电机与电气控制技术项目三

PAGE16PAGE16PAGE17PAGE17课题认识直流电机课时2课时（90min）教学目标知识技能目标：（1）了解直流电机的分类（2）掌握直流电机的基本结构及工作原理（3）掌握直流电机铭牌数据的含义（4）能拆装直流电机思政育人目标：（1）养成脚踏实地、认真负责的工作作风（2）厚植民族自豪感和文化自信心教学重难点教学重点：直流电机的基本结构及工作原理、铭牌数据的含义教学难点：直流电机的工作原理、拆装直流电机教学方法案例分析法、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、万用表、三相异步电动机教学设计→→课前复习（3min）→→传授新知（35min）→实操练习（35min）→课堂小结（6min）→作业布置（4min）教学过程主要教学内容及步骤设计意图第一节课课前任务【教师】布置课前任务，和学生负责人取得联系，让其提醒同学通过文旌课堂APP或其他学习软件，完成课前任务请大家了解直流电机的应用，查找资料，讨论本课程在专业中的作用。【学生】完成课前任务通过课前任务，使学生了解所学课程的重要性，增加学生的学习兴趣考勤

（2min）【教师】通过文旌课堂APP让学生签到【学生】签到，班干部交假条培养学生的组织纪律性，掌握学生的出勤情况课前复习（3min）【教师】引领学生回忆上次课教学内容，根据学生反映，查看学生掌握情况。回顾三相异步电动机的工作原理、铭牌数据、运行原理及机械特性，提问学生三相异步电动机的结构特点及工作原理。【学生】互动、积极回答通过课前复习，检查学生对所学知识的掌握程度，调整课程进度，让学生自行查漏补缺问题导入（5min）【教师】通过视频或图片讲解小彭是一名成绩优异的机电技术专业大学生。这天，小彭骑电动自行车去超市购物。在去超市的途中，小彭发现电动自行车虽然是满电状态，但在行驶时噪声很大，速度也比平时变慢了。在购物回来后，小彭对该电动自行车进行了检查，发现它采用的是直流电动机，且直流电动机表面上看无明显异常。小彭将直流电动机拆开，并做了详细检查，判断噪声是直流电动机内的润滑脂硬化所致，于是更换了润滑脂，重新安装并进行了测试，发现电动自行车恢复正常。【教师】提出以下问题：直流电机是如何工作的？【学生】讨论、举手回答【教师】通过学生的回答引入要讲的知识通过问题导入的方法，引导学生主动思考，激发学生的学习兴趣传授新知

（35min）一、直流电机的分类【教师】通过视频讲解直流电机的分类（a）他励（b）并励（c）串励（d）复励直流电机的励磁方式按有无励磁和励磁方式的不同，直流电机可分为他励直流电机、并励直流电机、串励直流电机、复励直流电机，以及无须励磁的永磁直流电机。……【教师】组织学生分组讨论不同类型的直流电机的特点，各有什么优缺点。【学生】思考、讨论、举手回答【教师】总结并点评学生回答。【拓展】直流电机也可按照电枢直径的不同来分类：电枢直径小于425mm的，称为小型直流电机；电枢直径为425～1

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mm的，称为中型直流电机；电枢直径大于1

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mm的，称为大型直流电机。二、直流电机的基本结构及工作原理1．直流电机的基本结构【教师】PPT讲解直流电机的基本结构。直流电机的基本结构1）定子（1）主磁极。【教师】组织学生分组讨论直流电机运行时，磁极是如何产生的？【学生】思考、讨论、举手回答【教师】总结并点评学生回答。当直流电机运行时，在励磁绕组中通以直流电，主磁极将产生励磁磁通势，从而产生主磁通。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。【教师】提出问题：三相异步电动机是如何实现换向的？直流电机又该如何实现换向？【学生】思考、讨论、举手回答【教师】结合学生回答，讲解换向极相关知识。图3-4直流电机的主磁极图3-5直流电机的换向极（3）机座。（4）电刷装置。图图3-6电刷装置的基本结构2）转子（1）电枢铁芯。（a）电枢铁芯冲片（b）装配好的电枢铁芯电枢铁芯冲片和装配好的电枢铁芯（2）电枢绕组。（3）换向器。图3-8图3-8塑料换向器【教师】提出问题：三相异步电动机与直流电动机、三相变压器在结构上有什么相同和不同之处？【学生】思考、讨论、举手回答【教师】总结点评学生回答。2．直流电机的工作原理【教师】组织学生扫码观看视频“直流发电机的工作原理”，并随机邀请学生回答直流发电机是如何发电的？【学生】思考、讨论、举手回答【教师】总结点评学生回答，并PPT通过简化模型讲解直流发电机的工作原理1）直流发电机的工作原理（a）（b）直流发电机的简化模型【教师】提出问题：结合直流发电机的工作过程，请思考并讨论直流电动机的工作过程，并邀请学生回答。【学生】思考、讨论、举手回答2）直流电动机的工作原理 （a）

（b） 直流电动机的简化模型【拓展】直流电机的电枢通常有多个转子线圈。转子线圈分布于电枢铁芯表面的不同位置，并按照一定的规律连接起来，构成电枢绕组。通常也会根据需要交替放置多对磁极N、S。三、直流电机的铭牌数据【教师】通过ppt讲解三相异步电动机的铭牌数据1．铭牌直流电机的铭牌2．型号直流电机的型号说明如图所示。直流电机的型号说明3．铭牌数据【教师】重点讲解此部分内容1）额定功率2）额定电压3）额定电流4）额定转速5）励磁方式6）额定励磁电压7）额定励磁电流【教师】提出问题：通过直流电机的铭牌数据，可以了解到直流电机哪些信息？【学生】思考、讨论、举手回答【拓展】铭牌数据必须按照相关标准规定的试验方法测定，然后准确标注，不得虚标、错标，否则会影响人们的正常选用，严重的甚至会造成安全生产事故。【学生】聆听、记录、理解通过教师的讲解和课堂互动，使学生了解直流电机的基础知识带领学生学习直流电机的基本结构，为理解电动机的工作原理打好基础通过讨论总结，加深学生对磁极的理解通过ppt讲解，了解直流电机的基本结构实操练习（35min）实操题目：拆装直流电机1.知识准备【教师】要求学生查阅资料，重点回答以下问题：直流电机拆装顺序？需要哪些工具器材？【学生】查阅资料、记录、回答（a）后端盖（b）转轴（c）定子（d）转子（e）电刷装置（f）前端盖直流电动机的主要组成部分2.任务实施【教师】讲解和演示基本操作步骤直流电动机的拆卸步骤如下。（1）在端盖与机座的连接处、刷架处等位置做好标记，以便于装配。（2）拆除接线盒内的连接线。（3）拆卸后端盖。拆卸时，在后端盖下方垫上木板等软材料，以免后端盖在落下时被摔坏，然后用木锤通过铜棒沿后端盖的边缘均匀地敲击。（4）从刷握中取出电刷，拆下刷杆上的连接线，然后取下电刷装置。（5）拆下前端盖的螺栓，把转子从定子内小心地抽出来（注意不要碰伤电枢绕组、换向器及定子绕组），并用厚纸或布将换向器包好，用绳子扎紧。（6）拆下前端盖上的轴承盖螺栓，并取下前端盖和轴承。（7）将前端盖和轴承放在木架或木板上，并用厚纸或布包好。直流电动机的装配顺序与拆卸顺序相反，装配时应按所做标记校正电刷的位置。4．注意事项（1）拆卸带有电刷的直流电动机时，应先将电刷从刷握中取出，然后在电刷中性线的位置做上标记。（2）抽出转子时，应注意不要碰伤定子绕组。对于重量不大的转子，可以用手抽出；对于重量较大的转子，应用起重设备吊出。（3）对于装有滚动轴承的直流电动机，应先拆下轴承外盖，再松开端盖的紧固螺栓，并在端盖与机座外壳的接缝处做好标记。（4）拆卸端盖时，应将拆下的端盖紧固螺栓拧入端盖上专门设置的两个螺孔中，将端盖顶出。（详情见教材）【学生】聆听、理解、模仿操作【教师】巡堂辅导，及时解决学生遇到的问题课堂小结

（6min）【教师】简要总结本节课的要点本节课学习了直流电机的基本结构及其工作原理，铭牌数据的含义，并拆装直流电机。希望大家在课下多加练习，巩固所学知识。【学生】总结回顾知识点总结知识点，巩固学生对直流电机相关知识的印象作业布置

（2min）【教师】布置课后作业请根据课堂知识，完成项目测评中的填空题1-4、选择题1-2，并撰写实验报告。预习任务二，观看任务二的微课并记录问题。【学生】完成课后任务通过课后作业复习巩固学到的知识教学反思本次课，通过对直流电机的结构及其工作原理的理解，将理论与实操结合，进一步提升了学生的学习兴趣，增强了学生对知识的掌握程度。此外，通过对学生的实操练习锻炼了学生的动手操作能力、动脑分析问题的能力。本次教学取得了良好的教学效果。但由于部分同学基础不太好，理解直流发电机与直流电动机的工作原理时比较吃力，今后在讲授理论知识时要更注重深入浅出。

课题测试三相异步电动机的特性课时2课时（90min）教学目标知识技能目标：（1）了解直流电机的磁场及电枢反应（2）掌握直流电机电枢电压、电磁转矩及电磁功率的基本公式（3）掌握直流电机的机械特性及运行特性（4）能测定他励直流电动机的运行特性思政育人目标：（1）厚植民族自豪感和文化自信心（2）树立历史使命感和社会责任感教学重难点教学重点：直流电机电枢电压、电磁转矩及电磁功率的基本公式、机械特性及运行特性教学难点：直流电机电枢电压、电磁转矩及电磁功率的基本公式、机械特性及运行特性教学方法案例分析法、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、三相异步电动机教学设计→→课前复习（3min）→→传授新知（35min）→实操练习（35min）→疑难解答（5min）→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课前任务【教师】布置课前任务，提醒同学通过文旌课堂APP或其他学习软件，完成课前任务请大家复习直流电机的工作原理，查找资料，预习本课学习内容，记录预习中存在的疑难问题，学生负责人汇总后反馈教师。【学生】完成课前任务通过课前任务，使学生自行查漏补缺，增加学生对疑难问题的好奇心考勤

（2min）【教师】通过文旌课堂APP让学生签到【学生】签到，班干部交假条培养学生的组织纪律性，掌握学生的出勤情况课前复习（3min）【教师】引领学生回忆上次课教学内容，根据学生反映，查看学生掌握情况。回顾直流电机的结构、工作原理及铭牌数据，以及拆装直流电机的步骤，提问学生直流电机的工作原理。【学生】互动、积极回答通过课前复习，检查学生对所学知识的掌握程度，调整课程进度，让学生自行查漏补缺问题导入（5min）【教师】通过图片讲解小陈家里的可充电型吸尘器已经使用了很多年，该吸尘器采用的是直流电动机。最近他发现，吸尘器在使用时吸力不足。精通机电技术的小陈决定自己维修。通过检查，他发现吸尘器所采用的直流电动机转速很小，出现这一问题的原因是供电电压太低，且负载过大。于是，他就对该直流电动机进行了维修。维修后，吸尘器可以正常使用，而且吸尘效果也非常好。【教师】提出以下问题：小陈测定了直流电机的哪些运行特性？如何选择直流电机？【学生】讨论、举手回答【教师】通过学生的回答引入要讲的知识通过问题导入的方法，引导学生主动思考，激发学生的积极性，主动讨论传授新知

（35min）一、直流电机的磁场及电枢反应【教师】提出以下问题：直流电机工作时，内部产生的磁场有什么特点？【学生】讨论、举手回答【教师】总结学生回答，并PPT讲解直流电机的磁场及电枢反应直流电机的磁场是由主磁极产生的励磁磁场（主磁场），电枢电流产生的电枢磁场，以及换向绕组、补偿绕组产生的磁场合成的。它对直流电机产生的感应电压和电磁转矩有直接影响，直流电机的运行特性在很大程度上也取决于磁场特性。【拓展】补偿绕组是指在大容量和工作繁重的直流电机中，串联在电枢绕组上的电阻。通常在极靴上有一些均匀分布的槽，用于嵌放补偿绕组。1．直流电机空载运行时的磁场图3-15直流电机空载运行时的磁场分布【拓展】直流电机的空载运行，对于直流发电机而言，是指其与外电路断开，没有电流输出；对于直流电动机而言，是指其转轴上不带机械负载。直流电机空载运行时的磁场称为空载磁场。【教师】此部分难理解，教师着重讲解当向直流电机的励磁绕组中通入直流电流时，主磁极产生磁场，磁场间隔均匀地分布在定子内的圆周上，此时只有励磁磁通势单独建立的空载磁场。每对磁极下的磁通所经过的路径不同。绝大部分磁通首先从主磁极的N极出来，经过气隙进入电枢齿、电枢磁轭，到达电枢铁芯另一侧的电枢齿；然后穿过气隙，进入主磁极的S极；最后通过定子磁轭回到N极，形成闭合回路。这部分磁通同时被励磁绕组和电枢绕组切割，是直流电机进行电磁感应和能量转换所必需的，称为主磁通。此外，还有一小部分磁通从N极出来后并不进入电枢，而是经过气隙直接进入相邻的磁极或定子磁轭，形成闭合回路。这部分磁通称为漏磁通，一般。漏磁通不仅不对直流电机的能量转换工作起作用，还会增加主磁极磁路的饱和程度，增加直流电机的损耗，使其效率降低。如图3-16（a）（见教材）所示为主磁场在直流电机中的分布情况。按照图3-16（a）中所示的励磁电流方向，可用右手螺旋定则来判定主磁场的方向。电枢表面磁感应强度为零的地方位于物理中性线上，它与磁极的几何中性线重合。【教师】提出以下问题：直流电机空载运行时，电枢表面磁感应强度如何分布的？直流电机带载运行又有什么特点？【学生】讨论、举手回答【教师】总结学生回答，并PPT讲解直流电机带负载运行时的磁场2．直流电机带负载运行时的磁场以直流电动机为例，当其带负载运行时，电枢绕组中有电流通过并产生电枢磁场。电枢磁场与主磁场共同在气隙里建立合成磁场。如图3-16（b）所示为直流电动机带负载运行时的电枢磁场。它的方向可根据电枢电流用右手螺旋定则来判断。从图3-16（b）中可知，不论电枢如何转动，电枢电流的方向总是以电刷为界限来划分的。在电刷两边，N极下导体的电流方向与S极下导体的电流方向始终相反，只要电刷固定不动，电枢两边的电流方向就不变，电枢磁场的方向也不变，即电枢磁场是静止不动的。3．直流电机的电枢反应【教师】PPT讲解直流电机的电枢反应电枢反应是指电枢绕组电流所产生的磁通势，以及由该电流所造成的气隙磁通的变化。如图3-16（c）所示为直流电动机主磁场和电枢磁场共同产生的合成磁场。（a）主磁场（b）电枢磁场（c）合成磁场图3-16直流电机主磁场分布将图3-16（c）与图3-16（a）比较可见，带负载后出现的电枢磁场，对主磁场的分布有明显的影响，具体如下。（1）中心线不重合。电枢反应使磁极下的磁力线扭曲，磁通密度分布不均匀，合成磁场发生畸变。合成磁场发生畸变后，原几何中性线处的磁感应强度不等于零，磁感应强度为零的位置（即物理中性线）逆向旋转角度，物理中性线与几何中性线不再重合。（2）合成磁通势被增强或削弱。电枢磁场使每个磁极下的磁通势都发生变化。在前极尖（电枢进入极面的极尖），电枢磁通势方向与主磁通势方向相同，合成磁通势被增强；在后极尖（电枢离开极面的极尖），电枢磁通势方向与主磁通势方向相反，合成磁通势被削弱。（3）去磁作用。对于线性磁路而言，增加的磁通量与减少的磁通量相等，故每个磁极的合成磁通与空载时的主磁通相同；对于非线性磁路而言，增加的磁通量小于减少的磁通量，故当直流电机带负载运行时每个磁极的合成磁通比空载运行时的主磁通小，这便是电枢反应的去磁作用所致，此时电枢的感应电压略小于空载运行时的感应电压。【拓展】电枢反应的结果是使直流电机的功率下降并造成换向困难。【教师】组织学生分组讨论以下问题，并随机邀请学生回答电枢反应有什么危害？【学生】讨论、举手回答【教师】总结学生回答，并PPT讲解电枢反应会削弱磁场并使其产生畸变。直流电机的负载越大，电枢电流越大，电枢磁场越强，电枢反应的影响就越大。在实际工作中，由于负载大小不可能恒定不变，因此电枢反应的强弱也不是一成不变的。【教师】师生互动，组织学生分组讨论以下问题，并随机邀请学生回答直流电机在主磁场的影响下会产生电枢反应，反作用于主磁场，人在某些环境的影响下也会产生逆反心理或抵触情绪。通过装设补偿绕组可有效控制电枢反应，那我们如何采取有效方法来控制自身的逆反心理或抵触情绪呢？【学生】讨论、举手回答【教师】总结学生回答，引导学生心理健康二、直流电机的电枢电压、电磁转矩及电磁功率【教师】PPT讲解直流电机的电枢电压1．电枢电压【教师】师生互动，组织学生分组讨论以下问题，并随机邀请学生回答直流电机的感应电压与什么有关？如何改变直流电机的感应电压？【学生】讨论、举手回答【教师】总结学生回答，并讲解【拓展】直流电机的电枢电压，对于直流发电机而言，是输出电压；对于直流电动机而言，是为反抗电流的改变而产生的电压。【教师】结合PPT，与学生互动讲解电磁转矩2．电磁转矩【教师】提出以下问题，并随机邀请学生回答电磁转矩是阻力还是动力？【学生】讨论、举手回答【教师】总结学生回答，并讲解【拓展】直流电机的电磁转矩，对于直流发电机而言，是阻转矩；对于直流电动机而言，是拖动转矩。3．电磁功率三、直流电机的机械特性【教师】PPT讲解直流电机的机械特性1．机械特性方程图3-17他励直流电动机的电路原理【教师】结合以上知识，邀请学生总结机械特性方程【学生】讨论、总结、举手回答【教师】总结学生回答，并讲解2．固有机械特性【教师】结合三相异步电动机的固有机械特性，邀请学生总结直流电机的固有机械特性【学生】讨论、总结、举手回答【教师】总结学生回答，并讲解【教师】结合PPT，对比法讲解直流电机的人为机械特性3．人为机械特性1）电枢电路串联电阻时的人为机械特性2）改变电枢电压时的人为机械特性电枢电路串联电阻时的人为机械特性曲线改变电枢电压时的人为机械特性曲线3）减弱磁通时的人为机械特性【教师】提出问题：考虑电枢反应，机械特性会有什么变化？【学生】讨论、总结、举手回答【教师】总结学生回答，并讲解四、直流电机的运行特性【教师】PPT讲解直流电机的运行特性1．他励直流电动机的基本方程1）电压平衡方程2）转矩平衡方程【教师】提出问题：电磁转矩全部用于拖动负载了吗？【学生】讨论、总结、举手回答【教师】总结学生回答，并讲解3）功率平衡方程2．他励直流电动机的运行特性1）转速特性【教师】师生互动：他励直流电动机的转速受哪些因素影响？【学生】讨论、总结、举手回答【教师】总结学生回答，并讲解2）电磁转矩特性3）效率特性【教师】组织学生分组讨论，并回答以下问题：他励直流电动机有哪些损耗？其效率受哪些因素影响？如何提高效率？【学生】讨论、总结、举手回答【教师】总结学生回答，并讲解【学生】聆听、记录、理解通过教师的讲解和课堂互动，使学生了解三相异步电动机的运行原理结合视频讲解直流电机空载运行时的磁场分布，进一步加深基本知识的理解通过师生互动，学生总结，增加学生对知识的理解掌握，锻炼学生的观察总结能力突出说明三相变压器的两种联结方式学生分组讨论，积极参与互动学生可分组展开讨论，最后由学生推荐上台，引领大家一起分析通过学生自行分析回答，再由教师点评总结，加深学生对知识的理解与认识实操练习（35min）【教师】讲解和演示基本操作步骤实操题目：测定的1.知识准备【教师】要求学生查阅资料，重点回答以下问题：什么是他励直流电动机的运行特性？与哪些因素有关？【学生】查阅资料、记录、回答2.任务实施【教师】讲解和演示基本操作步骤（1）按图3-14所示连接电路，其中，，。图3-14他励直流电动机运行特性测试电路（2）将启动电阻及负载电阻调至最