郝妮妮-直流他励电动机的制动特性教学设计.doc

直流他励电动机的制动特性教学设计 授课人郝妮妮所属专业：机械工程类专业所属课程：机电传动与控制适用对象：机械工程类专业本科生主 讲 人：郝妮妮所属单位：山东科技大学机械电子工程学院1、 教学背景机电传动控制是机械类专业的本科生必修的一门专业基础课。课程主要从机电一体化技术的需要出发，使学生了解机电传动控制的一般知识，掌握电机、控制电器、电力拖动、自动控制系统的工作原理、特性、应用和选用方法，并能从事机电产品的控制系统设计，且为数控机床、微机控制系统等后续课程打下基础。课程对加强学生素质教育，提高学生分析问题、解决问题的实际能力、以及创新意识、工程实践的综合素质，培养机电复合型拔尖创新型人才都具有重要作用。本次微课所选授课内容为“直流他励电动机的制动特性”。此知识点一直是“机电传动控制”这门课程的一个重点和难点内容。多数同学对此内容概念不能透彻理解；不能将原理性的知识用机械特性曲线图来表达；对三种制动形式容易相互混淆，不能区分三种形式各自的优缺点；无法用学习到的理论知识去解决实际问题。参赛者针对此教学内容存在的问题，大胆改革教材内容，并精心设计教学过程，坚持“授课而非授书”的教学理念，采用“启发式”教学方法，灵活运用多媒体或教鞭或板书等多种教学手段来完成授课，实现“教师享受教，学生享受学”。以日常生活中人们所熟悉的如自行车、汽车等机械制动方式存在摩擦生热甚至起火等问题作为切入点，引出本次课的主题直流他励电动机的制动特性，进而提高学生学习的兴趣和学习积极性。授课过程中，依据提出问题（何谓电气制动）、分析问题（提出电气制动的三种方法）、解决问题（得到制动特性曲线）、理论知识与实际相结合（通过制动特性机械特性曲线和实例比较各种制动方法的优缺点及各自适用的场合）的教学思路不断的启发学生，促使学生边学习边思考再学习，不断增加知识深度，进而让学生对所学知识点有所深刻的了解，培养学生能以工程的观念来解决实际问题的能力。二、教学理念 1、自身坚持“专心致志，以事其业”的敬业精神。每一堂课坚持“备好课讲好课”； 2、树立“对象”意识。教学过程中注重与学生的“互动”，确立学生的主体地位，“教”与“学”不脱离。通过“互动”调动学生学习的积极性和创造性。 3、树立“理论联系实际”的教学理念。机械类专业的专业课教学始终坚持理论知识与实际相结合，加深学生对理论知识的理解和运用能力，强化锻炼学生分析问题和解决问题的能力。三、教学特色1、教学过程中坚持“授课而非授书”！教材是“死的”，课程是“活”的，大胆改革教材内容，精心设计教学内容；2、教学活动中改变以往“被动式”教学，而采用“启发式”和“研究式”，引导学生跟着教学思路不断的思考问题、分析和解决问题；3、培养学生的工程思想和理念，不仅提高了学生的学习积极性，同时锻炼学生“运用所学知识解决实际问题，并在此基础上创造和学习更多的知识”。四、教学方法与手段教学方法：课堂采用启发式和研究式教学，教学过程中注重与学生的互动，以此调动学生学习的积极性，培养学生创造性的思维能力。教学手段：根据教学需求，灵活恰当的选择多媒体教学、教鞭或者粉笔加黑板等不同的教学手段。五、教学目标：知识目标：1、掌握电气制动的三种形式； 2、电气制动三种形式的制动原理及制动特性； 3、总结三种制动形式的优缺点。技能目标：1、掌握三种制动形式适用的场合； 2、培养学生理论联系实际的能力，注重理论与工程实际的联系。六、教学内容与设计过程教学内容：1、机械制动相对于电气制动的缺点 2、实现电气制动的三种方法 3、电气制动三种形式的优缺点及适用场合。教学设计思路：开 场：提出问题。以学生所熟知的自行车、汽车等的制动方式存在什么缺点为引入点，提起学生学习的兴趣，让学生带着目的听课。过程中：分析问题。自行车等机械制动由于摩擦生热易引起制动失效，提出“电动机电气制动”这个知识点。教学思路依据：“何谓电动机的电气制动？” “实现电气制动有哪几种方法？” “电气制动每一种形式的制动原理是什么？” “电气制动每一种形式的制动特性是什么？” 采用启发式教学，依据如上问题思路引导学生不断的思考，提高学生学习的积极性，锻炼学生分析问题的能力。 结 尾：解决问题。归纳总结出电气制动有三种制动形式，反接制动、能耗制动、反馈制动。 引 申：理论与实际有机结合。提出“三种制动形式各自有什么优缺点？” “三种制动形式各自适合什么场合？”以辩证的眼光来看问题，分析出三种制动形式各自的优缺点。以工程的观念将理论知识与实际相结合，分析出何种制动形式适合何种现场制动场合。七、教学总结：1、 掌握电动机的三种制动形式（反接制动、能耗制动、反馈制动）的制动特性及优缺点； 2、反馈制动不仅能限制位能负载的下降速度，同时吸收的机械能转化的电能一部分消耗在内阻上，另一部分回馈到电网中了。由于不可再生能源的短缺和人们对环境的重视，反馈制动系统在电梯、汽车等许多领域都被广泛的应用，利用反馈制动实现能量回馈，达到节能的目的（理论联系工程实际）。脚本： 引入：以日常生活中人们所熟悉的如自行车、汽车、起重机等机械制动方式存在摩擦生热甚至起火等问题作为切入点，引出本次课的主题直流他励电动机的电气制动 今天我们将以直流他励电动机为例，来给同学们介绍电动机的制动特性。需要掌握的知识点为电气制动的三种形式及相应的制动特性及各自适用的场合。 我们先来看一下日常生活中同学们所熟悉或者接触的自行车和汽车的制动方式自行车，在停车或者下坡减速时，手握闸，车闸上的制动器与车轮摩擦实现停车或者减速； 对于汽车，制动时踩下制动踏板，通过传动机构使制动蹄上的摩擦片压紧在制动鼓的内圆面上产生一个摩擦力矩。 这些制动方式，都是通过什么方式？共同点是什么？ 这都属于机械制动，共同的特点就是制动时制动器与制动对象之间的机械摩擦力产生制动。我们知道，摩擦就会磨损，降低使用寿命，增加了更换零部件的成本。同时摩擦也会生热，降低制动效果，甚至会引起着火现象 我们来看，如果在类似这样的山路上开车，转弯或下坡的地方非常多，司机大部分会长期踩着脚刹，这样会出现什么问题？ 易出现刹车过热造成制动失灵，更有甚者会出现轮胎着火现象。如新闻中报道过很多大货车司机开车时由于长时踩着脚刹，导致刹车片过热轮胎着火的案例。 不采用直接的摩擦，如何实现制动？ 想到电动机有两种工作状态，电动和制动。制动状态时产生与旋转方向相反的制动转矩。所以提出电动机的电气制动 那么，如何实现电气制动？ 要让电动机产生与旋转方向相反的转矩，那么就要改变T的方向，进而要改变电流的方向。所以首先想到的实现电气制动的第一种方法就是电源反接，改变电流方向。也就是通常所说的电源反接制动。以直流他励电动机为例进行介绍。 电源方向如图所示时，电动机处于电动状态。电动机特性曲线如图1，与负载的交点a为稳定工作点。反接时，电枢反接在电源上，同时电枢回路要串接制动电阻Rad。 这时电流方向相反产生制动转矩；特性曲线如何变化？（结合板书）理想同步转速变向，得到特性曲线2.由于机械惯性的作用，转速不能突变，工作点由a点过度到b点，此时在电机和负载制动转矩的共同作用下系统减速至0到c点。 那么为什么要串接电阻？（结合板书） 我们看电动时的电流大小，电源反接制动开始瞬间电流等于电压和电动势串接时的电流，电流非常大，为了限流电动机的电枢电路中必须串接足够大的限流电阻。 针对反抗性负载，a点Tm=TL，达到稳定平衡点。电源反接瞬间，由于机械惯性的作用，速度不能突变，工作点由a点过渡到b点，b点转矩与转速方向相反，为制动转矩。由运动学方程式可知系统减速至c点，速度为0，实现减速。 问题：这时，若电枢不从电源拉开，会出现什么现象？（结合板书） 在C点，电动机产生的电动转矩大于负载的制动转矩，要反向加速！ 优点：制动电流相对较大，制动力大制动迅速 缺点：制动准确性差 适用场合：制动迅速的要求 问题：如何准确停车？ 第二种制动方式：能耗制动（结合板书） 在n=0时，TM =0 Tm=0，及n0=0，即U=0，切除电源。 电路原理图中电流方向为电动方向，特性曲线如图1.电源切除后，由于n的存在，电动势充当电源，产生方向相反的电流产生制动转矩。在0点时，电动机转矩为0恒小于负载转矩，所以不会出现反向启动的危险。 优点：制动准确 从能量角度出发，能耗制动，机械能全部消耗在电阻，造成能源的浪费。（结合板书） 那么，能否将转变的电能回馈到电网中，实现能源的充分利用呢？ 第三种制动形式，反馈制动 在外部条件的作用下，实际转速大于理想空载转速，电动机输出转矩的作用方向n的方向相反，电动机运行于反馈制动状态。此状态时机械能转变成电能，向电源馈送，称反馈制动。（结合板书）电机车由平路变为下坡运行时，小车加速运行，越过理想空载转速时，电动机转矩变为制动