《机电设备电气控制技术-基础知识》教案

1、课题项目一直流电机的应用 任务一 认识直流电机（一）课型教具学具新授课课时 2 教具学具电教设施教学目 标知识 教学点明确本课程的性质、内容、任务和要求、认识直流电机的外形与结 构，熟悉直流电机各部件的作用。了解直流电机的特点用途和分 类。能力 培养点培养学生对直流电机结构拆装的兴趣；德育 渗透点1、培养学生严谨的科学态度；2、培养学生积极向上的人生态度教学重 占 八、 难点重点直流电机的外形、结构及各部件的作用。难点直流电机的结构及各部件的作用学法引导讲授法组织学生讨论教学内容 更新、补 充、删节无参考资料电机与拖动基础刘启新主编，中国电力出版社课后体会教与学互动设计教师活动内容学生活动 内

2、容时间引入新课在日常生活中和生产活动中有很多场合都离不开电机，很 多电器是用直流电机带动的，如家里的洗衣机、微波炉；工厂 中的大型轧钢机、龙门刨床等；我们把能将直流电能与机械能 之间相互转换的电力机械称为直流电机。按用途可分为直流电动机和直流发电机。说明开设 本课程的 目的和意 义，介绍 本课程的 学时安 排，说明 本课程的 考核方法10分35分学生在老 师讲解的 基础上学 生归纳（教师补 充）（一）、自主、合作、探究（讲授新课） 本课程的性质、内容、任务和要求本课程是高等职业院校机电一体化专业核心课程“机电设 备电气控制技术”中重要的组成模块，是本专业学生必修的综 合技术课程。通过本课程的学

3、习和项目训练，使学生了解电动机、变压 器、常用低压电器等电气设备的基本结构、工作原理、工作特 性及铭牌数据，掌握电动机、变压器、常用低压电器等电气设 备的使用，并培养学生具备电机维护维修、企业机电设备电气 控制系统安装、调试与维护等的基本职业能力，并为学生后续 专业课程的学习做前期准备。一、直流电机的特点和用途1直流电机的特点（1）优点与交流电动机相比，具有优良调速性能和起动性能。能提供无脉动的大功率直流电源，输出电压可以精确地调节和 控制。(2)缺点制造工艺复杂，成本高；运行时电刷与换向器之间易产生火花，可靠性差;2、直流电机的用途教师讲 解，学生 思考、理 解35分在某些要求调速范围大、速

4、度高、精密度好、控制性能优异的 场合，直流电动机现占有较大的比重。如：矿场卷扬机、厢轿 式高速电梯、城市电车、地铁列车、电动自行车等等。直流发电机主要用作直流电源，如直流电动机的电源，直流电 焊机电源等。二、直流电机的基本结构 直流电动机与直流发电机的结构类似。直流电机是由定子(主磁极、换向磁极、机座、电刷装置、端盖等）、转子（电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴、风扇等）及两者之间的气隙组 成的。换向器王磋极/ 电枢删学生回顾 归纳教师 总结10分电枢铁心i主磁极产生主磁通，由铁心和励磁绕组组成。绕组由绝缘铜线绕制而 成，与铁心绝缘，主磁极上的线圈串联，主磁极成对出现，按 极和S极交替排列。2、

5、换向磁极产生附加磁场，用以改善电机的换向性能。极性在作为发电机 运行时，与电枢导体将进入的主磁极极性相同；在作为电动机 运行时，与电枢导体刚离开的主磁极极性相同3、机座既可用来固定主磁极、换向磁极和端盖等，又可作为磁路的一 部分称为礠厄。4、电刷装置连接电枢绕组和外电路，起固定作用。由电刷、刷握和刷杆座 组成。5、电枢铁心通过磁通和安放电枢绕组。电枢铁心具有轴向冷却通风孔，可 迅速降低铁心的温度。6、电枢绕组产生感应电动势和通过电流产生电磁转矩，实现机电能量转 换。7、换向器每个换向片与绕组的每个元件的引出线焊接在一起，用于将直 流电动机输入的直流电流转换成电枢绕组内的交变电流，产生 恒定方向

6、的电磁转矩，使电动机连续运转。（二）总结拓展1、直流电机的特点及应用2、直流电机的结构及各元件的作用 （三）布置作业1复习直流电机的特点、应用及结构；2.课后习题1，23.预习直流电机工作原理及励磁方式课题任务一 认识直流电机（二）课型教具学具新授课课时2电教学施教学目 标知识 教学点掌握直流发电机、直流电动机的工作原理及直流电机的可逆原理， 了解直流电机的励磁方式。能力 培养点让学生能正确的认识、并理解直流电机的基本工作原理德育 渗透点学会感恩教学重占八、 难点重点直流电机的基本工作原理难点直流电机的基本工作原理学法引导1讲授法（重点讲解，加深理解）2、讨论法（积极参与，总结规律）教学内容

7、更新、补 充、删节无参考资料电机与拖动基础刘启新主编，中国电力出版社课后体会教与学互动设计教师活动内容（一）、创设情境、激趣导入（导入新课）【知识回顾】1、说说直流电机的优缺点？2、举例说明直流电机用于那些场合？3、说说直流电机的结构？【教师点评】1、1）优点：与交流电动机相比，具有优良调速性能和起动性能。 能提供无脉动的大功率直流电源，输出电压可以精确地调节和控 制。（2）缺点：制造工艺复杂，成本高；运行时电刷与换向器之间易 产生火花，可靠性差；2、直流电动机现用在如：矿场卷扬机、厢轿式高速电梯、城市电 车、地铁列车、电动自行车等场合。直流发电机主要用作直流电 源，如直流电动机的电源，直流电

8、焊机电源等。3、直流电机是由定子（主磁极、换向磁极、机座、电刷装置、端 盖等）、转子（电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴、风扇等）及 两者之间的气隙组成的。（二）自主、合作、探究（讲授新课）一、直流电机的工作原理 1直流发电机的工作原理 下图由直流发电机的主磁极、电刷、电枢绕组和换向器等主要部件 构成的工作原理图。电刷上加负载灯泡，用原动机拖动电枢使之逆时针方向恒速转动， 线圈两边就分别切割不同极性磁极下的磁力线，而在其中感应产生 电动势，电动势方向按右手定则确定。 由于电枢连续地旋转，因 此，必须使载流导体在磁场中所受到线圈边 ab和cd交替地切割N极 和S极下的磁力线，虽然每个线圈边和整个线

9、圈中的感应电动势的方 向是交变的.线圈内的感应电动势是一种交变电动势，而在电刷A，B端的电动势却为直流电动势（说得确切一些，是一种方向不变的脉振 电动势）。因为，电枢在转动过程中，无论电枢转到什么位置，由于换 向器配合电刷的换向作用，电刷 A通过换向片所引出的电动势始终是 切割N极磁力线的线圈边中的电动势，因此，电刷A始终有正极性。同样道理，电刷B始终有负极性，所以电刷端能引出方向不变的但大 小变化的脉振电动势。如每极下的线圈数增多，可使脉振程度减小， 就可获得直流电动势。这就是直流发电机的工作原理。同时也说明了学生活动 _内容 学生回答举出实 例，同学 讨论学生在教 师讲解的 基础上归 纳，

10、总结时间10分35分直流发电机实质上是带有换向器的交流发电机。st timeAatcAB J01.1. so电机工作厚建让学生根 据教师讲 解总结出 直流电动 机的工作 原理35分2. 直流电动机的工作原理直流电动机与发电机的结构相同。当给电刷AB旋加一直流电压，导体ab,cd中就有电流流过，由电磁力定律可知导体会受到电磁力 作用。可通过左手定则判断，导体处于 N极下与电刷A接触电流向 外流，产生电磁力矩为逆时针；导体处于 S极上与电刷B接触电流 向里流，产生电磁力矩仍为逆时针。转子在该电磁力矩作用下开始 旋转向外输出机械功率。工作原理：当直流电动机接入直流电源时，借助于电刷和换向器的 作用，

11、使直流电动机电枢绕组中流过方向交变的电流，从而电枢产 生恒定方向的电磁转矩，保证了直流电动机朝一定的方向连续旋 转。3. 直流电机的可逆原理从原理上讲，一台直流电机既可作为电动机，把电能转换为机械能，也可 作为发电机，把机械能转换为电能，称为电机的可逆原理。二、直流电机的励磁方式直流电动机的性能与它的励磁方式密切相关，通常直流电动机的励磁 方式有3种：直流他励电动机、直流自励电动机（并励、串励和复 励）、直流永磁电动机。掌握 4种方式各自的特点：1他励方式:励磁绕组与电枢绕组电路相互独立没，励磁电路是由另外 直流电源供给的。因此励磁电流不受电枢端电压或电枢电流的影响。2. 并励方式:并励绕组与

12、电枢绕组是并联关系，由同一电源供电，但是 励磁绕组用细导线绕成，其匝数很多，因此具有较大的电阻，使得通 过他的励磁电流较小。3. 串励方式：励磁绕组是和电枢串联的，所以这种电动机内磁场随着 电枢电流的改变有显著的变化。为了使励磁绕组中不致引起大的损耗 和电压降，励磁绕组的电阻越小越好，所以直流串励电动机通常用较 粗的导线绕成，他的匝数较少。4. 复励方式：电动机的磁通由两个绕组内的励磁电流产生。（三）、总结拓展学生总结重点、难点学生总结 教师补充10分教师点评：重点：直流电机的工作原理难点：直流电机的工作原理【教师寄语】万事开头难，走好学习电机的第一步非常关键，学会 培养自己的学习兴趣，这样才

13、能更有趣地去走下一步。（五）、布置作业1、完成课后习题4、52、预习下一小节内容课题任务一 认识直流电机（二）课型教具学具新授课课时2电教学施教学目 标知识 教学点了解直流电机铭牌中型号和额定值的含义，掌握额定值的简单计 算，理解直流电机的基本方程。能力 培养点能正确识别、选用直流电机，能进行直流电动机的检测、接线和简 单操作德育 渗透点好好学习，为社会服务教学重占八、 难点重点掌握直流电机额定值的简单计算难点理解直流电机的基本方程学法引导1讲授法（重点讲解，加深理解）2、讨论法（积极参与，总结规律）教学内容 更新、补 充、删节无参考资料电机与拖动基础刘启新主编，中国电力出版社课后体会教与学互

14、动设计教师活动内容学生活动内容时间（一）、仓U设情境、激趣导入（导入新课）【知识回顾】介绍一下直流电机的工作原理？（二）、自主、合作、探究（讲授新课）一、直流电机的铭牌数据与系列1、直流电机铭牌数据电机制造厂按照国家标准，规定了电机的正常运行状态和条件， 称之为额定运行。表征电机额定运行情况的各种数据均称为额定 值。学生回答10分型号:N72励磁方式并励额定功率22kW励磁电压220V额定电压220V励磁电流2.06A额定电流P 110A定额连续额定转速1500r/mi n温升80匕出厂编号XXXXX出厂日期X年XXXXXX电机厂表1-1直流电动机的铭牌学生在教 师讲解的 基础上思 考总结35

15、分（1）、型号:Z2-72电枢铁/匸长度序号 寂厘洋号设计序号，表示第二次设计 产品祀号，2表直流电机（2）、额定功率PN_:是电机在额定情况下允许输出的功率，发电机是指向负载输出的功率 PN二UnIn ;电动机是指轴上输出的 机械功率Pn二UnIn n。（3） 、额定电压:在额定情况下，电动机的额定电压是输 入电压，发电机是指额定功率时的输出电压。（4）、额定电流II：是电机在额定负载时允许电机长期流出或 流入的电流。（5）、额定转速 匹：电机运行在额定电压、额定电流、额定功 率时所对应的转速。2、直流电机系列(1) Z2系列：一般用途的小型直流电机系列。“ Z”表示直流，“ 2”表示第二次

16、改进设计。属于防护式。(2) ZF和ZD系列：一般用途的小型直流电机系列。“ F”表示 发电机，“ D”表示电动机。(3) ZZJ系列：起重、冶金用直流电机系列。工作方式有连续、 短时和断续三种。ZQ:直流牵引电动机系列；ZA防爆安全型直流电机系列详见书上表1-2二、直流电机的感应电动势和电磁转矩直流电机的电枢绕组同时存在感应电动势和电磁转矩。1、电枢绕组的感应电动势EaEa =Ce n 为每极磁通，Ce为电动势常数发电机中Ea与电枢电流Ia方向相同，是电源电动势；反之，为 反电动势。2、直流电机的电磁转矩TT =CT 1 aCt为转矩常数三、直流电动机的基本方程式基本方程是直流电动机运行时，

17、电磁关系和能量传递关系的数学 表达式。以直流并励电动机为例介绍。1、电动势平衡方程式U =E +Rla2、转矩平衡方程式电磁转矩T是一个驱动转矩，当电动机运行时，它必须与轴上的负载制动转矩T2和空载制动转矩To平衡：T= To + T2空载转矩To的数值为额疋转矩的2% 5%因此在重载和额疋负载下T “23、功率平衡方程式电动机将电能转变成机械能输出，总有一部分能量消耗在电机内 部，称为电机损耗，包括机械损耗、铁心损耗、铜损耗、附加损 耗。Ula =Ela +RI；或(R+FCu)教师讲 解，学生 思考、理 解35分2UI a :电源输入功率；Ela :电动机电磁功率；RIa :电枢绕组上 的

18、铜损。并励电动机中还有励磁回路消耗的功率也来自电源，Pcu :励磁回路消耗的功率若以P0表示空载损耗，卩2表示电动机轴的输出功率，则:R = FM + % + FCu = F2 + R + FCu + FCu = P2 +P P:电动机的总损耗电动机功率流程图.电*J练习：写出发电机的电动势平衡方程式和转矩平衡方程式Ea 二U laRa人=T ToT :电磁转矩；Ti :发电机转轴上的转矩学生总结 教师补充10分（三）、总结拓展学生总结重点、难点教师点评：重点：掌握直流电机额定值的简单计算 难点：理解直流电机的基本方程（四）、布置作业1、完成课后习题2、预习下一小节内容课题任务二直流电动机的调

19、速（一）课型新授课课时2教具学具 电教设施教学目 标知识 教学点了解电气传动系统的基础知识，了解生产机械的负载特性，熟悉直 流电机的机械特性能力 培养点能正确理解生产机械的负载特，熟知直流电机的机械特性，为分析 和掌握直流电动机的调速方法打卜基础。德育 渗透点好好学习，服务社会教学重 占 八、 难点重点掌握直流电机的机械特性难点掌握直流电机的机械特性学法引导1讲授法（重点讲解，加深理解）2、讨论法（积极参与，总结规律）教学内容 更新、补 充、删节无参考资料电机与拖动基础刘启新主编，中国电力出版社课后体会教与学互动设计教与学互动设计教师活动内容学生活动 内容时间（一）、仓U设情境、激趣导入（导入

20、新课）【知识回顾】举几个直流电机的型号、系列，说说它们的含义？（二）、自主、合作、探究（讲授新课）一、电气传动系统原动机带动生产机械的工作机构运转，完成一定生产任务的过程 称之为驱动。用电动机作为原动机的驱动称为电气传动。1、电气传动系统的组成由电动机、传动机构、生产机械的工作机构、控制设备及电源组 成。电源学生回答10控制设备I电动机传动机构I I工作机构I2、电气传动系统的运动方程电动机负载运行时，一般情况下 Tl T0,可忽略A，当电磁转矩T 的方向与转速n方向一致时取正号，负载转矩Tl的方向与转速n 方向相反时取正号。GD2 dnT -Tl375 dtGD2375 :反映电气传动系统机

21、械惯性的一个常数、生产机械的负载特性1、恒转矩负载：任何转速下，负载转矩恒定或大致恒定;（1）阻力性恒转矩负载特性（例如摩擦力）图2.4反抗性憤转矩负馥特性35让学生联 系实际进 行讨论（2）位能性恒转矩负载特性（例如起重机）35教师讲 解，学生 思考、理 解吃1.n 13fR2.3位能性恒辆矩负験特性2、恒功率负载：例如机床切削、粗加工时，切削量大，负载转矩 大，低速加工，而精加工时，切削量小，负载转矩小，可高速加 工，负载转矩和转速呈反比；3、风机、水泵负载：速度低，负载转矩小，负载转矩大致与转速 的平方成正比。一定的电动机械特性和不同的生产机械负载特性 的配合，可以得到不同的工作状态，即

22、得到不同的转矩和不同的 转速。三、他励直流电动机的机械特性机械特性：n=f(T)是指在一定的条件下，电磁转矩和转速两个机 械量之间的函数关系。1、固有机械特性三个量U,Rp可以改变机械特性U=UN,二N,Rp=O时的机械特性称为固有机械特性。其方程为 n=U/(Ce N)-RaT/(CeCT N2)由于Ra很小，转矩T增大时，n下降很小，他励电动机的固有机 械特性是一条比较平的下降曲线。(硬特性)10学生自己 总结，教 师补充2、人为（人工）机械特性改变三个量 U,Rp之一而其他量不变时可以得到人为机械特 性。（1）电枢回路串电阻时的人为机械特性n=U/（Ce N）-（Ra+Rp）T/（CeC

23、T N2）对应于不同的Rp可以得到一簇斜率不同射线。（2）改变电枢电压的人为机械特性n=U/（Ce N）-RaT/（CeCT N2）（3）减少电动机气隙磁通的人为机械特性 n=U/（Ce N）-RaT/（CeCT N2）减少时，n0增大同时B增大。（三）、总结拓展学生总结重点、难点教师点评：重点：掌握直流电机的机械特性 难点：掌握直流电机的机械特性（四）、布置作业1、完成课后习题2、预习下部分内容课题任务二直流电动机的调速（二）课型教具学具新授课课时2电教学施教学目 标知识 教学点了解电动机的稳定运行条件，掌握他励直流电动机的调速能力 培养点能了解直流电动机的稳定运行条件，重点掌握直流电动机的

24、三种调 速方法，学会直流电动机调速方法的操作。德育 渗透点好好学习，服务社会教学重占八、 难点重点掌握他励直流电动机的三种调速方法难点学会他励直流电动机调速方法学法引导1讲授法（重点讲解，加深理解）2、讨论法（积极参与，总结规律）教学内容 更新、补 充、删节无参考资料电机与拖动基础刘启新主编，中国电力出版社课后体会教与学互动设计教师活动内容学生活动 内容时间（一）、仓U设情境、激趣导入（导入新课）【知识回顾】1. 生产机械的负载特性有哪些？2. 他励直流电动机的机械特性有哪些？【诱思导学】1. 恒转矩负载特性（阻力性和位能性）；恒功率负载特性；通风机 型负载特性。2. 固有机械特性；人为机械特

25、性（电枢串接电阻、改变电枢电压 和减弱磁通）。（二）、自主、合作、探究（讲授新课）一、电动机的稳定运行条件电动机带上某一负载，假设原来以某一转速，由于受到外界某种 短时干扰（负载的突然变化或电网电压的波动等），而使电动机的 转速发生变化，离开原来的平衡状态，如果系统在新的条件下能 达到新的平衡或者当外界干扰消失后，系统能自动恢复到原来的 转速，称为该拖动系统能稳定运行。电动机稳定运行时，见书上图1-30（ a）,设电动机原来稳定工作在A点，此时电磁转矩及负载转矩与 A点的转矩相同，若电网电 压突然波动，机械特性偏咼，由曲线1转为曲线2，增大到B点，转速升咼，B点上升到C点，干扰消失后，转速下降

26、，C点 过渡到D点，电磁转矩小于负载转矩，转速下降，恢复到 A点。 若相反，机械特性偏低，则执行相反方向曲线变化。电动机不稳定运行时，见书上图1-30 （b）。二、他励直流电动机的调速为了提高劳动生产率和保证产品质量，要求生产机械在不同的情 况下有不同的工作速度，如轧钢机在轧制不同的品种和不同厚度 的钢材时，就必须有不同的工作速度以保证生产的需要，这种人 为改变速度的方法称为调速。可以用机械的方法或电气的方法实现调速。这里只分析电气的调 速方法及其性能特点。电气调速是人为地改变电气参数，有意识地使电动机工作点由一条机械特性曲线转换到另一条机械特性曲 线上，为了生产需要而对电动机转速进仃的一种控

27、制，匕与电动 机在负载或电压随机波动时而引起的转速扰动变化是两个不同的 概念。1、调速指标（1）调速范围调速范围疋指电动机在额定负载卜调速时，具取咼转速 “max与取 低转速nmin之比，用D表示，即ln maxD n min学生回答让学生联 系实际进 行讨论35分不同的生产机械对调速范围的要求不同，如车床20100,龙门刨床D=1040,轧钢机 1.203等。电动机最高转速受电动机的换向及机械强度限制，最低转速受转 速相对稳定性(即静差率)要求的限制。(2)调速的平滑性调速的平滑性是指相邻两级转速的接近程度，用平滑系数？表示，即nm_i平滑系数弓越接近1,说明调速的平滑性越好。如果转速连续可

28、 调，其级数趋于无穷多，称为无级调速， ？ =1,其平滑性最好; 调速不连续，级数有限，称为有级调速。(3) 静差率或称转速变化率是指电动机在一条机械特性上额定负 载时的转速降落与该机械特性的理想空载转速之比，即去 A n n。 一 no =35分nn学生在教 师讲解的 基础上思 考并总结(4) 调速的经济性经济性包含两方面的内容，一是指调速所需的设备投资和调速过 程中的能量损耗，另一方面是指电动机调速时能否得到充分利 用。一台电动机当采用不同的调速方法时，电动机容许输出的功 率和转矩随转速变化的规律是不同的，但电动机实际输出的功率 和转矩是由负载需要所决定的，而不同的负载，其所需要的功率 和

29、转矩随转速变化的规律也是不同的，因此在选择调速方法时， 既要满足负载要求，又要尽可能使电动机得到充分利用。经分析 可知，电枢回路串电阻调速以及降低电枢电压调速适用于恒转矩 负载的调速，而弱磁调速适用于恒功率负载的调速。(5) 调速时电动机的允许输出电动机得到充分利用的情况下，调速过程中电动机所能输出的功 率和转矩。2、电枢串电阻调速他励直流电动机拖动负载运行时，保持电源电压及励磁电流为额 定值不变，在电枢回路中串入不同值的电阻，电动机将运行于不从图1-21可以看到，当电枢回路串入电阻 R时，电动机的机械特 性的斜率尺+月将增大，电动机和负载的机械特性的交点将下CeCT N移，即电动机稳定运行转

30、速降低。如图1-21中串入的电阻值 R2 R ，交点A2的转速n2低于交 点A1的转速n1,它们都比原来没有外串电阻的交点 A的转速n 低。电枢回路串接电阻调速方法的优点是设备简单，调节方便，缺点 是调速范围小，电枢回路串入电阻后电动机的机械特性变“软”，使负载变动时电动机产生较大的转速变化，即转速稳定 性差，而且调速效率较低。3、弱磁调速保持他励直流电动机电枢电源电压不变，电枢回路也不串接电 阻，在电动机拖动负载转矩不很大（小于额定转矩）时，减少直 流电动机的励磁磁通，可使电动机转速升高。他励直流电动机带 恒转矩负载时弱磁调速，如图1-22所示。n 101MilOTt图 1-22从图1-22

31、中可以看出，当励磁磁通为额定值时，电动机和负载的 机械特性的交点为 A，转速为n；励磁磁通减少为 时，理想 空载转速增大，同时机械特性斜率也变大，交点为A1，转速为n1;励磁磁通减少为时，交点为A2,转速为n2。弱磁调速的范围是在额定转速与电动机所允许最高转速之间进行调节， 至于电动机所允许最高转速值是受换向与机械强度所限制，一般 约为1.2 nN左右，特殊设计的调速电动机，可达 3 nN或更高。单 独使用弱磁调速方法，调速的范围不会很大。弱磁调速的优点是设备简单，调节方便，运行效率也较高，适用 于恒功率负载，缺点是励磁过弱时，机械特性的斜率大，转速稳 定性差，拖动恒转矩负载时，可能会使电枢电

32、流过大。4、改变电枢电源电压调速从图1-23中可以看出，当电枢电源电压为额定值时，电动学生先总 结，教师 再补充10分机和负载的机械特性的交点为 A，转速为n；电压降到U1后，交 点为A1，转速为n1;电压为U2，交点为A2，转速为n2；电压 为U3，交点为A3，转速为n3;电枢电源电压越低，转速也越 低。同样，改变电枢电源电压调速方法的调速范围也只能在额定 转速与零转速之间调节。改变电枢电源电压调速时，电动机机械特性的“硬度”不变，因 此，即使电动机在低速运行时，转速随负载变动而变化的幅度较小，即转速稳定性好。当电枢电源电压连续调节时，转速变化也 是连续的，所以这种调速称为无级调速。改变电枢

33、电源电压调速方法的优点是调速平滑性好，即可实现无 级调速，调速效率高，转速稳定性好，缺点是所需的可调压电源 设备投资较咼。这种调速方法在直流电力拖动系统中被广泛应 用。在实际电力拖动系统中，可以将几种调速方法结合起来，这样， 可以得到较宽的调速范围，电动机可以在调速范围之内的任何转 速上运行，而且调速时损耗较小，运行效率较高，能很好地满足 各种生产机械对调速的要求。（三）、总结拓展学生总结重点、难点教师点评：重点：掌握他励直流电动机的三种调速方法难点：学会他励直流电动机调速方法（四）、布置作业1、课后习题5、8 92、预习下一小节内容课题任务三直流电动机的起动、反转和制动课型教具学具新授课课时

34、 2 教具学具电教设施教学目 标知识 教学点直流电动机起动时的条件及常用的起动方法，直流电动机的反转方 法及制动方法能力 培养点熟悉并掌握直流电动机常用的起动、反转、制动方法，并学会其方 法的操作德育 渗透点学会善待自己教学重占八、难点重点掌握直流电动机常用的起动、反转、制动方法难点掌握直流电动机常用的起动、制动方法学法引导1讲授法（重点讲解，加深理解）2、讨论法（积极参与，总结规律）3、举例法（通过实物理解本质）教学内容 更新、补 充、删节无参考资料电机与拖动基础刘启新主编，中国电力出版社课后体会教与学互动设计教师活动内容学生活动 内容时间（一）、仓U设情境、激趣导入（导入新课）【知识回顾】

35、他励直流电动机有哪几种调速方法？各有什么特点？（二）、自主、合作、探究（讲授新课） 怎样让电动机起动起来？电动机起动过程要达到最优，主要考虑以下几个方面： 起动电流1st的大小；起动转矩 Tst的大小；起动设备是否简单 等。有些场合还需要电动机能快速地正反转；还有时候（比如电车下 坡和刹车，起重机下放重物时，机床反向运动开始时）需要电动 机提供制动的力矩，以限制转速或快速停车。一、直流电动机的起动直流电动机从接入电源开始，电动机的转速从零达到稳态转速的 过程称为起动过程。对于电动机来讲，我们总希望它的起动转矩 大，起动电流小，起动设备简单、经济、可靠。1、起动条件学生回答10分直流电动机开始起

36、动时，转速n=0，此时直流电动机的反电动势让学生看35分（E=KE n）还没有建立起来，由于电枢电阻Ra较小，la=u/F。，实图说明所以此时电枢电流最大。另外，根据转矩公式T=KT I可知，由其起动过于电枢电流非常大，此时的起动转矩也非常大。将电动机直接接 入到额定电压的电源上启动称为直接起动。启动时电动机最大电流为匕3正因为电动机启动电流很大，所以启动转矩大，电 动机启动迅速，启动时间短。这样大的起动电流和起动转矩，分 别将对供电电源和机械装置形成强大的冲击。因此电动机起动时 要对1st加以限制。电动机起动时，（1 ）要有足够大的起动转矩 Tst;（2）要起动电流1st不能太大。2.起动方

37、法直流电动机经常使用的起动方法有下面两种。（1）电枢回路串电阻起动为了限制起动电流，起动时可在电枢回路串入起动电阻RST待电动机转速上升后逐步将起动电阻切除。接人起动电阻后的起动电程i r = q流为.可见Rst选择合适，能将起动电流限制在 允许的范围内。只能将电阻分段切除，可利用接触器的触点来分段短接起动电 阻。起动级数不宜过多，一般为 25级。最大起动电流I 比=(1.52.5)1 nI st1=(1.11.2)l N。有一点必须注意，对于他励电动机，在起动电 动机之前，必须先将励磁回路接通，并将励磁电流调到额定值， 使主磁场建立起来，然后再进行电动机的起动。(2)降压起动 降压起动时，开

38、始加在电动机电枢的端电压很低，随着转速的上 升，逐步增大电枢电压，并使电枢电流限制在一定的范围内。为 使励磁不受电枢电压的影响，电动机应采用他励方式。采用降压起动时，需要一套专用电源作为电动机的电源。现在一 般采用脉宽可调制的由大功率电子器件构成的开关直流电源。现场讲 授，让学 生明白其 原理减压起动的优点是，起动电流小，起动过程平滑，能量损耗小。 二、直流电动机的反转35分直流电动机的反转。录音机和录像机中的电动机必须既能正 转，也能反转。直流电动机的正、反转是很容易的。由前面可 知，改变电枢绕组电流方向，或者改变定子磁场的方向，都可以 改变电动机的转向。但对于永磁式直流电动机来说，则只能通

39、过 改变电流方向来实现改变电动机转向的目的。n朮电.遷机i.低上图是直流电动机正、反转控制原理电路。图中，RP1, RP2是可调电阻器。改变RPl的阻值可以改变励磁绕组的电流，起到 调节磁场强、弱的目的；改变 RP2的阻值，可以改变电动机的转 速。图中的双刀双掷开关S是用来改变电动机旋转方向的控制开 关。当将开关S拨向“T时，电流从a电刷流入，从b电刷流 出；当将开关S拨向+2时，电流从b电刷流入，从a电刷流出。 可见，改变开关S的状态，就能改变电枢绕组的电流方向，从而 实现改变电动机转向的目的。三、直流电动机的制动制动问题：在生产过程中，经常需要采取一些措施使电动机尽 快停转，或者从某高速降

40、到某低速运转，或者限制位能性负载在 某一转速下稳定运转，这就是电动机的制动问题。实现制动有两种方法，机械制动和电磁制动。电磁制动是使电机在制动时使电机产生与其旋转方向相反的电磁转矩 ，其特点是 制动转矩大，操作控制方便。直流电机的电磁制动类型有能耗制动、反接制动和回馈制动。 电气制动的条件：电磁转矩T的方向和转速的方向和转速n的方 向是否相反。若相反则为制动状态。1. 能耗制动(1)能耗制动过程B-O 电机：他励；负载：反抗性恒转矩负载 闸刀合向电源时，电动机处于正向电动机运行状态。 制动时将闸刀合向制动电阻。转子由于惯性继续旋转，感应电势 Ea方向不变，电流方向改变了，电磁转矩 T=CM l

41、a方向也随之 改变成为制动转矩，使转速迅速下降。电机处于发电状态，转子动能转化为电能消耗在制动电阻上。所 以称为能耗制动。为了避免过大的制动电流，应合理选择制动电阻Rp,使最大限制电流不超过额定电流的22.5倍。n=U/(Ce N)- (Ra+Rp)T/(CeCT N2)= (Ra+R)T/(CeCT N2) 制动电阻越小，制动开始时产生的制动转矩就越大。高速时能耗制动作用较大，低速时应配合机械制动装置使系统停 掉。(2)能耗制动运行0-C电机：他励；负载：位能性恒转矩负载位能性负载米用能耗制动时，工作点从Bt0,BtO是能耗制动过程，到了 0点后，如不采取其他制动措施，则系统会在负载 转矩的

42、作下反转，工作点沿着能耗制动曲线到达C后才稳疋运行。在C点，电磁转矩为负，与转速方向相反是制动转矩。在C点的运行方式称为能耗制动运行。2反接制动(1) 电枢电源反接制动他励电动机拖动反抗性恒转矩负载运行。通过反接闸刀把电源突然反接，同时在电枢支路串入限流电阻 R。n=-UN/(Ce N)- ( Ra+R)T/(CeCM N2)工作点Atb-C,在C点时，n=0。这时应将电源切掉。在 BtC的 过程中转速为正，电磁转矩为负，起制动作用。如果在C点时，电动机的转矩大于负载转矩(绝对值)而没有切除 电源，则电动机在电磁转矩作用下将反向起动，作为反转的电动 机运行。对于频繁正反转的电力拖动系统，常米用

43、这种先反接制动停车， 再反向起动的运行方式，达到迅速制动并反转的目的。对于要求 准确停车的系统，采用能耗制动较为方便。(2) 电势反接制动(倒拉反转运行) 他励电动机拖动位能性恒转矩负载运行。电枢支路突然传入较大的电阻，则工作点 AtBtCtd, D点位于 第iv象限，转速为负，电磁转矩为正，属于制动运行。在C点后，负载转矩大于电磁转矩，转速反向，感应电势也反 向，所以称为电势反接制动。这种运行方式通常用在起重设备低速下放物体的场合。电动机的 电磁转矩起制动作用，限制了重物的下放速度。3回馈制动(1) 正向回馈制动他励直流电动机通过降低电压来减速时，若电压下降幅度较大， 会使得工作点经过第II

44、象限，如图中的BC段，转速为正而电磁 转矩为负，电动机运行于制动状态。在这一过程中，由于电源电 压下降，使得EaU，电流方向改变，电能从电动机回馈到电源。 在电力机车下坡时，由于重力作用使得电动机转速咼于原来的空 载转速，Ea增大，超过U以后，电流也会反向，进入正向回馈制 动状态。(2) 反向回馈制动他励电动机拖动势能性恒转矩负载运行。 反接电源电压并给电枢支路串入限流电阻。工作点将会稳定在第 iv象限。在D点，电动机的转速高于理想空载转速，EaU电流流向电源，属于反向回馈制动。反向回馈制动常用于高速下放重物时限制电机转速。让学生思 考总结， 教师补充10分（三）、总结拓展学生总结重点、难点教

45、师点评：重点：掌握直流电动机常用的起动、反转、制动方法 难点：掌握直流电动机常用的起动、制动方法（四）、布置作业1、本节练习册2、预习下一小节内容课题任务四 直流电动机的使用、维护和维修课型教具学具新授课课时 2 教具学具电教设施教学目 标知识 教学点熟悉直流电动机的定期检修内容和注意事项，了解直流电动机起动 前的准备工作和起动、运行时的注意事项及直流电动机日常保养的 相关知识。能力 培养点能正确对待直流电动机的常见故障，学会直流电动机故障的处理方 法。德育 渗透点好好学习，服务社会教学重 占 八、 难点重点掌握直流电动机的定期检修内容和注意事项难点直流电动机的日常保养及常见故障的处理学法引导

46、1讲授法（重点讲解，加深理解）2、讨论法（积极参与，总结规律）3、扩展、训练法（课堂热身，落实目标）教学内容 更新、补 充、删节无参考资料电机与拖动基础刘启新主编，中国电力出版社课后体会教与学互动设计教师活动内容学生活动 内容时间（一）、仓U设情境、激趣导入（导入新课）【知识回顾】简述直流电动机的起动与制动方法。【教师点评】直流电动机从接入电源开始，电动机的转速从零达到稳态转速的 过程称为起动过程。电动机起动时要对 1st加以限制。电动机起动 时，（1）要有足够大的起动转矩 Tst ；（ 2）要起动电流1st不能太 大。常用的起动方法有两种：（1）电枢回路串电阻起动（2 ）降 压起动。直流电机

47、的电磁制动类型有能耗制动、反接制动和回馈制动。电气制动的条件：电磁转矩T的方向和转速的方向和转速n的方 向是否相反。若相反则为制动状态。（二）、自主、合作、探究（讲授新课）直流电动机经常性的维护和监视工作，是保证电动机正常运行的重要条件。一、直流电动机的使用1.直流电动机的起动准备电机在安装后投入运行前或长期搁置而重新投入运行前，需做下 列起动准备工作：学生回答让学生根 据教师介 绍说明其 使用前的10分35分准备(1) 用压缩空气吹净附着于电机内部的灰尘，对于新电机应去 掉风窗处的包装纸。检查轴承润滑油脂是否洁净、适量，润滑脂 占轴承室的三分之二为宜。(2) 用柔软、干燥而无绒毛的布块擦拭换

48、向器表面，并检视其 是否光洁，如有油污，则可蘸汽油少许拭净之。(3) 检查电刷电压是否正常均匀，刷握的固定是否可靠，电刷 在刷握内是否太紧或太松，电刷与换向器的接触是否良好。(4) 检查在刷杆座上是否标有电刷位置的记号。(5) 用手转动电枢，检查是否阻塞或在转动时是否有撞击或摩 擦之声。(6) 接地装置是否良好。(7) 用500V兆欧表测量绕组对机壳的绝缘电阻，如小于1MQ 则必须进行干燥处理。(8 )电机出线与磁场变阻器、起动器等连接是否正确，接触是 否良好。2. 直流电动机的起动(1) 检查线路情况(包括电源、控制器、接线及测量仪表的连 接等)，检查起动器的弹簧是否灵活，接触是否良好。(2

49、) 在恒压电源供电时，需用起动器起动。闭合电源开关，在电动机负载下，转动起动器，在每个触点上停留约2S,直至最后一点，转动臂被电磁铁吸住为止。(3) 电动机在单独的可调电源供电时，先将励磁绕组通电，并 将电源电压降至最小，然后闭合电枢回路接触器，逐渐升高电 压，达额定值或所需转速。(4) 电机与生产机械的连轴器先别连接，输入小于10%勺额定电 枢电压，确定电机与生产机械转速方向是否一致，一致时表示接线正确。(5) 电动机换向器端带测速发电机时，电机起动后，应检查测 速发电机输出特性，该极性与控制屏极性应一致。(6 )电机起动完毕后，应观察换向器上有无火花，火花等级是 否超标。3. 直流电动机的

50、调速恒功率弱磁向上调速，可调节磁场调速器，直至转速达所需之 值，但不得超过技术条件所允许的最高转速。恒转矩负载可以采 用降压或电枢串电阻向下调速。4. 直流电动机的停机(1) 如为变速电动机，先将转速降到最低值。(2) 去掉电动机负载(除串励电动机外)后切断电源开关。(3) 切断励磁回路，励磁绕组不允许在停车后长期通额定电 流。二、直流电动机的维护 电动机在使用过程中定期进行检查时应特别注意以下事项：1.电动机的保养电动机周围应保持干燥，其内外部均不应放置其他物件。电动机的清洁工作每月不得少于一次，清洁时应以压缩空气吹净内部的 灰尘，特别是换向器、线圈连接线和引线部分。2. 换向器的保养（1

51、）换向器应是呈正圆柱形的表面，不应有机械损伤和烧焦的 痕迹。（2）换向器在负载下长期无火化运转后，在表面产生一层褐色 有光泽的坚硬薄膜，这是正常现象，它能保护换向器的磨损，这 层薄膜必须加以保护，不能用砂布摩擦。（3）若换向器表面出现粗糙、烧焦等现象时可用“ 0”号砂布在 旋转着的换向器表面进行细致研磨。若换向器表面出现过于粗糙 不平、不圆或有部分凹进现象时应将换向器进行车削，车削速度 不大于1.5m/s，车削深度及每转进刀量均不大于 0.1mm车削时 换向器不应有轴向移动。（4 ）换向器表面磨损很多时，或经车削后，发现云母片有凸出 现象，应以铣刀将云母片铣成11.5mm的凹槽。（5）换向器车

52、削或云母片下刻时，须防止铜屑、灰尘侵入电枢 内部。因为要将电枢线圈端部及接头片覆盖。加工完毕后用压缩 空气做清洁处理。3. 电刷的使用（1）电刷与换向器的工作表面应有良好的接触，电刷压力正 常。电刷在刷握内应能滑动自如。电刷磨损或损坏时，应以牌号 及尺寸与原来相同的电刷更替之，并且用“ 0”号砂布进行研 磨，砂布面向电刷，背面紧贴换向器，研磨时随换向器作来回移 动。（2）电刷研磨后用压缩空气作清洁处理，再使电动机作空载运转，然后以轻负何（为额疋负载的1/41/3 ）运转1小时，使电刷在换向器上得到良好的接触面（每块电刷的接触面积不小于 57%。4. 轴承的保养（1 ）轴承在运转时温度太高，或发出有害杂音时，说明可能损 坏或有外物侵入，应拆下轴承清洗检查，当发现钢珠或滑圈有裂 纹损坏或轴承经清洗后使用情况仍未改变时，必须更换新轴承。 轴承工作20002500小时后应更换新的润滑脂，但每年不得少于 一次。（2 ）轴承在运转时须防止灰尘及潮气侵入，并严禁对轴承内圈 或外圈的任何冲击。5. 绝缘电阻（1） 应当经常检查电动机的绝缘电阻，如果绝缘电阻小于1MQ 时，应仔细清除绝缘上的污物和灰尘，并用汽油、甲苯或四氯化碳清除之，待其干燥后再涂绝缘漆。（2） 必要时可米用热空气干燥