《电机与拖动》教学大纲.doc

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date电机与拖动教学大纲电机与拖动教学大纲电机与拖动教学大纲 学分：4.5 总学时：81 理论学时；72 实验学时：9 面向专业：电气工程及其自动化 大纲执笔人：郗忠梅大纲审定人：李有安一、说明 1、课程的性质和目的 电机与拖动是电气工程及其自动化专业的一门必修的专业基础课。本课程的主要任务是使学生掌握变压器、交流电机和直流电机的基本知识、基本理论、基本计算方法和一般运行分

2、析问题以及电力拖动系统的运行情况，为后续专业基础课和专业课的学习打好必要的基础。电机实验是本课程的重要教学环节。通过实验可对变压器和各类电机的工作特性，基本原理和理论计算加以验证，使学生掌握电机基本实验的原理和方法，初步掌握对电机进行一般操作的动手能力和对实验数据的分析能力，并提高实验技能和熟练程度。 2、课程教学的基本要求 理论知识方面：本课程宜安排学生在学完电路、电子等有关基础课程之后的第四学期，内容上注意与以上学科的衔接，课堂教学应力求使学生理解基本概念，掌握基本内容。实验技能方面：熟练掌握电工仪表的使用方法和各种电机线路的正确接线方法等。3、课程教学改革总体设想：在有限的教学时间内尽可

3、能多传授给学生有关电机学方面的理论知识。为了与后继课程的连续性，多增加同步电机的理论知识的讲述学时数。 二、教学大纲内容（一） 课程理论教学 第一章 绪论 （2学时） 第一节 教材内容与课程性质第二节 本课程常用的物理概念和定律本章重点、难点：1、安培环路定律 2、变压器电动势。建议教学方法：在教学方法上要力求少而精，采用启发式与形象化相结合。思考题：1、变压器和电机的磁路常采用什么材料制成，这种材料有哪些主要材料？2、磁滞损耗和涡流损耗是什么原因引起的？它们的大小与哪些因数有关？ 第二章 电力拖动系统动力学（2学时） 第一节 电力拖动系统转动方程式第二节 负载的转矩特性与电力拖动系统稳定运行

4、的条件负载的转矩特性、电力拖动系统稳定运行的条件。本章重点、难点：电力拖动系统稳定运行条件。建议教学方法：在教学方法上要力求少而精，采用启发式与形象化相结合。思考题：1、电力拖动稳定运行的条件 2、电动机的机械特性和负载转矩特性是如何配合的？ 第三章 直流电机原理（10学时） 第一节 直流电机的用途及基本工作原理 直流电机的用途、直流电机的基本工作原理。第二节 直流电机的主要结构与型号 直流电机的主要结构、电机的铭牌数据、电机的主要系列产品。第三节 直流电机的磁路、空载时的气隙磁密与空载磁化特性 直流电机的磁路、空载时气隙磁通密度的分布波形、空载磁化特性和直流电机的励磁方式。第四节 直流电机的

5、电枢绕组 电枢绕组的几个节距和单叠绕组。第五节 电枢电动势与电磁转矩 电枢电动势、电磁转矩和直流电机的电枢反应。第六节 直流发电机 直流发电机稳态运行时的基本方程式、功率关系、他励直流发电机的运行特性、并励直流发电机。第七节 直流电动机运行原理 他励直流电动机稳态运行的基本方程式、功率关系、工作特性。第八节 他励直流电动机的机械特性 机械特性的一般表达式，固有特性，人为特性。第九节 串励和复励直流电动机串励直流电动机的机械特性、复励直流电动机的机械特性。 本章重点、难点：1、直流发电机的自励条件和空载电压的建立过程。 2、直流发电机空载电压建立的物理过程。建议教学方法：在教学方法上要采用启发式

6、与形象化相结合，通过多媒体、挂图、幻灯、投影器、录像和认识实习等方法使同学们对抽象的内容有一定感性认识，加深印象，以此来提高教学效果。思考题：1、为什么直流发电机能发出直流电流？如果没有换向器，直流电机能不能发出直流电流？2、直流电机的电枢绕组为什么必须用闭合绕组？3、电磁功率是指什么？如何从电磁功率出发说明发电机是机械能转变为电能的？4、电动机的电磁转矩是拖动性质的转矩，看来电磁转矩增大时转速应上升，但是从直流电动机的机械特性中却得到相反的结果，即电磁转矩增大时转速反而下降，这是什么原因？ 第四章 他励直流电动机的运行（6学时）第一节 他励直流电动机的起动 电枢回路串电阻起动、降压起动。第二

7、节 他励直流电动机的调速 他励直流电动机的调速方法、调速的性能指标。第三节 他励直流电动机的电动与制动运行电动运行、能耗制动、反接制动过程、倒拉反转运行、回馈制动运行。 本章重点、难点：1、直流电动机的基本方程式和直流电动机的调速方法与特点。 2、直流电动机的的调速方法与特点。 建议教学方法：在教学方法上要力求少而精，通过计算机辅助教学、幻灯、录像及认识实习、课外实验等方法使同学们对抽象的内容有一定感性认识，加深印象，以此来提高教学效果？思考题：1、 直流电动机的调速方法有哪几种？各有何优缺点？2、一般的他励直流电动机为什么不能直接起动？采用什么起动方法比较好？ 第五章：变压器（12学时） 本

8、章通过对变压器运行时的电磁物理过程分析，找出各物理量的之间的关系，然后抽象为数学模型（方程式）、物理模型（等效电路）和相量模型（相量图）方程式、等效电路和相量图是对同一物理过程的不同的表达形式，最后用这些模型去研究变压器的运行性能。通过本章的学习，首先要掌握变压器运行时各物理量之间的关系和变比的定义；其次要熟悉空载电流的作用、大小、性质、波形和影响因素，知道变压器折算的目的、原则和方法，熟练掌握变压器的基本方程式组、等效电路和相量图；最后要掌握变压器空载实验、短路实验的目的、接线和方法，并会进行参数计算，了解标幺值的概念和变压器的运行特性。第一节 概述首先要掌握变压器的基本变压原理和熟悉变压器

9、主要结构部件的名称、作用及材料；其次要熟悉变压器的铭牌并掌握额定值的含义和它们之间的关系。第二节 变压器的空载运行变压器空载运行时的电磁物理过程，变压器空载时的电势和电压平衡方程式及空载时的相量图和等值电路。第三节 变压器的负载运行变压器负载运行时的物理情况，负载运行时的电势平衡方程式。第四节 变压器的等值电路及相量图变压器的折算，变压器的等值电路和相量图。第五节 标幺值第六节 变压器参数的测定变压器的空载试验、变压器的短路试验。第七节 变压器的运行特性变压器负载时副边端电压的变化和变压器的效率。第八节 变压器的联结组别重点：本章为变压器理论的核心，也是学生用电磁理论分析电机的起步阶段，其分析

10、方法具有普遍性，因而本章内容基本上都属重点，务求掌握的扎实、牢固。难点：折算、组别 关键：掌握“等效”的原则 建议教学方法：在教学方法上要力求少而精，采用启发式与形象化相结合，通过CAI课件、挂图、幻灯、录像及课外实验、认识实习等方法使同学们对抽象的内容有一定感性认识，加深印象，以此来提高教学效果。思考题：1、铁心的作用是什么？为什么要用厚0.35mm、表面涂绝缘漆的硅钢片制造铁心？ 2、变压器有哪些主要的额定值？一次、二次额定电压的含义是什么？ 第六章 交流电机的绕组及其电势与磁势（8学时） 交流电机的绕组及其电势与磁势是交流电机的公共理论部分。通过本章学习，首先要掌握交流电机的基本工作原理

11、和特点，其次了解交流绕组的术语，认识展开图，懂得三相绕组空间对称的道理，掌握相电势有效值公式，知道其中各物理量的物理意义，了解消除、削弱电势高次谐波的方法；最后要掌握单相脉动磁势和三相旋转磁势的性质和特点，了解时、空相量和时空相量图。一、 交流电机电枢绕组的电动势二、 交流电机电枢绕组三、 交流电机电枢单相绕组产生的电动势与磁通势四、 三相电枢绕组产生的磁通势重点：交流电机的基本工作原理、相电势公式和三相旋转磁势的特点 难点：三相旋转磁势的特点 关键：空间相量的分析建议教学方法：在教学方法上要力求少而精，采用启发式与形象化相结合，通过多媒体、挂图、幻灯、录像等方法使同学们对抽象的内容有一定感性

12、认识，加深印象，以此来提高教学效果。 思考题：1、把三相异步电动机接到电源的三个接线头对调两根后，电动机的转向是否会改变？2、一台三角形连接的定子绕组，当绕组内有一相断线时，产生的磁势是什么磁势？ 第七章 三相异步电动机的基本原理（12学时） 本章是异步电动机的重点内容。通过本章分析，将异步电动机这个具体实物抽象为模型。本章分析可运用变压器的理论。通过本章学习，首先要掌握异步电动机运行时内部的电磁关系，定、转子间的磁势平衡关系，转子频率特点以及基本方程式；其次要熟练掌握转矩特性、最大转矩及起动转矩的性质；最后掌握三相异步电动机机械特性的三种表达式、三相异步电动机的固有和人为机械特性和三相异步电

13、动机的各种运行状态。 第一节 异步电动机的结构、额定数据与工作原理 异步电动机主要用途与分类、三相异步电动机的结构、铭牌数据、工作原理。第二节 三相异步电动机转子不转、转子绕组开路时的电磁关系 磁通及磁通势、感应电动势、励磁电流、电压方程式、等值电路和相量图。第三节 三相异步电动机转子堵转时的电磁关系 磁通与磁通势、定、转子回路方程、转子绕组的折算、基本方程式、等值电路和相量图。第四节 三相异步电动机旋转时的电磁关系 转差率、转子电动势、定、转子磁通势及磁通势关系、转子绕组频率的折算、基本方程式、等值电路和时间空间相量图。第五节 三相异步电动机的功率与转矩 功率关系、转矩关系、电磁转矩的物理表

14、达式。第六节 三相异步电动机的机械特性 机械特性的参数表达式、固有特性、人为特性、电磁转矩的实用公式。第七节 三相异步电动机的工作特性及其测试方法 工作特性的分析、测定三相异步电动机的工作特性。 重点：异步电动机转差率的概念、转矩特性机、械特性的三种表达式 难点：转差率计算、频率折算、三相异步电动机的各种运转状态 关键：明确额定转速和同步速接近、运用“等效”的原则机械特性的物理表达式 建议教学方法：在教学方法上要力求少而精，采用启发式与形象化相结合，通过计算机辅助教学、挂图、幻灯、录像及认识实习等方法使同学们对抽象的内容有一定感性认识，加深印象，以此来提高课堂教学效果。思考题：1、异步电动机定

15、子绕组与转子绕组没有直接联系，为什么负载增加时，定子电流和输入功率会自动增加，试说明其物理过程。从空载到满载电机主磁通有无变化？ 2、某绕线式异步电动机如果（1）转子电阻加倍；（2）转子漏抗加倍；（3）定子电压的大小不变，而频率由50Hz变为60Hz，各对最大转矩和起动转矩有何影响？ 第八章 三相异步电动机的起动与调速（8学时）本章是三相异步电动机的重点内容。通过本章的学习，首先要掌握三相异步电动机的起动特点，了解三相异步电动机常用的起动方法；其次要了解深槽式或双鼠笼式异步电动机的工作原理；最后要掌握三相异步电动机的各种调速方法的基本原理、方法和特性。第一节 三相异步电动机的直接起动第二节 三

16、相鼠笼式异步电动机降压起动定子串接电抗器起动、Y-起动、自耦变压器降压起动。第三节 高起动转矩的三相鼠笼式异步电动机转子电阻较大的鼠笼式异步电动机、深槽式鼠笼式异步电动机、双鼠笼异步电动机。第四节 绕线式三相异步电动机的起动转子串频敏变阻器起动、转子串电阻分级起动。第五节 三相异步电动机的各种运行状态电动运行、能耗制动、反接制动、回馈制动。重点：三相异步电动机的各种调速方法的基本原理 难点：变频调速关键：三相异步电动机的各种调速方法的基本原理建议教学方法：在教学方法上要力求少而精，采用启发式与形象化相结合，通过多媒体、挂图、幻灯、录像、课外实验及认识实习等方法使同学们对抽象的内容有一定感性认识

17、，加深印象，以此来提高教学效果。思考题： 1、普通鼠笼式异步电动机在额定电压下起动时，为什么起动电流很大，但起动转矩并不大？但深槽式或双笼电动机在额定电压下起动时，起动电流较小而起动转矩较大，为什么？ 2、绕线式异步电动机在转子回路中串入电阻起动时，为什么既能降低起动电流又能增大起动转矩？ 第九章 同步电机的基本知识和结构（2学时） 本章是对同步电机的初步认识。通过本章学习，首先要了解同步发电机和同步电动机的的基本结构和铭牌参数的定义及相互关系。 第一节 同步电机的基本结构型式 第二节 隐极同步电机的基本结构 定子、转子、端盖和轴承结构特点。 第三节 凸极同步电机的基本结构卧式凸极同步电机转子

18、的结构特点、立式水轮发电机的结构特点。第四节 同步电机的励磁方式重点、难点：同步电机的结构特点建议教学方法：在教学方法上要力求少而精，采用启发式与形象化相结合，通过多媒体、挂图、幻灯、录像等方法使同学们对抽象的内容有一定感性认识，加深印象，以此来提高教学效果。思考题：试比较同步电机各种励磁方式的优缺点及其适用范围。 第十章 同步电机的基本原理（6学时） 本章是同步电机的重点内容。通过本章分析，将同步电机这个具体实物抽象为模型，并且对其运行特性进行了分析。通过本章学习，首先要掌握电枢反应的概念和不同y角时电枢反应的性质、作用和对电机的影响；其次要熟练掌握同步电机对称稳态运行时的基本方程、等效电路

19、和相量图；最后要掌握同步发电机的运行特性的定义和曲线，并能解释曲线形状。 第一节 同步发电机的空载运行 第二节 同步发电机对称负载时的电枢反应 阻性负载、感性负载和容性负载的电枢反应。 第三节 隐性同步发电机的电势方程式、同步电抗和相量图不考虑饱和、考虑饱和的电势方程式、同步电抗和相量图。第四节 同步发电机的零功率因数负载特性零功率因数负载特性、由零功率因数特性和空载特性确定定子漏抗和电枢反应磁势 重点：电枢反应、各电磁量的关系、各电抗参数、方程式、相量图及等效电路 难点：电枢反应 关键：明确时空相量图的关系 建议教学方法：在教学方法上要力求少而精，采用启发式与形象化相结合，通过多媒体、挂图、

20、幻灯、录像等方法使同学们对抽象的内容有一定感性认识，加深印象，以此来提高教学效果。思考题： 第十一章 同步电动机（4学时） 第一节 同步电动机的电磁关系 同步电动机的磁通势、凸极同步电动机的的双反应原理、电压平衡方程式、电动势相量图。 第二节 同步电动机的功率关系与矩角特性 功率关系、电磁功率、功角特性、矩角特性 第三节 同步电动机功率因数的调节 同步电动机的功率因数的调节、V型曲线。 第四节 同步电动机的起动 重点：同步电动机的功率因数和矩角特性 难点：同步电动机的矩角特性 建议教学方法：在教学方法上要力求少而精，采用启发式与形象化相结合，通过CAI课件、挂图、幻灯、录像等方法使同学们对抽象

21、的内容有一定感性认识，加深印象，以此来提高教学效果。思考题：1、何种电机为同步电动机？2、隐极同步电动机电磁功率与功率角有什么关系？电磁转矩与功率角有什么关系？ （二）课程实验教学本课程实验学时共9学时，设3个实验实验一 直流电动机的起动、正反转、调速和制动（3学时）通过实验使同学们掌握直流电动机实现正反转、调速、制动的方法。实验二单相变压器的空载实验和短路实验（3学时） 通过实验使同学们熟练掌握电流表、电压表和功率表的使用方法，学会测定变压器参数的方法，并进一步加深理解变压器的电磁物理状况。实验三 鼠笼式异步电动机的起动（3学时）通过实验掌握异步电动机起动的几种方法和降压起动的意义。 三、本课程考核方式、方法本课程采用闭卷、笔试，对学生进行考核。附：本课程建议使用教材和参考书目：建议使用教材：电机与拖动基础（第二版，李发海、王岩编著，清华大学出版社，1994）主要参考书：1电机学（上、下）李发海等编著，科学出版社2电机及拖动基础（上、下），顾绳谷主编，机械工业出版社-