《航空电机学》课程学习指南

《航空电机学》课程学习指南

《航空电机学》是主要研究各类航空电机的基本结构、基本工作原理、运行理论、能量转换关系、运行特性和运行分析方法等基本电磁理论的一门专业基础类课程。从其所研究的电磁基本理论来说，具有基础课的性质；同时，课程又以具体的航空用各类电机为研究对象，其内容涉及到各种航空电机的工作性能和使用维护，与专业课紧密联系，带有专业课性质，是电气工程及其自动化、自动化、航空机电工程等电气、机电类本科专业的一门重要的专业基础课，是基础课和专业课之间起桥梁作用的衔接课程。学习本课程应注意把握以下几个方面：

一、注意把握课程内容特点，科学掌握课程学习规律

课程以各类各型航空电机的结构、原理、运行理论、运行特性等为研究对象，是涉及机、电、磁、时间、空间等多位一体的一门复杂专业基础课程。

教学内容分为基础知识、航空变压器、交流电机的绕组磁势和电势、航空异步电机、航空同步电机、航空直流电机6个既相对独立，又相互关联的知识内容模块。

基础知识分两部分：第一部分航空电机概论，从电机的定义和分类、航空电机的特点和工作条件、航空电机的基本技术要求等方面对电机进行介绍，并介绍了航空电机区别于普通电机的特点，这是我们在学习本门课程中应始终注意把握的关键问题——航空特点，特别是在学习各类航空电机基本结构的时候，要始终关注航空特点在航空电机结构上是如何得到体现的，这是学习航空电机结构这一难点教学内容的关键；第二部分电机学中的基本电磁理论，回顾在前修课程中学习过的基本电磁物理量以及描述这些物理量的基本电磁定律，并利用这些知识分析了电机运行过程中的两种物理现象：磁化和涡流，以及磁化和涡流所带来的损耗。基本电磁物理量和基本定律大家是非常熟悉的，也是学习本门课程的基础，但基础课程中只是学习了这些物理量和物理定律的基本应用，这些物理量和物

理定律在电机中的应用特点才是重点和关键，比如法拉第电磁感应定律是最基本的，也是同学们最为熟悉的定律，同时也是各类电机的原理基础，我们可以用“电生磁，动磁生电”这七个字来描述它，但真正要掌握它还需从其几种数学描述方式来深刻理解其内涵：自感电势和互感电势的表达式、楞次定律的表达式、运动电势（切割磁力线产生电势）和变压器电势（电流和磁通、磁链的变化产生电势），而且要确实搞清楚各表达式中各个物理量的深刻物理含义。

航空变压器是最简单的一种交流电机，它和异步电机、同步电机都属于交流电机，航空变压器中的电磁关系和电磁理论相对简单，因为其都属交流电机，因此其基本电磁关系和电磁理论与异步电机和同步电机有很多的关联性，是学习它们的基础，特别是从相对简单的空载运行分析再到相对复杂的负载运行分析这种由简单到复杂、循序渐进的分析解决问题的方法，以及为得到统一等值电路采用的折算方法、综合描述各电磁物理量之间相互关系的向量图/相量图等都是学习异步电机和同步电机的基础，学好它，为后续的学习奠定了重要的理论和方法基础。

交流电机的绕组、磁势和电势是异步电机与同步电机的共同理论。交流电机，无论是异步电机还是同步电机，电机中都有绕组，绕组中都要产生磁势和感应电势，这些存在于异步电机和同步电机中的共同基本理论是学习这两种电机的基础，集中掌握了这些共同基本理论，在后面的学习中就可以集中精力来学习这两种电机的运行特点和特性，还是秉着循序渐进的学习原则。因此交流电机的绕组、磁势和电势和航空变压器是学习航空异步电机和航空同步电机的基础。在交流电机的磁势和电势的学习中还包含一种分析解决问题的基本思路和方法：从部分到整体、从简单到复杂、各个击破，最后形成整体。比如分析交流绕组的磁势时，先分析一相绕组的磁势，以此为基础再分析两相、三相，并推广到多相；分析交流一相绕组的磁势，先分析通入直流电时的磁势，再分析通入交流电时的磁势；分析实际的短距和分布绕组的电势和磁势时，先分析一匝绕组的电势和磁势，再分析一个整距集中线圈，再分析一个短距集中线圈，再到分析多个整距分布线圈，最后得到一相绕组的电势和磁势。这些分析解决问题的基本思路和方法在今后的学习工作中具有非常重要的

实际意义，也是本门课程的教、学特点。

航空异步电机是一种旋转的交流电机，主要用作电动机，其基本电磁理论在前两个内容中已学习，这一篇中主要学习航空异步电动机的基本工作原理和基本结构、异步电动机的运行分析、异步电动机的特性及其控制。其中异步电动机的运行分析是难点和重点内容，教材和授课都是分三步走的：转子不动且转子开路的异步电动机、转子不动且转子短路的异步电动机、转子转动的异步电动机。转子不动且转子开路的异步电动机相当于空载运行的变压器，变压器空载运行的电磁理论及其分析方法可在本步骤的分析中得到应用；转子不动且转子短路的异步电动机相当于负载运行的变压器，变压器负载运行的电磁理论及其分析方法（绕组折算）可在本步骤的分析中得到应用；一个转子转动的异步电动机可以看作是一个参数经过适当变换（频率折算）的转子不动的异步电动机，同样可以运用变压器负载运行的电磁理论及其分析方法来进行分析。

航空同步电机主要用作发电机。这一篇中主要学习航空同步电动机的基本工作原理和基本结构、基本电磁关系与运行分析、同步发电机的特性、同步发电机的并联运行和同步发电机的三相突然短路、同步电动机，这一篇主要以交流电机的绕组、磁势和电势为基础。

航空直流电机教学内容分为4块：直流电机的共同理论、直流发电机的特性与调节、直流电动机的特性与控制以及无刷直流电动机。直流电机具有可逆原理，电枢电势、电磁力矩、电枢反应、换向是直流发电机和电动机中都共同存在的，只是其具体的作用和方向有所不同，因此先学习这些共同理论，然后再分别学习发电机和电动机的特性。纵观交流电机和直流电机，一个共同点是先学习共同的基本理论和分析方法，然后再分别学习各电机的特性。在直流发电机原理学习中还包含一种分析解决问题的基本思路和方法：将复杂问题分解成一系列相对简单的小问题，逐步分析解决。比如说：在分析直流电势产生的过程时，先分析电机中一个线圈边（一根导体）所产生的电势，再寻找电机中所有电枢导体产生电势方向的规律，然后再加入电刷和换向器，最后在正负电刷间得到一个方向不变、大小基本不变的直流电势。这种将复杂问题拆解，逐个击破的解决问题的方法不仅是一种很好的解决问题的方法和思路，同时通过这样的学习过程也能更清楚地认识直流电机的原