电机拖动基础教案

1、课程教案（20192020学年第二学期）课程名称：电机拖动基础学分学时：3学分48学时授课班级：18自动化1班/2班学生人数：70选用教材：张晓江等著，电机及拖动基础开课学院：任课教师：教师职称：初级教师所在单位：教务处周次第1周，第1次课章节名称第一章磁路第一节磁路的基本定律第二节常用的铁磁材料及其特性第二节直流磁路的计算第四节交流磁路的特点授课方式理论课（V）实验课（）实习（）教学时数2教学目标及基本要求1、理解电机磁路的特点及常用铁磁材料的特性，能够应用复数运算、三角函数变换、傅里叶级数、安培环路定律、电磁力定律、电磁感应定律等数学、物理知识对电机系统的电磁关系进行识别、判断和分解。2、

2、熟知直流电机、变压器、三相异步电动机、同步发电机等普通电机的基本结构、工作原理、基本分析方法、能量转换关系及工作特性；并能够根据需求进行理论分析，选择合适的方案获取电机特性及参数。3、运用电机学的基础理论知识和分析方法，恰当表述电气工程系统的稳态问题，能够建立合适的数学模型进行电磁分析及参数计算，以获取解决方案。教学重点、难点直流电机的结构及电枢绕组，直流电机的磁场（重点与难点）；直流发电机的基本特性（重点）；直流电动机的基本特性（重点）。教学基本内容与教学设计（含时间分配）电机是一种机电能量转换装置，变压器是一种电能传递装置，它们的工作原理都以电磁感应原理为基础，且以电场或磁场作为其耦合场。

3、在通常情况下，由于磁场在空气中的储能密度比电场大很多，所以绝大多数电机均以磁场作为耦合扬。磁场的强弱和分布，不仅关系到电机的性能，而且还将决定电机的体积和重量;所以磁场的分析扣计箅，对于认识电机是十分重要的。由于电机的结构比校复杂，加上铁磁材料的非线性性质，很难用麦克斯韦方程直接解析求解；因此在实际工作中.常把磁场问题简化成磁路问题来处理。从工程观点来说，准确度已经足够。本章先说明磁路的基本定律，然后介绍常用铁磁材料及其性能，最后说明磁路的计算方法。课堂教学2学时。其中，课程介绍20分钟；介绍电机的分类、用途及磁场中的基本物理量、铁磁材料的特性；磁路基本定律、交流磁路的特点70分钟。讨论、思考

4、题、作业及课后参考资料讨论与思考题：有一闭合铁心磁路，铁心的截面积A=9X10-4m2，磁路的平均长度l=o.3m,铁心的磁导率卩Fe-5000*，套装在铁心上的励磁绕组为500匝。试求在铁心中产生1T的磁通密度时，所需的励磁磁动势和励磁电流。作业：开一个长度5=5X10-4m的气隙，问铁心中激励1T的磁通密度时，所需的励磁磁动势为多少？已知铁心截面积AFe=3X3X10-4m2，uFe=5000u0o考虑到气隙磁场的边缘效应，在计算气隙的有效面积时，通常在长、宽方向务增加§值。教学后记本章与大学物理与电磁场密切相关，本章内容是对前期的复习与运用。冋时带领同学产生对本门课程的兴起周次

5、第1周，第2次课章节名称第二章直流电机第一节直流电机的工作原理及结构第二节直流电机的铭牌数据授课方式理论课（V）实验课（）实习（）授课方式理论课（V）实验课（）实习（）教学目标及基本要求知晓直流电机发展史；知晓直流电机的结构及电枢绕组的联接规律；理解直流电机磁场的分布特点及电枢反应的分析方法。教学重点、难点直流电机的结构（重点），直流电机的磁场（重点与难点）教学基本内容与教学设计（含时间分配）直流电机是电机的主要类型之一。直流电动机以其良好的启动性和调速性能著称，直流发电机供电质量较好，常常作为励磁电源。与交流电机相比直流电机的结构较复杂，成本较咼，可靠性较差，使它的应用受到限制。近年来，与电

6、力电子装置结合而具有直流电机性能的电机不断涌现，使直流电机有被取代的趋势。尽管如此，直流电机仍有一定的理论意义和实用价值。本章先介绍直流电机的工作原理和基本结构，接着说明电机的磁动势和磁场，导出电机的电动势和电磁转矩公式，并分析直流电动机的稳态运行性能。课堂教学2学时。（1）介绍直流电机的发展历史；（20分钟）（2）介绍直流电机的工作原理。（40分钟）（3）介绍直流电机的基本结构；（30分钟）2.1直流电机的工作原理和基本结构一、直流电机的工作原理1、直流电机的构成采用PPT上的图形介绍2、直流发电机的工作原理发电机：虽然线圈AX电动势是交流电动势，但由于换向器的整流作用，电刷B1、B2间的输

7、出电动势却是直流电动势3、直流电动机的工作原理电动机：在直流电动机中，外加电压并非直接加于线圈，而是通过电刷B1、B2和换向器再加到线圈上的。所以，导体中的电流将随其所处磁极极性的改变而同时改变其方向，从而使电磁转矩的方向始终保持不变。4、脉动的减小实现方法：电枢绕组由多个线圈串联而构成的。二、直流电机的基本结构1、主磁极作用：建立主磁场。构成：主极铁心和套装在铁心上的励磁绕组。2、机座作用：1）主磁路的一部分；2）电机的结构框架。构成：用厚钢板弯成筒形焊成或铸钢件制成。3、电枢铁心作用：1）主磁路的一部分；2）电枢绕组的支撑部件。构成：一般用厚0.5mm且冲有齿、槽的DR530或DR510的

8、硅钢片叠压夹紧而成。讨论、思考题、作业及课后参考资料讨论与思考题：为什么直流发电机没有大规模推广作业：结合上一节课的内容，分析直流发电机由主磁通感应的电动势存在于哪些位置课后参考资料：电机学（第四版），辜承林编著，华中科技大学出版社，2017年。课后习题的本章部分。教学后记本章介绍了直流电机发展史与基本结构。主要内容是对前期知识的汇总与复习。从本章开始需要冋学们学会用磁场的方式分析问题。周次第2周，第1次课章节名称第一早第三节直流电机的绕组第四节直流电机的励磁方式及磁场授课方式理论课（V）实验课（）实习（）教学时数2教学目标及基本要求复习上节课内容：知晓直流电机的结构及电枢绕组的联接规律；理解

9、直流电机磁场的分布特点及电枢反应的分析方法。理解直流电机磁场，直流电机的电枢反应教学重点、难点直流电机的结构及电枢绕组（重点与难点），直流电机的磁场的形成与分析方法（重点与难点）。教学基本内容与教学设计（含时间分配）本节课说明电机的磁动势和磁场，导出电机的电动势和电磁转矩公式。课堂教学2学时。（1）介绍直流电机的结构，换向器构成及其作用；（20分钟）（2）介绍电枢绕组基本特点，节距概念，单迭绕组的展开图和电路图。（40分钟）（3）了解直流电机的励磁方式，空载磁场及电枢磁场，电枢反应；（30分钟）直流电机的励磁方式励磁绕组的供电方式称为励磁方式。按励磁方式，直流电机分为他励和自励两类：1、他励式

10、（如图a）其励磁绕组由其他电源供电，励磁绕组与电枢绕组不相连。2、自励式发电机：利用自身发出的电流励磁；电动机：励磁绕组和电枢绕组由同一电源供电。自励式并励式（图b）：励磁绕组与电枢绕组并联；串励式（图C）：励磁绕组与电枢绕组串联；复励式（图d）：装有两个励磁绕组，一为与电枢并联的并励绕组，二为与电枢串联的串励绕组。第8页图3-直流电机按励磁方式分类a）他励式b）并励式c）串励式d）复励式直流电机的额定值直流电机的额定值有：P（1）额定功率N: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kW表示。探对电动机，额定功率是指输出的机械功率；对发电机，额定功率是指输出的电功率。（2）额定电

11、压UN：指额定状态下电枢出线端的电压，以V表示。IU二UP=P（3）额定电流N:指电机运行在N2N时，电机的线电流，以A表示。（4）额定转速nN:指额定状态下运行时转子的转速，以r/min表示。（5）额定励磁电压UfN（仅对他励电机）。2.3空载和负载时直流电机的磁场一、空载时直流电机的磁场空载时的主磁极的磁通:a）主磁通：通过气隙，并形成气隙磁场。b）主极漏磁通极距T:TED2p空载时直流电机的气隙磁场。二、负载时的电枢磁动电枢反应1、交轴电枢磁动势和交轴电枢反应影响：1）、引起气隙磁场畸变，使理中性线）偏离几何中性线电枢表面磁密等于零的位置（物2）、不计饱和时，交轴由枢反应既无增磁、亦无夫

12、磁作用;计及饱和时，交轴电枢反应具有一定的去磁作用。2、直轴电枢磁动势和直轴电枢反应发电机：电刷顺电枢旋转方向移动，电枢反应为去磁；电刷逆电枢旋转方向移动，电枢反应为增磁。电动机：与发电机的情况相反。2.4直流电机的感应电动势和电磁转矩一、电枢绕组的感应电动势设气隙磁场的分布如图3所示，则每根导体的感应电动势为e二b1式中，件一导体所在处的气隙磁密；i导体的有效长度；v导体相对气隙磁场的速度。气隙磁场分布和导体感应电动势、电磁力的计算电枢绕组的电动势Ea应为一条支路各串联导体的电动势的代数和，则E=以blv=iv以b（x）88i11令Bav为平均气隙磁密，则上式改写为,ZE=iv叶Ba2aav

13、nv2pT-将60代入上式得出直流电机得E2(Bti)旷nCna602a探电动势公式式中,BItavECnae每极的总磁通量；CePZJ60a-电动势常数。讨论、思考题、作业及课后参考资料教学后记讨论与思考题：直流发电机的电枢是哪里？直流电动机的电枢是哪里？作业：1. 在直流电机中，右行单叠绕组的合成节距为？2. 一台他励直流发电机，六极，单叠绕组，额定电流为150安,电枢绕组的支路电流为（）安。课后参考资料：电机学（第四版），辜承林编著，华中科技大学出版社，2017年。课后习题的本章部分。本章介绍了直流电机磁场走向，开始掌握电磁转矩与电之前的关系，开始掌握力与电之间的转化路径，从本章开始需要

14、同学们学会用磁场的方式分析问题。课程教学小结：电机拖动基础是自动化专业非常重要的一门专业基础课，主要讲授直流电机、变压器、交流旋转电机共同理论、异步电机、同步电机等电机学基本知识和分析方法。该课程具有理论性强、概念多、与工程实际联系紧密等特点。课程按照“化繁为简、理实结合、学以致用”的理念精心设计教学内容，并结合工程案例，力求把重点讲实、难点讲透、疑点讲清。课程考核及教学目标达成情况：通过本课程的学习，使同学们能够正确理解电机的基本工作原理，熟知典型电机的方程式、等效电路和相量图，掌握电机学基本分析方法，具备分析和解决工程实践中与电机相关问题的能力，为下一步学习专业课，以及毕业后从事专业工作打下坚实的基础。课程通过课后习题与期中期末考试，加课堂上回答问