《电机学》学习指南.pdf
电机学课程学习指南 一、电机学课程性质 1.课程地位 电机学课程是发电厂电力系统、电力系统自动化、电力系统继电保护专业的专业基础课，它既为多门后续课程奠定专业理论基础，又能培养学生在电力生产中解决电机相关实际问题的基本技能。学习电机学课程应首先具有高等数学、电路及磁路课程的相关知识，同时，电机学课程又为电力系统分析、高电压技术、电气设备等专业课程打下基础。2.课程内容特点 电机学是一门既带基础性又带专业性的课程，具有理论与实际紧密联系的特点。课程内容主要包括：变压器、交流绕组、异步电机、同步电机和直流电机，并以变压器、同步发电机、异步电机为重点，由于有具体的电机作为研究对象，而电机中各种电、磁、力、热等方面的定律同时起作用，互相影响又互相制约，故分析时既有理论又有实际，且具有一定的复杂性和综合性。电机是电力系统中的重要组成部分，它的运行状态直接影响系统的工作。由于电机学兼有理论性和专业性，与工程实际结合密切，因此，学习好电机学有助于学生从基础理论课程的学习顺利地过渡到专业课程的学习。3.课程学习要求 电机学将系统地阐述变压器和旋转电机（同步电机、异步电机和直流电机）的基本概念、基本电磁关系、基本分析方法和运行特性等内容，要求学生逐步建立并牢固掌握电机学的基本概念，熟悉和掌握电机基本理论和基本分析方法。通过理论学习和实验实训希望能够全面培养学生的协同能力、创新意识、综合应用能力、职业能力和职业素质。二、学习方法建议 1.理论联系实际 电机理论是人们从长期的电机工程实践中总结提炼出来的，与实际装置的密切结合是其突出的特点之一。电机是依据电磁感应原理，实现机电能量转换和电能传递的基本电磁装置，是有形的，但是它实现工作原理的磁场则是无形的，而反映电磁相互作用外部特征的电磁量又是实实在在可以测量的。如何使学生把“形”（实际有形的电机装置）和“象”（抽象无形的工作磁场）联系起来，是电机学学习的重点和难点。解决问题的方法是：首先要有“形”。通过参观模型、观看实物（大部分是实际产品）、动画或图片演示和讲解了解电机的基本结构和基本工作原理；通过理论分析和实验进一步了解电机的外部特性，建立形象思维。将实在的电机与抽象的场联系起来。2.学会抓住主要矛盾，培养工程观点 工程实际问题通常都很复杂。电机运行时，电、磁、力、热等方面的物理定律同时起作用，相互制约，需要综合考虑，即便是只分析电磁方面的问题，也存在着电和磁的多个物理量间的相互影响、磁路非线性等因素，因此，往往要根据所分析问题的要求，忽略一些次要因素，抓住主要矛盾加以解决。这是分析工程实际问题时常用的方法，结果的准确性对于实际应用是足够的。但需要注意的是，在某种条件下的次要因素，在另一种条件下可能成为主要因素。这就需要根据所研究的具体问题和条件，先找出基本关系，确定分析方法，再适当考虑次婴因索的影响这些分析工程问题的近似处理方法，与物理学、电路原理等理论课中的严格推导、准确计算有所不同，它是学生在学习电机学的过程中应注意理解、适应并逐渐掌握和学会运用的。实例1：变压器等值电路有“T型等值电路”、“较准确等值电路”和“简化等值电路”。根据电磁理论分析得到T形等效电路如图1，它准确反映了变压器内部各物理量的电磁关系，但计算复杂。由于1ZZm，可把“T”形等效电路中的激磁支路移到电源端，便得变压器的较准确等效电路，较准确等效电路（图 2）的误差很小。而在电力变压器中，NII 0，因此，在工程计算中可忽略0I，即去掉激磁支路，将原、副边的漏阻抗合并后，得到变压器的简化等效电路，如图 3。实例2：隐极同步发电机的等值电路、方程式和相量图学习中，根据电磁理论分析得到，它准确反映了隐极同步发1r 1x 2r 2x 图 2 变压器较准确等效电路 1U mr mx 1I 2U 2I LZ 0I 1U 2U 21II kr kx LZ 图 3 变压器的简化等效电路 图 1 变压器的 T 形等效电路 1U 1r 1x mr mx 21EE 1I 2r 2x 2U 2I LZ 0I 电机内部各物理量的电磁关系及能量转换过程，但计算复杂，如图4。其中，电枢电阻表征的是发电机定子绕组的铜耗，运行中以定子绕组发热的形式表现，对此，在结构上通常采用水内冷的方式来降低其温升。在等值电路中，由于其值很小，在发电机的分析计算中我们通常忽略它（0ar），这样等值电路和相量图均得以简化（如图5），且，使得2PPem便于分析。3.注意学习方法，重视能力培养 在电机学课程的学习过程中力求做到由浅入深、从具体到一般，并注意揭示各种电机的内在联系。不管是变压器、同步发电机还是异步电电动机，各部分内容都是先学习其工作原理、基本结构，再进行电磁关系、等值电路、运行特性的分析。初学者一般都会感到电机学中概念多、理论性强、物理量多、电磁关系复杂。因此，建议在学习中注意以下几点。加深对物理概念和基本电磁关系的理解，切忌采用死记硬背或短时突击的学习方法。应勤思多问，通过分析和解决问题的实践，在理解的基础上来掌握理论。0EItx I j图 5（b）隐极同步发电机带阻感性负载时的简化相量图 Uartjx0EIU图 4（a）隐极同步发电机的等值电路 0EIUar Itx I j图 4（b）隐极同步发电机的相量图 I图 5（a）隐极同步发电机的等值电路 0EtxU 基本工作原理（动画）结构（录像、图片）电磁关系 等值电路 方程式 相量图 运行特性 运行分析 实例3：以异步电动机的为例，如图6所示，将等值电路中各电阻表征的功率与功率流程图配合理解学习，即进一步理解了电磁关系又能更清晰地掌握异步电动机的能量转换过程。电机学在分析具体电机问题时，一般是从有关电磁感应定律出发，首先对电机内部的各电、磁量之间的作用关系做定性分析，然后采用电机学的基本分析方法和手段，对电机进行定量计算并对电磁规律进行总结。通过此过程，应掌握电机学分析方法的特点并能够灵活运用，同时培养和提高分析解决问题的能力。虽然电机型式多种多样，结构和特性各异，但其工作原理都建立在电磁基本定律的基础上，其电磁关系和分析方法都有相同或相似之处。因此，在通过具体电机的学习，掌握其个性和特点，学会分析具体问题的同时，还应通过比较和分析，总结和掌握各种电机的共性，努力做到使所学知识融汇贯通。在此基础上，可迸一步开拓思路，去探索问题，提出新设想、新方法，激发创新性思维，培养创新能力。4.重视实践活动，培养动手能力 电机学与工程实际结合密切，因此实践活动（包括实验和其他的实践项目）是电机学学习中的重要环节。电机学实验是强电实验，与物理实验和电路实验等有很大的不同。通过实验和其他实践项目训练，学生应学习和掌握电机学及强电实验的基本功。应认真地分析和解决实践活动中出现的问题，从而深化对电机学理论和电机运行特性的理解，提高动手能力和分析、解决实际问题的能力。实例 4.以三相变压器连接组别试验为例，其实验考核卡如下。试验中注意的事项有 安全问题，涉及到人员的站位、实验台上各仪器、设备的正确摆放；根据设备的铭牌额定值，选择正确的表计及量程，正确读取试验数据；1P emP mecP Fep 1U 1x 2x mx mr 1I 2I 0I 21rss 1Cup 2Cup(a)1r 2r 图 6 异步电动机的等值电路与功率对应关系 (b)1P emP mecP 2P 1Cup Fep 2Cup admecpp 根据被试设备的特性（理论），判断实验数据的正确性（实际），数据处理获取结论（计算、绘图）；团队的协调配合，将试验室当作电力生产现场对待。实验名称：三相变压器联结组别实验 实验台号 实验人员 序号 考核项目 分值 扣分 备注 准备阶段（25）1 表记量程选择正确：电压表（2），调压器归零（1）3 2 接线正确（1）A、B、C 极性 3 接线正确（2）a、b、c 极性 5 接线正确（3）Y,y0 3 接线正确（4）Y,y6 3 接线正确（5）Y,d11 3 接线正确（6）Y,d5 3 3 实验台上各设备摆放合理 2 数据获取阶段（25）4 人员分工合理 3 5 操作正确合理 3 6 人员合作协调 3 7 实验数据记录正确(各 4 分)16 数据处理阶段（50）8 接线图绘制正确 15 9 根据实验数据绘制联结组别正确（坐标纸、铅笔、直尺、圆规）(各 8 分)32 10 结论分析 3 11 附加（）12 表记量程选择依据 13 极性判定 14 15 合 计 考核教师：电机学虽然被认为是一门难学难学的课程，但其实电机学的学习具有非常强的逻辑性，只要掌握了电机的学习规律，理清电机内部的电磁关系，学会运用正确的分析方法，发挥积极性和主动性，可以使我们的学习能力，实践能力得以极大提高。
