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授課題目 |
項目一 直流電機 |
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授課方式 |
多媒體教學 |
課型 |
新授 |
課時 |
8 |
教
學
目
標 |
知識目標 |
1．熟悉直流電機的基本結(jié)構(gòu)，掌握直流電機的工作原理和銘牌數(shù)的含義
2．了解電樞繞組的幾個基本概念
3．了解電樞反應(yīng)的概念，掌握直流電機的電樞電動勢、電磁轉(zhuǎn)矩的基本公式
4．掌握直流電機的換向過程和改善換向的主要方法
5．掌握直流電動機的基本方程式和工作特性
6．了解直流發(fā)電機的分類和運行特性 |
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技能目標 |
1．能夠畫出繞組展開圖
2．能夠分析和計算直流電機的主要參數(shù)
3．能夠分析直流電機的運行問題 |
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教學重點 |
實槽和虛槽、單疊繞組的展開圖、功率、轉(zhuǎn)矩、電動勢平衡方程式 |
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教學難點 |
他勵直流電動機的基本方程式、直流弧焊發(fā)電機的工作原理 |
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教學方法 |
行動導向教學法 |
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教學內(nèi)容 |
1．認識直流電機的結(jié)構(gòu)，了解其工作原理
2．了解直流電機的電樞繞組
3．了解直流電機的電樞反應(yīng)、電樞電動勢與電磁轉(zhuǎn)矩
4．掌握直流電機的換向過程及改善方法S
5．了解直流電動機的種類、基本方程式和工作特性
6．認識常見直流發(fā)電機 |
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教學過程 |
任務(wù)一 |
1．相關(guān)知識
1）直流電機的特點和用途
（1）直流電機的特點
（2）直流電機的用途
2）直流電機的基本結(jié)構(gòu)
（1）定子
（2）轉(zhuǎn)子
3）直流電機的工作原理
（1）直流發(fā)電機的工作原理
（2）直流電動機的工作原理
4）直流電機的銘牌數(shù)據(jù)
（1）銘牌
（2）型號
（3）額定值 |
帶領(lǐng)學生學習
新知識 |
2．任務(wù)實施
老師提供可打開的直流電動機實物，并組織學生共同完成以下任務(wù)。
1）將全班學生進行分組，并選出小組長。
2）每組分別對照實物指出直流電機的各個部件，并做簡要描述（如各部件的功能或作用原理）。
3）每組分別對照實物分析直流電動機和直流發(fā)電機的工作原理。
4）分組討論實際見過（或聽過）的電動機型號及應(yīng)用場合，并做簡要總結(jié)。
5）討論結(jié)束后，小組長整理討論結(jié)果，并交給老師，老師做點評。 |
鞏固所學知識，提升學生實踐技能 |
3．任務(wù)測試
學生利用所學知識，可獨立完成以下任務(wù)。
1）快速指出直流發(fā)電機的主要部件。
2）描述各部件的作用。
3）知曉直流發(fā)電機是如何機械能轉(zhuǎn)化為動能的以及直流電動機如何將電能轉(zhuǎn)化為機械能的。
4）描述直流電機具體包括哪些額定數(shù)據(jù)。 |
進一步
鞏固所學知識 |
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任務(wù)二 |
1．相關(guān)知識
1）繞組的概述
（1）繞組元件
（2）繞組的有效邊與端線
（3）實槽和虛槽
實槽是指電樞鐵芯上實際存在的槽。在實際的電機結(jié)構(gòu)中，電樞繞組元件數(shù)往往多于實槽數(shù)，常常在一個鐵芯槽內(nèi)放置幾組繞組元件，通常把一個元件的上層邊與另一個元件的下層邊之間構(gòu)成的一個虛擬凹槽稱為一個虛槽，如圖1-17所示。如果一個實槽內(nèi)有u個虛槽，那么，電樞鐵芯的總的虛槽數(shù)Z0和實槽數(shù)Z的關(guān)系為：
Z0 = uZ
（a）u = 1 （b）u = 2 （c）u = 3
圖1-17 實槽中的虛槽
（4）元件數(shù)與虛槽數(shù)、換向片數(shù)的關(guān)系
（5）極距
（6）繞組的節(jié)距
（7）繞組的形式
2）單疊繞組
（1）單疊繞組的展開圖
以虛槽數(shù)Z0、換向片數(shù)K、元件數(shù)S都為16，磁極對數(shù)p2，組成右行單疊繞組的某直流電機為例，說明單疊繞組展開圖的作圖方法和步驟。
① 計算繞組極距。
② 計算繞組節(jié)距。
采用整距繞組，因為是單疊右行，故：
③ 列繞組元件連接順序表。
單疊繞組在接線時，先將繞組元件、槽及換向片按順序編號，見表1-1。
表1-1 單疊繞組元件串順序表
上層
下層 |
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④ 畫繞組展開圖。
⑤ 畫磁極和電刷。
⑥ 確定元件感應(yīng)電動勢方向、電刷的極性、電樞旋轉(zhuǎn)方向。
（2）并聯(lián)支路
（3）均壓線
3）單波繞組
（1）單波繞組的特點
（2）并聯(lián)支路
4）其他繞組及其應(yīng)用 |
帶領(lǐng)學生學習
新知識 |
2．任務(wù)實施
請同學們自行繪制某直流電動機的單波左行繞組，已知該直流電動機的磁極對數(shù)，。
思路：首先計算各節(jié)距，然后參照單疊繞組的展開圖畫法進行繪制。 |
鞏固所學知識，提升學生實踐技能 |
3．任務(wù)測試
學生利用所學知識，完成以下任務(wù)。
1）描述繞組元件及節(jié)距的概念。
2）實槽數(shù)和虛槽數(shù)相等嗎？給出理由。
3）簡述繪制繞組展開圖的步驟。 |
進一步
鞏固所學知識 |
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任務(wù)三 |
1．相關(guān)知識
1）直流電機的電樞反應(yīng)
（1）直流電機的空載磁場
（2）直流電機的電樞磁場
（3）直流電機的電樞反應(yīng)
2）直流電機的電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩
（1）直流電機的電樞電動勢
（2）直流電機的電磁轉(zhuǎn)矩 |
帶領(lǐng)學生學習
新知識 |
2．任務(wù)實施
利用儀態(tài)直流發(fā)電機已有的參數(shù)及條件計算出其電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩。
思路：通過已知條件可以求出電動勢常數(shù)和轉(zhuǎn)矩常數(shù)，將它們代入相應(yīng)的公式求解即可，結(jié)果參考如下。 |
鞏固所學知識， |
3．任務(wù)測試
學生利用所學知識，回答以下問題。
1）什么是電樞反應(yīng)？
2）直流電機的電樞電動勢的大小跟什么有關(guān)？ |
進一步
鞏固所學知識 |
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任務(wù)四 |
1．相關(guān)知識
1）換向過程
2）換向器的打火
（1）打火現(xiàn)象
（2）打火原因
3）改善換向的方法
（1）正確安裝換向極
（2）合理選擇電刷 |
帶領(lǐng)學生學習
新知識 |
2．任務(wù)實施
學生分組，幫助小明解決“將某小容量無換向極的電機換向”這一問題。
思路：先考慮本任務(wù)給出的換向方法能否實現(xiàn)，若無法解決，嘗試移動電刷位置，并分析結(jié)果。 |
鞏固所學知識，提升學生實踐技能 |
3．任務(wù)測試
學生利用所學知識，回答以下問題。
1）直流電機產(chǎn)生換向火花的原因有哪些？
2）直流電機安裝換向極的作用是什么？ |
進一步
鞏固所學知識 |
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任務(wù)五 |
1．相關(guān)知識
1）直流電動機的種類
（1）他勵電動機
（2）并勵電動機
（3）串勵電動機
（4）復勵電動機
2）他勵直流電動機的基本方程式
（1）電動勢平衡方程式
他勵直流電動機在穩(wěn)定運行時，加在電樞兩端電壓為U，電樞電流為Ia，電樞電動勢為Ea，由電動機的工作原理可知，此時Ea與Ia是反向的，即Ea是反電動勢，若以U，Ea，Ia的實際方向為正方向，則可列出直流電動機的電動勢平衡方程式為：
（1-17）
式中：Ra——電樞電阻。
該平衡方程式表示了電源電壓除一小部分被電樞電阻消耗外，其余被電動機吸收轉(zhuǎn)換為反電動勢去帶動電動機轉(zhuǎn)動。
（2）轉(zhuǎn)矩平衡方程式
他勵電動機的電磁轉(zhuǎn)矩Tem為拖動性轉(zhuǎn)矩。當電動機以恒定的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行時，電磁轉(zhuǎn)矩Tem與負載轉(zhuǎn)矩TL及空載轉(zhuǎn)矩T0相平衡，即：
（1-18）
由此可見，電動機軸上的電磁轉(zhuǎn)矩一部分與負載轉(zhuǎn)矩相平衡，另一部分是空載損耗。
（3）功率平衡方程式
直流電動機工作時，從電網(wǎng)吸收電功率P1，除去電樞回路的銅損耗pCua、電刷接觸損耗pCub及勵磁回路銅耗pCuf后，其余部分功率轉(zhuǎn)變?yōu)殡姌猩系碾姶殴β蔖em。
電磁功率并不能全部用來輸出，它的一部分是運行時的機械損耗、鐵損耗pFe和附加損耗pad，剩下的部分才是軸上對外輸出的機械功率P2：
（1-19）
直流電動機的功率流程如圖1-27所示。
圖1-27 直流電動機的功率流程
3）他勵直流電動機的工作特性
（1）轉(zhuǎn)速特性
（2）轉(zhuǎn)矩特性
（3）效率特性 |
帶領(lǐng)學生學習
新知識 |
2．任務(wù)實施
組織學生利用所學知識幫助小明分析、討論并判斷他進行測試得到的曲線（見圖1-29）的正確性。
圖1-29 測試曲線
思路：轉(zhuǎn)速特性、轉(zhuǎn)矩特性、效率特性的理論知識分析該曲線的正確性。
提示：該轉(zhuǎn)速特性曲線錯誤。 |
鞏固所學知識， |
3．任務(wù)測試
學生利用所學知識，回答以下問題。
1）直流電機產(chǎn)生換向火花的原因有哪些？
2）直流電機安裝換向極的作用是什么？ |
進一步
鞏固所學知識 |
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任務(wù)六 |
1．相關(guān)知識
1）并勵發(fā)電機
（1）并勵發(fā)電機電動勢的建立
（2）功率、轉(zhuǎn)矩、電動勢平衡方程式
① 功率平衡方程式
直流發(fā)電機輸入的是機械功率P1，除去機械損耗和鐵損耗pFe以后，剩下的是電磁功率Pem，電磁功率Pem即是機械能轉(zhuǎn)換成為電能的這部分功率，功率平衡方程式為：
（1-23）
式中：，p0為空載損耗，它們的單位均為kW。
發(fā)電機向負載供電時，電樞繞組中的電流將產(chǎn)生銅損耗，在電磁功率中除去電流在繞組中產(chǎn)生的銅損耗pCu，余下的則是輸出的電功率P2。則有：
（1-24）
綜合上述兩式，可得直流發(fā)電機的功率平衡方程式為：
（1-25）
而直流發(fā)電機的效率為：
（1-26）
②轉(zhuǎn)矩平衡方程式
由于，將式（1-23）兩邊同除以可得發(fā)電機的轉(zhuǎn)矩平衡方程式：
（1-27）
式中：T1——原動機拖動發(fā)電機的轉(zhuǎn)矩，即輸入驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，單位為N·m；
Tem——發(fā)電機的電磁轉(zhuǎn)矩，單位為N·m；
T0——發(fā)電機的空載轉(zhuǎn)矩，單位為N·m。
③電動勢平衡方程式
在他勵發(fā)電機中輸出功率P2 = UIa，電磁功率，銅耗為，代入式（1-24）可得：
將上式兩邊都除以Ia，可得發(fā)電機的電動勢平衡方程式為：
（1-28）
（3）并勵發(fā)電機的外特性
2）直流弧焊機
（1）直流弧焊發(fā)電機的工作原理
（2）弧焊整流器 |
帶領(lǐng)學生學習
新知識 |
2．任務(wù)實施
1）任務(wù)描述
小明去參觀某工廠，看到一臺銘牌和數(shù)據(jù)缺失的他勵直流電機，已知，，，，，，，忽略附加損耗。小明想判斷這臺電機是發(fā)電機運行還是電動機運行，并想知道它的電磁轉(zhuǎn)矩、輸入功率和效率。
2）任務(wù)執(zhí)行
組織學生利用所學知識幫助小明解決上述問題。
思路：通過比較電機的電樞電動勢與端電壓U，可以判斷電機的運行方式，然后根據(jù)已知條件，計算要求參數(shù)即可。 |
鞏固所學知識，提升學生實踐技能 |
3．任務(wù)測試
學生利用所學知識，完成以下任務(wù)。
1）寫出并勵發(fā)電機功率、轉(zhuǎn)矩、電動勢平衡方程式。
2）簡述直流弧焊發(fā)電機的工作原理。 |
進一步
鞏固所學知識 |
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課堂總結(jié) |
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