《电机学》课程教学大纲

电机学课程教学大纲一、课程基本信息课程编码：EE13612课程名称：电机学英文名称：Electric machinery课程学时：总学时：84 讲课学时：60 实验学时：16 上机学时：8课程学分：4.5学分课程类别：专业核心课开课学期：3秋适用专业：电类专业（电气工程及其自动化，建筑电气与智能化）先修课程：电磁场；电路；电子技术基础后续课程：电机学实验与仿真；微特电机及其控制；电器理论；电力系统分析；运动控制系统负 责 人：李勇二、课程目标电机学是电类专业学生非常重要的专业核心课，是学习后续专业课如电机设计、电机控制、电力系统分析、电力拖动等课程的基础，在培养学生电气系统综合分析能力、综合设计能力等方面占有重要的地位。本课程主要讲授常见的几个机种电机的基本原理、结构和运行特性，使学生较深入地了解电机内部的基本电磁关系和基本分析方法。通过本课程的课堂教学、后续的实验操作和计算机仿真等环节，着重培养学生们机电系统的综合分析与设计能力，以及电气系统科学知识的应用能力，增加创新意识，支撑专业学习成果中相应指标点的达成。课程目标对学生的能力要求如下：课程目标1. 了解和掌握变压器、直流电机、感应电机和同步电机的基本原理和主要结构，具备电机问题分析的知识基础，了解电机的理论基础、研究热点、发展趋势及前沿应用；课程目标2. 了解和掌握变压器、直流电机、感应电机和同步电机的运行特性和主要分析方法，具备分析和解决工程实践中机电系统问题的能力；课程目标3. 熟悉和掌握常见电机问题的基本实验技能和计算机仿真方法，得到实验方案设计和实验技能获得的基本训练，逐步具有应用先进工具解决工程实际问题的能力；三、课程目标与毕业要求指标点的对应关系毕业要求毕业要求指标点课程目标1. 工程知识5. 使用现代工具1-1 掌握数理、电子方面的基础知识，并能将其用于电气工程问题的分析和求解。5-3 能熟练运用科技文献检索工具，了解电气工程领域理论与技术的最新进展。课程目标12. 问题分析3. 设计/开发解决方案2-2 能够对分解后的电气工程复杂工程问题进行表达、建模、求解，并获得有效结论。3-2 能针对特定需求分析完成电气系统或相关模块的设计与实现，并在设计中体现创新意识。课程目标24. 研究5. 使用现代工具4-2 能依据研究方案选用或搭建实验装置，采用科学的实验方法完成实验。5-2 能恰当使用计算机软、硬件技术及仿真软件，完成电气工程问题的模拟和仿真分析。课程目标3四、课程目标与课程内容的对应关系序号教学内容教学要求学时教学方式对应课程目标1前言与绪论1. 了解电机行业的发展概况；2. 了解中国的微电机产业；3. 了解电机的基本原理和分类。2授课课程目标12变压器的基本结构和额定值、变压器的空载运行1. 了解变压器的基本结构和额定值；2. 了解变压器的空载运行过程，掌握理想变压器条件和正方向原则。2授课课程目标13变压器的负载运行1. 了解变压器的负载运行过程；2. 掌握变压器的参数归算方法。2授课课程目标14变压器的基本方程，等效电路1. 能列解变压器的基本方程组；2. 掌握变压器的三种等效电路，并能在分析具体问题时正确选用。2授课课程目标1课程目标25变压器的相量图，参数测定，标幺值1. 掌握变压器的相量图画法；2. 掌握变压器的参数测定方法；3. 掌握标幺值的定义和应用。2授课课程目标16变压器的运行特性，三相变压器1. 了解变压器的运行特性定义，掌握电压变化率的表达式；2. 了解三相变压器的结构和连接组的概念。2授课课程目标17变压器的并联运行，特种变压器1. 了解变压器的并联运行过程和条件；2. 了解其他特种变压器。2授课课程目标18实验1 单相变压器实验1. 完成单相变压器的空载实验、短路实验和纯电阻负载实验；2. 掌握变压器的实验方法和数据处理方法。3实验课程目标39直流电机的原理，基本结构，额定值1. 了解直流电动机和直流发电机的原理；2. 了解直流电机的基本结构和额定值。2授课课程目标110电枢绕组，单叠绕组展开图1. 了解电枢绕组的结构和种类；2. 掌握单叠绕组展开图的画法与电路图2授课课程目标111单波绕组，空载和负载时直流电机的磁场1. 了解单波绕组的基本特点；2. 掌握空载和负载时直流电机磁场的分布特点；3. 掌握电枢反应的概念和特点。2授课课程目标112直流电机的感应电动势、电磁转矩1. 掌握直流电机感应电动势、电磁转矩的表达式和推导过程；2. 了解电势系数、力矩系数的内在联系及其对电机性能的影响。2授课课程目标1课程目标213直流电机的电压方程、转矩方程、功率方程1. 掌握直流电机的电压方程、转矩方程、功率方程表达式；2. 了解三种方程之间的关系。2授课课程目标114直流发电机的运行特性、直流电动机的运行特性1. 掌握直流发电机的运行特性的特点，了解自励过程的概念；2. 掌握直流电动机的运行特性的特点，重点掌握并励和串励直流电动机两种，并能对比分析。2授课课程目标1课程目标215直流电动机的起动、调速和制动1. 了解直流电动机的起动和制动方法；2. 掌握直流电动机的调速方法，并能根据具体工程要求进行综合对比和正确选用。2授课课程目标1课程目标216实验2 直流他励电动机运行特性实验1. 完成直流电动机认识实验；2. 完成直流电动机工作特性和机械特性实验；3. 掌握直流电动机的实验方法和数据处理方法。3实验课程目标317交流绕组的构成原则、分类、三相双层绕组1. 了解交流绕组的构成原则、分类；2. 掌握三相双层绕组的设计和绘制方法。2授课课程目标118交流绕组的感生电动势，单相绕组的磁动势1. 了解交流绕组感生电动势；2. 了解单相绕组磁动势的特点。2授课课程目标119三相绕组的磁动势1. 掌握三相绕组的磁动势的特点；2. 掌握旋转磁场的形成原则和基本性质，并学会分析相关问题。2授课课程目标1课程目标220感应电动机的结构、运行状态1. 了解感应电动机的结构、额定值；2. 掌握感应电机的三种运行状态，掌握转差率的概念。2授课课程目标121感应电动机的磁场、电压平衡方程式1. 了解感应电机的磁场分布特点；2. 了解感应电机的电压平衡方程式。2授课课程目标122感应电动机的等效电路、功率方程式1. 掌握感应电动机的等效电路，明确各参数的物理意义；2. 掌握感应电机的功率方程式。2授课课程目标123功率方程、转矩方程、转子参数归算1. 掌握感应电机的功率方程；2. 掌握感应电机的转矩方程；3. 掌握感应电机的转子参数归算。2授课课程目标124感应电动机的参数测试、M-S曲线1. 了解感应电动机的参数测试方法；2. 掌握感应电机的M-S曲线，明确不同运行状态的对应区间。2授课课程目标1课程目标225感应电动机工作特性和起动方法1. 了解感应电动机工作特性；2. 了解感应电动机的起动方法，了解深槽和双笼结构的特点。2授课课程目标126感应电动机调速，单相感应电动机1. 掌握感应电动机调速方法；2. 了解单相感应电动机的结构和应用特点。2授课课程目标127实验3 三相感应电动机实验1. 完成感应电机的绕组电阻的冷态测量；2. 完成感应电机的空载实验、短路实验和负载实验；3. 掌握三相感应电机的实验方法和数据处理方法。3实验课程目标328同步电动机的结构、运行状态1. 了解同步电动机的结构；2. 了解同步电机的运行状态特点。2授课课程目标129同步发电机的磁场，隐极同步发电机1. 了解同步发电机的磁场分布；2. 了解隐极同步发电机的方程与等效电路。2授课课程目标130凸极同步发电机1. 了解凸极同步发电机的方程与等效电路；2. 了解同步发电机的功率方程和转矩方程。2授课课程目标131同步电抗的测定，同步发电机的运行特性1. 了解同步电抗的测定方法；2. 了解同步发电机的运行特性，理解功角特性的概念。2授课课程目标132同步发电机的并网运行，同步电动机和同步补偿机1. 了解同步发电机的并网运行；2. 了解同步电动机和同步补偿机的基本特点。2授课课程目标133其他特种电机简介1. 了解常见的其他几种同步电机的特点；2. 了解永磁电机的结构和特点。2授课课程目标1课程目标534实验4 三相同步发电机的并联运行1. 完成三相同步发电机的并联运行实验；2. 完成三相同步发电机并联运行时有功功率和无功功率的调节；3. 掌握三相同步发电机的实验方法和数据处理方法。3实验课程目标335综合设计实验1. 实验内容. 在直流电机调速特性与制动特性实验，感应电机M-S曲线测绘综合实验中二选一；2. 实验方式. 根据实验内容自己设计实验方案，在老师辅助下完成实验。4实验课程目标336电机学特殊问题仿真1. 仿真题目. 在给出的12个题目中任选其二，或者自拟题目；2. 具体要求. 采用MATLAB编程或者SIMULINK建模，完成具体仿真过程，获得屏幕图形，最后形成报告。8仿真课程目标3五、课程教学方法1. 课堂授课1.1 采用启发式教学，通过提问和互动激发学生主动学习的兴趣，培养学生独立思考、分析问题和解决问题的能力。典型的比如变压器归算，电压变化率，感应电机等效电路，同步电机运行原理等。1.2 采用教学模型、CAI 课件、网络视频等多种辅助方式增强教学的直观性，提高课堂教学信息量，同时加深同学们的理解。典型的比如变压器阻抗三角形、直流电机原理、旋转磁场原理、感应电机转差率等。1.3 采用案例教学方式，通过一些实际问题的分析是同学们达到理论与工程实践相结合，学会应用自然科学和工程科学的基本原理，进行机理研究、仿真分析、实验验证等，进而培养同学们分析和解决本领域相关工程问题的思维方法和实践能力。典型的比如变压器原副端的识别、并励直流电动机电枢绕组的识别、直流电动机电刷的维修、感应电机转向的改变、单相感应电机的起动等等。1.4 采用互动式教学，增加师生之间的面对面交流，提高学习效果。课程建成Mooc之前，采用课内讨论和课外答疑相结合，每周至少安排一次答疑。建成Mooc以后，设置若干次的Spot课堂，设计好题目和形式，在开拓学生们思维的同时，激发他们的创新意识。2、实验教学实验教学是电机学课程的重要组成部分之一，目的是通过实践环节培养学生们运用实验方法研究解决电气类复杂工程问题的能力。课程设置了验证实验4个，变压器、直流电机、感应电机、同步电机各1个，要求学生必做，并按照实验指导书的要求独立分组完成。另外，要求学生们完成1个综合设计实验，2选1，也是独立分组完成。最后，按照实验指导书要求完成各实验报告并提交。3、仿真分析仿真分析对求解电机学中的一些只能定性分析而不能定量计算的问题非常有效。为此，本课程中设计了若干个电机学中的特殊问题，主要集中在：（1）原来只能定性分析而不能定量计算的问题，比如感应电机的起动时间、交流绕组的旋转磁势等；（2）原来的曲线只是示意而不是准确描述其变化规律的，比如变压器的效率曲线、直流电动机的起动过程、波形的合成与分解等；（3）原来只是静止图形而不是动态演示的，比如变压器的运行特性分析、圆形旋转磁场的动态演示、感应电机转子串电阻时特性的变化等。要求学生完成至少2个仿真题目，给出屏幕图形或者曲线，完成实验报告并提交。六、课程考核方法课程考核以检验课程目标的达成度为手段，进而评价学生学习成果的达成度。考核的环节包括课后平时作业及考核、实验、仿真和期末考试，总成绩以百分计，满分100分，各考核环节所占分值比例及考核细则如下表。考核环节所占分值考核与评价细则对应课程目标平时作业及考核10（1）考核学生们平时上课的表现，对提问的回答等；（2）作业交4次，单独评分；（3）以上两项最后合计，给出成绩。课程目标2实验20（1）按要求完成4个验证实验和1个综合设计实验；（2）上交实验报告，由实验指导教师给出成绩。课程目标3仿真10（1）按要求完成2个仿真题目；（2）上交实验报告，由仿真指导教师给出成绩。课程目标3期末考试60（1）卷面成绩100分，以卷面成绩按比例折算成实际得分；（2）考试命题以大纲中的应知应会内容为主，题型有填空、简答、简算、图解、分析和计算等，并保证逐年有所变化。课程目标1课程目标2七、课程目标达成度评价方法课程目标达成度评价包括课程分目标达成度评价和课程总目标达成度评价，具体计算方法如下表。对应课程目标考核环节所占分值学生平均得分达成度计算结果课程目标1期末考试25D1D125课程目标2平时作业10AA+D245期末考试35D2课程目标3实验20BB+C30仿真10C课程总体目标总评成绩100A+B+C+D1+D2A+B+C+D1+D2100八、主要教材与参考书1. 汤蕴璆. 电机学（第四版）. 机械工业出版社. 20112. 电机学实验指导书. 教务处. 20083. 许实章. 电机学（第三版）. 机械工业出版社. 20164. 章明涛. 电机学. 科学出版社. 19775. 孔昌平. 电机学. 哈尔滨工业大学出版社. 19906. Theodore Wildi. Electrical Machines, Drives, and Power Systems. 科学出版社. 20027. Jimmie J.Cathey. 电机原理与设计的MATLAB分析. 电子工业出版社. 2006九、课程包含的实验项目（黑体、小四、加粗、行距20磅）（附实验教学大纲）序号实验项目名称实验内容学时分配实验类型每组人数课外学时123- 6 -