電機拖動基礎(chǔ)教案

1、課程教案（20192020學(xué)年第二學(xué)期）課程名稱：電機拖動基礎(chǔ)學(xué)分學(xué)時：3學(xué)分48學(xué)時授課班級：18自動化1班/2班學(xué)生人數(shù)：70選用教材：張曉江等著，電機及拖動基礎(chǔ)開課學(xué)院：任課教師：教師職稱：初級教師所在單位：教務(wù)處周次第1周，第1次課章節(jié)名稱第一章磁路第一節(jié)磁路的基本定律第二節(jié)常用的鐵磁材料及其特性第二節(jié)直流磁路的計算第四節(jié)交流磁路的特點授課方式理論課（V）實驗課（）實習(xí)（）教學(xué)時數(shù)2教學(xué)目標(biāo)及基本要求1、理解電機磁路的特點及常用鐵磁材料的特性，能夠應(yīng)用復(fù)數(shù)運算、三角函數(shù)變換、傅里葉級數(shù)、安培環(huán)路定律、電磁力定律、電磁感應(yīng)定律等數(shù)學(xué)、物理知識對電機系統(tǒng)的電磁關(guān)系進行識別、判斷和分解。2、

2、熟知直流電機、變壓器、三相異步電動機、同步發(fā)電機等普通電機的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、基本分析方法、能量轉(zhuǎn)換關(guān)系及工作特性；并能夠根據(jù)需求進行理論分析，選擇合適的方案獲取電機特性及參數(shù)。3、運用電機學(xué)的基礎(chǔ)理論知識和分析方法，恰當(dāng)表述電氣工程系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)問題，能夠建立合適的數(shù)學(xué)模型進行電磁分析及參數(shù)計算，以獲取解決方案。教學(xué)重點、難點直流電機的結(jié)構(gòu)及電樞繞組，直流電機的磁場（重點與難點）；直流發(fā)電機的基本特性（重點）；直流電動機的基本特性（重點）。教學(xué)基本內(nèi)容與教學(xué)設(shè)計（含時間分配）電機是一種機電能量轉(zhuǎn)換裝置，變壓器是一種電能傳遞裝置，它們的工作原理都以電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ)，且以電場或磁場作為其耦合場。

3、在通常情況下，由于磁場在空氣中的儲能密度比電場大很多，所以絕大多數(shù)電機均以磁場作為耦合揚。磁場的強弱和分布，不僅關(guān)系到電機的性能，而且還將決定電機的體積和重量;所以磁場的分析扣計箅，對于認(rèn)識電機是十分重要的。由于電機的結(jié)構(gòu)比校復(fù)雜，加上鐵磁材料的非線性性質(zhì)，很難用麥克斯韋方程直接解析求解；因此在實際工作中.常把磁場問題簡化成磁路問題來處理。從工程觀點來說，準(zhǔn)確度已經(jīng)足夠。本章先說明磁路的基本定律，然后介紹常用鐵磁材料及其性能，最后說明磁路的計算方法。課堂教學(xué)2學(xué)時。其中，課程介紹20分鐘；介紹電機的分類、用途及磁場中的基本物理量、鐵磁材料的特性；磁路基本定律、交流磁路的特點70分鐘。討論、思考

4、題、作業(yè)及課后參考資料討論與思考題：有一閉合鐵心磁路，鐵心的截面積A=9X10-4m2，磁路的平均長度l=o.3m,鐵心的磁導(dǎo)率卩Fe-5000*，套裝在鐵心上的勵磁繞組為500匝。試求在鐵心中產(chǎn)生1T的磁通密度時，所需的勵磁磁動勢和勵磁電流。作業(yè)：開一個長度5=5X10-4m的氣隙，問鐵心中激勵1T的磁通密度時，所需的勵磁磁動勢為多少？已知鐵心截面積AFe=3X3X10-4m2，uFe=5000u0o考慮到氣隙磁場的邊緣效應(yīng)，在計算氣隙的有效面積時，通常在長、寬方向務(wù)增加§值。教學(xué)后記本章與大學(xué)物理與電磁場密切相關(guān)，本章內(nèi)容是對前期的復(fù)習(xí)與運用。冋時帶領(lǐng)同學(xué)產(chǎn)生對本門課程的興起周次

5、第1周，第2次課章節(jié)名稱第二章直流電機第一節(jié)直流電機的工作原理及結(jié)構(gòu)第二節(jié)直流電機的銘牌數(shù)據(jù)授課方式理論課（V）實驗課（）實習(xí)（）授課方式理論課（V）實驗課（）實習(xí)（）教學(xué)目標(biāo)及基本要求知曉直流電機發(fā)展史；知曉直流電機的結(jié)構(gòu)及電樞繞組的聯(lián)接規(guī)律；理解直流電機磁場的分布特點及電樞反應(yīng)的分析方法。教學(xué)重點、難點直流電機的結(jié)構(gòu)（重點），直流電機的磁場（重點與難點）教學(xué)基本內(nèi)容與教學(xué)設(shè)計（含時間分配）直流電機是電機的主要類型之一。直流電動機以其良好的啟動性和調(diào)速性能著稱，直流發(fā)電機供電質(zhì)量較好，常常作為勵磁電源。與交流電機相比直流電機的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本較咼，可靠性較差，使它的應(yīng)用受到限制。近年來，與電

6、力電子裝置結(jié)合而具有直流電機性能的電機不斷涌現(xiàn)，使直流電機有被取代的趨勢。盡管如此，直流電機仍有一定的理論意義和實用價值。本章先介紹直流電機的工作原理和基本結(jié)構(gòu)，接著說明電機的磁動勢和磁場，導(dǎo)出電機的電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩公式，并分析直流電動機的穩(wěn)態(tài)運行性能。課堂教學(xué)2學(xué)時。（1）介紹直流電機的發(fā)展歷史；（20分鐘）（2）介紹直流電機的工作原理。（40分鐘）（3）介紹直流電機的基本結(jié)構(gòu)；（30分鐘）2.1直流電機的工作原理和基本結(jié)構(gòu)一、直流電機的工作原理1、直流電機的構(gòu)成采用PPT上的圖形介紹2、直流發(fā)電機的工作原理發(fā)電機：雖然線圈AX電動勢是交流電動勢，但由于換向器的整流作用，電刷B1、B2間的輸

7、出電動勢卻是直流電動勢3、直流電動機的工作原理電動機：在直流電動機中，外加電壓并非直接加于線圈，而是通過電刷B1、B2和換向器再加到線圈上的。所以，導(dǎo)體中的電流將隨其所處磁極極性的改變而同時改變其方向，從而使電磁轉(zhuǎn)矩的方向始終保持不變。4、脈動的減小實現(xiàn)方法：電樞繞組由多個線圈串聯(lián)而構(gòu)成的。二、直流電機的基本結(jié)構(gòu)1、主磁極作用：建立主磁場。構(gòu)成：主極鐵心和套裝在鐵心上的勵磁繞組。2、機座作用：1）主磁路的一部分；2）電機的結(jié)構(gòu)框架。構(gòu)成：用厚鋼板彎成筒形焊成或鑄鋼件制成。3、電樞鐵心作用：1）主磁路的一部分；2）電樞繞組的支撐部件。構(gòu)成：一般用厚0.5mm且沖有齒、槽的DR530或DR510的

8、硅鋼片疊壓夾緊而成。討論、思考題、作業(yè)及課后參考資料討論與思考題：為什么直流發(fā)電機沒有大規(guī)模推廣作業(yè)：結(jié)合上一節(jié)課的內(nèi)容，分析直流發(fā)電機由主磁通感應(yīng)的電動勢存在于哪些位置課后參考資料：電機學(xué)（第四版），辜承林編著，華中科技大學(xué)出版社，2017年。課后習(xí)題的本章部分。教學(xué)后記本章介紹了直流電機發(fā)展史與基本結(jié)構(gòu)。主要內(nèi)容是對前期知識的匯總與復(fù)習(xí)。從本章開始需要冋學(xué)們學(xué)會用磁場的方式分析問題。周次第2周，第1次課章節(jié)名稱第一早第三節(jié)直流電機的繞組第四節(jié)直流電機的勵磁方式及磁場授課方式理論課（V）實驗課（）實習(xí)（）教學(xué)時數(shù)2教學(xué)目標(biāo)及基本要求復(fù)習(xí)上節(jié)課內(nèi)容：知曉直流電機的結(jié)構(gòu)及電樞繞組的聯(lián)接規(guī)律；理解

9、直流電機磁場的分布特點及電樞反應(yīng)的分析方法。理解直流電機磁場，直流電機的電樞反應(yīng)教學(xué)重點、難點直流電機的結(jié)構(gòu)及電樞繞組（重點與難點），直流電機的磁場的形成與分析方法（重點與難點）。教學(xué)基本內(nèi)容與教學(xué)設(shè)計（含時間分配）本節(jié)課說明電機的磁動勢和磁場，導(dǎo)出電機的電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩公式。課堂教學(xué)2學(xué)時。（1）介紹直流電機的結(jié)構(gòu)，換向器構(gòu)成及其作用；（20分鐘）（2）介紹電樞繞組基本特點，節(jié)距概念，單迭繞組的展開圖和電路圖。（40分鐘）（3）了解直流電機的勵磁方式，空載磁場及電樞磁場，電樞反應(yīng)；（30分鐘）直流電機的勵磁方式勵磁繞組的供電方式稱為勵磁方式。按勵磁方式，直流電機分為他勵和自勵兩類：1、他勵式

10、（如圖a）其勵磁繞組由其他電源供電，勵磁繞組與電樞繞組不相連。2、自勵式發(fā)電機：利用自身發(fā)出的電流勵磁；電動機：勵磁繞組和電樞繞組由同一電源供電。自勵式并勵式（圖b）：勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)；串勵式（圖C）：勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)；復(fù)勵式（圖d）：裝有兩個勵磁繞組，一為與電樞并聯(lián)的并勵繞組，二為與電樞串聯(lián)的串勵繞組。第8頁圖3-直流電機按勵磁方式分類a）他勵式b）并勵式c）串勵式d）復(fù)勵式直流電機的額定值直流電機的額定值有：P（1）額定功率N:指電機在銘牌規(guī)定的額定狀態(tài)下運行時，電機的輸出功率，以kW表示。探對電動機，額定功率是指輸出的機械功率；對發(fā)電機，額定功率是指輸出的電功率。（2）額定電

11、壓UN：指額定狀態(tài)下電樞出線端的電壓，以V表示。IU二UP=P（3）額定電流N:指電機運行在N2N時，電機的線電流，以A表示。（4）額定轉(zhuǎn)速nN:指額定狀態(tài)下運行時轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，以r/min表示。（5）額定勵磁電壓UfN（僅對他勵電機）。2.3空載和負(fù)載時直流電機的磁場一、空載時直流電機的磁場空載時的主磁極的磁通:a）主磁通：通過氣隙，并形成氣隙磁場。b）主極漏磁通極距T:TED2p空載時直流電機的氣隙磁場。二、負(fù)載時的電樞磁動電樞反應(yīng)1、交軸電樞磁動勢和交軸電樞反應(yīng)影響：1）、引起氣隙磁場畸變，使理中性線）偏離幾何中性線電樞表面磁密等于零的位置（物2）、不計飽和時，交軸由樞反應(yīng)既無增磁、亦無夫

12、磁作用;計及飽和時，交軸電樞反應(yīng)具有一定的去磁作用。2、直軸電樞磁動勢和直軸電樞反應(yīng)發(fā)電機：電刷順電樞旋轉(zhuǎn)方向移動，電樞反應(yīng)為去磁；電刷逆電樞旋轉(zhuǎn)方向移動，電樞反應(yīng)為增磁。電動機：與發(fā)電機的情況相反。2.4直流電機的感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩一、電樞繞組的感應(yīng)電動勢設(shè)氣隙磁場的分布如圖3所示，則每根導(dǎo)體的感應(yīng)電動勢為e二b1式中，件一導(dǎo)體所在處的氣隙磁密；i導(dǎo)體的有效長度；v導(dǎo)體相對氣隙磁場的速度。氣隙磁場分布和導(dǎo)體感應(yīng)電動勢、電磁力的計算電樞繞組的電動勢Ea應(yīng)為一條支路各串聯(lián)導(dǎo)體的電動勢的代數(shù)和，則E=以blv=iv以b（x）88i11令Bav為平均氣隙磁密，則上式改寫為,ZE=iv葉Ba2aav

13、nv2pT-將60代入上式得出直流電機得E2(Bti)曠nCna602a探電動勢公式式中,BItavECnae每極的總磁通量；CePZJ60a-電動勢常數(shù)。討論、思考題、作業(yè)及課后參考資料教學(xué)后記討論與思考題：直流發(fā)電機的電樞是哪里？直流電動機的電樞是哪里？作業(yè)：1. 在直流電機中，右行單疊繞組的合成節(jié)距為？2. 一臺他勵直流發(fā)電機，六極，單疊繞組，額定電流為150安,電樞繞組的支路電流為（）安。課后參考資料：電機學(xué)（第四版），辜承林編著，華中科技大學(xué)出版社，2017年。課后習(xí)題的本章部分。本章介紹了直流電機磁場走向，開始掌握電磁轉(zhuǎn)矩與電之前的關(guān)系，開始掌握力與電之間的轉(zhuǎn)化路徑，從本章開始需要

14、同學(xué)們學(xué)會用磁場的方式分析問題。課程教學(xué)小結(jié)：電機拖動基礎(chǔ)是自動化專業(yè)非常重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，主要講授直流電機、變壓器、交流旋轉(zhuǎn)電機共同理論、異步電機、同步電機等電機學(xué)基本知識和分析方法。該課程具有理論性強、概念多、與工程實際聯(lián)系緊密等特點。課程按照“化繁為簡、理實結(jié)合、學(xué)以致用”的理念精心設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，并結(jié)合工程案例，力求把重點講實、難點講透、疑點講清。課程考核及教學(xué)目標(biāo)達成情況：通過本課程的學(xué)習(xí)，使同學(xué)們能夠正確理解電機的基本工作原理，熟知典型電機的方程式、等效電路和相量圖，掌握電機學(xué)基本分析方法，具備分析和解決工程實踐中與電機相關(guān)問題的能力，為下一步學(xué)習(xí)專業(yè)課，以及畢業(yè)后從事專業(yè)工作打下堅實的基礎(chǔ)。課程通過課后習(xí)題與期中期末考試，加課堂上回答問