电机及拖动教案.docx
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电机及拖动教案
广州汽车学院
教案
2007～2008学年第二学期
课程名称
：
电机与拖动
课程性质
：
专业理论课
学时数
：
48
授课班级
：
06级自动化1、2
开课系（部）
：
电子信息工程
教研室（实验室）
：
华工自动化实验教学中心
主讲教师
：
赖玉斌
职称
：
讲师
广州汽车学院教务处制
教案首页
课程
名称
电机及拖动基础
总计：
64学时
课程
类别
专业理论课
学分
讲课：
48学时
实验：
16学时
上机：
0学时
任课
教师
赖玉斌
职称
讲师
授课
对象
专业班级：
06级自动化1、2共2个班
基本参考资料和教材
⏹《电机及拖动基础》吴玉香主编化学工业出版社2008
⏹电机及拖动基础》（第3版）李发海等编清华大学出版社2005
⏹《电机及拖动基础》詹跃东主编重庆出版社2002
⏹《电机与电力拖动》朱耀忠主编北京航空航天大学出版社2005
教学
目的
任务
《电机及拖动基础》是电气工程、工业自动化、机电一体化等非电机专业的一门技术基础课，是电机原理和电力拖动两门课程的有机结合，既强调理论性，又强调实际应用。
本课程的任务：
使学生或相关技术人员掌握交直流电机、微控电机的基本原理和结构，电力拖动系统的运行性能、分析计算与控制以及电机容量选择等内容，为后续课程的学习和今后工作准备必要的基础知识。
考核方式
闭 卷（√）；开卷（）；课程论文（）
实践操作（）；多种形式结合（）
内容
课时
分配
章
内容
学时数
绪论
课程简介、电机及拖动系统发展概况、电磁学基本理论
3
一
直流电机原理
6
二
直流电机的运行特性
6
三
直流电动机的电力拖动
6
四
变压器
6
五
三相异步电动机的基本原理
6
六
三相异步电动机的电力拖动
9
七
同步电动机
1
八
控制电机
1
九
电动机的选择
1
十
电机及拖动的计算机仿真
机动（复习、答疑）
3
注：
课程类别：
公共基础课、专业基础课、专业课、集中实践环节、实验课、通选课。
电机及拖动课程教案
授课时间
第1周，星期三 ，第 5-7节；第 1 次课
章节名称
绪论
授课方式
课堂讲授（★ ）；实验课（ ）；
习题课（ ）；讨论课（ ）；其他（ ）
教学时数
3
授课方法
和手段
举例讲解、多媒体讲解、模型讲解、实物讲解
教学目的
与要求
（分掌握、熟悉、了解三个层次）：
1、掌握电机中常用的基本定律、电机中铁磁材料的特点；
2、熟悉电机的应用与分类；
3、了解本教材内容、课程性质、教学目的、学习方法。
教学基本内容纲要
第1节电机的应用与分类
第2节本教材内容、课程性质、教学目的、学习方法
第3节电机中常用的基本定律
第4节电机中铁磁材料的特点
教学重点
与难点
重点：
电机中铁磁材料
难点：
铁磁材料
教学过程
设计
图片—理论；从感性到理性。
电机的发展史、电机的应用与分类；本教材内容、课程性质、教学目的、学习方法；电机中常用的基本定律；电机中铁磁磁化曲线、磁滞回线、交流磁路中的铁心损耗等。
作业、讨论及辅导
课后小结
掌握电机中常用的基本定律、电机中铁磁材料的特点；
熟悉电机的应用与分类；
了解本教材内容、课程性质、教学目的、学习方法。
授课时间
第2 周，星期三 ，第 5-7节；第 2 次课
章节名称
第一章直流电机原理
授课方式
课堂讲授（★ ）；实验课（ ）；
习题课（ ）；讨论课（ ）；其他（ ）
教学时数
3
授课方法
和手段
教师主讲、实物讲解、播放直流电机资料片
教学目的
与要求
（分掌握、熟悉、了解三个层次）：
1、掌握直流电机的空载磁场、负载磁场及电枢反应
2、熟悉直流电机的用途、结构及基本工作原理
3、了解直流电机的电枢绕组
教学基本内容纲要
直流电机的用途、结构、铭牌数据、主要系列及基本工作原理；直流电机的电枢绕组；直流电机的空载磁场和负载磁场、直流电机的电枢反应等
教学重点
与难点
重点：
直流电机基本工作原理、电枢反应
难点：
电枢反应
教学过程
设计
利用多媒体课件简单介绍直流电机的用途、结构、铭牌数据及主要系列。
利用动画片演示直流电机基本工作原理；分析介绍直流电机的电枢绕组的形式及特点；介绍直流电机的空载磁场和负载磁场在气隙中的分布、直流电机的电枢反应有什么作用等。
作业、讨论及辅导
思考题：
P251-11-21-31-41-51-61-7
作业题：
1-111-12
课后小结
1、掌握直流电机的空载磁场、负载磁场及电枢反应
2、熟悉直流电机的用途、结构及基本工作原理
3、了解直流电机的电枢绕组
授课时间
第3 周，星期三 ，第 5-7节；第 3 次课
章节名称
第一章直流电机原理
授课方式
课堂讲授（★ ）；实验课（ ）；
习题课（ ）；讨论课（ ）；其他（ ）
教学时数
3
授课方法
和手段
举例讲解、多媒体讲解、模型讲解、实物讲解
教师主讲、实物讲解、播放直流电机资料片
教学目的
与要求
（分掌握、熟悉、了解三个层次）：
掌握直流电机的感应电动势和电磁转矩；
熟悉直流电机的换向。
教学基本内容纲要
1、直流电机的感应电动势和电磁转矩；
2、直流电机的换向。
教学重点
与难点
重点：
直流电机的感应电动势和电磁转矩推导与计算
难点：
直流电机的换向
教学过程
设计
直流电机的电枢电动势与电磁转矩的推导与计算、直流电机的换向过程；直线换向、延迟换向、超越换向；改善换向的方法；火花、环火及补偿绕组。
第一章小结；习题课，讲解例题等。
作业、讨论及辅导
思考题：
P251-81-91-10
作业题：
1-141-15
课后小结
直流电机是电机的主要类型之一。
直流电动机以其良好的启动性和调速性能著称，直流发电机供电质量较好，常常作为励磁电源。
与交流电机相比直流电机的结构较复杂，成本较高，可靠性较差，使它的应用受到限制。
近年来，与电力电子装置结合而具有直流电机性能的电机不断涌现，使直流电机有被取代的趋势。
尽管如此，直流电机仍有一定的理论意义和实用价值。
本章先介绍直流电机的工作原理和基本结构，接着说明电机的磁动势和磁场，导出电机的电动势和电磁转矩公式。
授课时间
第4 周，星期三 ，第 5-7节；第 4 次课
章节名称
第二章直流电机的运行特性
授课方式
课堂讲授（★ ）；实验课（ ）；
习题课（ ）；讨论课（ ）；其他（ ）
教学时数
3
授课方法
和手段
教师主讲：
举例讲解、多媒体讲解、模型讲解、实物讲解
教学目的
与要求
（分掌握、熟悉、三个层次）：
1、掌握直流发电机和直流电动机的基本方程式和功率流程图；
2、熟悉直流发电机和直流电动机的各种运行特性及并励直流发电机自励过程；
3、了解电机可逆原理。
教学基本内容纲要
1.直流发电机的运行原理
直流发电机的电压平衡方程式、转矩平衡方程式、功率平衡方程式、功率流程图、空载特性、外特性、并励直流发电机自励条件等等
2.直流电动机的运行原理
电机可逆原理直流电动机的电压平衡方程式、转矩平衡方程式、功率平衡方程式、功率流程图、转速特性、转矩特性、效率特性等。
教学重点
与难点
重点：
直流机电枢电动势与电磁转矩、直流发电机基本方程式和工作特性。
电机可逆原理、直流电动机基本方程式、工作特性
难点：
并励直流发电机自励过程、功率流程
教学过程
设计
直流发电机惯例--基本方程式（电压平衡方程式、转矩平衡方程式、功率平衡方程式、功率流程图）--运行特性（空载特性、外特性、并励直流发电机自励条件）。
电机可逆原理--直流电动机惯例--基本方程式（电压平衡方程式、转矩平衡方程式、功率平衡方程式、功率流程图）--运行特性（转速特性、转矩特性、效率特性）。
作业、讨论及辅导
思考题：
P41-422-1、2、3、4、5
作业题：
2-112-13
课后小结
本节分析了直流发电机的基本方程式（电压平衡方程式、转矩平衡方程式、功率平衡方程式、功率流程图）和运行特性（空载特性、外特性、并励直流发电机自励条件）及直流电动机的基本方程式（电压平衡方程式、转矩平衡方程式、功率平衡方程式、功率流程图）和运行特性（转速特性、转矩特性、效率特性）。
授课时间
第5 周，星期三 ，第 5-7节；第 5 次课
章节名称
第一章直流电机的运行特性
授课方式
课堂讲授（★ ）；实验课（ ）；
习题课（ ）；讨论课（ ）；其他（ ）
教学时数
3
授课方法
和手段
教师主讲：
举例讲解、多媒体讲解、模型讲解、实物讲解
教学目的
与要求
（分掌握、熟悉、了解三个层次）：
1、掌握直流电动机的机械特性的一般表达方式固有机械特性的特点；
2、熟悉直流电动机的人为机械特性；
3、了解串励和复励直流电动机机械特性。
教学基本内容纲要
1.直流电动机的机械特性
2.串励和复励直流电动机
教学重点
与难点
重点：
电动机的固有机械特性和根据电机的铭牌数据估算机械特性；
难点：
根据电机的铭牌数据估算机械特性。
教学过程
设计
什么是直流电动机的机械特性--一般表达方式--固有机械特性的特点--人为机械特性（电枢回路串电阻、降低电枢电压、减弱磁通）--根据电机的铭牌数据估算机械特性（例2-5）—简单介绍串励和复励直流电动机机械特性。
第二章小结；习题课，讲解例题等。
作业、讨论及辅导
思考题：
P422-6、7、8、9、10
作业题：
2-122-142-15
课后小结
本节主要分析了直流电动机的机械特性，学会根据电机的铭牌数据估算机械特性；了解了串励和复励直流电动机机械特性。
授课时间
第6 周，星期三 ，第 5-7节；第 6 次课
章节名称
第三章直流电动机的电力拖动
授课方式
课堂讲授（★ ）；实验课（ ）；
习题课（ ）；讨论课（ ）；其他（ ）
教学时数
3
授课方法
和手段
教师主讲：
举例讲解、多媒体讲解、模型讲解、实物讲解
教学目的
与要求
（分掌握、熟悉、了解三个层次）：
掌握1.电力拖动系统的运动方程式
2.负载的转矩特性及电力拖动系统稳定运行条件
3.他励直流电动机的启动
教学基本
内容纲要
1.电力拖动系统的运动方程式；
2.负载的转矩特性（位能性、恒功率、风机水泵类）及电力拖动系统稳定运行条件；
3.他励直流电动机的启动（要求、方法）。
教学重点
与难点
重点：
运动方程式、负载机械特性。
电力系统的稳定运行和他励直流电动机的启动。
难点：
运动方程式、电力系统的稳定运行
教学过程
设计
什么是电力拖动系统？
--运动方程式--负载机械特性--电力拖动系统稳定运行条件--他励直流电动机的启动
作业、讨论及辅导
思考题：
P813-1、2、3、4、53-12
作业题：
3-11
课后小结
本节主要分析电力拖动系统运动方程式；负载的机械特性；电力拖动系统稳定运行条件及他励直流电动机的启动的要求和方法。
都要求掌握。
授课时间
第7 周，星期三 ，第 5-7节；第 7 次课
章节名称
第三章直流电动机的电力拖动
授课方式
课堂讲授（★ ）；实验课（ ）；
习题课（ ）；讨论课（ ）；其他（ ）
教学时数
3
授课方法
和手段
教师主讲：
举例讲解、多媒体讲解、模型讲解、实物讲解
教学目的
与要求
（分掌握、熟悉、了解三个层次）：
1、掌握
（1）他励直流电动机的调速方法、调速的性能指标、电动机调速时允许输出的转矩和功率、制动的一般概念；
（2）直流电机的能耗制动过程和能耗制动运行、电压反接制动、电动势反接制动、回馈制动的基本概念、降低电源电压的回馈制动、为能负载下放重物时的回馈制动。
2、熟悉直流电动机调速和制动的基本概念；
3、了解其他直流电动机的电力拖动。
教学基本内容纲要
1.他励直流电动机的调速
直流电动机调速的基本概念、他励直流电动机的调速方法、调速的性能指标、电动机调速时允许输出的转矩和功率、制动的一般概念。
2.他励直流电动机的制动
制动的一般概念、直流电机的能耗制动过程和能耗制动运行、电压反接制动、电动势反接制动、回馈制动的基本概念、降低电源电压的回馈制动、为能负载下放重物时的回馈制动等。
3、其他直流电动机的电力拖动
教学重点
与难点
重点：
直流电动机的调速方法和直流电动机的制动。
难点：
调速方法与负载类型的匹配问题
教学过程
设计
调速的基本概念--他励直流电动机的调速方法--调速的性能指标--调速方式与负载负载类型的匹配—例3-6--制动的一般概念--能耗制动--反接制动--回馈制动--他励直流电动机的四象限运行—例3-8第三章小结；习题课，讲解例题等。
作业、讨论及辅导
思考题：
P813-6、7、8、9、103-133-143-15
作业题：
3-163-173-183-19
课后小结
本节主要学习直流电动机调速和制动的基本概念、方法等。
至此直流电机部分已学完，下次从第四章变压器讲起。
授课时间
第8 周，星期三 ，第 5-7节；第 8 次课
章节名称
第四章变压器
授课方式
课堂讲授（★ ）；实验课（ ）；
习题课（ ）；讨论课（ ）；其他（ ）
教学时数
3
授课方法
和手段
教师主讲：
举例讲解、多媒体讲解、模型讲解、实物讲解
教学目的
与要求
（分掌握、熟悉、了解三个层次）：
1、掌握变压器的空载和负载运行时的电磁状况、各量正方向的规定、平衡方程式、等值电路及相量图等；
2、熟悉变压器的简单工作原理、分类、基本结构、额定值；
3、了解变压器的用途。
教学基本内容纲要
变压器的用途、简单工作原理、分类、基本结构、额定值、变压器的空载运行时的电磁状况、各量正方向的规定、平衡方程式、等值电路及相量图等。
变压器的负载运行时的电磁状况、各量正方向的规定、平衡方程式、等值电路及相量图等。
教学重点
与难点
重点：
变压器的空载和负载运行的电磁关系。
难点：
各电磁量的惯例。
教学过程
设计
多媒体图片—简单介绍变压器的用途、简单工作原理、分类、基本结构、额定值—详细分析掌握变压器的空载和负载运行时的电磁状况、各量正方向的规定、平衡方程式、等值电路及相量图等。
作业、讨论及辅导
思考题与讨论：
P1194-1、2、3、4、5、6、7、8、91-91-10
课后小结
本节内容介绍了变压器的用途、简单工作原理、分类、基本结构、额定值、变压器的空载和负载运行时的电磁状况、各量正方向的规定、平衡方程式、等值电路及相量图等
授课时间
第9 周，星期三 ，第 5-7节；第 9 次课
章节名称
第四章变压器
授课方式
课堂讲授（★ ）；实验课（ ）；
习题课（ ）；讨论课（ ）；其他（ ）
教学时数
3
授课方法
和手段
教师主讲：
举例讲解、多媒体讲解、模型讲解、实物讲解
教学目的
与要求
（分掌握、熟悉、了解三个层次）：
1、掌握变压器参数的试验测定、变压器的外特性和三相变压器联接组别、变压器的并联运行；
2、熟悉变压器电压调整率、变压器的效率和效率特性和其它用途的变压器；
3、了解三相变压器的磁路系统。
教学基本内容纲要
1、变压器参数的试验测定。
2、变压器的外特性和电压调整率、变压器的效率和效率特性。
3、三相变压器的磁路系统、联接组别等。
4、变压器的并联运行
5、其它用途的变压器
教学重点
与难点
重点：
变压器的运行特性和三相变压器的联接组别。
难点：
联接组别
教学过程
设计
1、变压器参数的试验测定。
2、变压器的外特性和电压调整率、变压器的效率和效率特性。
3、三相变压器的磁路系统、联接组别等。
4、变压器的并联运行
5、其它用途的变压器
作业、讨论及辅导
思考题：
P1194-10、11、12、13、14
作业题：
4-154-16
课后小结
本节内容较多要求1、掌握变压器参数的试验测定、变压器的外特性和三相变压器联接组别、变压器的并联运行；
2、熟悉变压器电压调整率、变压器的效率和效率特性和其它用途的变压器；
3、了解三相变压器的磁路系统。
授课时间
第10 周，星期三 ，第 5-7节；第 10 次课
章节名称
第四章变压器习题课
授课方式
课堂讲授（★ ）；实验课（ ）；
习题课（ ）；讨论课（ ）；其他（ ）
教学时数
3
授课方法
和手段
教师主讲：
举例讲解、多媒体讲解。
教学目的
与要求
（分掌握、熟悉、了解三个层次）：
掌握例4-3、4、5
教学基本内容纲要
1、变压器习题课及复习第四章内容；
2、讲解第三章作业题。
教学重点
与难点
重点：
联接组别判别
难点：
联接组别判别
教学过程
设计
1、例4-3、4、5；
2、补充如何判别联接组别；
3、讲解第三章作业题。
作业、讨论及辅导
思考题：
P1204-19、22
作业题：
4-184-21
课后小结
复习第四章变压器的内容，补充讲变压器例题、讲解第三章作业题等。
消化并巩固相关知识。
授课时间
第11 周，星期三 ，第 5-7节；第 11 次课
章节名称
第五章三相异步电动机基本原理
授课方式
课堂讲授（★ ）；实验课（ ）；
习题课（ ）；讨论课（ ）；其他（ ）
教学时数
3
授课方法
和手段
教师主讲：
播放旋转磁动势动画，举例讲解、多媒体讲解、模型讲解。
教学目的
与要求
（分掌握、熟悉、了解三个层次）：
1、掌握转子转动时的电磁关系、转子电路、定转字的磁动势平衡关系、折算与等值电路、功率传递与损耗、电磁转矩与转矩平衡关系等
2、熟悉交流电机绕组和它的感应电动势、单相绕组的脉振磁动势、三相绕组的旋转磁动势、磁动势的空间适量表示法、转子开路时的异步电动机、转子堵转时的异步电动机等
3、了解异步电动机的用途、结构、基本工作原理、铭牌数据、国产异步电动机的主要系列。
教学基本内容纲要
1、异步电动机的用途、结构、基本工作原理、铭牌数据、国产异步电动机的主要系列、交流电机绕组和它的感应电动势等。
2、单相绕组的脉振磁动势、三相绕组的旋转磁动势、磁动势的空间适量表示法、转子开路时的异步电动机、转子堵转时的异步电动机等。
3、转子转动时的电磁关系、转子电路、定转子的磁动势平衡关系、折算与等值电路等。
教学重点
与难点
重点：
1、基本工作原理；2、交流电机绕组和感应电动势。
3、磁动势、转子堵转时的异步电动机；4、转子转动时的异步电动机。
难点：
1、感应电动势；2、旋转磁动势；3、转子转动时的电磁关系。
教学过程
设计
1、利用多媒体课件简单介绍异步电动机的用途、结构、铭牌数据及国产异步电动机主要系列；
2、动画片演示三相绕组的旋转磁动势产生过程；
3、根据定转子电磁关系导出电压平衡方程式，画等效电路和相量图。
作业、讨论及辅导
思考题：
P1595-1、2、3、4、5、6、7、8、9、12、13
作业题：
5-165-17
课后小结
本节主要研究定、转子间靠电磁感应作用，在转子内感应电流以实现机电能量转接的感应电机。
感应电机一般都用作电动机，在少数场合下，亦有用作发电机的。
三相感应电动机在工业中应用极广。
单相感应电动机则多用于家用电器。
感应电机的结构简单．制造方便，价格便宜，运行可靠。
其主要缺点是，不能经济地在较宽的范围内实现平滑调速．此外功率因数恒为滞后。
先说明空载和负载时三相感应电动机内的磁动势和磁场，然后导出感应电动机的基本方程和等效电路
授课时间
第12 周，星期三 ，第 5-7节；第 12 次课
章节名称
第五章三相异步电动机基本原理
授课方式
课堂讲授（★ ）；实验课（ ）；
习题课（ ）；讨论课（ ）；其他（ ）
教学时数
3
授课方法
和手段
教师主讲：
举例讲解、多媒体讲解、模型讲解、实物讲解
教学目的
与要求
（分掌握、熟悉、了解三个层次）：
1、掌握功率传递与损耗、电磁转矩与转矩平衡关系；掌握三相异步电动机参数测定方法；
2、熟悉三相异步电动机工作特性；
教学基本内容纲要
1、功率传递与损耗、电磁转矩与转矩平衡关系；
2、三相异步电动机参数测定、工作特性等。
3、补充讲异步机例题。
教学重点
与难点
重点：
相异步电动机的功率和转矩及工作特性。
难点：
三相异步电动机参数测定。
教学过程
设计
1、三相异步电动机的功率和转矩
功率平衡关系—功率流程图—转矩平衡关系
2、三相异步电动机的工作特性
转速特性—定子电流特性--定子功率因数特性—电磁转矩特性—效率特性
3、三相异步电动机的参数测定
空载试验—短路试验
作业、讨论及辅导
思考题：
P1595-10、11、15、16、17、18、19、21、22、24、25
作业题：
5-205-23
课后小结
本节用等效电路来分析感应电动机的功率关系，并列出功率方程和转矩方程。
感应电动机的参数可以用空载试验和堵转（短路）试验来确定。
为保证感应电动机运行可靠、使用经济，国家标准对电动机的主要性能指标作出了具体规定。
标志工作性能的主要指标有：
额定效率ηN，额定功串因敷cosФN和最大转矩倍数Ｔmax/ＴN。
在额定电压和额定频率下，电动机的转速n、电磁转矩Ｔｅ、定于电流I1、功率因数cosФ1效率η与输出功率P2的关系曲线n,Ｔｅ，I1,cosФ1,η=f（P2）称为感应电动机的工作特性。
授课时间
第15 周，星期三 ，第 5-7节；第 13 次课
章节名称
第六章三相异步电动机的拖动
授课方式
课堂讲授（★ ）；实验课（ ）；
习题课（ ）；讨论课（ ）；其他（ ）
教学时数
3
授课方法
和手段
教师主讲：
举例讲解、多媒体讲解、模型讲解、实物讲解
教学目的
与要求
（分掌握、熟悉、了解三个层次）：
1、掌握三相异步电动机机械特性物理表达式、参数表达式以及机械特性的实用公式、固有机械特性、利用电磁转矩实用表达式计算机械特性；
2、熟悉降低定子电压的人为机械特性、定子回路串三相对称电阻或电抗的人为机械特性、转子回路串三相对称电阻的人为机械特性。
教学基本内容纲要
三相异步电动机机械特性物理表达式、参数表达式以及机械特性的实用公式、固有机械特性、降低定子电压的人为机械特性、定子回路串三相对称电阻或电抗的人为机械特性、转子回路串三相对称电阻的人为机械特性，利用电磁转矩实用表达式计算机械特性等。
教学重点
与难点
重点：
三相异步电动机固有机械特性和利用电磁转矩实用表达式计算机械特性；
难点：
利用电磁转矩实用表达式计算机械特性
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