三相异步电动机的教学设计

《三相异步电动机的工作原理》教学设计

一、教材与教学分析

1、 三相异步电动机在教材中的地位

根据新课程标准，三相异步电动机的结构和工作原理在专业基础课中占有非常重要的地位，并为后续专业课程PLC 、拖动等提供理论基础。

2、 教学任务分析

（1）知道旋转磁场的形成过程

（2）能够说出电动机转子的转动原理

（3）培养学生观察、分析、归纳问题的能力

3、教学重点与难点

重点：旋转磁场的形成，电动机的转动原理

难点：旋转磁场的形成

二、教学方法

小组合作、探究学习模式

三、学习过程设计

[板书]黑板上先画好定子绕组的排放图。

[复习]

[投影] 1

（实物演示） 介绍定子和转子部分

[过渡]

[投影]

2

[投影] （鼠笼式三相异步电动机的结构）由图中可以看出鼠笼式三相异步电动机由铜条转子和短路环两部分组成，大家要特别注意导条两端的短路环，它的存在使转子绕组形成了闭合回路。

[引入]从能量转换的角度来看，电动机是将电能转换为机械能的动力设备，那么，当电动机通入三相交流电源后，转子是如何转动起来的呢？本节课我们就来学习三相异步电动机的工作原理。

[板书]三相异步电动机的工作原理

[实物演示]组组成，各相绕组结构和形状相同，在空间位置上彼此相差（提问学生）

[板书] 三相异步电动机的定子绕组排放在黑板图中标出。

[投影]三相对称电流i1、i2、i3波形如图所示。

[投影]将三相对称电流i1、i2、i3分别通入三相定子绕组U1U2、V1V2和W1W2中。

[板书]

i1 U1U2 i2 V1V2 i3 W1W2

[投影]并规定：电流的瞬时值为正，表示电流从绕组始端流入，末端流出。电流的瞬时值为负，表示电流从绕组末端流入，始端流出。

[过渡]分别选取wt=0，wt=π/2，wt=π，wt=3π/2，wt=2π 5个特殊点进行分析。

当wt=0时，i1=0，i2<0，i3>0，所以定子绕组U1U2中没有电流通过，V1V2中电流从末端V2流入，从首端V1流出，而W1W2中电流从首端流入，从末端流出。

[板书]wt=0时，定子绕组中电流的流向如图所示（在黑板上图中标出）。

[过渡]判断出的磁场方向为，W1、V2的磁场方向为顺时针方向，W2、V1的磁场方向为逆时针方向。

[板书]将各绕组产生的磁场方向标示于黑板图中。

[过渡]由于W1与V2之间、W2与V1之间磁场方向相反，大小相等，所以三相定子绕组产生的合成磁场方向如图所示

[板书]在黑板图中标示出合成磁场方向

[过渡]此时的合成磁场是一对磁极，磁场方向与纵轴轴线方向一致，上方是N极，下方是S 极。

[投影]经过分析得到wt=0时定子绕组产生的合成磁场方向

[师生互动]请同学们分组讨论wt=π/2，wt=π，wt=3π/2，wt=2π四种情况下定子绕组产生的合成磁场的方向。

[投影]请**同学分别回答当wt=π/2，wt=π，wt=3π/2，wt=2π时定子绕组产生的合成磁场方向（回答完毕显示相应图形）。

[过渡]可以发现，定子绕组产生的合成磁场和我们以前学过的磁场有所不同

[投影]把这种磁场的轴线位置随时间而旋转的磁场称为旋转磁场。（给出旋转磁场的定义）[板书]一、旋转磁场

[过渡]可以发现，当三相定子绕组通入三相对称电流时，就可以产生旋转磁场，形成过程如下：（演示FLASH动画，演示整个过程）

[过渡]从演示中可以看到，旋转磁场的方向为顺时针。

[过渡]如果将定子绕组上的任意两根电源线对调，如将V1V2和W1W2绕组上的电源线对调，此时i1通入绕组U1U2，i2通入绕组V1V2，i3通入绕组W1W2

[板书] i1 U1U2 i2 W1W2 i3 V1V2（红粉笔）

[过渡]此时，旋转磁场的方向又是怎么样的呢？通过相同的方法分析分别得到5个特殊点时刻的磁场方向如图所示。

[投影]图示5个时刻旋转磁场的方向。即此时旋转磁场形成的整个过程如图所示

[投影]图示逆时针旋转磁场。可以发现此时旋转磁场方向为逆时针。

[过渡] 由上面的分析结果可以知道，电源线对调前，旋转磁场的旋转方向为顺时针旋转，当对调后，旋转方向为逆时针旋转。即

[板书] U2U1 i1 U1U2

W2W1 i2 V1V2

V2V1 i3 W1W2（红粉笔）

[过渡] 可以发现不管是电源线对调前还是对调后，旋转磁场的旋转方向总是从i1到i2到i3

[板书] U2U1 i1 U1U2

V2V1 i2 W1W2

W2W1 i3 V1V2（红粉笔）

[过渡]由此我们可以得出

[投影]旋转磁场的方向由通入三相绕组中的电流的相序决定的（即由i1到i2到i3方向旋转）。当通入三相对称绕组的对称三相电流的相序发生改变时，旋转磁场就会改变方向。[过渡]通过上面的学习我们知道，旋转磁场是由定子绕组产生的，而定子是电动机中固定不动的部分，转子是可以转动的部分。

演示电动机模型。同学们请看，这是一个电动机模型，其中U形磁铁相当于电动机的磁路部分，和小磁针相连的闭合导体相当于电动机的转子。当旋转U形磁铁时，就可以形成旋转磁

场，此时，我们可以发现作为电动机转子的闭合导体就转动起来了。那么，转子是如何转动起来的呢？

[板书]二、转动原理

[过渡]由上面的分析可知

[投影]当电动机的定子绕组通以三相交流电时，便在气隙中产生旋转磁场。设旋转磁场以n0的速度顺时针旋转。

[板书]在黑板图中画出转子，并标出旋转磁场方向。

[过渡]此时，转子导体和磁场发生相对运动。转子切割磁力线产生感应电动势，感应电动势方向如何判断？（学生回答：右手定则）

[投影]问题一：请分析转子导体产生的感应电动势方向

[学生活动]（学生伸出右手判断，老师纠正错误，并提醒学生注意：大拇指指向导体运动方向，此时转子导体的运动方向应是逆时针方向）

[板书]将转子产生的感应电动势方向标示在黑板图中。

[投影]问题二：此时，转子导体中有无感应电流？为什么？（学生回答）❖转子回路自成闭合回路，所以有感应电流产生。

[过渡]感应电流方向与感应电动势方向相同。

[过渡]由于载流导体在磁场中要受到力的作用，而转子绕组中有感应电流产生，因此转子绕组在磁场中同样受到一个电磁力。受力方向如何判断呢？（学生回答：左手定则）

[投影]问题三：试分析转子绕组的受力情况。

[学生活动]学生伸出左手判断，请学生回答。

[板书]将转子绕组的受力方向标示于黑板图中。

[过渡]此时转子绕组受到电磁力，并对转轴产生电磁转矩，驱动转子顺时针转动。整个转动过程如图所示。

[投影]演示转动过程

[演示模型]顺时针旋转U形磁铁，形成顺时针转动的旋转磁场，学生发现，转子顺时针转动。[投影]问题四：如果任意调换电动机两相绕组所接交流电源的相序，则三相异步电动机的转子将如何转动？

[过渡]根据前面的结论，如果任意调换电动机两相绕组所接交流电源的相序，则旋转磁场的方向将会改变，即此时旋转磁场方向为逆时针方向。如果用电动机模型演示，此时U形磁铁应逆时针旋转。

[演示模型]逆时针转动U形磁铁

[学生发现]此时，转子逆时针转动。

[投影]结论：三相异步电动机转子的转速n与旋转磁场的转速n0同向。

[投影]转子转速n可能达到旋转磁场的转速n0吗？为什么？

[再次演示模型]学生发现：转子转速比条形磁铁转速慢，这说明转子转速n<旋转磁场的转速n0

[投影]转子转速n不可能达到旋转磁场的转速n0（若n＝ n0 ，转子和旋转磁场不存在相对运动，转子不切割磁力线，转子受电磁力F=0）。

[过渡]通过上面的学习，我们可以得出三相异步电动机的工作过程如下：

[投影]和学生一起总结