| 授課題目 | 項目一 直流電機 | ||||||
| 授課方式 | 多媒體教學 | 課型 | 新授 | 課時 | 8 | ||
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教 學 目 標 |
知識目標 |
1．熟悉直流電機的基本結(jié)構(gòu)，掌握直流電機的工作原理和銘牌數(shù)的含義 2．了解電樞繞組的幾個基本概念 3．了解電樞反應(yīng)的概念，掌握直流電機的電樞電動勢、電磁轉(zhuǎn)矩的基本公式 4．掌握直流電機的換向過程和改善換向的主要方法 5．掌握直流電動機的基本方程式和工作特性 6．了解直流發(fā)電機的分類和運行特性 |
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| 技能目標 |
1．能夠畫出繞組展開圖 2．能夠分析和計算直流電機的主要參數(shù) 3．能夠分析直流電機的運行問題 |
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| 教學重點 | 實槽和虛槽、單疊繞組的展開圖、功率、轉(zhuǎn)矩、電動勢平衡方程式 | ||||||
| 教學難點 | 他勵直流電動機的基本方程式、直流弧焊發(fā)電機的工作原理 | ||||||
| 教學方法 | 行動導向教學法 | ||||||
| 教學內(nèi)容 |
1．認識直流電機的結(jié)構(gòu)，了解其工作原理 2．了解直流電機的電樞繞組 3．了解直流電機的電樞反應(yīng)、電樞電動勢與電磁轉(zhuǎn)矩 4．掌握直流電機的換向過程及改善方法S 5．了解直流電動機的種類、基本方程式和工作特性 6．認識常見直流發(fā)電機 |
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| 教學過程 | 任務(wù)一 | ||||||
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1．相關(guān)知識 1）直流電機的特點和用途 （1）直流電機的特點 （2）直流電機的用途 2）直流電機的基本結(jié)構(gòu) （1）定子 （2）轉(zhuǎn)子 3）直流電機的工作原理 （1）直流發(fā)電機的工作原理 （2）直流電動機的工作原理 4）直流電機的銘牌數(shù)據(jù) （1）銘牌 （2）型號 （3）額定值 |
帶領(lǐng)學生學習 新知識 |
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2．任務(wù)實施 老師提供可打開的直流電動機實物，并組織學生共同完成以下任務(wù)。 1）將全班學生進行分組，并選出小組長。 2）每組分別對照實物指出直流電機的各個部件，并做簡要描述（如各部件的功能或作用原理）。 3）每組分別對照實物分析直流電動機和直流發(fā)電機的工作原理。 4）分組討論實際見過（或聽過）的電動機型號及應(yīng)用場合，并做簡要總結(jié)。 5）討論結(jié)束后，小組長整理討論結(jié)果，并交給老師，老師做點評。 |
鞏固所學知識，提升學生實踐技能 | ||||||
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3．任務(wù)測試 學生利用所學知識，可獨立完成以下任務(wù)。 1）快速指出直流發(fā)電機的主要部件。 2）描述各部件的作用。 3）知曉直流發(fā)電機是如何機械能轉(zhuǎn)化為動能的以及直流電動機如何將電能轉(zhuǎn)化為機械能的。 4）描述直流電機具體包括哪些額定數(shù)據(jù)。 |
進一步 鞏固所學知識 |
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| 任務(wù)二 | |||||||
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1．相關(guān)知識 1）繞組的概述 （1）繞組元件 （2）繞組的有效邊與端線 （3）實槽和虛槽 實槽是指電樞鐵芯上實際存在的槽。在實際的電機結(jié)構(gòu)中，電樞繞組元件數(shù)往往多于實槽數(shù)，常常在一個鐵芯槽內(nèi)放置幾組繞組元件，通常把一個元件的上層邊與另一個元件的下層邊之間構(gòu)成的一個虛擬凹槽稱為一個虛槽，如圖1-17所示。如果一個實槽內(nèi)有u個虛槽，那么，電樞鐵芯的總的虛槽數(shù)Z0和實槽數(shù)Z的關(guān)系為： Z0 = uZ  （a）u = 1 （b）u = 2 （c）u = 3 圖1-17 實槽中的虛槽 （4）元件數(shù)與虛槽數(shù)、換向片數(shù)的關(guān)系 （5）極距 （6）繞組的節(jié)距 （7）繞組的形式 2）單疊繞組 （1）單疊繞組的展開圖 以虛槽數(shù)Z0、換向片數(shù)K、元件數(shù)S都為16，磁極對數(shù)p2，組成右行單疊繞組的某直流電機為例，說明單疊繞組展開圖的作圖方法和步驟。 ① 計算繞組極距。 ② 計算繞組節(jié)距。 采用整距繞組，因為是單疊右行，故： ③ 列繞組元件連接順序表。 單疊繞組在接線時，先將繞組元件、槽及換向片按順序編號，見表1-1。 表1-1 單疊繞組元件串順序表
④ 畫繞組展開圖。 ⑤ 畫磁極和電刷。 ⑥ 確定元件感應(yīng)電動勢方向、電刷的極性、電樞旋轉(zhuǎn)方向。 （2）并聯(lián)支路 （3）均壓線 3）單波繞組 （1）單波繞組的特點 （2）并聯(lián)支路 4）其他繞組及其應(yīng)用 |
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2．任務(wù)實施 請同學們自行繪制某直流電動機的單波左行繞組，已知該直流電動機的磁極對數(shù)，。 思路：首先計算各節(jié)距，然后參照單疊繞組的展開圖畫法進行繪制。 |
鞏固所學知識，提升學生實踐技能 | ||||||
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3．任務(wù)測試 學生利用所學知識，完成以下任務(wù)。 1）描述繞組元件及節(jié)距的概念。 2）實槽數(shù)和虛槽數(shù)相等嗎？給出理由。 3）簡述繪制繞組展開圖的步驟。 |
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| 任務(wù)三 | |||||||
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1．相關(guān)知識 1）直流電機的電樞反應(yīng) （1）直流電機的空載磁場 （2）直流電機的電樞磁場 （3）直流電機的電樞反應(yīng) 2）直流電機的電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩 （1）直流電機的電樞電動勢 （2）直流電機的電磁轉(zhuǎn)矩 |
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2．任務(wù)實施 利用儀態(tài)直流發(fā)電機已有的參數(shù)及條件計算出其電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩。 思路：通過已知條件可以求出電動勢常數(shù)和轉(zhuǎn)矩常數(shù)，將它們代入相應(yīng)的公式求解即可，結(jié)果參考如下。 |
鞏固所學知識， | ||||||
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3．任務(wù)測試 學生利用所學知識，回答以下問題。 1）什么是電樞反應(yīng)？ 2）直流電機的電樞電動勢的大小跟什么有關(guān)？ |
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| 任務(wù)四 | |||||||
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1．相關(guān)知識 1）換向過程 2）換向器的打火 （1）打火現(xiàn)象 （2）打火原因 3）改善換向的方法 （1）正確安裝換向極 （2）合理選擇電刷 |
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2．任務(wù)實施 學生分組，幫助小明解決“將某小容量無換向極的電機換向”這一問題。 思路：先考慮本任務(wù)給出的換向方法能否實現(xiàn)，若無法解決，嘗試移動電刷位置，并分析結(jié)果。 |
鞏固所學知識，提升學生實踐技能 | ||||||
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3．任務(wù)測試 學生利用所學知識，回答以下問題。 1）直流電機產(chǎn)生換向火花的原因有哪些？ 2）直流電機安裝換向極的作用是什么？ |
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| 任務(wù)五 | |||||||
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1．相關(guān)知識 1）直流電動機的種類 （1）他勵電動機 （2）并勵電動機 （3）串勵電動機 （4）復勵電動機 2）他勵直流電動機的基本方程式 （1）電動勢平衡方程式 他勵直流電動機在穩(wěn)定運行時，加在電樞兩端電壓為U，電樞電流為Ia，電樞電動勢為Ea，由電動機的工作原理可知，此時Ea與Ia是反向的，即Ea是反電動勢，若以U，Ea，Ia的實際方向為正方向，則可列出直流電動機的電動勢平衡方程式為： （1-17） 式中：Ra——電樞電阻。 該平衡方程式表示了電源電壓除一小部分被電樞電阻消耗外，其余被電動機吸收轉(zhuǎn)換為反電動勢去帶動電動機轉(zhuǎn)動。 （2）轉(zhuǎn)矩平衡方程式 他勵電動機的電磁轉(zhuǎn)矩Tem為拖動性轉(zhuǎn)矩。當電動機以恒定的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行時，電磁轉(zhuǎn)矩Tem與負載轉(zhuǎn)矩TL及空載轉(zhuǎn)矩T0相平衡，即： （1-18） 由此可見，電動機軸上的電磁轉(zhuǎn)矩一部分與負載轉(zhuǎn)矩相平衡，另一部分是空載損耗。 （3）功率平衡方程式 直流電動機工作時，從電網(wǎng)吸收電功率P1，除去電樞回路的銅損耗pCua、電刷接觸損耗pCub及勵磁回路銅耗pCuf后，其余部分功率轉(zhuǎn)變?yōu)殡姌猩系碾姶殴β蔖em。 電磁功率并不能全部用來輸出，它的一部分是運行時的機械損耗、鐵損耗pFe和附加損耗pad，剩下的部分才是軸上對外輸出的機械功率P2： （1-19） 直流電動機的功率流程如圖1-27所示。  圖1-27 直流電動機的功率流程 3）他勵直流電動機的工作特性 （1）轉(zhuǎn)速特性 （2）轉(zhuǎn)矩特性 （3）效率特性 |
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2．任務(wù)實施 組織學生利用所學知識幫助小明分析、討論并判斷他進行測試得到的曲線（見圖1-29）的正確性。  圖1-29 測試曲線 思路：轉(zhuǎn)速特性、轉(zhuǎn)矩特性、效率特性的理論知識分析該曲線的正確性。 提示：該轉(zhuǎn)速特性曲線錯誤。 |
鞏固所學知識， | ||||||
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3．任務(wù)測試 學生利用所學知識，回答以下問題。 1）直流電機產(chǎn)生換向火花的原因有哪些？ 2）直流電機安裝換向極的作用是什么？ |
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| 任務(wù)六 | |||||||
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1．相關(guān)知識 1）并勵發(fā)電機 （1）并勵發(fā)電機電動勢的建立 （2）功率、轉(zhuǎn)矩、電動勢平衡方程式 ① 功率平衡方程式 直流發(fā)電機輸入的是機械功率P1，除去機械損耗和鐵損耗pFe以后，剩下的是電磁功率Pem，電磁功率Pem即是機械能轉(zhuǎn)換成為電能的這部分功率，功率平衡方程式為： （1-23） 式中：，p0為空載損耗，它們的單位均為kW。 發(fā)電機向負載供電時，電樞繞組中的電流將產(chǎn)生銅損耗，在電磁功率中除去電流在繞組中產(chǎn)生的銅損耗pCu，余下的則是輸出的電功率P2。則有： （1-24） 綜合上述兩式，可得直流發(fā)電機的功率平衡方程式為： （1-25） 而直流發(fā)電機的效率為： （1-26） ②轉(zhuǎn)矩平衡方程式 由于，將式（1-23）兩邊同除以可得發(fā)電機的轉(zhuǎn)矩平衡方程式： （1-27） 式中：T1——原動機拖動發(fā)電機的轉(zhuǎn)矩，即輸入驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，單位為N·m； Tem——發(fā)電機的電磁轉(zhuǎn)矩，單位為N·m； T0——發(fā)電機的空載轉(zhuǎn)矩，單位為N·m。 ③電動勢平衡方程式 在他勵發(fā)電機中輸出功率P2 = UIa，電磁功率，銅耗為，代入式（1-24）可得： 將上式兩邊都除以Ia，可得發(fā)電機的電動勢平衡方程式為： （1-28） （3）并勵發(fā)電機的外特性 2）直流弧焊機 （1）直流弧焊發(fā)電機的工作原理 （2）弧焊整流器 |
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2．任務(wù)實施 1）任務(wù)描述 小明去參觀某工廠，看到一臺銘牌和數(shù)據(jù)缺失的他勵直流電機，已知，，，，，，，忽略附加損耗。小明想判斷這臺電機是發(fā)電機運行還是電動機運行，并想知道它的電磁轉(zhuǎn)矩、輸入功率和效率。 2）任務(wù)執(zhí)行 組織學生利用所學知識幫助小明解決上述問題。 思路：通過比較電機的電樞電動勢與端電壓U，可以判斷電機的運行方式，然后根據(jù)已知條件，計算要求參數(shù)即可。 |
鞏固所學知識，提升學生實踐技能 | ||||||
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3．任務(wù)測試 學生利用所學知識，完成以下任務(wù)。 1）寫出并勵發(fā)電機功率、轉(zhuǎn)矩、電動勢平衡方程式。 2）簡述直流弧焊發(fā)電機的工作原理。 |
進一步 鞏固所學知識 |
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| 課堂總結(jié) | |||||||
1、綜合性強: 電機及拖動技術(shù)實訓裝置掛件配齊時可完成目前國內(nèi)各類院校電機及電氣控制學科課程的全部實驗項目。
2、適應(yīng)性強: 電機及拖動技術(shù)實訓裝置能滿足各類學校相應(yīng)課程的實驗教學，實驗的深度與廣度可根據(jù)需要作靈活調(diào)整，普及與提高可根據(jù)教學的進程作有機地結(jié)合。裝置采用組件式結(jié)構(gòu)，更換便捷，如需要擴展功能或開發(fā)新實驗，只需添加部件即可，永不淘汰。
3、整套性強:從儀器儀表、專用電源、電機及其它實驗部件到實驗連接專用導線等均配套齊全，配套部件的性能、規(guī)格等均密切結(jié)合實驗的需要進行配置。
4、直觀性強：各實驗掛件采用分隔結(jié)構(gòu)形式，組件面板示意、圖線分明，各掛件任務(wù)明確，操作、維護方便。
5、科學性強：電機及拖動技術(shù)實訓裝置占地面積少，節(jié)約實驗用房，減少基建投資；配套的小電機均經(jīng)特殊設(shè)計，可模擬中小型電機的特性和參數(shù)；小電機耗電省，節(jié)約能源；實驗噪聲小，整齊美觀，改善實驗環(huán)境；電氣控制實驗，內(nèi)容豐富，設(shè)計合理，除了加深理論知識外，還為學生走向社會打下良好的基礎(chǔ)；
6、開放性強： 控制屏供電隔離（浮地設(shè)計），并設(shè)有電壓型漏電保護裝置和電流型漏電保護裝置，確保操作者的安全；各電源輸出均有監(jiān)示及短路保護等功能，使用方便。整套裝置經(jīng)過精心設(shè)計，加上可靠的元器件質(zhì)量及可靠工藝作為保障，產(chǎn)品性能優(yōu)良，所有這些均為開放性實驗創(chuàng)造了條件，有利于提高學生分析問題和解決問題的能力。
相關(guān)產(chǎn)品：
| 電機類實驗室實訓設(shè)備 |
