6013A414电机学（2018）

发布日期：2019-04-15  （点击次数：）

电机学课程教学大纲

课程名称：

电机学

课程模块编码：

6013A414

总学时数：

64

课内实践学时数：

10

学    分：

4

开课单位：

电信学院

先修课程：

高等数学、电路

适用专业：

电气工程及其自动化

一、课程性质、目的和任务

《电机学》课程是电气工程及其自动化专业学生必修的专业基础课程之一。通过本课程学习，使学生从运行的观点了解直流电动机、变压器、三相异步电动机及同步电机的基本结构、工作原理，能较系统地掌握直流电动机、变压器、三相异步电动机和同步发电机在各种运行状态下的基本理论，初步具备使用和维护直流电动机、变压器、三相异步电动机及同步发电机正常运行的能力，为学习后续专业课程打下基础。主要支撑毕业要求1.2、2.2、3.1、3.2、3.3、4.1、4.2、4.3达成。

通过本课程的学习，达到以下教学目标：

1、工程知识

掌握必要的电机学的基本知识，能应用电机学基本知识解决复杂工程技术问题。

2、问题分析

能够运用电机学的基本原理对电气工程领域的实际工程问题进行识别和准确表达，以满足电气运行维护、工程设计的需要。

3、设计/开发解决方案

在某些产品或系统的设计开发中能用到电机学的基本知识并体现创新意识。

4、研究

能够运用电机学基本知识对电气工程领域的实际工程问题进行分析研究。

表1 课程教学目标对专业毕业要求的支撑

毕业要求指标点

课程目标

1.2掌握专业基础知识，并能将其用于电气工程领域相关工程问题的推演和分析，得出有意义的结果。

课程目标1：工程知识

掌握必要的电机学的基本知识，能应用电机学基本知识解决复杂工程技术问题。

2.2能够运用工程科学的基本原理，对电气工程领域的工程实际问题进行识别和准确表达，以满足电气运行维护、工程设计的需要；

课程目标2：问题分析

能够运用电机学的基本原理对电气工程领域的实际工程问题进行识别和准确表达，以满足电气运行维护、工程设计的需要。

3.1 能够综合运用所掌握的专业知识、技术手段和开发工具，设计满足特定需求的产品或系统；

3.2 掌握电气工程设计领域的专业知识、设计方法和工程设计工具，为满足特定需求和标准的电气工程设计项目提供解决方案。

3.3在电气工程相关领域复杂工程问题设计过程中，体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。

课程目标3：设计/开发解决方案

在某些产品或系统的设计开发中能用到电机学的基本知识并体现创新意识。

4.1能够针对电气工程领域的实际工程问题进行初步的建模与仿真分析。

4.2 能够运用科学方法设计实验方案、搭建实验平台、获取实验数据。

4.3 能够对实验结果进行合理分析、解释，通过信息综合得出合理有效的结论，完善解决方案，并反馈到工程设计和实践中。

课程目标4：研究

能够运用电机学基本知识对电气工程领域的实际工程问题进行分析研究。

二、教学内容及教学基本要求

绪论

1、教学要求

了解电机的含义、分类。

理解电力拖动系统的组成。

掌握电机理论常用的物理概念与基本电磁定律。

2、教学内容

第一节 电机及电力拖动系统概述

知识要点：电机的含义、分类，电力拖动系统的组成。

第二节 常用的物理概念与基本电磁定律 

知识要点：常用的物理概念磁感应强度、磁通量、磁场强度等，铁磁材料及其特性，常用的基本电磁定律。

本章教学时数：2学时，其中讲课2学时，实验0学时。

第1章   直流电机的基本原理

1、教学要求

了解直流电机的优点、缺点、用途、分类、励磁方式。

理解直流电动机的工作原理、主要结构及作用。

掌握直流电机的主要额定数据、基本方程、电磁转矩和电枢电动势。

2、教学内容

第一节 直流电机的工作原理与结构

知识要点：直流电机的优点、缺点、用途和分类；直流电机的工作原理、主要结构及作用、主要额定数据。

第二节 直流电机的电磁转矩和电枢电动势

知识要点：直流电机的电磁转矩、电枢电动势和电磁功率。

第三节 直流电机的运行原理

知识要点：直流电动机的基本励磁方式；电动机惯例；他励直流电动机的基本方程和工作特性；直流发电机的基本励磁方式；发电机惯例；他励（并励）直流发电机的基本方程、运行特性、并励直流发电机的自励过程。

3、本章重点、难点

本章重点：直流电机的工作原理、主要结构及作用、主要额定数据、基本方程。

本章难点：并励直流发电机的自励过程。

4、本章学时数

本章教学时数：6学时，其中讲课6学时，实验0学时。

第2章   直流电动机的拖动基础

1、教学要求

了解电力拖动系统的构成和运动方程。

理解直流电动机起动、调速、制动时的基本要求。

掌握负载转矩特性、电力拖动系统稳定运行的条件，他励直流电动机的机械特性、起动方法、调速方法和制动方法。

2、教学内容

第一节 电力拖动系统的运动方程式和负载转矩特性

知识要点：电力拖动系统的构成、运动方程；负载转矩特性的含义、各种负载转矩产生原因、负载转矩的正方向规定。

第二节 他励直流电动机的机械特性

知识要点：他励直流电动机机械特性的定义与种类；他励直流电动机固有机械特性方程及特性曲线、人为机械特性方程及特性曲线；电力拖动系统稳定运行的条件。

第三节 他励直流电动机的起动

知识要点：他励直流电动机起动时的基本概念、基本要求和基本方法；他励直流电动机直接起动时起动电流和起动转矩对电动机的影响；他励直流电动机降压起动、串阻起动的基本原理。

第四节 他励直流电动机的调速

知识要点：他励直流电动机调速时的基本概念、基本要求和基本方法；他励直流电动机的串阻调速、降压调速、弱磁调速的基本原理、调速条件、调速线路、特性方程、特性曲线以及调速计算。

第五节 他励直流电动机的制动

知识要点：他励直流电动机制动时的基本概念、基本要求和基本方法；他励直流电动机的能耗制动、反接制动、回馈制动的基本原理、制动条件、制动线路、特性方程、特性曲线以及制动计算。

3、本章重点、难点

本章重点：他励直流电动机的机械特性方程及特性曲线、起动方法、调速方法、制动方法。

本章难点：他励直流电动机的制动过程。

4、本章学时数

本章教学时数：14学时，其中讲课10学时，实验4学时。

第3章   变压器的基本原理及应用

1、教学要求

理解变压器的基本结构、工作原理、电磁关系和变压器的运行特性。

掌握变压器的参数测定、三相变压器的联接组别及变压器并联运行的条件。

2、教学内容

第一节 变压器的工作原理与结构

知识要点：变压器的基本概念、基本用途和基本分类；变压器原副边各物理量正方向的规定、基本工作原理、主要结构及作用、主要额定数据。

第二节 变压器的电磁关系

知识要点：变压器空载运行的定义、主磁通、漏磁通、感应电势、漏感电势、空载电流、绕组折算等基本概念、变压器空载运行和负载运行的基本方程、等效电路。

第三节 变压器的参数测定

知识要点：变压器空载试验和短路试验的定义、试验方法、试验电路、励磁参数的计算方法、短路参数的计算方法及等效电路。

第四节 变压器的联接组别

知识要点：变压器的联接组别、绕组标志、绕组绕法、绕组极性等基本概念；单相变压器原副边绕组电势之间的相位关系、三相变压器原副边绕组电势相量在联接组别中的规定；根据三相变压器的绕组连接图，画电势相量图，判别联接组别的方法；根据三相变压器的联接组别，画绕组连接图，画电势相量图的方法。

第五节 变压器的运行特性

知识要点：变压器的电压变化率、外特性，变压器的效率、效率特性。

第六节 变压器的并联运行

知识要点：变压器并联运行的定义、作用；变压器理想并联时的工作状态、变压器并联运行时循环电流、容量分配等基本概念；变压器并联运行的三个条件以及条件不满足时对变压器并联运行的影响，变压器短路阻抗不同时并联运行的电流分配和容量分配的计算方法。

3、本章重点、难点

本章重点：变压器的基本结构、参数测定、三相变压器联接组别的判别、变压器并联运行条件不满足时对变压器并联运行的影响。

本章难点：变压器的电磁关系、三相变压器联接组别的判别。

4、本章学时数

本章教学时数：16学时，其中讲课12学时，实验4学时。

第4章   三相异步电动机的基本原理

1、教学要求

了解三相异步电动机的优点、缺点、用途及电磁关系。

理解三相异步电动机的基本工作原理、主要结构及作用、参数测定。

掌握三相异步电动机的主要额定数据、功率关系。

2、教学内容

第一节 三相异步电动机的工作原理与结构

知识要点：三相异步电动机的优点、缺点和用途；三相异步电动机的主要结构及作用、工作原理、转差率、主要额定数据。

第二节 三相异步电动机的电磁关系

知识要点：三相异步电动机电磁关系、基本方程和等效电路。

第三节 三相异步电动机的功率关系

知识要点：三相异步电动机的输入功率、电磁功率、全机械功率、输出功率等基本概念；三相异步电动机输入功率与输出功率之间的关系、三相异步电动机电磁功率、全机械功率和转子铜损之间的关系、三相异步电动机的转矩关系。

3、本章重点、难点

本章重点：三相异步电动机的主要结构及作用、工作原理、转差率、主要额定数据、功率关系。

本章难点：三相异步电动机旋转磁场产生的原理，三相异步电动机的电磁关系。

4、本章学时数

本章教学时数：6学时，其中讲课6学时，实验0学时。

第5章   三相异步电动机的拖动基础

1、教学要求

理解三相异步电动机起动、调速、制动时的基本要求。

掌握三相异步电动机机械特性的定义与种类；三相异步电动机的机械特性、起动方法、调速方法和制动方法。

2、教学内容

第一节 三相异步电动机的机械特性

知识要点：三相异步电动机机械特性的定义与种类；三相异步电动机的固有机械特性、串阻人为机械特性、降压人为机械特性、变频人为机械特性。

第二节 三相异步电动机的起动

知识要点：三相异步电动机起动时的基本概念、基本要求和基本方法；普通笼型三相异步电动机起动的基本原理、降压起动的起动线路及基本原理；绕线式三相异步电动机串阻起动的起动线路及基本原理；三相异步电动机的软起动；深槽和双笼电动机。

第三节 三相异步电动机的调速

知识要点：三相异步电动机调速时的基本概念、基本要求和基本方法；三相异步电动机的串阻调速、降压调速、变极调速和变频调速的基本原理、调速条件、调速线路、特性曲线以及调速计算。

第四节 三相异步电动机的制动

知识要点：三相异步电动机制动时的基本概念、基本要求和基本方法；三相异步电动机的反接制动和回馈制动的基本原理、制动条件、制动线路、特性方程、特性曲线以及制动计算。

3、本章重点、难点

本章重点：三相异步电动机的机械特性、起动方法、调速方法、制动方法。

本章难点：三相异步电动机的制动。

4、本章学时数

本章教学时数：12学时，其中讲课10学时，实验2学时。

第6章   同步电机及同步发电机的运行

1、教学要求

了解同步电机的分类。

理解同步电机的基本工作原理、主要结构及作用、参数测定。

掌握同步电机的主要额定数据；同步发电机的运行特性及并联运行。

2、教学内容

第一节 同步电机的工作原理与结构

知识要点：同步电机的优点、缺点和用途；同步电机的工作原理、分类、主要结构及作用、主要额定数据。

第二节 同步发电机的空载运行

知识要点：同步发电机空载运行的物理情况、空载特性。

第三节 同步发电机的负载运行

知识要点：凸极同步发电机的电动势方程和相量图、隐极同步发电机的电动势方程和相量图、同步发电机的特性。

第四节 同步发电机的并联运行

知识要点：并联运行的条件与方法、同步发电机的有功功角特性及有功功率的调节、同步发电机的无功功率调节及V形曲线。

3、本章重点、难点

本章重点：同步发电机的负载运行、并联运行。

本章难点：同步发电机的负载运行、并联运行。

4、本章学时数

本章教学时数：8学时，其中讲课8学时，实验0学时。

表2 知识单元、学时分配与教学目标对应表

知识单元

知识点

理论

学时

教学

目标

序号

描述

序号

描述

1

绪论

1

电机及电力拖动系统概述

2

1、2

2

常用的物理概念与基本电磁定律

2

直流电机的基本原理

1

直流电机的工作原理与结构

6

1、2

2

直流电机的电磁转矩和电枢电动势

3

直流电机的运行原理

3

直流电动机的拖动基础

1

电力拖动系统的运动方程式和负载转矩特性

10

1、2、3、4

2

他励直流电动机的机械特性

3

他励直流电动机的起动

4

他励直流电动机的调速

5

他励直流电动机的制动

4

变压器的基本原理及应用

1

变压器的工作原理与结构

12

1、2、3、4

2

变压器的电磁关系

3

变压器的参数测定

4

变压器的联接组别

5

变压器的运行特性

6

变压器的并联运行

5

三相异步电动机的基本原理

1

三相异步电动机的工作原理与结构

6

1、2

2

三相异步电动机的电磁关系

3

三相异步电动机的功率关系

6

三相异步电动机的拖动基础

1

三相异步电动机的机械特性

10

1、2、3、4

2

三相异步电动机的起动

3

三相异步电动机的调速

4

三相异步电动机的制动

7

同步电机及同步发电机的运行

1

同步电机的工作原理与结构

8

1、2

2

同步发电机的空载运行

3

同步发电机的负载运行

4

同步发电机的并联运行

 

总计

 

 

54

 

三、课内实践环节教学安排及要求

表3  课内实践环节教学安排表

序号

实验项目名称

项目目的及基本要求

学时

实验类型

备注

1

他励直流电动机的起动实验

1．熟悉电机系统教学实验台上各组件的使用方法。

2．掌握他励电动机电枢绕组冷态电阻的测量方法。

3．掌握他励电动机起动时各器件与设备的调节过程。

4．掌握他励电动机电枢回路串电阻起动的起动方法。

5．掌握他励电动机改变转向的基本原理和接线方法。

2

验证性

必修

2

他励直流电动机的机械特性实验

1．熟悉测定他励电动机各种机械特性的实验方法。

2．掌握他励电动机在正向电动运行和正向回馈制动时的机械特性。

2

验证性

必修

3

单相变压器的参数测定实验

1．掌握单相变压器空载试验和短路试验的方法。

2．利用试验数据计算单相变压器等效电路参数。

2

验证性

必修

4

三相变压器的联接组别实验

1．掌握测定三相变压器绕组极性的实验方法。

2．掌握判别三相变压器联接组别的实验方法。

2

验证性

必修

5

三相异步电动机的机械特性实验

1．熟悉测定绕线式异步电动机各种机械特性的实验方法。

2．掌握绕线式异步电动机正向电动和正向回馈制动机械特性的实验方法。

2

综合性

必修

注：实验类型是指验证性、综合性、设计性，上机、课内实践等项目不需填写本项内容。

四、教学手段、方法建议

课程教学以课堂教学、实验教学、课外作业、网络课程等共同实施。主要采用启发式教学法、对比法、讨论法、自主学习法等。注重采用师生互动的教学方法，让学生参与课堂教学，及时发现在学生中普遍存在的问题，并加以解决。

本课程课堂教学流程如图1所示。

 

 

图1 电机学课堂教学流程

本课程安排4次课外作业：

1、直流电动机的基本原理及拖动基础

2、变压器基本原理及应用

3、三相异步电动机的基本原理及拖动基础

4、同步发电机的运行

五、考核内容及考核方式

本课程考核内容为支撑毕业要求对应的课程目标，主要考查毕业要求1.2、2.2、3.1、3.2、3.3、4.1、4.2、4.3所对应的课程目标的达成情况。

（一）考核内容

1、直流电机的基本原理：工作原理、主要结构及作用、主要额定数据、基本方程等。

2、直流电动机的拖动基础：他励直流电动机的机械特性、起动方法、调速方法和制动方法。

3、变压器基本原理及应用：工作原理、主要结构及作用、主要额定数据、参数测定、三相变压器的联接组别判别、变压器并联运行的条件（或计算）。

4、三相异步电动机的基本原理：工作原理、主要结构及作用、主要额定数据、功率关系。

5、三相异步电动机的拖动基础：三相异步电动机的机械特性、起动方法、调速方法和制动方法。

6、同步电机及同步发电机的运行：工作原理、主要结构及作用、主要额定数据、同步发电机的负载运行、并联运行。

（二）考核方式

1．考核方式：考试（√）；考查（）

2．成绩评定：采用（N+2）的考核模式

计分制：百分制（√）；五级分制（）；两级分制（）

采用（N+2）的考核模式，总评成绩构成：笔记考核（10%）；过程考核（40）％；期末考核（50）％

其中过程考核成绩构成：

考勤考纪（25）％；作业总评（25）％；阶段测试（25）％；实验总评（25）％

考勤考纪：按事假、病假、迟到、早退、旷课等情况进行考核；

作业总评：按每次完成情况和完成程度进行考核；

阶段测试：直流电机部分考核，笔试或网络考核；

实验总评：按每次实验的出勤、完成质量、个人表现及实验报告等进行考核；

六、课程教学目标达成情况评价分析

1. 定量评价

需要根据公式逐步计算出每项课程教学目标的达成度。

2. 定性分析

需要针对课程教学目标以及毕业要求分析以下内容：

（1）上次评价中存在的问题，这次改进的情况

（2）该课程目前存在的问题，以及后续教学过程需要改进的措施。

七、建议教材及参考资料

建议教材：

《电机学》，赵君有主编，中国电力出版社，2016年版

《电机及拖动基础实验指导书》，陈亚光主编，辽宁科技学院校内印刷

参考资料：

1．《电机及拖动基础》（上下册），顾绳谷主编，机械工业出版社，2011年版

2．《电机与拖动基础》，李发海主编，清华大学出版社，2012年版

八、课程教学目标与毕业要求关系表

毕业要求

指标点

电机学

1．工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础、专业基础和专业知识用于解决电气工程及相关领域的复杂工程问题。

1.1 能够运用数学、自然科学和工程基本知识对电气工程领域相关工程问题进行识别、准确表达、分析或求解。

 

1.2掌握专业基础知识，并能将其用于电气工程领域相关工程问题的推演和分析，得出有意义的结果。

M

1.3 掌握电气工程领域的专业知识，能够对电气工程领域复杂工程问题的数学模型或解决方案进行比较、综合、优选，并提出改进思路。

 

2．问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献查阅、研究分析电气工程领域的复杂工程问题，获得有效结论。

2.1能够运用数学、自然科学和工程科学的基本原理对电气工程领域复杂工程问题进行数学建模、求解或机理分析。

 

2.2能够运用工程科学的基本原理，对电气工程领域的工程实际问题进行识别和准确表达，以满足电气运行维护、工程设计的需要。

M

2.3能够运用电气工程专业知识对复杂工程问题进行分解、分析和钻研，并结合文献研究得出有效结论。

 

3．设计/开发解决方案：针对电气工程相关领域的复杂工程问题，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。

3.1能够综合运用所掌握的专业知识、技术手段和开发工具，设计满足特定需求的产品或系统。

M

3.2掌握电气工程设计领域的专业知识、设计方法和工程设计工具，为满足特定需求和标准的电气工程设计项目提供解决方案。

L

3.3在电气工程相关领域复杂工程问题设计过程中，体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。

L

4．研究：能够基于科学原理并采用科学方法对电气工程领域的复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。

4.1能够针对电气工程领域的工程实际问题进行初步的推理、建模与仿真分析。

L

4.2能够运用科学方法设计实验方案、搭建实验平台、获取实验数据。

M

4.3能够对实验结果进行合理分析、解释，通过信息综合得出合理有效的结论，完善解决方案，并反馈到工程设计和实践中。

L

5．使用现代工具：能够针对电气工程及相关领域的复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。

5.1具有计算机熟练应用和电气图纸绘制的技能。

 

5.2熟悉C语言、MATLAB、STEP7、PROTEUS、KEIL等软件仿真和在线硬件仿真工具的运用，能对工程问题进行模拟和预测，并理解其局限性。

 

5.3能够根据工程实际问题检索文献、查询资料、合理选择技术。

 

6．工程与社会：能够基于电气工程领域的背景知识进行合理分析，评价复杂工程问题的解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任。

6.1了解电气工程技术的发展现状与趋势，具有工程实习和社会实践的经历。

 

6.2 认识工程问题与社会伦理道德联系，树立正确的工程伦理道德观，具备高度的责任感从事工程活动。

 

6.3能够评价电气工程领域工程实际问题的解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并能正确理解由于这些影响所应当承担的责任。

 

7．环境和可持续发展：针对电气工程及相关领域的复杂工程问题，能够分析和评价工程实践对环境、社会可持续发展的影响。

7.1理解电气产品及工程项目运行对环境和社会可持续发展可能产生的影响。

 

7.2能够从经济效益、社会效益、利用效率、污染以及安全隐患多个方面贯彻环境保护和社会可持续发展的理念。

 

7.3理解电气工程及相关领域的工程实践活动对环境和社会的双重性，判断其可能对人类和环境造成损害的隐患。

 

8．职业规范：具有人文社会科学素养，社会责任感，能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行职责。

8.1 具有人文知识、思辨能力和科学精神。

 

8.2了解国情，理解社会主义核心价值观，维护国家利益，具有推动民族复兴和社会进步的责任感。

 

8.3能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行职责。

 

9．个人和团队：具有团队精神，能够在多学科背景下的团队承担个体、团队成员以及负责人的角色。

9.1对企业运作的模式有认知能力。

 

9.2 能够主动与其他学科的成员合作，胜任团队成员的角色与责任。

 

9.3 具有技术团队的构建、运行、协调和负责的能力。

 

10.沟通：能够就电气工程及其相关领域的复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令，并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。

10.1 具备就电气工程及其相关领域的工程实际问题进行人际交往和口头表达的能力。

 

10.2 具有撰写设计文稿、技术总结报告及项目申请报告的能力。

 

10.3 具备一定的外文文献阅读、理解能力和外语交流和沟通能力。

 

11.项目管理：理解并掌握工程管理与经济决策方法，并能在多学科环境中应用。

11.1 了解电气工程领域工程管理与经济决策基本知识，理解并掌握相应的工程管理与经济决策方法。

 

11.2 能够在多学科环境中应用工程管理与经济决策方法进行工程设计与实践。

 

11.3 具有初步的项目实施过程中的运行和管理能力。

 

12．终身学习：具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。

12.1有积极向上的价值观，具备自主学习和终身学习的意识。

 

12.2掌握自主文献检索、资料查询及运用现代信息技术跟踪并获取相关信息的基本方法。

 

12.3能够针对个人或职业发展的需求，采用合适的方法自主学习、自我完善、可持续发展。

 

九、大纲说明

在执行大纲时，任课教师可根据实际情况进行适当的调整。

 

执   笔   人：陈亚光

参加研讨人员：关大陆 樊爱龙 于桂君

审   核   人：于宝琦

审   批   人：赵双元

版权所有：辽宁科技学院电气与自动化工程学院