《電機學》課程簡介
《電機學》簡介
一.課程概況
專業基礎，考試課；
學分：5 總學時：80 理論學時：70 實驗學時：10
二.課程簡介：
1.主題：
《電機學》討論主要電機——變壓器，非同步電機，同步電機和直流電機的原理，結構，特性和應用。
2.課程特點與學習目標：
《電機學》是理論與工程實際相結合的課程，涉及的電機種類多，原理與結構同中有異，分析時抽象的電磁過程與具體的電機結構並存，學習難度大。
學習本課程，要重點掌握電機的基本分析方法，電機執行的物理模型，等效電路和運動方程，電機的主要特性及應用，掌握一般電機的實驗方法，啟動和調速的方法及特點。
3.與其它課程的關係：
前導課程：電路，復變函式；
後續課程：對電力系統方向來說，變壓器的內容，同步發電機的功角特性和突然短路的分析是後續專業課程如電氣工程基礎，電力系統分析的基礎，同步發電機部分內容也是本課程的難點。
三.主要內容：
（一）導論：
1.電機的主要型別與使用材料：
2.基本電磁理論：磁通，磁感應強度，磁場強度，磁導率，全電流定律，電磁感應定律，電磁力定律；
3.鐵磁材料特性：磁化曲線，磁飽和，磁滯、渦流與鐵心損耗；
4.磁路基本定律及計算方法：磁路歐姆定律，磁路基爾霍夫第
一、第二定律，鐵心磁路計算——串聯磁路、併聯磁路計算；
5.電機的絕緣材料和允許溫公升：
6.電機的分析步驟：
1） 建立物理模型：分析空載和負載執行時電機內的磁動勢和磁場；
2） 建立數學模型：利用電磁定律，牛頓定律和能量守恆原理，列出電機各繞組的電動勢方程式，電機的磁動勢方程式，轉矩平衡方程式和功率平衡方程式；
3） 求電機的執行特性和效能：求解上述方程，可確定電機的執行特性和一些主要技術資料。
（二）變壓器：
利用電磁感應原理，把一種電壓的交流電能轉變成頻率相同的另一種電壓的交流電能。先研究單相變壓器的執行效能，再研究三相變壓器的特殊問題，最後討論幾種特殊變壓器的理論與執行。
1.變壓器的分類：單相、三相；雙繞組、三繞組；乾式、油浸式；
基本結構：兩個相互絕緣的繞組套在乙個共同的鐵心上，繞組之間只有磁的耦合，沒有電的聯絡。額定值：
2.變壓器的空載執行：二次側開路，一次側接入交流電壓
3. 變壓器的負載執行：二次側帶負載，一次側接入交流電壓
4. 變壓器的等效電路
等效電路可以把基本方程式所表示的電磁關係用電路的形式表示出來，把「電磁場化為電路」來分析，「場化路」是研究變壓器和電機理論的基本方法。
分析變壓器和電機的三種方法：基本方程式、等效電路、相量圖。基本方程式適合於定性分析；等效電路適合於定量計算；相量圖適合於相量大小與相位關係分析。三者的物理本質相同。
5. 變壓器的引數測定
通過空載實驗和短路實驗測定變壓器等效電路中的引數。
此節是考試常見內容。
6. 標麼值
標麼值的意義與計算方法，採用標麼值的優點：簡化計算，意義明確。電力系統課程的計算大多採用標麼值。
7. 變壓器的執行特性
變壓器執行效能兩個重要指標：電壓變化率和效率的表示式的推導與應用。
此節是考試常見內容。
8. 三相變壓器的磁路、聯接組、電動勢波形
三相變壓器的電路系統——聯接組。聯接組用來表示變壓器一次側和二次側對應的對應線電勢（線電壓）之間相位關係。聯接組號採用時鐘表示法表示。
9.變壓器的併聯執行
變壓器併聯執行的優點，併聯條件和併聯時多台變壓器的容量分配。
10.變壓器的不對稱執行
用對稱分量法分析變壓器三相電壓或負載不對稱時的執行。變壓器正序、負序、零序等效電路。
11.三繞組變壓器、自耦變壓器與電壓互感器、電流互感器
三繞組變壓器的特點與引數計算，自耦變壓器的原理及特點，互感器的原理與特點。
（三）交流繞組基本理論：
非同步電機和同步電機定子交流繞組的共同理論，繞組的結構與繞制方法，繞組產生的一相基波與諧波電動勢的表示式的推導，單相繞組磁動勢表示式的推導，三相繞組的基波合成磁動勢的性質與表示式，不對稱時的橢圓形旋轉磁動勢，諧波磁動勢及其削弱方法。
此章為本課程的難點內容。
（四）非同步電機：
1.非同步電機的基本型別與結構：定子、籠形與繞線式轉子、氣隙、繞組，額定值
2.非同步電機的基本工作原理：
轉差率與三種執行狀態——電動機，發電機與電磁制動狀態。
3.轉子靜止時的非同步電機
4.轉子旋轉時的非同步電機及其等效電路
5.非同步電機的引數測定——空載實驗和短路實驗
6.非同步電機的功率、轉矩平衡方程式，功率流程圖
7.非同步電機電磁轉矩的物理表示式，引數表示式和實用表示式
8.非同步電機的啟動
直接啟動的缺點，降壓啟動的方法，高啟動轉矩非同步電動機和繞線式電動機特點。
9.非同步電機的制動與調速
制動方法，調速原理與方法，變頻調速、串級調速
10.非同步電機的不對稱執行與單相非同步電動機
對稱分量法，正序、負序等效電路，單相非同步電動機的原理與啟動。
（五）同步電機：
1.同步電機的基本結構：定子，隱極式和凸極式轉子，
勵磁繞組與勵磁方式，冷卻方式，額定值
2.同步電機的執行原理
同步發電機的空載執行，電樞反應，負載執行，時空向量圖，等效電路
3.同步發電機的執行特性
空載特性，短路特性，零功率因數負載特性，外特性與調整特性，特性曲線與發電機引數計算
4.同步發電機的併聯執行
同步發電機投入併聯的條件與方法，功率和轉矩方程，功角特性，有功功率調節與靜態穩定，無功功率調節和v形曲線。
5.同步電動機和調相機
同步電動機的基本電磁關係，無功功率調節，啟動與調速，調相機。
6.同步發電機的不對稱執行
對稱分量法，各序阻抗與等效電路，不對稱穩態短路的埠條件與短路電流。
7.同步電機的突然短路
危害，超導迴路磁鏈守恆原理，三相突然短路過程中的電磁關係，同步電機的瞬態引數，突然短路電流
（六）直流電機：
1.直流電機的工作原理，
主要結構：主磁極，電樞鐵心，機座，換向極，電樞繞組，換向器；額定值
2.直流電機的電樞繞組
特點，節距，單疊繞組，單波繞組
3.直流電機的磁場
勵磁方式：它勵，並勵，串勵，復勵；直流電機的空載磁場，電樞磁場，電樞反應，感應電動勢和電磁轉矩表示式
4.直流發電機的基本方程
5.直流電動機的基本特性
基本方程，工作特性，機械特性
6.直流電力傳動
直流傳動系統穩定執行條件，直流電動機的啟動，調速
7.直流電機的換向
換向過程，改善換向的措施，無刷直流電機
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