法指导理解记忆公式、特性，通过课堂学习结合例题、作业题进行总结。（七）、作业习题:4.1.1、4.1.3、4.1.4、4.1.5、4.3.3、4.3.5、4.4.2、4.4.3、4.4.54.5.2(八)、小结本章学习了三相异步电动机的转矩特性和机械特性，电力拖动系统的稳定运行的条件，分析了三相异步电动机的起动、调速和制动等方法。第五章同步电机的基本理论（一）、教学目的本章学习同步电动机和同步发电机的基本理论与分析方法。（二）、教学要求1、了解同步电机的用途和种类、基本结构。2、掌握三相同步电机的工作原理。电枢反应的概念。3、理解三相同步电动机的运行分析。隐极式、凸极式的等效电路。三相同步电动机电压平衡方程及其相量图。Ψ、θ、的定义。4、掌握三相同步电动机的运行特性。功角特性、矩角特性；5、理解三相同步电动机的功率和转矩。6、掌握三相同步电动机功率因数的调节。7、理解三相同步发电机的运行分析。隐极式、凸极式的等效电路。三相同步发电机电压平衡方程及其相量图。Ψ、θ、的定义。8、理解三相同步发电机的功率和转矩。9、理解三相同步发电机的运行特性。外特性及调节特性。10、理解同步发电机与电网的并联运行。并联运行的条件。(三)、教学内容1．同步电机的用途和种类。2．三相同步电机的工作原理。3．三相同步电机的基本结构。4．三相同步电机的型号和额定值。5．三相同步电动机的运行分析6．三相同步电动机的功率和转矩。7．三相同步电动机的的运行特性。8．三相同步电动机功率因数的调节。9、三相同步发电机的运行分析。10、三相同步发电机的功率和转矩。11、三相同步发电机的运行特性。外特性及调节特性。12、同步发电机与电网的并联运行。并联运行的条件。(四)、教学提示同步电机与变压器的电磁关系十分相似，了解它们的异同点对本章的学习十分重要。通过结构特点比较与异步电机的异同点，通过等效电路、相量图理解电磁关系。（五）、教学重点和难点本章重点：（1）三相同步电机的工作原理。电枢反应的概念。（2）三相同步电动机的运行分析。隐极式、凸极式的等效电路。三相同步电动机电压平衡方程及其相量图。Ψ、θ、的定义。同步电抗的概念。（3）三相同步电动机的功率和转矩；（4）三相同步电动机的运行特性——功角特性、矩角特性；（5）三相同步电动机功率因数的调节。（6）三相同步发电机的运行分析。隐极式、凸极式的等效电路。三相同步发电机电压平衡方程及其相量图。Ψ、θ、的定义。（7）同步发电机与电网的并联运行的条件。2、本章难点：（1）凸极式同步电机的电枢反应；（2）虚拟电动势EQ，相量图求参数Xd、Xq、Ψ。(六)、学法指导课前预习，通过课堂学习了解同步电机的结构，理解掌握旋转磁场的产生、工作原理、三相同步电机的等效电路及运行分析，记忆一些公式和概念。结合例题、作业题进行总结。（七）、作业习题：5.2.1、5.4.1、5.5.1、5.5.4、5.6.1、5.10.1、5.11.1（八）、小结本章学习了同步电动机和同步发电机的结构、工作原理、运行特性分析、功率和转矩、三相同步电动机功率因数的调节、同步发电机与电网的并联运行的条件等内容。第六章同步电机的电力拖动(一)、教学目的本章学习同步电机的机械特性、起动、调速和制动等应用方法。(二)、教学要求1、掌握三相同步电动机的机械特性2、掌握三相同步电动机的起动方法3、掌握三相同步电动机的调速方法4、理解三相同步电动机的制动方法(三)、教学内容1、三相同步电动机的机械特性2、三相同步电动机的起动3、三相同步电动机的调速4、三相同步电动机的制动(四)、教学提示三相同步电动机的机械特性是绝对硬特性，三相同步电动机自身没有起动转矩，三相同步电动机的调速方法是变频调速，三相同步电动机的制动方法是能耗制动。(五)、本章重点和难点1、本章重点：（1）三相同步电动机的机械特性（2）三相同步电动机的起动（3）三相同步电动机的调速2、本章难点：自控式变频调速原理。（六）学法指导理解记忆公式、特性，通过课堂学习结合例题、作业题进行总结。（七）、作业习题：6.1.1、6.1.2、6.3.1(八)、小结本章学习了三相同步电动机的机械特性、三相同步电动机的起动方法、三相同步电动机的调速方法、三相同步电动机的制动方法。第七章直流电机的基本理论(一)、教学目的本章学习直流电机的基本理论及分析方法。(二)、教学要求1、掌握直流电机的基本工作原理；2、了解直流电机的用途和种类。3、掌握理解直流电机的额定值。4、理解电枢反应对直流电机的影响；5、掌握电枢电动势和电磁转矩的计算公式；6、理解直流发电机和直流电动机中电枢电动势和电磁转矩的性质；7、掌握直流电机的各种励磁方式；8、掌握直流电动机的运行分析。掌握他励、并励、串励电动机运行的基本方程式；电压、电流关系，功率平衡关系，转矩平衡关系。9、掌握自励直流发电机的自励建压过程和条件；10、掌握并励发电机运行的基本方程式。电压、电流关系，功率平衡关系，转矩平衡关系。11、掌握直流发电机的运行特性；空载运行特性、外特性。电压调整率。(三)、教学内容1．直流电机的用途和种类。2．直流电机的工作原理。直流电机的基本结构。直流电机的型号和额定值。直流电机的电枢反应。直流电动机的电磁转矩和电动势。直流电动机的运行分析。8、直流电动机的功率和转矩9、直流发电机的运行分析10、直流发电机的功率和转矩(四)、教学提示通过换向器的作用理解外部直流电与内部交流电的转换，通过电磁转矩和电动势的性质了解机电能量的转换，电磁转矩和电动势是联系电、磁、机三者的纽带，其大小、方向和性质一定要很好理解。(五)、教学重点和难点1.本章重点：（1）直流电机的工作原理及励磁方式。(2)电枢反应。(3)直流电动机的运行分析。电磁转矩和电动势。他励、并励、串励电动机运行的电压、电流关系，功率平衡关系，转矩平衡关系。功率和转矩。(4)自励直流发电机的自励建压过程和条件。(5)直流发电机自励、并励的运行分析。功率和转矩。2.本章难点：（1）直流电机的结构，换向原理。（2）电枢反应。（六）、学法指导课前预习，通过课堂学习了解直流电机的结构，理解掌握工作原理、励磁方式、电枢反应和运行分析，记忆一些公式和概念。结合例题、作业题进行总结。（七）、作业习题：7.6.1、7.7.1、7.7.4、7.8.1、7.9.2、7.10.1（八）、小结本章学习了直流电机的工作原理及励磁方式、电枢反应、运行分析、电磁转矩和电动势、功率和转矩等内容。第八章直流电机的电力拖动(一)、教学目的本章学习直流电机的机械特性、起动、调速和制动等应用方法。(二)、教学要求1、掌握他励直流电动机的机械特性—固有特性，人为特性。2、掌握他励直流电动机的起动方法。3、掌握他励直流电动机的调速方法。4、理解他励直流电动机的制动方法。5、理解他励电动机在四象限中的运行状态6、了解并励直流电动机的电力拖动-起动、调速、制动。(三)、教学内容1、他励直流电动机的机械特性2、他励直流电动机的起动3、他励直流电动机的调速4、他励直流电动机的制动5、他励电动机在四象限中的运行状态6、并励直流电动机的电力拖动(四)、教学提示直流电动机的机械特性重点是学习他励直流电动机的固有特性和人为特性，在此基础上了解其他电动机的固有特性与他励直流电动机有何不同。重点是他励直流电动机的起动、调速、制动，比较起动、制动方面的特性与绕线式异步电动机有类似之处。(五)、教学重点和难点1.本章重点：（1）他励直流电机的机械特性。（2）他励直流电机的起动。（3）他励直流电机的调速。2.本章难点：（1）他励直流电机的起动电阻求解。（2）他励直流电机在下放重物时的制动分析。（六）、学法指导理解记忆公式、特性，通过课堂学习结合例题、作业题进行总结。（七）、作业习题：8.1.1、8.2.1、8.2.2、8.3.1、8.3.3、8.4.1、8.4.3、8.4.4(八)、小结本章学习了直流电机的机械特性、起动、调速和制动的方法。第九章控制电机(一)、教学目的本章学习各类控制电机的基本功用、基本原理及基本技能。(二)、教学要求1、掌握控制电机的用途和种类。2、理解并掌握伺服电动机、直流力矩电动机、步进电动机、测速发电机、自整角机、旋转变压器的功用、结构特点、工作原理、性能、控制方式。(三)、教学内容1、控制电机的用途和种类2、伺服电动机3、力矩电动机4、步进电动机5、测速发电机6、自整角机7、旋转变压器(四)、教学提示控制电机注重其实现信息传递和处理之用途，与前面所学电机实现机电能量的传递、注重效率不同，注意区别。先了解控制电机的功用、结构特点，才能理解学习其应具有的性能。各类控制电机多为定性分析。(五)、教学重点和难点本章重点：控制电机的用途和种类。伺服电动机、直流力矩电动机、步进电动机、测速发电机、自整角机、旋转变压器的功用、结构特点、工作原理、性能、控制方式。本章难点：（1）伺服电动机、测速发电机的工作原理。（2）自整角机、旋转变压器的结构特点、原理分析。(六)、学法指导了解功用、结构的基础上，理解掌握基本原理及基本技能。（七）、作业习题：9.2.1、9.2.4、9.3.1、9.4.1、9.5.19.7.1(八)、小结本章学习了伺服电动机、直流力矩电动机、步进电动机、测速发电机、自整角机、旋转变压器的功用、结构特点、工作原理、性能、控制方式。第十一章电力拖动系统的动力学基础(一)、教学目的本章学习电力拖动系统的运行状态及其相应的分析方法。(二)、教学要求1、掌握电力拖动系统的组成。2、掌握电力拖动系统的运动方程式。3、理解单轴系统转速与转矩关系。4、理解多轴系统、平移系统、升降系统等系统折算为单轴系统。5、了解等效负载转矩、等效转动惯量的求解方法。(三)、教学内容1、典型的电力拖动系统2、电力拖动系统的运动方程式3、多轴旋转系统的折算4、平移运动系统的折算5、升降运动系统的折算(四)、教学提示在单轴电力拖动系统分析的基础上，进一步理解多轴系统、平移系统、升降系统等系统折算为单轴系统的分析方法。(五)、教学重点和难点1.本章重点：（1）电力拖动系统的组成和运动方程式、功率平衡方程式。(2)单轴系统转速与转矩关系。(3)多轴系统系统折算为单轴系统。(