电机学直流电机教案

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1、教 案课 程 名 称 电机学 授 课 教 师 荣红梅 职 称 中学一级教师 系 部 机电系 教 研 室 自动化教研室 授 课 对 象 09发电厂 学 年 学 期 20102011学年第一学期 2010年9月 山东大王职业学院教务处授课题目直流电机工作原理及结构授课类型新授课首次授课时间 2010 年 9 月 7 日学时2教学目标1、理解直流电机学的工作原理，2、了解直流电机的基本结构重点与难点直流电机的工作原理教学手段与方法课堂讲授，辅以多媒体电子课件教学过程：（包括授课思路、过程设计、讲解要点及各部分具体内容、时间分配等）【授课思路】本节课学生要有电磁方面的物理知识，在讲解与物理知识有关的内

2、容时，先领着学生将以前学过的物理知识复习一下，然后引导学生利用相关物理知识解决遇到的问题，讲解过程中要注意学生的反映，注意与学生多交流。注意教师为主导，学生为主体的教学理念。引导学生积极参与本节课的教学。【过程设计】在课堂中，可以穿插一些较为实用的的举例，能够与实际相联系。例如：本节课可以以我们接触到的家用电器风扇、录音机、洗衣机、冰箱等为实例，注意理论联系实际的方法，启发学生的抽象思维，激发学生的学习兴趣。为上好这一节课，还要注意讲练结合、理论联系实际。【讲解要点】主要讲解电磁学知识【导入新课】直流电机是旋转电机的主要类型之一。直流发电机供电质量较好，常作为直流电源用。直流电动机具有良好的起

3、动、调速性能，常用在调速要求较高的场合。但是它与交流电机相比，由于有换向器，结构较复杂，造价较高，运行维护和可靠性较差。近年来电力电子技术发展较快，在某些场合，半导体整流电源已替代直流发电机；由电子换向线路实现无接触换流的直流无刷电动机（仍具备直流电动机的各种优异运行特性），有取代传统有刷换向器直流电动机的趋势。尽管如此，目前直流换向器电机（习惯简称直流电机）仍有相当高的实用价值。【出示目标】1、了解电机学的分类，2、了解电机学的发展及作用3、复习电磁学知识【具体内容】直流电机的工作原理及结构一、 直流发电机工作原理1）工作原理2）分析 感应电势与电流的方向，始终保持一致 电枢电流产生的磁场是

4、一个恒定不变的磁场 电磁力f与转向相反，是制动性质的，需要不停输入机械功率，维持运转与电流输出。3）结论 直流发电机在原动机的拖动下旋转，电枢上的导体切割磁力线产生交变电动势，再通过换向器的整流作用，在电刷间获得直流电压输出，从而实现将机械能转换成直流电能的目的。二、 直流电动机工作原理1）工作原理2）分析 感应电势与电流的方向，始终保持相反 电枢电流产生的磁场是一个恒定不变的磁场 电磁力f与转向相同，是驱动性质的3）结论 直流电动机在外加电压的作用下，在导体中形成电流，载流导体在磁场中将受到电磁力的作用，由于换向器的换向作用，导体进入异性磁极时，导体中的电流方向也相应改变，从而保证了电磁转矩

5、的方向不变，使直流电动机能连续旋转，把直流电能转换成机械能输出。电机的可逆原理 同一台电机由于外界条件的不同，既可以作发电机也可以作为电动机运行，成为电机可逆原理，是电机中的普遍原理，不仅适于直流电机也适于交流电机。三、直流电机的基本结构1、定子部分直流电机的定子由主磁极、电刷装置、机座等组成。主磁极的作用是产生主磁场。主磁极由磁极铁芯和套在铁芯上的励磁绕组构成。当励磁绕组中通有直流励磁电流时，气隙中会形成一个恒定的主磁场，图中极芯下面截面较大的部分称为极靴，极靴表面沿圆周的长度称为极弧，极弧与相应的极距之比称为极弧系数，通常为左右。极弧的形状对电机运行性能有一定影响，它能使气隙中磁通密度按一

6、定规律分布。为了减少电枢旋转时齿、槽依次掠过极靴表面，而形成磁密变化造成铁芯涡流损耗，主磁极铁芯通常用厚的导磁钢片叠压而成，然后再固定在磁轭上。各主磁极铁芯上套有励磁绕组，励磁绕组之间可串联，也可并联。主磁极成对出现，沿圆周是N、S极交替排列。容量较大的直流电机还有换向极（位于两个主磁极之间的较小磁极），为换向极， 常用厚钢板或整块钢制成，极上装有换向极绕组，换向极下的空气隙较主磁极下的空气隙大。换向极数目一般与主磁极相同，但是小功率直流电机中，换向极的数目可以少于主磁极，甚至不装换向极。一般直流电机的机座既是电机的机械支撑，又是磁极外围磁路闭合的部分，即磁轭，因此用导磁性能较好的钢板焊接而成

7、，或用铸钢制成。极座两端装有带轴承的端盖。电刷固定在机座或 端盖上，一般电刷数等于主磁极数。电刷装置有电刷、刷握、刷杆、压紧弹簧和汇流条等组成，见图16-4所示。电刷一般用碳-石墨制成，装于刷握中，并有弹簧压住，保证电枢转动时电刷与换向器表面有良好的接触。电刷装置将电枢电流由旋转的换向器通过静止的电刷与外部直流电路接通。 二、 转子部分转子由电枢铁芯、电枢绕组和换向器组成。电枢铁芯是主磁路的组成部分，为了减少电枢旋转时铁芯中磁通方向不断变化，而产生的涡流和磁滞损耗，电枢铁芯通常用0.5mm厚的硅钢片叠压而成，叠片间有一层绝缘漆。见图16-5所示。图中环绕轴孔的一圈小圆孔为轴向通风孔，较大的电机

8、还有径向通风系统，即将铁芯分为几段（图16-5（a）为两段），段与段之间留有约为10mm的通风槽，构成径向通风道。电枢铁芯的外缘，均匀地冲有齿和槽，一般为平行矩形槽。电枢绕组有绝缘导体绕成线圈嵌放在电枢铁芯槽内，每一线圈有两个端头，按一定规律连接到相应的换向片上，全部线圈组成一个闭合的电枢绕组。电枢绕组是直流电机的功率电路部分，也是产生感应电动势、电磁转矩和进行机电能量转换的核心部件，绕组的构成对电机的性能关系密切。换向器由许多彼此绝缘的换向片组合而成，它的作用是将电枢绕组中的交流电动势用机械换向的方法转变为电刷间的直流电动势，或反之。换向片可以为燕尾形，升高部分分别焊入不同线圈两个端点引线，

9、片间用云母片绝缘，排成一个圆筒形，目前小型直流电机改用塑料热压成形，简化了工艺，节省了材料。三 、励磁方式直流电机的电路主要有两个部分，一个是套在主磁极铁芯上的励磁绕组，另一个是嵌在电枢铁芯槽中的电枢绕组。此外还有换向极绕组。电机的运行特性与励磁绕组获得励磁电流的方式，即励磁绕组与电枢绕组间的连接方式关系很大，按励磁方式直流电机可分为他励和自励两大类。直流电机的各种励磁方式（1）他励式 他励式励磁绕组与电枢绕组不相连接，而由另一个独立的直流电源供给励磁。（2）自励式 自励式励磁绕组与电枢绕组按一定的规律相联接。直流发电机中，励磁电流由发电机本身供给；直流电动机中，励磁电流和电枢电流同由一个直流

10、电源供给。自励式按两个绕组的连接方法不同又可分为：并励、串励和复励。1）并励 励磁绕组与电枢绕组并联，两个绕组上的电压相等，即电机的端电压。2）串励 励磁绕组与电枢绕组串联，两个绕组中电流相同。 3）复励 励磁绕组分两部分，一个与电枢绕组串联，另一个与电枢绕组并联。如串联绕组所产生的磁动势与并联绕组所产生的磁动势方向相同，称为积复励；若两者相反，则称为差复励。通常应用的直流电机为积复励。先将串联绕组与电枢绕组串联，然后再与并联绕组并联，称长分接法复励；反之，先将并联绕组与电枢绕组并联，然后再与串联绕组串联，称短分接法复励。（3）永磁式 直流电机的励磁方式除了有以上电励磁方式外，还有永磁式，它是

11、由永久磁铁建立励磁磁场，而无励磁绕组。学生活动学生思考在日常生活中哪些家用电器用到电机，分别是什么类型的电机？由日常生活中用到的电机思考电机的种类有哪些，是怎样进行分类的。直流电机的额定值额定功率 PN指电机在铭牌规定的额定状态下运行时，电机的输出功率，以 “W” 为量纲单位。若大于 1kW 或 1MW 时,则用 kW 或 MW 表示。 对于直流发电机，PN是指输出的电功率，它等于额定电压和额定电流的乘积。PNUNIN 对于直流电动机，PN是指输出的机械功率，所以公式中还应有效率N存在。PNUNINN 思考题、讨论题、作业作业：一台直流电动机的部分额定数据给出如下：PN =89kW，UN =2

12、20V，N =89%， 求额定输入功率 PIN和额定电流 IN。教学后记本节课是学习电机学的基础，对本部分内容由于学生以前接触电机知识比较少，学习电机部分相对比较难，理解起来难度比较大，此部分可以要求学生把电机结构弄清楚，为以后学习电机学奠定基础urban traffic structure in the urban public transport system, rail traffic with a fast, large capacity, low pollution and high efficiency, become an indispensable part of urban

13、traffic structure, is the contradiction between supply and demand of the growing metropolis, cities, effective means to meet the needs of urban traffic. The following table is a rail transport and other modes of urban passenger transport capacity, transportation speed and resource consumption, and s

14、o on. Comparison of urban passenger traffic characteristics table 5.1-2 traffic volume (human/h) transport speed (km/people) Road area occupied (M2/people) scope bike 2,000 10-15 3,000 short car 20-50 10-20 wide bus 6,000-9,000 1-2 40-60 0.25-0.5 from the Metro light rail of 10,000-30,000 in long-di

15、stance line 3 More than 0,000 40-60 do not occupy an area both in terms of transport over long distances, transport efficiency, or from the level of resource consumption and environmental pollution, rail transport is undoubtedly an effective means to solve the problem of traffic congestion in cities

16、. Especially in urban population strength enormous traffic demand on the route to ease traffic pressure, rail transportation has incomparable advantages. Washington, DC, area of 177km2, and a population of 600,000, is a United States political center. For the Washington Metro system United States se

17、cond-busiest subway, second only to the New York subway, opened in 1976. Current rail sizes for 5, station 86, total 171.6km, net annual passenger volume reached 223 million people. According to statistics, from 2000 to 2009 vehicle trip down 12.7%, bus travel has increased by 12%. Objectives of the Washington Metro system boils down to the following three points: by driving onto the tracks at the station transfer mode in order to alleviate traffic congestion; For those who will not or cannot drive the person with a better option than conventional public transit; Block highway5