《 电机与拖动》教案 2直流电机 项目二

项目直流电机PAGE8项目直流电机PAGE82直流电机项目PAGE72直流电机项目PAGE72课题直流电机的认识课时2课时（90min）教学目标知识目标：（1）掌握直流电机的工作原理和基本结构（2）理解直流电机铭牌数据的含义技能目标：能够拆装直流电动机素质目标：（1）养成脚踏实地、认真负责的工作作风（2）弘扬精益求精、追求卓越的职业精神（3）践行安全生产规范和团队协作精神教学重难点教学重点：直流电机的工作原理、基本结构和铭牌数据的含义教学难点：直流电机的工作原理和基本结构教学方法情景模拟法、问答法、讨论法、讲授法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学设计第1节课：任务导入（8min）→传授新知（35min）第2节课：问题导入（5min）

传授新知（35min）课堂小结（3min）

作业布置（2min）教学过程主要教学内容及步骤设计意图第一节课考勤

（2min）【教师】使用文旌课堂APP进行签到【学生】按照老师要求签到培养学生的组织纪律性，掌握学生的出勤情况任务导入

（8min）【教师】创设情景，进行案例分析、提问小张经常骑电动自行车上下班。2020年初，小张接连几个月都在家办公，电动自行车也一直闲置着。某日他准备去公司办公，便提前将电动自行车充满电，并检查电动自行车的状况，结果发现它在行驶时的噪声很大，速度也比平时变慢了许多，由于当时维修店都没有开门营业，小张决定自己动手进行修理。通过查阅资料，小张发现该电动自行车采用的是永磁有刷直流电动机，并初步判断噪声是由于电动自行车长时间闲置，使电动机内润滑脂硬化所致，通过拆卸电动机并更换其内部的润滑脂即可解决问题。（1）直流电动机的结构是什么？（2）如何拆装直流电动机呢？【学生】聆听、思考、讨论通过任务导入，用实际案例引发学生思考，使学生清楚本节课程的意义，激发学生的学习兴趣，端正学习态度传授新知

（35min）【教师】提问：电磁感应定律是什么？随机邀请同学回答【学生】聆听、观看、思考、回答【教师】点评学生回答，展示图2-1，讲解新知一、直流电机的工作原理1．直流发电机的工作原理（1）结构如图2-1所示为直流发电机的简化模型。图中N、S为固定不动的定子磁极，abcd是转子线圈，线圈的首端a、末端d与换向器连接，转子线圈通过电刷与外电路连接。（a）（b）图2-1直流发电机的简化模型【学生】聆听、观看、理解、记忆【教师】提问：线圈abcd旋转一周，在线圈abcd中产生的电动势的方向是固定不变的吗？有什么规律吗？分组讨论派代表回答【学生】聆听、观看、思考、回答【教师】总结学生回答，讲解直流电动机的工作原理（2）工作原理当有原动机拖动转子以一定的转速逆时针旋转时，根据电磁感应定律可知，在线圈abcd中将产生交变感应电动势，但电刷A的极性总为正，而电刷B的极性总为负，因此在电刷两端可获得直流电动势输出。（3）感应电动势两条有效边（ab、cd）导体中产生的感应电动势的大小为：式中，e——导体产生的感应电动势，单位为V；——导体所在处的磁通密度，单位为Wb/；l——导体ab或cd的有效长度，单位为m；v——导体ab或cd与Bx间的相对线速度，单位为m/s。【学生】聆听、思考、理解、记忆【教师】播放视频“直流电动机的工作原理”，随机邀请同学讲解直流电动机的工作原理【学生】聆听、观看、思考、回答【教师】点评学生回答，讲解直流电动机的工作原理2．直流电动机的工作原理（1）结构直流电动机的简化模型如图2-2所示。将电刷A、B接到直流电源上，电刷A接电源的正极，电刷B接电源的负极，此时在转子线圈中将有电流流过。（a）（b）图2-1直流电动机的简化模型（2）电磁力设线圈的ab边位于N极下，线圈的cd边位于S极下，则导体每边所受电磁力的大小为：式中，f——电磁力，单位为N；——导体中流过的电流，单位为A。导体的受力方向可根据左手定则来判定。【学生】聆听、观看、理解、记忆【教师】思考：单个线圈可以驱动电动机工作吗？随机邀请同学进行回答【学生】聆听、观看、思考、讨论、回答【教师】点拨单个线圈所产生的电磁力是有限的，因此直流电机的电枢通常有多个线圈。线圈分布于电枢铁芯表面的不同位置上，并按照一定的规律连接起来，构成电机的电枢绕组；磁极N、S也根据需要交替放置多对【学生】聆听、思考、理解、记忆【教师】展示图2-3，讲解直流电机的基本结构二、直流电机的基本结构直流发电机与直流电动机在结构上大致相同，均由定子（静止部分）和转子（转动部分）两大部分组成。定子、转子之间有一定的间隙，称为气隙。定子主要用于产生磁场和作为直流电机的机械支撑，它包括主磁极、换向极、机座、电刷装置等。转子也称电枢，它包括电枢铁芯、电枢绕组、换向器等，其主要作用是传递电磁转矩。直流电机的结构如图2-3所示。图2-3直流电机的结构1．定子1）主磁极①作用：产生主磁通②组成：主极铁芯：1～5mm厚的低碳钢板冲片叠压而成主极绕组（也称励磁绕组）：圆截面或矩形截面的绝缘导线绕制而成③特点：主磁极总是成对出现的，相邻磁极的极性按N极和S极交替排列。2）换向极①作用：改善电机的换向性能②组成：换向极铁芯：相互绝缘的薄钢片叠成或整钢制成换向极绕组：截面积较大的矩形导线绕成，而且匝数较少3）机座①作用：固定主磁极、换向极和端盖，并借助底脚来固定整个电机；构成电机的磁路。②材质：铸钢件或钢板4）电刷装置①作用：通过电刷与换向器的滑动接触，把电枢绕组中的电动势（或电流）引到外电路，或把外电路的电压、电流引入电枢绕组。②构成：电刷、刷握、刷杆、刷杆座、压力弹簧等。③特点：数量一般与主磁极的数量相同。2．转子1）电枢铁芯①作用：作为磁的通路；用来嵌放电枢绕组。②构成：厚0.5mm、涂有绝缘漆的硅钢冲片叠压而成。2）电枢绕组①作用：产生感应电动势和通过电流，使直流电机实现机电能量转换②特点：由带有绝缘层的圆形或矩形截面的导线绕制的线圈，按一定的规律连接而成的，嵌放在电枢铁芯槽内，与换向器连接。3）换向器①作用：实现电枢中交变电动势和交变电流与电刷间直流电动势和直流电流的转换，从而保证所有导体上产生的电磁转矩或感应电动势方向一致。②材质：小型直流电机多采用塑料换向器【学生】聆听、思考、理解、记忆运用教具讲解直流发电机的结构和工作原理，使用学生理解直流发电机的结构与工作原理，弘扬科学严谨、精益求精的工匠精神，培养学生养成认真负责、求真务实的工作作风从单个线圈扩展到多个线圈的讲解，过渡到思政教育，使学生明白独木难成林的道理，认识到团队的重要性，培养学生服从纪律、团结协作的团队精神通过问题思考讨论，为学生厘清知识误区，培养学生举一反三，深入思考的能力第二节课问题导入

（5min）【教师】提问：直流电机的结构与变压器有何异同？【学生】聆听、思考、讨论、回答【教师】点评学生的回答，解疑释惑【学生】聆听、思考、理解、记忆通过复习提问，考察学生对知识的理解程度，培养学生将知识融汇贯通、灵活运用的能力传授新知

（30min）【教师】展示图2-9，讲解直流电机的分类三、直流电机的分类1．励磁方式定义：励磁电流的供给方式称为励磁方式。分类：直流电机的励磁方式可分为他励和自励两大类，其中自励又可分为并励、串励和复励三种。（a）他励（b）并励（c）串励（d）复励图2-9直流电机的励磁方式2．按照有无励磁和励磁方式的不同，可分为：1）他励直流电机：励磁电流是由独立的直流电源供给的，仅取决于励磁电源的电压和励磁电路的电阻，与电枢端电压无关。2）并励直流电机：励磁绕组与电枢绕组并联。励磁电流不仅与励磁电路的电阻有关，而且还受电枢端电压的影响。并励绕组导线较细，且匝数较多。3）串励直流电机：励磁绕组与电枢绕组串联。并励绕组导线较粗，且匝数较少。4）复励直流电机：磁极上有两个励磁绕组，一个与电枢绕组并联，另一个与电枢绕组串联。5）永磁直流电机：永磁铁提供固定磁通，无须外部励磁电源。3．按照电枢直径的不同可分为：1）小型直流电机：电枢直径小于425mm2）中型直流电机：电枢直径为425～1000mm3）大型直流电机：电枢直径大于1

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mm【学生】聆听、思考、理解、记忆【教师】展示图2-10，请同学们对比变压器的铭牌数据，讲解其中数据的意义【学生】聆听、观看、思考、回答【教师】点评学生回答，讲解直流电机的铭牌数据四、直流电机的铭牌数据1．铭牌如图2-10所示。它提供了直流电机正常运行时的额定数据和其他相关内容，以便用户能正确使用直流电机。图2-10直流电机的铭牌2．型号说明3．铭牌数据1）额定功率指电机长期额定运行所允许的输出功率，单位为kW。直流发电机：指输出的电功率直流电动机指轴上输出的机械功率2）额定电压指电机额定运行时出线端的电压值，单位为V或kV。直流发电机：指额定运行时输出的端电压直流电动机指额定运行时的电源电压3）额定电流指电机额定运行时的电流值，单位为A。直流发电机：指额定运行时供给额定负载的电流直流电动机指额定运行时从电源输入的电流【学生】聆听、观看、理解、记忆【教师】提问：直流电动机和直流电动机的额定功率、额定电压和额定电流所代表的含义相同吗？为什么？分组讨论派代表回答【学生】聆听、观看、思考、回答【教师】点评学生回答，讲解新知4）额定转速指电压、电流和输出功率均为额定值时转子旋转的速度，单位为r/min。5）励磁方式指励磁绕组和电枢绕组的接线关系，直流电机常用的励磁方式有他励、并励、串励、复励等。6）额定励磁电压指电机额定运行时加在励磁绕组两端的额定电压，单位为V。7）额定励磁电流指电机额定运行时所需要的励磁电流，单位为A。8）定额及工作制定额是指电机运行时的额定值和运行条件。工作制是指电机所承受的一系列负载状况的说明，包括启动、电制动、空载、停机、断能及其持续时间和先后顺序等。连续工作制（S1）：电机在额定工作状态可以长期连续运行。短时工作制（S2）：电机只能在规定时间内短期运行，有10min、30min、60min、90min四种。断续周期工作制（S3）：电机按一系列相同的工作周期运行，每一周期包括一段恒定负载运行时间和一段停机和断能时间。工作周期一般为10min，运行时间在整个周期中的占比称为负载占空比，有15%、25%、40%、60%四种。9）绝缘等级绝缘等级表示电机各绝缘部分所用绝缘材料的耐热等级。根据不同绝缘材料耐温能力的大小，绝缘等级可分为：Y、A、E、B、F、H、C级。它们允许的最高工作温度分别为：90℃、105℃、120℃、130℃、155℃、180℃、180℃以上。【学生】聆听、思考、理解、记忆【教师】仔细观察一下，除了上述数据外，铭牌上还有哪些信息？随机邀请同学回答【学生】聆听、思考、观察、回答【教师】点拨除上述铭牌数据外，直流电机的铭牌上一般还会标注出厂日期、出厂编号、电机质量、温升限度等数据信息。【学生】聆听、记录、思考通过讲解，使