电气控制与PLC应用-电机及控制技术教案

电机与控制技术《教案讲搞》授课教师：班级：教师课时授课计划教师姓名 课程名称 电机与电气控制技术 授课时数 2 累计课时 2授课日期 年 月 日 年 月 日 授课班级课题绪论，§1-1直流电机的工作原理§1-2直流电机的结构 §1-3直流电机的铭牌教学目标知识点电机与电气控制系统的发展；直流电机的工作原理；可逆原理能力培养 复习左手、右手定则；会分析直流发电机的发电原理及直流电动机的旋转原理。

熟练掌握绕组内电流、电势方向；区别电刷内外电流和电势的不同。

教学重点 直流发电机和电动机的工作原理 教学难点 电刷内外电流和电势的不同 教具 直流电机模型 作业 1.3教学参考书 《电工手册》、《电机与拖动》《电机与电气控制技术》等高职教材教学内容―――过程 教学方法教具或教学环境占用时间（约）复习：无 新课引入：新课介绍；学习本课程的作用、 学习本门课的要求等10 案例：1。

电动机在工厂生活中的广泛应用；及对电动机的控制 案例教学； 教师主讲；引导学生答出生活中用到的电动机 3 绪论： 1．电机与电气控制系统概述 2．电机与电气控制技术的发展 3．本课程的性质、内容、任务、要求及学习方法讲授 15 §1-1直流电机的工作原理： 一、直流电机的基本工作原理 （一）直流发电机的工作原理模型； 电化教学； 互动分析。

结构由老师做简单介绍。

同学根据所学的电工知识在老师引导下分析转子绕组感应的电势、电流的方向及在外电路中的方向。

20 （二）直流电动机的工作原理同样的分析方法。

条件由老师给出。

10二、直流电机的可逆原理引导学生分析： 电动机如何转化为发电状态；8 N S+_+_NS+_第一章：直流电机第一章：直流电机第一节：直流电动机的工作原理第二节：直流电动机的结构第三节：直流电机的铭牌第四节：直流电动机的电动势、电磁转矩和功率第五节：直流电动机的工作特性与机械特性第六节：直流电动机的起动、调速、反转与制动第一节：直流电动机的工作原理一、直流电机的基本工作原理1、直流发电机的工作原理：直流发电机电枢绕组在机械外力驱动，在固定的直流磁场中定向旋转，绕组线圈切割磁力线，产生交变感应电势，通过特殊和换向器将交变感应电势变成直流电压输出。

导体切割磁力线产生的感应电势为：直流发电机的电枢是由多个线圈构成，线圈分布在电枢表面的不同位置上，并按一定规律连接起来。

发电机的输出电压与电机的磁密B、线圈匝数n、电枢的旋转速度V成正比。

2、直流电动机的工作原理：载流导体在磁场中会受到作用力，处于不同磁极下的同一个线圈的两个线圈边导体电流方向相反，会产生两个大小相等、方向相反但不作用在同一直线上的作用力，形成一个作用于线圈轴上的力矩，驱使线圈轴按一定的方向旋转的机械力。

此力的大小可按下式计算：直流电动机的电枢是由多个线圈构成，线圈分布在电枢表面的不同位置上，并按一定规律连接起来。

电动机的输出力矩与电机的磁密B、线圈的长度(匝数n)、流过电枢线圈电流强度i成正比。

二、电动机的可逆原理：任何一台电机，既可作为发电机运行，也可以作为电动机运行，这一性质称之为电机的可逆性。

电机在外界机械力的作用下，可将机械能转变成电能输出；同时对电机输入电能又能输出机械能；由于电机的这一性质，给能量的传递、转换带来了极大的方便。

因而电机的发展电能的应用促使了第一次工业革命的产生。

大大地推动了工业的快速进步。

对电机的控制技术，成为工业生产中一项极为重要的应用技术之一，就是显而易见的了。

第二节：直流电动机的结构新式直流电机的外形传统直流电机的结构：一、定子部分：由磁极、机座、换向极、电刷装置、端盖和轴承等组成。

作用是：产生磁场、构成磁路；同时又是整个电机的机械支撑。

主磁极、换向极、机座电刷装置二、转子部分：由电枢铁心、换向器、转轴、电枢绕组、轴承、风扇组成。

作用是通过它实现能量的转换。

电枢铁心、转轴、电枢绕组换向器结构三、直流电机电枢绕组的基本知识1、元件：是安放在铁心槽中的线圈，是预先成形的多匝绕组，它的两个接线端有首、尾之分，是预先规定好了的。

2、实槽和虚槽：为了减少铁心槽的数量，通常在一个槽内放置若干个元件，这样一个铁心槽就起到了若干个槽的作用，这就产生了虚槽的概念。

如图：3、极距：是相邻两个主磁极轴线之间的距离：4、叠绕与波绕：如图5、第一节距：元件的两个边在电枢表面跨过的元件边数。

常用Y1表示。

6、第二节距：连到同一片换向片上的第一个元件的下层边与第二个元件上层边间跨越的元件边数，常用Y2表示。

7、合成节距：连到同一换向片上两个元件对应边之间的距离。

用Y表示：对单叠绕组而言：对单波绕组而言：8、节距的计算：单叠绕组9、绕组展开图一：以单叠绕组为例，已知直流电机P=2、Z=16、画出右行单叠绕组展开图。

第一步：计算节距第二步：画元件，用实线表示元件上层边；用虚线表示元件下层边。

第三步：放置主磁极，N、S极交替放置，极宽设为(0.6—0.7)极距。

第四步：放置换向片。

第五步：按节距连接绕组。

第六步：放置电刷。

单叠绕组的元件连接顺序与并联支路数元件连接顺序并联支路数绕组展开图二：以单波绕组为例，已知直流电机P=2、Z=15、画出右行单叠绕组展开图。

第一步：计算节距第一节距合成节距第二节距第二步：画元件，用实线表示元件上层边；用虚线表示元件下层边。

第三步：放置主磁极，N、S极交替放置，极宽设为(0.6—0.7)极距。

第四步：放置换向片。

单叠绕组的元件连接顺序与并联支路数元件连接顺序并联支路数四、空气隙主磁极靴和电枢间的间隙称为空气隙，既可保证电机的安全运行，又是磁路的重要组成部分。

由于空气的磁阻远大于铁磁物质的磁阻，电机能量的转换是依靠气隙的磁通为媒介。

所以电机气隙的大小与形状对电机的影响很大。

第三节：直流电机的铭牌铭牌数据主要包括：电机型号、额定功率、额定电压、额定电流、额定转速、额定励磁电流及励磁方式等。

电机型号：表示电机的结构和使用特点。

常用大写汉语拼音字母和阿拉伯数字表示。

如：Z2-92；Z表示一般用途直流电机，2表示设计序号，9表示机座代号，2表示电枢铁心长度，ZJ系列：精密机床用直流电机。

ZT系列：广调速直流电机。

ZQ系列：直流牵引电动机，ZH系列：船用直流电动机。

ZA系列：防爆安全型直流电动机。

ZKJ系列：挖掘机用直流电动机。

ZZJ系列：冶金起重机用直流电动机。

额定功率P N：是指在额定条件下电机所能供给的功率。

额定电压U N：是指在额定工况条件下，电机出线端的平均电压，额定电流I N：是指在额定电压下，运行在额定功率时对应的电流。

额定转速n N：是指在额定电压、电流、功率时所对应的转速。

额定励磁电流I fN：是指对应于额定电压、电流、转速、功率时的励磁电流。

励磁方式：是指直流电机的励磁线圈与其电枢线圈的连接方式。

其他：还有励磁电压、出厂日期、编号、…课堂小结：口述布置作业：教师课时授课计划四、直流电机的功率（一）电机的损耗讲授注意铁耗的产生原因10（二）电磁功率讲授8 （三）功率平衡方程式讲授 5五、直流电动机的基本方程与同学一起总结 5六、直流电机的换向简单讲解。

重点了解产生火花的原因及改善换向的措施5§1-5直流电动机的工作特性与机械特性一、直流电机的工作特性（一）他励（并励）直流电动机的工作特性讲授注意转速硬特性的特点5二、直流电动机的机械特性（一）他励（并励）直流电动机的机械特性1．机械特性的表达式2．固有机械特性和人为机械特性3．机械特性的求取讲授分析注意其特点。

从公式分析影响特性曲线的因素5三、总结；四、布置作业1.9 1课后小结第四节：直流电动机的电动势、电磁转矩和功率一、直流电机的励磁方式和磁场1、励磁方式：有他励、并励、串励、复励等几种方式。

2、空载时直流电机中的磁场：空载时电枢电流为零，只有励磁绕组中有电流，故空载时电机气隙的磁场完全由励磁绕组产生。

3、电枢磁场：当直流电机电枢有电流时，电枢绕组也会产生磁场，这个磁场称之为电枢磁场。

4、电枢反应：是指电枢磁场对主磁场的影响。

二、直流电机的电枢电动势：是指电枢绕组的感应电动势称之为电枢电动势。

它作用于正、负电刷之间。

作电动机运行时，它产生拖动转矩，方向与外加电压方向相反，故有时称为反电动势，与外加电压平衡。

作发电机运行时，电枢电势产生阻转矩，电枢感应电动势为正向电动势，是发电机对外输出电压。

电动势的计算：三、直流电机的电磁转矩：四、直流电机的功率：1、电机的损耗：铜损耗：（电枢绕组、励磁绕组、换向绕组、补偿绕组、电刷与换向器的接触损耗）铁损耗：（交变磁通在铁心中会产生磁滞和涡流损耗，直流电机电枢在静止的磁场中旋转，通过电枢铁心的磁通是交变磁通。

铁损与电机的转速、磁通密度、矽钢片的厚度、材料的导磁性质有关。

）机械损耗：（电机在旋转时转动部分与静止部分的摩擦、与周围空气的阻力造成的损耗）通常机械损耗与铁损耗和负载电流无关，是基本不变化的，所以有时称为不变损耗。

附加损耗：（如漏磁损耗等，很难精确计算，常估计为输出功率的0.5-1个百分点)2、电磁功率：在电机中通过电磁作用传递功率称为电磁功率。

用P em表示，如输入功率为P1，空载损耗是P0则：则发电机的输出功率P2：对电动机来说输入功率为：电动机的电磁功率为：电动机轴上的输出功率：从电功率角度分析：根据能量守恒分析：3、功率平衡方程式：五、直流电动机的基本方程六、直流电机的换向：1、换向概述：直流电机电枢中一个元件，经过电刷从一个支路到另一个支路时，电流方向改变的过程为换向。

从下图我们来分析一下换向过程：2、换向的电磁理论：根据合成电势∑e 的取值的不同可分为直线换向（∑e=0）。

延迟换向或超越换向（ ∑e ≠0）。

A 、直线换向： （∑e=0）忽略元件本身电阻R ，元件与换向片的接触电阻Rk ，则有：根据节点电流定律则有：根据以上几式求解得： e i R R i R R Ri b k b k ∑=+-++2211)()(由上式可以看到换向电流随时间周期性地成线性变化。

B、延迟换向（∑e＞0）元件在换向时电流是变化的，存在有自感、互感电动势。

（e L、e M）合起来称电抗电动势e r，则有：由于电枢反应的影响，两磁极物理中心的磁通不为零，还存在有切割电动势e a，切割电动势的存在使换向电流变化延缓，使换向电流的变化不再是线性的了，出现了延迟故称之为延迟换向。

如图：在换向元件中产生的电流称为附加换向电流，用ik表示：C、超越换向：（∑e＜0）如果换向极磁场过强，将产生i k改变方向，使换向变成超越换向。

如图所示：3、改善换向的方法：选用合适的电刷、装设换向极等。

第五节：直流电动机的工作特性与机械特性一、直流电动机的工作特性：1、他励（并励）直流电动机的工作特性：A、转速特性：B、转矩特性：C、效率特性：2、串励直流电动机的工作特性：电枢电流就是励磁电流：则有：电动机的转矩与电枢电流的平方成正比。