1电机学- 绪论
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电机学绪论
绪论0.1电机在国民经济中的作用1、电机概念电机是一种进行机电能量转换或信号转换的电磁机械装置。
2、电机分类从能量转换的功能分两大类一类是电动机直流电动机、交流电动机（异步电动机、同步电动机）其作用是将电能转换成机械能，满足各种机械的动力需求。
一类是发电机直流发电机、交流发电机（同步发电机）其作用是将机械能转换成电能，以便于能量的转换和输送。
发电机从一次能源形态分有多种：汽轮发电机、水轮发电机、风力发电机等3、在国民经济中的地位（1）电力工业是一种先行工业，它是其他行业的基础。
（2）国民生产总值的80%以上直接或间接由电力工业创造。
（3）与人民日常生活密切相关。
02 我国电机工业发展概况解放前：年产总容量发电机为2万kW；电动机为5.1万kW；单机最大容量发电机为200kW；电动机为230kW；57年（第一个五年计划结束）：年产总容量为145万kW。
单机最大容量发电机为1万kW；电动机为2000kW。
60年代发电机单机容量已达10万kW；电动机已达6300kW。
70-80年代发电机单机容量已达12.5-30-60万kW；电动机已达1万kW。
90年后发电机单机容量已达120万kW；电动机已达4万kW。
目前我国装机总量已达6亿万kW。
三峡水电工程装设26台单机容量为700MW（70万kW）的水轮发电机，其中左岸装设14台、右岸装设12台，装机总容量为1820万kW（其规模相当于6.5个葛洲坝水电站或10个大亚湾核电站或4个邹县电厂）。
比前世界第一大水电站--伊泰普水电站（由巴西与巴拉圭共建）总装机容量为70*18=1260万kW还大。
现在已有16台（左岸14台，右岸2台）满负荷运行，已达1050万kW的发电能力。
09年全部投入运行后，年发电总量为847亿kWh，可提供全国人均70度电。
它与火力发电相比，每年可以节省5000万吨标准煤，相当于10个年产500万吨煤矿的产量。
邹县发电厂是目前我国最大的火力发电厂，总装机容量已达4*33.5+2*60+2*100=454万kW。
电机学绪论
• 非铁磁材料的磁化曲线是线性的. • 铁磁材料的μ很大且不是常数,呈非线性.
四﹑铁磁材料的B-H曲线 2﹑铁磁材料的B-H曲线 分析:oa段:起始段,μ小,I↑ H↑; ab段:μ迅速增 大,I↑ H↑ B↑ , B-H线性; bc段:进入饱和区, μ变小,I↑ H↑ B↑ (但缓慢),c为饱和点.
一、磁场﹑磁路
一、磁场﹑磁路
1、磁场: 电流
磁场
2﹑磁路: 磁通经过的路经
电和磁是构成电机的两大要素 电机中的磁场常简化为磁路来处理
二﹑磁感应强度(磁通密度) B﹑磁通量Ф 磁通Ф: 磁场中某一面积的磁感应线数称为通 过该面积的磁通量,简称磁通Ф。 磁感应强度(磁通密度）B:单位面积的磁感应线数
B S cos
Ф 是标量:单位wb Ｂ 是矢量,单位:wb/m2 ,或 T
三﹑磁场强度H﹑磁导率μ 1﹑磁场强度H:
B H
• H是矢量,单位:A/m（安/米） 2﹑磁导率μ:物质的导磁能力，μ单位:H/m（亨/米）
磁路的材料不同，其导磁性能也不同。 • 非铁磁材料:空气,铜,铝,绝缘材料等;
2 PFe Ph Pe (k h f Bm ke f 2 2 Bm )V n 2 V 经验近似: PFe k Fe f 1.3 Bm
(1 12)
六、全电流定律—安培环路定律
全电流定律:磁场强度矢量H沿任一闭合路径的线积分等 于穿过该闭合路径的电流的代数和。且积分回路的绕行方 向和产生该磁场的电流方向符合右手螺旋定则
0 4 10 7 H / m
• 铁磁材料:铁,镍,钴及其合金等;
r 0 且 远大于 0
r :相对磁导率
四﹑铁磁材料的B-H曲线
电机学绪论
两种方法归纳如下： 变压器 直流发电机 直流电机
直流电动机
电机 同步电机
同步发电机
同步电动机
交流电机
异步电机 控制电机
异步电动机
异步发电机
3.电机在国民经济中的作用 电能是现代常用的一种能源，具有大量生产、集中管理、 远程传输、自动控制等优点。
发电
输电 升压 变压器
降压 变压器
用电
发电机
配电 变压器
用户
电机在电力系统、工农业生产、日常生活、控制领域、 航空航天等领域起重要作用。例:
（1）电力工业中生产电能的发电机；电网输送电、分配电变压器。 （2）工农矿企业中机床、起重机、轧钢机，水泵、风机、排灌、辗米、抽 水等驱动电动机。 （3）交通运输电力机车、汽车驱动电机，船用电机等。 （4）日常生活民用驱动电机、电动工具等， （5）国防文教医疗中各种控制、驱动、伺服电机等。
N 1匝
磁路长度l
N 2匝
铁芯磁路
3)磁通Ф: 磁场中某一面积的磁感应线(B线)数称为通过该面 积的磁通量,简称磁通Ф。
4)磁感应强度B:
B是矢量,单位:wb/m2 ,或T dΦ B ds Ф是标量:单位wb
5)磁场强度H:表征磁场性质的另一个基本物理量。 H是矢量,单位:A/m B与H关系: B H
为速度电动势
e Blv
。
B 、 l、 v
三个物理互相垂直，其方向
关系可用右手定则确定. b)变压器电动势:线圈不动，穿过线圈的磁通随时间交变， 在线圈绕组中感应电势。
如下图所示，当线圈中的磁链发生变化时，线圈
中将有感应电动势产生。
d d e N 感应电势的表达式： dt dt 线圈中的感应电动势将倾向于阻止线圈中磁链的变化。 电动势﹑电流与磁通的正方向符合右手螺旋定则。
电机学绪论
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
《电机学》电子教案 电机学》
吕宗枢 主编
高 等 教 育 出 版 社 高等教育电子音像出版社
1
《电机学》目录
绪 论 第一篇 变压器 第1章 变压器的基本工作原理和结构 第2章 变压器的基本理论 第3章 三相变压器 第4章 变压器的运行 第5章 三相变压器的不对称运行 第6章 特殊变压器
直流电动机* 直流电动机* 直流发电机 工作原理 基本结构 运行特性 试验方法
6
绪 论
0.2 电机中所用的材料和铁磁材料的磁特性
一、电机中所用的材料 1.导电材料: 1.导电材料: 导电材料 紫铜线、铝线，用于制成电机绕组。 紫铜线、铝线，用于制成电机绕组。
2.导磁材料: 0.35或0.5mm厚的硅钢片叠成,构成电机磁路。 2.导磁材料: 0.35或0.5mm厚的硅钢片叠成,构成电机磁路。 导磁材料 厚的硅钢片叠成 3.绝缘材料：把导电体之间、导电体与铁磁体之间绝缘开来。 3.绝缘材料：把导电体之间、导电体与铁磁体之间绝缘开来。 绝缘材料 绝缘等级 允许温度 OC
9
绪 论
0.3 电机理论中常用的基本电磁定律
一、电磁感应定律 （两种形式） 两种形式） 1.切割电动势 1.切割电动势
e = B l v （方向：右手定则） 方向：右手定则）
2.变压器电动势 2.变压器电动势
e = −N dφ 方向：右手螺旋定则） （方向：右手螺旋定则） dt
二、电磁力定律 方向：左手定则） f = B l I （方向：左手定则）
U=RI
G m = 1 / Rm
磁压降 F=Hl 磁路基尔霍夫 第一定律 磁路基尔霍夫 第二定律
F = Φ Rm
ΣΦ i = ΣΦ o
《电机学》电子教案 电机学》
吕宗枢 主编
高 等 教 育 出 版 社 高等教育电子音像出版社
1
《电机学》目录
绪 论 第一篇 变压器 第1章 变压器的基本工作原理和结构 第2章 变压器的基本理论 第3章 三相变压器 第4章 变压器的运行 第5章 三相变压器的不对称运行 第6章 特殊变压器
直流电动机* 直流电动机* 直流发电机 工作原理 基本结构 运行特性 试验方法
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绪 论
0.2 电机中所用的材料和铁磁材料的磁特性
一、电机中所用的材料 1.导电材料: 1.导电材料: 导电材料 紫铜线、铝线，用于制成电机绕组。 紫铜线、铝线，用于制成电机绕组。
2.导磁材料: 0.35或0.5mm厚的硅钢片叠成,构成电机磁路。 2.导磁材料: 0.35或0.5mm厚的硅钢片叠成,构成电机磁路。 导磁材料 厚的硅钢片叠成 3.绝缘材料：把导电体之间、导电体与铁磁体之间绝缘开来。 3.绝缘材料：把导电体之间、导电体与铁磁体之间绝缘开来。 绝缘材料 绝缘等级 允许温度 OC
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绪 论
0.3 电机理论中常用的基本电磁定律
一、电磁感应定律 （两种形式） 两种形式） 1.切割电动势 1.切割电动势
e = B l v （方向：右手定则） 方向：右手定则）
2.变压器电动势 2.变压器电动势
e = −N dφ 方向：右手螺旋定则） （方向：右手螺旋定则） dt
二、电磁力定律 方向：左手定则） f = B l I （方向：左手定则）
U=RI
G m = 1 / Rm
磁压降 F=Hl 磁路基尔霍夫 第一定律 磁路基尔霍夫 第二定律
F = Φ Rm
ΣΦ i = ΣΦ o
《电机学》课件 第一章
2. 本课程与电力行业的紧密联系
a 对于电力系统自动化专业的技术人员，必然要从事电力系统 稳定性的研究，则首先要了解各电气设备的特性； b 对于从事电气工程自动化专业的技术人员，要搞清楚所控 制的对象及其各类电动机的特性，才能搞好自动控制
1-1 概述
三、学习《电机学》的什么内容
• •
电机的原理、结构、特性和应用 直流电机、变压器、异步电机、 同步电机
3、电磁力定律
载流导体在磁场中要受到力的作用—电磁力
F Bli
左手定则
1-3 基本电磁定律
电机可逆性原理
如在电机轴上外施机械功率，通过电机导体在磁场中 作用产生感应电势可输出电功率；如在电机电路中从电 源输入电功率，则载流导体在磁场作用下可使电机旋转 而输出机械功率。
任何电机既可以作为发电机运行，又可以作 为电动机运行。 不论用作发电机或电动机，感应电势和电磁 力都同时作用于导体。
1-2 磁路及磁路定律
•
2、磁路的欧姆定律
H dl Hl Ni
B /A Ni F m F L /( A ) R m
H B/
1-2 磁路及磁路定律
3、磁路的基尔霍夫第一定律 定律内容: 穿出(或进入)任一闭和面的总磁通量恒 等于零(或者说，进入任一闭合面的磁通量恒等 于穿出该闭合面的磁通量)，这就是磁通连续性 定律。
1-4 铁磁材料及特性
2、铁磁材料
•
软磁材料--磁滞回线窄，HC及Br小
•
•
硬磁材料--磁滞回线宽，HC及Br大
HC及Br大，难退磁---永磁材料
1-4 铁磁材料及特性
1-4 铁磁材料及特性
1-4 铁磁材料及特性
电机学绪论ppt
课程特点和学习方法建议
(7)科学实验是研究电机的一种重要方法，所以要 重视实验。实验要2~3人一组，自己动手去做，并在理
(8)要经过听课、课后复习、做习题、再复习，做 实验、写实验报告、再复习，从理论到实践、从实践 到理论的多次反复，才能逐步掌握课程内容，使学到 的知识逐步巩固起来。
首先是弄清电机的基本结构和主要部件的功能， 再根据电机的磁路和电路，分析空载和负载时电机内 部的磁场，初步弄清这种电机的工作原理，这是第一
(2)导出电机的运动方程 运动方程是磁动势方程(磁链方程)、电压方程和 转矩方程的总称。导出运动方程就是把电机内所发生 的电磁过程、机电过程和动力学过程，利用电磁学和 动力学的基本定律，用数学方程的形式将其表达出来， 这是第二步。这一步也称为“建立数学模型”。
绪论
电机在国民经济中的作用 电机发展简史 我国电机工业发展概况 电机的分析方法 本课程的任务 课程特点和学习方法建议
电机在国民经济中的作用
电机是一种机电能量转换或信号转换的电磁机 械装置。就能量转换的功能来看，电机可分为发电机 和电动机两大类。
发电机用以把机械能转换为电能。在发电站中， 通过原动机先把各类一次能源蕴藏的能量转换为机械 能，然后通过发电机把机械能转换为电能，再经输、 配电网络送往各种场合供公众使用。
我国电机工业发展概况
从仿制阶段到自行设计阶段一直到研究、创新阶段， 经过50年的努力，我国已经建立起自己的电机工业体系， 有了统一的国家标准和统一的产品系列，建立了全国性 的研究实验基地和研究、工程技术人员队伍。
在大型交、直流电机方面，研制成功2×5000kW 的直流电动机，4700kW的直流发电机和42MW的同步 电动机。
课程特点和学习方法建议
(3)注意推导基本公式(电动势公式，电磁转矩公式， 磁动势公式)和基本方程时有哪些假定，使推导得以合 理简化；推导时应用了哪些基本电磁定律和力学定律， 哪些原理、理论和方法。重要的公式和方程要自己独立 地推导一遍，找出其中的关键点。总之，在基本理论、 基本方法和基本概念上，要花大气力去钻研。
电机学-第0节-绪论1
4．国家电力信息网 5．发电机组网
6．中小型电机
7．微电机
8．中国专利局
9．美国专利局
教材
汤蕴璆、史乃主编，电机学(第二版)，机械工业出版社.
电冰箱：>1000万台/年，电量少15% 洗衣机：>1100万台，噪音降低10分贝，节
省电能50%，节水20%
永磁直流无刷直流电动机外形图
☆ 特殊新用途（电磁发射，纳米电机）
电磁发射技术的发展及其军事应用，王静端， Vol.26,No.1March,2001，火力与指挥控制
超微电机与微型机器人技术 人工心脏技术
(2)电机领域我国正在研究的项目举例 在国家自然科学基金网站
选择 “信息检索”， 进入 https:///project我国正在研究的项目。
下面是几个实例：
☆ 航天超声波电机 ☆ 高速发电的发电机 ☆ 人工肌肉直线电机 ☆ 超导电机 ☆ 电动机故障诊断
与电网相连 的高压出线端
3.用电环节——电动机
拖动生产机械如金属切削、矿山机械、交通运输机 械、起重机械、化工机械、农用机械、电动工具、 家用电器等
1）各行业广泛使用电动机
2）在高新技术领域的新应用
控制系统和智能化装置的重要元件
☆ 信息技术（雷达驱动） ☆ 航天航空航海 ☆ 生物医学工程（多种医疗设备）
的用户，需要将发电机输出的 20 kV 左右的电 压升高。在我国，一般升高到220kV或500kV。 为了输送一定大小的功率、采用高电压。
20kV/500kV(220kV)
500kV(220kV)/110kV
110kV/35kV
35kV/10kV
10kV/380V
电机学绪论
风电厂
柴油发电机组，用于备用电源、 应急电源、独立电源系统。
输配电
变压器
变压器用来改变交流电压，实现交流电能 的经济传输和合理分配； 变压器用于各级变电站；
各种生产
电动机
电动机做为原动机拖动各种生产机械；
据统计，我国电动机的耗电量占发电量的 60%以上； 电动机广泛应用于工业、农业、交通运输、 国防、日常生活等领域；
1、历史
1831，Faraday 1832，Pixii 电磁感应定律 直流发电机
1882，Depratz
1885，Ferraris
输电线
两相交流电机
1889，Doliv_Dobrovsky 三相交流电机
下图是至今保留在美国麻省理工学院的由爱迪 逊发明的一种直流电动机。
2、现状
汽轮发电机 1300MW 水轮发电机 700MW 核电机组 1500MW 瑞士BBC为美国制作； 美国大古力水电三厂； 前苏联石磨沸水机组；
电机学
Electric Machinery
绪论
一、电机在国民经济中的作用 二、电机的定义 三、电机的分类 四、电机的发展简史 五、本课程的性质 六、本课程的特点 七、本课程学习方法建议
一、电机在国民经济中的作用
电能是现代社会最主要的能源，电机 是电能生产、传输与利用最重要的能量转 换机械，不仅应用于各行各业的生产，而 且还广泛应用于人们的日常生活中。
冷连扎机组
电力排灌工程
磁悬浮列车
全电飞机
二、电机的定义
根据电磁感应原理而运行的电磁机械，用 于机械能与电能之间的转换或者不同形式的 电能之间的变换； 电机本身不是能源，只是转换或传递能量 的机械装置；
三、电机的分类
变压器
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电机学
Electrical Machinery 潘伟
江苏大学电气信息工程学院
School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
电力变压器
电机学－绪论
发电站
电网
用户 用户1
发电机组 升压变
降压变 配电变
用户n 工业用电
电机学－绪论
n1
Y
C
变压器结构原理图n1YC来自AXA
X
Z
B
Z
B
同步发电机结构原理图
异步电动机结构原理图
School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
0.1电机的分类 0.2电机在国民经济中的作用 0.3课程内容 0.4电机学课程性质 0.5学习方法、课程要求
School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
0.1电机的分类
按结构特点和电源种类分：
静止电机 （变压器）
电机 旋转电机
直流电机 交流电机
直流发电机 直流电动机
同步发电机 同步电机
同步电动机 异步发电机 异步电机 异步电动机
注：直线电机与旋转电机类似，归入旋转电机
School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
0.2电机在国民经济中的作用
电能的生产、传输和分配：
发电机：一次能源有水资源、煤石油等热能、风 能、原子能、地热等
School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
电机的定义
n1
Y
C
A
X
Z
B
同步发电机结构原理图 School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
0.4电机学课程性质
定位： 十分重要的专业基础课
基础课
专业基础课
高等数学 大学物理
电路原理 电磁场 电机学
专业课 专业课
工程数学
School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
i1
i2
e2
变压器结构原理图 School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
异步电动机结构原理图
A
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AX
AX
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Z B
ZB C
BZ B
B C
t 0
t 120
电机学－绪论
0.2电机在国民经济中的作用
驱动生产机械和装备，构成电力拖动系统
拖动生产机械如金属切削、矿山机 械、交通运输机械、起重机械、化工机 械、农用机械、电动工具、家用电器等； 构成控制系统和智能化装置的重要 元件
School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
0.3课程内容
第一篇 磁路 第二篇 变压器 第三篇 直流电机的稳态分析 第四篇 交流绕组及其电动势和磁动势 第五篇 感应（异步）电机的稳态分析 第六篇 同步电机的稳态分析
电机学－绪论
0.5 学习方法、课程要求
理论联系实际，重视科学实验和工程实践； 学会抓住主要矛盾，培养工程观点； 注意学习方法，重视培养能力； 重视实践活动，培养动手能力。
School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
电机学
电力系统
电力工程基础 电力系统计算 电力系统自动化 电力系统微机保护与控制
智能电网技术
自动控制 数电、模电 计算机 PLC、DSP
电气传动
自动化和数字化
电力拖动基础 微特电机及系统 现代电机CAD技术 现代驱动技术与智能化 电力拖动自动控制系统
School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
水利资源
水轮机 水轮发电机
煤、石油等热能 锅炉、汽轮机 汽轮发电机
变压器（电力系统中的变电所）
School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
A
n1
Y
C
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X
Z B
B C
异步电动机结构原理图 School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
School of Electrical and Information Engineering , Jiangsu University
电机学－绪论
0.1电机的分类
按能量转换或传递的功能和用途分：
发电机——机械能 电能
电机
电动机——电能 变压器——电能
机械能 电能（等频不等压）
控制电机——信号的传递和转换，用于自动控制系 统中，作为执行、检测、计算或转换元件
电机学－绪论
绪论－参考书
《电机学》胡敏强 黄学良等编著 中国电力出版社2014 《电机学习题解集》胡虔生编著 中国电力出版社2006 《电机学试题分析与习题》胡虔生编著 中国电力出版社2002
Electrical Machinery 潘伟
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电力变压器
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发电站
电网
用户 用户1
发电机组 升压变
降压变 配电变
用户n 工业用电
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变压器结构原理图n1YC来自AXA
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同步发电机结构原理图
异步电动机结构原理图
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0.1电机的分类 0.2电机在国民经济中的作用 0.3课程内容 0.4电机学课程性质 0.5学习方法、课程要求
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0.1电机的分类
按结构特点和电源种类分：
静止电机 （变压器）
电机 旋转电机
直流电机 交流电机
直流发电机 直流电动机
同步发电机 同步电机
同步电动机 异步发电机 异步电机 异步电动机
注：直线电机与旋转电机类似，归入旋转电机
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0.2电机在国民经济中的作用
电能的生产、传输和分配：
发电机：一次能源有水资源、煤石油等热能、风 能、原子能、地热等
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电机的定义
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0.4电机学课程性质
定位： 十分重要的专业基础课
基础课
专业基础课
高等数学 大学物理
电路原理 电磁场 电机学
专业课 专业课
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异步电动机结构原理图
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0.2电机在国民经济中的作用
驱动生产机械和装备，构成电力拖动系统
拖动生产机械如金属切削、矿山机 械、交通运输机械、起重机械、化工机 械、农用机械、电动工具、家用电器等； 构成控制系统和智能化装置的重要 元件
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0.3课程内容
第一篇 磁路 第二篇 变压器 第三篇 直流电机的稳态分析 第四篇 交流绕组及其电动势和磁动势 第五篇 感应（异步）电机的稳态分析 第六篇 同步电机的稳态分析
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0.5 学习方法、课程要求
理论联系实际，重视科学实验和工程实践； 学会抓住主要矛盾，培养工程观点； 注意学习方法，重视培养能力； 重视实践活动，培养动手能力。
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电机学
电力系统
电力工程基础 电力系统计算 电力系统自动化 电力系统微机保护与控制
智能电网技术
自动控制 数电、模电 计算机 PLC、DSP
电气传动
自动化和数字化
电力拖动基础 微特电机及系统 现代电机CAD技术 现代驱动技术与智能化 电力拖动自动控制系统
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水轮机 水轮发电机
煤、石油等热能 锅炉、汽轮机 汽轮发电机
变压器（电力系统中的变电所）
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0.1电机的分类
按能量转换或传递的功能和用途分：
发电机——机械能 电能
电机
电动机——电能 变压器——电能
机械能 电能（等频不等压）
控制电机——信号的传递和转换，用于自动控制系 统中，作为执行、检测、计算或转换元件
电机学－绪论
绪论－参考书
《电机学》胡敏强 黄学良等编著 中国电力出版社2014 《电机学习题解集》胡虔生编著 中国电力出版社2006 《电机学试题分析与习题》胡虔生编著 中国电力出版社2002