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授課題目

項(xiàng)目一直流電機(jī)

授課方式

多媒體教學(xué)

課型

新授

課時(shí)

教
學(xué)
目
標(biāo)

知識(shí)目標(biāo)

1．熟悉直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，掌握直流電機(jī)的工作原理和銘牌數(shù)的含義
2．了解電樞繞組的幾個(gè)基本概念
3．了解電樞反應(yīng)的概念，掌握直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)、電磁轉(zhuǎn)矩的基本公式
4．掌握直流電機(jī)的換向過程和改善換向的主要方法
5．掌握直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式和工作特性
6．了解直流發(fā)電機(jī)的分類和運(yùn)行特性

技能目標(biāo)

1．能夠畫出繞組展開圖
2．能夠分析和計(jì)算直流電機(jī)的主要參數(shù)
3．能夠分析直流電機(jī)的運(yùn)行問題

教學(xué)重點(diǎn)

實(shí)槽和虛槽、單疊繞組的展開圖、功率、轉(zhuǎn)矩、電動(dòng)勢(shì)平衡方程式

教學(xué)難點(diǎn)

他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式、直流弧焊發(fā)電機(jī)的工作原理

教學(xué)方法

行動(dòng)導(dǎo)向教學(xué)法

教學(xué)內(nèi)容

1．認(rèn)識(shí)直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)，了解其工作原理
2．了解直流電機(jī)的電樞繞組
3．了解直流電機(jī)的電樞反應(yīng)、電樞電動(dòng)勢(shì)與電磁轉(zhuǎn)矩
4．掌握直流電機(jī)的換向過程及改善方法
5．了解直流電動(dòng)機(jī)的種類、基本方程式和工作特性
6．認(rèn)識(shí)常見直流發(fā)電機(jī)

教學(xué)過程

任務(wù)一

1．相關(guān)知識(shí)
1）直流電機(jī)的特點(diǎn)和用途
    （1）直流電機(jī)的特點(diǎn)
    （2）直流電機(jī)的用途
2）直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)
    （1）定子
    （2）轉(zhuǎn)子
3）直流電機(jī)的工作原理
    （1）直流發(fā)電機(jī)的工作原理
    （2）直流電動(dòng)機(jī)的工作原理
4）直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)
    （1）銘牌
    （2）型號(hào)
    （3）額定值

帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)
新知識(shí)

2．任務(wù)實(shí)施
老師提供可打開的直流電動(dòng)機(jī)實(shí)物，并組織學(xué)生共同完成以下任務(wù)。
1）將全班學(xué)生進(jìn)行分組，并選出小組長(zhǎng)。
2）每組分別對(duì)照實(shí)物指出直流電機(jī)的各個(gè)部件，并做簡(jiǎn)要描述（如各部件的功能或作用原理）。
3）每組分別對(duì)照實(shí)物分析直流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)的工作原理。
4）分組討論實(shí)際見過（或聽過）的電動(dòng)機(jī)型號(hào)及應(yīng)用場(chǎng)合，并做簡(jiǎn)要總結(jié)。
5）討論結(jié)束后，小組長(zhǎng)整理討論結(jié)果，并交給老師，老師做點(diǎn)評(píng)。

鞏固所學(xué)知識(shí)，提升學(xué)生實(shí)踐技能

3．任務(wù)測(cè)試
學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)，可獨(dú)立完成以下任務(wù)。
1）快速指出直流發(fā)電機(jī)的主要部件。
2）描述各部件的作用。
3）知曉直流發(fā)電機(jī)是如何機(jī)械能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的以及直流電動(dòng)機(jī)如何將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的。
4）描述直流電機(jī)具體包括哪些額定數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步
鞏固所學(xué)知識(shí)

任務(wù)二

1．相關(guān)知識(shí)
1）繞組的概述
    （1）繞組元件
    （2）繞組的有效邊與端線
    （3）實(shí)槽和虛槽
      實(shí)槽是指電樞鐵芯上實(shí)際存在的槽。在實(shí)際的電機(jī)結(jié)構(gòu)中，電樞繞組元件數(shù)往往多于實(shí)槽數(shù)，常常在一個(gè)鐵芯槽內(nèi)放置幾組繞組元件，通常把一個(gè)元件的上層邊與另一個(gè)元件的下層邊之間構(gòu)成的一個(gè)虛擬凹槽稱為一個(gè)虛槽，如圖1-17所示。如果一個(gè)實(shí)槽內(nèi)有u個(gè)虛槽，那么，電樞鐵芯的總的虛槽數(shù)Z₀和實(shí)槽數(shù)Z的關(guān)系為：
Z₀= uZ

    （a）u = 1       （b）u = 2         （c）u = 3
圖1-17 實(shí)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(duì)數(shù)p

2，組成右行單疊繞組的某直流電機(jī)為例，說明單疊繞組展開圖的作圖方法和步驟。
① 計(jì)算繞組極距。

② 計(jì)算繞組節(jié)距。

采用整距繞組，因?yàn)槭菃委B右行，故：

③ 列繞組元件連接順序表。
單疊繞組在接線時(shí)，先將繞組元件、槽及換向片按順序編號(hào)，見表1-1。
表1-1 單疊繞組元件串順序表

上層

下層

      ④ 畫繞組展開圖。
      ⑤ 畫磁極和電刷。
      ⑥ 確定元件感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(diǎn)
    （2）并聯(lián)支路
4）其他繞組及其應(yīng)用

帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)
新知識(shí)

2．任務(wù)實(shí)施
請(qǐng)同學(xué)們自行繪制某直流電動(dòng)機(jī)的單波左行繞組，已知該直流電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)

，

。
思路：首先計(jì)算各節(jié)距，然后參照單疊繞組的展開圖畫法進(jìn)行繪制。

鞏固所學(xué)知識(shí)，提升學(xué)生實(shí)踐技能

3．任務(wù)測(cè)試
學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)，完成以下任務(wù)。
1）描述繞組元件及節(jié)距的概念。
2）實(shí)槽數(shù)和虛槽數(shù)相等嗎？給出理由。
3）簡(jiǎn)述繪制繞組展開圖的步驟。

進(jìn)一步
鞏固所學(xué)知識(shí)

任務(wù)三

1．相關(guān)知識(shí)
1）直流電機(jī)的電樞反應(yīng)
    （1）直流電機(jī)的空載磁場(chǎng)
    （2）直流電機(jī)的電樞磁場(chǎng)
    （3）直流電機(jī)的電樞反應(yīng)
2）直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩
    （1）直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)
    （2）直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩

帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)
新知識(shí)

2．任務(wù)實(shí)施
利用儀態(tài)直流發(fā)電機(jī)已有的參數(shù)及條件計(jì)算出其電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩。
思路：通過已知條件可以求出電動(dòng)勢(shì)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(xué)知識(shí)，

3．任務(wù)測(cè)試
學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)，回答以下問題。
1）什么是電樞反應(yīng)？
2）直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)的大小跟什么有關(guān)？

進(jìn)一步
鞏固所學(xué)知識(shí)

任務(wù)四

1．相關(guān)知識(shí)
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(xué)生學(xué)習(xí)
新知識(shí)

2．任務(wù)實(shí)施
學(xué)生分組，幫助小明解決“將某小容量無換向極的電機(jī)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(shí)現(xiàn)，若無法解決，嘗試移動(dòng)電刷位置，并分析結(jié)果。

鞏固所學(xué)知識(shí)，提升學(xué)生實(shí)踐技能

3．任務(wù)測(cè)試
學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)，回答以下問題。
1）直流電機(jī)產(chǎn)生換向火花的原因有哪些？
2）直流電機(jī)安裝換向極的作用是什么？

進(jìn)一步
鞏固所學(xué)知識(shí)

任務(wù)五

1．相關(guān)知識(shí)
1）直流電動(dòng)機(jī)的種類
    （1）他勵(lì)電動(dòng)機(jī)
    （2）并勵(lì)電動(dòng)機(jī)
    （3）串勵(lì)電動(dòng)機(jī)
    （4）復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)
2）他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的基本方程式
    （1）電動(dòng)勢(shì)平衡方程式
      他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，加在電樞兩端電壓為U，電樞電流為I_a，電樞電動(dòng)勢(shì)為E_a，由電動(dòng)機(jī)的工作原理可知，此時(shí)E_a與I_a是反向的，即E_a是反電動(dòng)勢(shì)，若以U，E_a，I_a的實(shí)際方向?yàn)檎较颍瑒t可列出直流電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式為：

                        （1-17）
式中：R_a——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(dòng)機(jī)吸收轉(zhuǎn)換為反電動(dòng)勢(shì)去帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。
    （2）轉(zhuǎn)矩平衡方程式
      他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T_em為拖動(dòng)性轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電動(dòng)機(jī)以恒定的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩T_em與負(fù)載轉(zhuǎn)矩T_L及空載轉(zhuǎn)矩T₀相平衡，即：

                        （1-18）
由此可見，電動(dòng)機(jī)軸上的電磁轉(zhuǎn)矩一部分與負(fù)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(dòng)機(jī)工作時(shí)，從電網(wǎng)吸收電功率P₁，除去電樞回路的銅損耗p_Cua、電刷接觸損耗p_Cub及勵(lì)磁回路銅耗p_Cuf后，其余部分功率轉(zhuǎn)變?yōu)殡姌猩系碾姶殴β?em>P_em。
電磁功率并不能全部用來輸出，它的一部分是運(yùn)行時(shí)的機(jī)械損耗

、鐵損耗p_Fe和附加損耗p_ad，剩下的部分才是軸上對(duì)外輸出的機(jī)械功率P₂：

（1-19）
直流電動(dòng)機(jī)的功率流程如圖1-27所示。

圖1-27 直流電動(dòng)機(jī)的功率流程
3）他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)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(xué)生學(xué)習(xí)
新知識(shí)

2．任務(wù)實(shí)施
組織學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)幫助小明分析、討論并判斷他進(jìn)行測(cè)試得到的曲線（見圖1-29）的正確性。

圖1-29 測(cè)試曲線
思路：轉(zhuǎn)速特性、轉(zhuǎn)矩特性、效率特性的理論知識(shí)分析該曲線的正確性。
提示：該轉(zhuǎn)速特性曲線錯(cuò)誤。

鞏固所學(xué)知識(shí)，

進(jìn)一步
鞏固所學(xué)知識(shí)

任務(wù)六

1．相關(guān)知識(shí)
1）并勵(lì)發(fā)電機(jī)
    （1）并勵(lì)發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)的建立
    （2）功率、轉(zhuǎn)矩、電動(dòng)勢(shì)平衡方程式
      ① 功率平衡方程式
      直流發(fā)電機(jī)輸入的是機(jī)械功率P₁，除去機(jī)械損耗

和鐵損耗p_Fe以后，剩下的是電磁功率P_em，電磁功率P_em即是機(jī)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(jī)向負(fù)載供電時(shí)，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p_Cu，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(jī)的功率平衡方程式為：

（1-25）
而直流發(fā)電機(jī)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(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡方程式：

                          （1-27）
式中：T₁——原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，即輸入驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，單位為N·m；
T_em——發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，單位為N·m；
T₀——發(fā)電機(jī)的空載轉(zhuǎn)矩，單位為N·m。
      ③電動(dòng)勢(shì)平衡方程式
      在他勵(lì)發(fā)電機(jī)中輸出功率P₂= UI_a，電磁功率

，銅耗為

，代入式（1-24）可得：

將上式兩邊都除以I_a，可得發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式為：

                         （1-28）
    （3）并勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性
2）直流弧焊機(jī)
    （1）直流弧焊發(fā)電機(jī)的工作原理
    （2）弧焊整流器

帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)
新知識(shí)

2．任務(wù)實(shí)施
1）任務(wù)描述
小明去參觀某工廠，看到一臺(tái)銘牌和數(shù)據(jù)缺失的他勵(lì)直流電機(jī)，已知

，

，忽略附加損耗。小明想判斷這臺(tái)電機(jī)是發(fā)電機(jī)運(yùn)行還是電動(dòng)機(jī)運(yùn)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(xué)生利用所學(xué)知識(shí)幫助小明解決上述問題。
思路：通過比較電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)與端電壓U，可以判斷電機(jī)的運(yùn)行方式，然后根據(jù)已知條件，計(jì)算要求參數(shù)即可。

鞏固所學(xué)知識(shí)，提升學(xué)生實(shí)踐技能

3．任務(wù)測(cè)試
學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)，完成以下任務(wù)。
1）寫出并勵(lì)發(fā)電機(jī)功率、轉(zhuǎn)矩、電動(dòng)勢(shì)平衡方程式。
2）簡(jiǎn)述直流弧焊發(fā)電機(jī)的工作原理。

進(jìn)一步
鞏固所學(xué)知識(shí)

課堂總結(jié)

DBQ-20 電機(jī)及拖動(dòng)技術(shù)實(shí)訓(xùn)裝置

（實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)及電機(jī)參考圖片，具體以實(shí)物掛件配置為準(zhǔn)，也可按客戶要求定做）

   電機(jī)及拖動(dòng)技術(shù)實(shí)訓(xùn)裝置是我公司根據(jù)當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的發(fā)展，集眾多國(guó)內(nèi)外廠家的優(yōu)點(diǎn)，精心研制、改進(jìn)而成的新一代實(shí)驗(yàn)設(shè)備。依據(jù)高等院�！峨姍C(jī)學(xué)》，《電機(jī)與拖動(dòng)》實(shí)驗(yàn)大綱要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。涵蓋了“電機(jī)學(xué)” 、 “電機(jī)與變壓器” 、“電機(jī)與拖動(dòng)”等專業(yè)課程所開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。
1、綜合性強(qiáng): 電機(jī)及拖動(dòng)技術(shù)實(shí)訓(xùn)裝置掛件配齊時(shí)可完成目前國(guó)內(nèi)各類院校電機(jī)及電氣控制學(xué)科課程的全部實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。
   2、適應(yīng)性強(qiáng): 電機(jī)及拖動(dòng)技術(shù)實(shí)訓(xùn)裝置能滿足各類學(xué)校相應(yīng)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，實(shí)驗(yàn)的深度與廣度可根據(jù)需要作靈活調(diào)整，普及與提高可根據(jù)教學(xué)的進(jìn)程作有機(jī)地結(jié)合。裝置采用組件式結(jié)構(gòu)，更換便捷，如需要擴(kuò)展功能或開發(fā)新實(shí)驗(yàn)，只需添加部件即可，永不淘汰。
   3、整套性強(qiáng):從儀器儀表、專用電源、電機(jī)及其它實(shí)驗(yàn)部件到實(shí)驗(yàn)連接專用導(dǎo)線等均配套齊全，配套部件的性能、規(guī)格等均密切結(jié)合實(shí)驗(yàn)的需要進(jìn)行配置。
   4、直觀性強(qiáng)：各實(shí)驗(yàn)掛件采用分隔結(jié)構(gòu)形式，組件面板示意、圖線分明，各掛件任務(wù)明確，操作、維護(hù)方便。
   5、科學(xué)性強(qiáng)：電機(jī)及拖動(dòng)技術(shù)實(shí)訓(xùn)裝置占地面積少，節(jié)約實(shí)驗(yàn)用房，減少基建投資；配套的小電機(jī)均經(jīng)特殊設(shè)計(jì)，可模擬中小型電機(jī)的特性和參數(shù)；小電機(jī)耗電省，節(jié)約能源；實(shí)驗(yàn)噪聲小，整齊美觀，改善實(shí)驗(yàn)環(huán)境；電氣控制實(shí)驗(yàn)，內(nèi)容豐富，設(shè)計(jì)合理，除了加深理論知識(shí)外，還為學(xué)生走向社會(huì)打下良好的基礎(chǔ)；
   6、開放性強(qiáng)：控制屏供電隔離（浮地設(shè)計(jì)），并設(shè)有電壓型漏電保護(hù)裝置和電流型漏電保護(hù)裝置，確保操作者的安全；各電源輸出均有監(jiān)示及短路保護(hù)等功能，使用方便。整套裝置經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，加上可靠的元器件質(zhì)量及可靠工藝作為保障，產(chǎn)品性能優(yōu)良，所有這些均為開放性實(shí)驗(yàn)創(chuàng)造了條件，有利于提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

相關(guān)產(chǎn)品：

電機(jī)類實(shí)驗(yàn)室實(shí)訓(xùn)設(shè)備

DBQ-23 電機(jī)驅(qū)動(dòng)綜合實(shí)訓(xùn)臺(tái)

DBQ-12 智能電機(jī)維修與性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置

DBQ-21 電機(jī)拖動(dòng)配盤實(shí)訓(xùn)設(shè)備

DBQ-11 電機(jī)拖動(dòng)及電氣控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置

DBQ-22 電機(jī)控制及儀表照明電路實(shí)訓(xùn)考核裝置

DBQ-3 大功率電機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)裝置

DBQ-20 電機(jī)及拖動(dòng)技術(shù)實(shí)訓(xùn)裝置

DBJB-03 電機(jī)變壓器拆裝維修實(shí)訓(xùn)裝置

DBZ-1 電子學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)裝置

DBG-1 電工技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置(電工技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)）

DBG-1A 電工電子實(shí)驗(yàn)裝置