1、電機學課程教學大綱一、課程基本信息1課程編號：90L126Q2課程體系/類別：專業類/專業基礎課，專業主干課3學時/學分：80/54先修課程：微積分、幾何與代數、大學物理、電路、工程電磁場5適用專業：電氣工程及其自動化二、課程教學目標及學生應達到的能力本課程是電氣工程及其自動化專業的專業基礎主干課，授課對象為3年級本科生，教學內容為學生未來在電氣驅動領域的研究或應用打下理論基礎。學習該課程后，應達到下列要求：1. 了解各類電機的基本結構；2. 理解各類電機的基本工作原理；3. 掌握各類電機正常運行時的基本方程式、相量圖和等效電路等；4. 掌握各類電機的分析方法，以及電機的穩態運行性能；5. 掌

2、握電機實驗的原理和方法，具有對實驗數據進行分析的能力，具有獨立完成電機相關實驗的動手能力。三、課程教學內容和要求（一）課程教學內容按知識點、要求及學時分類序號知識單元（章節）知識點要求推薦學時1第一章 緒論（4學時）電機學課程的主要內容、地位、發展歷史了解2電機的應用領域和在國民經濟各行業中的地位了解電機學課程的性質、任務、特點和要求了解電機分析的基礎知識磁路、磁場的基本概念，基本電磁定律等掌握22第二章 變壓器（14學時+實驗2學時）變壓器的基本結構、額定值和應用現狀了解2單相變壓器的基本工作原理理解變壓器變比定義、感應電動勢與主磁通、頻率及匝數的關系掌握單相變壓器空載運行時的電磁關系及主要

3、物理量理解2單相變壓器空載運行時的電壓方程式、等效電路和相量圖掌握1單相變壓器負載運行時的電磁關系、磁動勢方程、電壓方程理解2單相變壓器繞組歸算的目的、原則和方法理解2單相變壓器的等效電路、等效電路中各參數物理意義以及變壓器的相量圖掌握變壓器T型等效電路參數的測定方法掌握3變壓器的運行特性（電壓調整率和效率特性）分析等理解標幺值的概念及其在計算中的應用掌握三相變壓器磁路結構的特點了解2三相變壓器電路系統連接組別的判定方法掌握變壓器并聯運行的條件理解自耦變壓器和儀用互感器的原理與應用了解實驗變壓器等效電路參數的測定掌握23第三章 直流電機（14學時+實驗4學時）直流電機的用途和發展歷史，及現狀了

4、解2直流電機的基本結構、優缺點、勵磁方式和額定值了解直流電機的工作原理和可逆運行掌握直流電機的電樞繞組結構和繞組展開圖理解2直流電機空載和負載時磁場的產生和分布，以及電樞反應的概念理解2直流電機的電磁轉矩及感應電動勢的計算公式掌握直流發電機和電動機的功率流程理解2直流發電機的基本方程式，等效電路，根據電壓、功率和轉矩方程進行直流電機的分析計算掌握直流電動機的基本方程式，等效電路，根據電壓、功率和轉矩方程進行直流電機的分析計算掌握直流發電機的運行特性對各種特性變化趨勢的分析理解2直流發電機端電壓調節的方法、改變端電壓極性的方法掌握并勵直流發電機建立電壓的過程和條件理解3第三章 直流電機（14學時

5、+實驗4學時）他勵（并勵）直流電動機的工作特性與機械特性，電動機的調速方法，對各種特性變化趨勢的分析掌握2串勵、復勵直流電動機的工作特性與機械特性，對各種特性變化趨勢的分析理解2他勵直流電動機的起動方法理解實驗直流電機組實驗掌握44第四章 交流電機的公共理論（12學時）三相同步發電機的基本工作原理和運行特點理解3交流繞組的功能和構成原則理解交流繞組感應電動勢的計算，感應電動勢中的高次諧波及其削弱方法掌握2三相感應電動機的基本工作原理和運行特點理解3單相交流繞組磁動勢的性質和特點，以及磁動勢的計算掌握三相交流繞組磁動勢的性質和特點，以及磁動勢的計算掌握4交流電機中時空矢量的概念理解5第五章 三相

6、感應電機（14學時+實驗2學時）三相感應電機的結構、額定值、感應電機的應用現狀了解2三相感應電機的工作原理和運行狀態理解三相感應電動機空載和負載運行時內部的電磁關系掌握2頻率歸算和繞組歸算的概念，三相感應電動機的等效電路和相量圖掌握2三相感應電動機的轉矩方程和功率方程掌握2三相感應電動機的電磁轉矩理解籠型轉子繞組的相數和極數理解三相感應電動機的參數測定掌握2三相感應電動機的工作特性理解三相感應電動機的機械特性掌握2三相感應電動機的起動方法理解2三相感應電動機的調速方法掌握實驗三相感應電動機工作特性測定掌握26第六章 三相同步電機（14學時）同步電機的基本結構、運行狀態、勵磁方式、額定值,以及同

7、步電機的應用現狀了解2同步發電機空載和負載運行時的電磁關系理解同步電機電樞反應的概念、性質、作用和對電機的影響理解2隱極同步發電機的電壓方程、等效電路和相量圖掌握2凸極同步發電機的電壓方程、等效電路和相量圖，雙反應理論的概念掌握2同步發電機的功率方程和轉矩方程掌握2同步發電機的運行特性（空載特性、短路特性、外特性、調整特性）理解2同步發電機的并網運行（同步發電機的功角特性、有功功率的調節、無功功率的調節）掌握2（二）課程重點、難點第一章 緒論（講課4學時）重點：磁路基本概念和基本電磁定律。第二章 變壓器（講課14學時，實驗2學時）重點：變壓器的基本原理、基本方程式、等效電路、三相變壓器連接組別

8、的概念。難點：變壓器繞組歸算和連接組別的判定。第三章 直流電機（講課14學時，實驗4學時）重點：直流電機的基本原理、電樞反應、感應電動勢、電磁轉矩與直流電機的基本方程式。難點：直流電機的電樞繞組、電樞反應。第四章 交流電機的公共理論（講課12學時）重點：交流繞組的功能和構成原則、交流繞組感應電動勢和磁動勢的分析與計算。難點：交流繞組的功能和構成原則、交流繞組感應電動勢和磁動勢的分析與計算。第五章 感應電機（講課14學時，實驗2學時）重點：感應電動機的工作原理和運行狀態；感應電動機的等效電路和相量圖；感應電動機的轉矩-轉差率特性。難點：感應電動機運行時內部的電磁關系；頻率歸算和繞組歸算。第六章

9、同步電機（講課14學時）重點：電樞反應、電壓方程式、等效電路、相量圖；同步電機的功率方程和轉矩方程；同步發電機的功角特性。難點：電樞反應；同步發電機的功角特性；有功功率與無功功率的調節。四、課程教學安排（一）課內教學1. 課堂講授課堂講授包括統一講授內容和個性化講授內容。統一講授內容：著重講授基本概念、基本原理和分析方法，配以適量的思考題，啟迪學生的思維，加深學生對講授內容的理解，同時引導學生正確思維。采用多媒體與黑板相結合的手段進行教學，既重“量”又重“質”，即：既要注重內容的廣泛性，又要突出重點。講課方式上注重幾個環節：(1)問題的引入環節，盡可能以實際問題為切入點，以激發學生的學習興趣；

10、(2)問題的講解環節，要注意講解的節奏，使學生保持興奮；(3)適當提問，了解學生對知識的掌握情況；(4)結論的歸納總結環節：要注意簡明扼要，使學生很容易抓住重點。個性化講授內容：給各位教師留下一點自由發揮空間，展示自己的個性和特長，同時也有利于動態優化教學內容。這方面內容不列入考試范圍，留出的時間可以集中使用也可以分散使用。2. 課堂交流教師選擇優秀的報告，鼓勵學生進行課堂交流，匯報自己的報告，鼓勵其他同學當場提問、交流，以此激發學生興趣和自主學習能力，在此過程中提高口頭交流能力。共安排2次課堂交流。3. 實驗實驗目的：加深對各類電機基本原理的理解，培養學生對實驗結果的觀察、分析能力，提高實踐

11、能力。實驗前指導：在實驗前，教師應進行實驗要求、內容方面的指導，或要求學生完成實驗前的預習準備工作，經過預習要達到：(1)掌握實驗原理，熟悉實驗電路；(2)弄清楚測哪些量、調哪些參數、采集哪些數據；(3)根據理論分析，弄清楚正確的結果趨勢，調節參數與被測量的關系。實驗項目：實驗一：變壓器實驗（2學時）實驗目的：增強對單相變壓器和三相變壓器的認識，掌握變壓器參數測試方法。實驗要求：要求學生預先掌握實驗原理，根據實驗任務書和實驗室儀器設備清單設計實驗線路和操作步驟，測定/計算變壓器的有關參數。實驗內容：單相變壓器的空載與短路實驗；實驗二：直流電機的特性實驗（4學時）實驗目的：增強對直流電機的認識，

12、掌握直流電機特性的測試方法，通過實驗培養動手能力。實驗要求：要求學生預先掌握實驗原理，根據實驗任務書和實驗室儀器設備清單設計實驗線路和操作步驟，測定電機的有關參數和特性曲線。實驗內容：他勵直流發電機的空載特性；他勵直流發電機的外特性；并勵直流發電機電壓的建立和外特性；他勵直流電動機的轉速特性；他勵直流電動機的調速（電樞串電阻和弱磁調速）。實驗三：感應電機實驗（2學時）實驗目的：增強對感應電機的認識，掌握其工作特性測試方法。實驗要求：要求學生預先掌握實驗原理，根據實驗任務書和實驗室儀器設備清單設計實驗線路和操作步驟，測取三相感應電動機工作特性。實驗內容：三相感應電動機的工作特性測試。（二）課外教

13、學1. 自主學習結合課堂教學內容、課后作業和專題內容，布置學生開展課后學習，理解、鞏固課堂內容。2. 課外作業目的：(1)鞏固所學知識；(2)落實學生自主學習能力。題量：約30道題，每章6題左右。題型：簡答題、計算題、畫圖題、分析題。3專題訓練目的：讓學生比較各類電機中的共性與個性差異，促進理解與掌握所學知識。在此過程中提高獲取知識能力、總結歸納能力和寫作能力。結合當前電機應用領域，對風力發電中的異步電機、有刷和無刷雙饋感應電機、永磁同步直驅發電機展開專題研究，對電動車應用的感應電機、永磁同步電機、永磁無刷直流電機、開關磁阻電機展開專題研究，了解和掌握相關技術。要求：根據課程組編寫的研究性訓練

14、題目的要求，學生通過研究后提交報告，可借助Matlab軟件、Ansoft 軟件等進行電機運行特性和電磁場的仿真計算。每份報告內容包含：(1)目的；(2)采用的手段和方法；(3)過程內容；(4)結果或結論。課程組統一的研究性教學方案：1) 直流電機綜合實驗的設計與思考。2) 他勵直流電動機制動運行的研究。3) 直流電機空載與負載磁場分布情況的研究4) 單相變壓器外特性的計算與特性的繪制研究。5) 三相變壓器并聯運行的研究。6) 變壓器英文銘牌的翻譯，參數計算及性能分析。7) 三相交流繞組旋轉磁場的分析與計算。8) 兩相交流繞組產生旋轉磁場的分析與研究。9) 三相感應電動機工作特性的計算與特性曲線

15、的繪制。10) 三相感應電動機機械特性的計算與繪制。11) 單相異步電機的工作原理研究。12) 雙饋異步風力發電機運行原理研究。13) 三相同步發電機并網運行研究。14) 同步電動機無功調節研究。五、課程的考核作業： 10%滿分10分，少做1題扣0.5分，直至扣為零。實驗： 20%實驗操作10%，實驗報告10%。專題訓練報告： 10% 優：9-10分；良：8分；中：6-7分；不及格：1-5分；沒做：0分期末考試： 60% 閉卷考試。六、本課程與其它課程的聯系與分工本課程的先修課有：微積分、幾何與代數、大學物理、電路和工程電磁場。本課程的后續課有：電機設計、電機電磁場計算、特種電機、交流調速技術

16、、電力電子技術、電力拖動自動控制系統、電力牽引傳動與控制、電力系統分析。七、建議教材及教學參考書1教材1 Stephen J. Chapman. Electric Machinery Fundamentals.4th Ed. McGraw-Hill 2008.滿永奎.電機原理及驅動.第一版.清華大學出版社.2008.2 劉慧娟,張威.電機學與電力拖動基礎.國防工業出版社.2007.2.教學參考書1 湯蘊璆.電機學.第4版.機械工業出版社.2011.2 李發海,朱東起.電機學.第4版.科學出版社.2007. 3 許實章.電機學.修訂版.機械工業出版社.1998.4 周順榮.電機學（21世紀高等院

17、校教材）.第一版.科學出版社.2002.5 吳大榕.電機學（上、下冊）.第二版.水利電力出版社.1984.6 張松林.電機及拖動基礎習題集與實驗指導書.機械工業出版社.2004.7 孫旭東,馮大鈞.電機學習題與題解.第2版.科學出版社.2007.8 閻治安.電機學（含拖動基礎）重點難點及典型題解析.第一版.西安交通大學出版社.2003.9 胡虔生.電機學試題分析與習題（普通高等教育“九五”國家級重點教材配套教材）.第一版.中國電力出版社.2002.附件：英文教材目錄：Chapter 1 INTRODUCTION TO MACHINERY PRINCIPLES.· Rotational

18、 motion, Newtons Law and Power Relationship.· The magnetic field, Magnetic circuits.· Faradays Law.· Production of induced force on a wire.· Induced voltage on a moving wire in a magnetic field.· The linear DC machine.Chapter 2 TRANSFORMERS.· Types and construction of t

19、ransformers.· The ideal transformer.· Theory of operation of real single-phase transformer.· The equivalent circuit of a transformer.· The transformer voltage regulation and efficiency.· Three-Phase transformers.Chapter 3 AC MACHINERY FUNDAMENTALS· The rotating magnetic

20、 field.· Magnetomotive force and flux distribution in AC machines.· Induced voltage in AC machines.· Induced torque in AC machines.Chapter 4 SYNCHRONOUS GENERATORS· Basic principles of Synchronous Generator operation.· Steady-state Synchronous Generator operation.· Star

21、ting of Synchronous Generator .· Power and Torque in Synchronous Generator.· Determining Synchronous Generator circuit model parameters.· Synchronous Generator operating alone.· Parallel operation of AC Generators.· Synchronous Generator Ratings.Chapter 5 INDUCTION MOTORS.&#

22、183; Induction Motor construction.· Basic Induction Motor concepts.· Equivalent circuit of an Induction Motor.· Power and Torque in Induction Motor.· Induction Motor Torque-Speed Characteristics.· Variations in Induction Motor Torque-Speed Characteristics.· Starting of Induction Motor.· Speed control of Induction Motor.· Determining Induction Motor circuit model parameters.Chapter 6 DC MACHINERY FUNDAMENTALS.· A simple rotating loop