《電機及拖動基礎》教學大綱

《電機及拖動基礎》教學大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：05142151課程性質：專業(yè)必修課學分：4學分學時：64學時（理論56學時，實驗8學時）先修課程：電路分析基礎、模擬電子技術基礎等后續(xù)課程：電力電子技術、運動控制系統(tǒng)等適用專業(yè)：自動化開課單位：電氣工程與自動化學院一、課程說明《電機及拖動基礎》是自動化專業(yè)的一門專業(yè)必修課。本課程主要傳授電機理論與拖動控制方法，為學習其他有關課程及以后從事技術工作打下必要的基礎。本課程注重電機基本理論知識和拖動控制方法的深入學習，強調培養(yǎng)運用電機基礎理論知識和基本拖動控制方法解決生產實際中問題的能力，兼顧新技術、新工藝及其發(fā)展方向的介紹，培養(yǎng)“厚基礎、寬口徑、高素質、強能力”的人才。二、課程目標通過本課程的學習，使學生達到如下目標：課程目標1：掌握常用交流電機、直流電機、常用控制電機及變壓器等的基本結構、工作原理和特性；掌握電機的基本調速方法和電力拖動系統(tǒng)的運行性能分析，以及特性與拖動相關的計算。課程目標2：通過本課程的學習，學生能正確運用實驗、方程、等效電路、相量圖等方法分析電機工作原理及運行特性，培養(yǎng)學生如何使用電機、控制電機和選擇電機，以及嚴謹的學習態(tài)度、獨立思考、解決問題和分析問題的能力。課程目標3：掌握電機的實驗方法，并能分析歸納測試結果；能夠進行設計或開展試驗研究，提高學生總結歸納能力、綜合運用知識分析問題和解決工程實踐問題的能力。適當引入與課堂內容相關的案例分析，培養(yǎng)學生愛國主義、安全意識，節(jié)能環(huán)保和民族自豪感，引導學生踐行社會主義核心價值觀。三、課程目標與畢業(yè)要求《電機及拖動基礎》課程教學目標對自動化專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學目標與畢業(yè)要求關系畢業(yè)要求指標點課程目標支撐強度1.工程知識1.1掌握數學、物理的基礎知識，領會數學、自然科學的重要思想和思維方法，理解工程問題的數理本質及其表述方法。課程目標1：掌握常用交流電機、直流電機、常用控制電機及變壓器等的基本結構、工作原理和特性；掌握電機的基本調速方法和電力拖動系統(tǒng)的運行性能分析，以及特性與拖動相關的計算。H2.問題分析2.3能夠根據數學、自然科學和控制工程科學的基本原理，并結合文獻研究，比較不同的解決方案，以獲得有效結論。課程目標2：通過本課程的學習，學生能正確運用實驗、方程、等效電路、相量圖等方法分析電機工作原理及運行特性，培養(yǎng)學生如何使用電機、控制電機和選擇電機，以及嚴謹的學習態(tài)度、獨立思考、解決問題和分析問題的能力。H4.研究4.1能夠對自動控制工程相關的系統(tǒng)工作原理進行研究和實驗驗證。課程目標3：掌握電機的實驗方法，并能分析歸納測試結果；能夠進行設計或開展試驗研究，提高學生總結歸納能力、綜合運用知識分析問題和解決工程實踐問題的能力。適當引入與課堂內容相關的案例分析，培養(yǎng)學生愛國主義、安全意識，節(jié)能環(huán)保和民族自豪感，引導學生踐行社會主義核心價值觀。M注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關畢業(yè)要求的關聯(lián)度。四、教學內容、基本要求與學時分配1.理論部分理論部分的教學內容、基本要求與學時分配見表2。表2教學內容、基本要求與學時分配教學內容教學要求，教學重點難點理論學時實驗學時對應的課程目標緒論教學要求：使學生了解電機的基本理論基礎和拖動控制系統(tǒng)的構成；熟悉磁路相關概念和定律；熟悉鐵磁材料的性質和損耗；了解磁路的計算。重點：磁路的定律；鐵磁材料的性質和損耗。難點：磁路的計算；鐵磁材料的損耗。201、2、31.直流電動機的電力拖動1.1直流電機的工作原理和繞組1.2直流電機的電勢、轉矩及功率及運行原理1.3直流電機的勵磁方式、電樞反應及換向1.4直流電機的機械特性1.5直流電機的啟動、制動、調速教學要求：使學生理解并掌握直流電機的工作原理及結構，熟悉單疊繞組和單波繞組的各個節(jié)距計算；了解直流電機的磁場及換向問題；熟練掌握電磁轉矩和電樞電動勢的計算公式及其性質；熟悉直流電機的勵磁方式及特點，能應用直流電機的基本方程式計算相關物理量（如：額定電磁轉矩、電磁功率、損耗、效率）；掌握他勵直流電動機拖動方法及特性。重點：直流電機的工作原理、額定值；直流電機電勢和轉矩、功率計算；直流電機的磁場及換向問題、直流電動機機械特性、拖動方法及計算等。難點：直流電機的磁場及電樞反應、換向的電磁理論、直流電機的平衡方程式、特性及拖動計算。2021、2、32.變壓器2.1變壓器的工作原理2.2變壓器的空載運行2.3變壓器的負載運行2.4變壓器的運行特性2.5三相變壓器2.6自耦變壓器和儀用互感器教學要求：使學生掌握變壓器的工作原理，理解變壓器的額定值；了解變壓器的結構及運行特性、三相變壓器的磁路系統(tǒng)、自耦變壓器與互感器的工作原理；熟練掌握單相變壓器的基本方程式、等效電路；掌握三相變壓器的電路系統(tǒng)，能用時鐘表示法判別三相變壓器的聯(lián)結組號。重點：變壓器的工作原理及額定值、空載運行時的電動勢平衡方程式及等效電路、負載運行時的方程式、繞組折算、T型等效電路；三相變壓器的連接組別判斷。難點：變壓器空載運行時的物理情況、變壓器的損耗和效率、三相變壓器的磁路系統(tǒng)、三相變壓器的聯(lián)接方式和磁路系統(tǒng)對電動勢波形的影響。1041、2、33.交流電機理論3.1交流電機的繞組3.2交流電機的磁動勢和電動勢3.3交流電機主磁通、漏磁通教學要求：使學生了解交流電機的繞組；熟悉交流電機的磁動勢和電動勢形成；掌握交流電機的主磁場形成與主磁通特點。重點：交流電機的電動勢；交流電機的主磁場。難點：交流電機的磁動勢形成；主磁場的形成。4014.異步電動機的原理和電力拖動4.1異步電機的工作原理及電磁關系4.2異步電機的功率與轉矩4.3異步電機的工作特性及參數測定4.4三相異步電動機的機械特性4.5三相異步電動機的啟動，調速，制動方法4.6單相異步電動機4.7微控電機教學要求：使學生熟悉異步電機的原理、掌握異步電機的功率和轉矩方程；熟悉異步電機的工作特性；掌握異步電動機的機械特性、拖動控制方法及計算；熟悉單相異步電機的特點；熟悉籠型電機和繞線式電機的區(qū)別、各自的特點；熟悉無刷伺服電動機的工作原理和控制方法；熟悉感應伺服電動機的工作原理和控制方法；了解測速電機的原理和；熟悉步進電機的原理和控制方法。重點：異步電機的原理、轉矩和功率計算；異步電機的機械特性及計算；異步電機的拖動控制方法及相關計算；單相異步電機的特點；步進和伺服電機的原理。難點：異步電機的轉矩和功率計算；異步電機的特性計算；步進和伺服電機的原理2021、2、3合計5682.實驗部分實驗(實踐)(上機)部分的教學內容、基本要求與學時分配見表3。表3實驗項目、實驗內容與學時實驗項目實驗內容和要求實驗學時對應的課程目標1.單相變壓器實驗內容：測定單相變壓器的變比和等效電路參數；繪制空載、短路特性曲線。實驗要求：熟悉實驗臺接線方法，掌握單相變壓器通過空載、短路實驗測定變壓器變比和等效電路參數的方法。能夠繪制空載、短路特性曲線。21、2、32.三相變壓器實驗內容：測定三相變壓器的變比和等效電路參數；測定三相變壓器極性。實驗要求：掌握通過短路或空載實驗測定三相變壓器變比及等效電路參數的方法；掌握三相變壓器極性的測定方法。21、2、33.直流電機實驗內容：測直流電機電樞繞組的冷態(tài)電阻；直流他勵電動機的起動、調速及轉向改變。實驗要求：熟悉直流電機、儀表、變阻器等組件；掌握直流電機電樞繞組冷態(tài)電阻的測定方法；掌握直流電機的接線、起動、調速以及換向方法。21、2、34.三相交流異步籠型電動機實驗內容：測量三相交流異步籠型電動機定子繞組的冷態(tài)直流電阻；判定定子繞組首末端；掌握三相交流異步籠型電動機啟動方法。實驗要求：熟悉三相交流異步籠型電動機的結構及接線方式；掌握定子繞組的冷態(tài)直流電阻測定。掌握三相交流異步籠型電動機直接起動、自耦變壓器起動、星形-三角形換接起動。21、2、3合計8五、教學方法及手段本課程以課堂講授為主，結合討論、階段測試、視頻資源共享、實驗等教學手段完成課程教學任務和相關能力的培養(yǎng)。學生比較全面地理解電機原理以及拖動控制的基本方法，在掌握電機原理的基礎上，具有進行電機的特性分析、特性計算、電機選擇以及調速控制方法設計的初步能力。在實驗教學環(huán)節(jié)中，通過啟發(fā)式教學、討論式教學培養(yǎng)學生電機的基本理論、基本知識和基本技能。培養(yǎng)學生自主學習能力、實際動手能力，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維。實驗教學著重講授如何用科學的手段來完成理論的驗證；如何組織實驗、處理數據和分析實驗現(xiàn)象；介紹常用設備和儀器的原理、構造和使用維護方法以及綜合實驗內容的思路和方案設計等。采用教師講授和學生動手操作的方法；在實驗前學生應復習和掌握與本實驗有關的教學內容、認真閱讀實驗指導書；在實驗中要嚴格遵守實驗紀律，按操作規(guī)程使用儀器；實驗結束后，按規(guī)定對儀器進行維護保養(yǎng)；每完成一項實驗，要認真完成一份實驗報告。六、課程資源1.推薦教材：（1）唐介,劉嬈.電機與拖動.北京:高等教育出版社.2021.12.2.推薦參考書：（1）《電機與拖動基礎》，劉學軍主編，北京：中國電力出版社，2016.10.（2）《電機與拖動基礎》，湯天浩主編，北京:機械工業(yè)出版社，2017.12.（3）《電機與拖動基礎上下冊》，張曉江、顧繩谷主編，北京:機械工業(yè)出版社，2016.12.（4）《電機與拖動基礎》，李發(fā)海、王巖主編，北京:清華大學出版社，2013.11.3.期刊：（1）IidaT,MukherjeeA.Makeandbuyinapollutingindustry[J].JournalofPublicEconomicTheory,2020,22(6):1852-1874（2）NiyimbaniraF,EgginkME,Nishimwe-NiyimbaniraR.Theidentificationofthekeysub-industriesamongcoastalmetropolitancitiesofSouthAfrica:Anapplicationofthelocationquotienttechnique[J].InternationalJournalofEconomicsandFinanceStudies,2020,12(1):50-70.（3）ArchanaV.Whowillwinfromthetradewar?AnalysisoftheUS–Chinatradewarfromamicroperspective[J].ChinaEconomicJournal,2020,13(3):376-393.（4）OhodnickiP,KautzEJ,DevarajA,etal.NanostructureandcompositionalsegregationofsoftmagneticFeNi‐basednanocompositeswithmultiplenanocrystallinephases[J].JournalofMaterialsResearch,2021,36(1):105-113.（5）SubramanianATS,MeenalochiniP,SathiyaSSB,etal.Areviewonselectionofsoftmagneticmaterialsforindustrialdrives[J].MaterialsToday:Proceedings,2021,45:1591-1596.（6）BlikharMM,VatrasV,MelnychenkoB,etal.ProvidingofinnovativedevelopmentofUkraine:economicandlegalaspects[J].Financialandcreditactivity:problemsoftheoryandpractice,2020,2(33):412-423.4.網絡資源：（1）知網，/.（2）萬方，/wanfang/.（3）IEEE，/.七、課程考核對課程目標的支撐課程成績由過程性考核成績和期末考核成績兩部分構成，具體考核/評價細則及對課程目標的支撐關系見表4。表4課程考核對課程目標的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評價細則課程目標123過程性考核課堂表現(xiàn)12（1）根據課堂出勤情況、課堂回答問題和互動情況進行考核，滿分100分。（2）以平時考核成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?36測試8（1）根據測試的平均成績作為測試成績進行考核，滿分100分。（2）以測試考核成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?42實驗8（1）根據每個實驗的實驗操作完成情況和實驗報告質量單獨評分，滿分100分；（2）每次實驗單獨評分，取各次實驗成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以實驗成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！?32作業(yè)12（1）主要考核學生對各章節(jié)知識點的復習、理解和掌握程度，滿分100分；（2）每次作業(yè)單獨評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以作業(yè)成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?44期末考核60（1）卷面成績100分，以卷面成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。（2）主要考核直流電機、變壓器、異步電機的內容。特別是電機的機械特性及拖動方法與計算等。（3）考試題型為：判斷題、填空題、簡述題、分析題、計算題等?！獭獭?81626合計：100分303040八、考核與成績評定1.考核方式及成績評定考核方式：本課程主要以課堂表現(xiàn)、測試、實驗、作業(yè)、期末考試等方式對學生進行考核評價?？己嘶疽螅嚎己丝偝煽冇善谀┰嚲沓煽兒瓦^程性考核成績組成。其中：期末試卷成績?yōu)?00分（權重60%），試題類型為判斷題、填空題、簡述題、分析題、計算題等類型，試卷中基本知識、基本理論、基本技能的試題分值不超過50%，綜合應用題、分析題不低于50%；課堂表現(xiàn)、實驗、作業(yè)、測試等過程性考核成績?yōu)?00分（權重40%）；過程性考核和考試試題分值分配應與教學大綱各章節(jié)的學時基本成比例。2.過程性考核成績的標準過程性考核方式重點考核內容、評價標準、所占比