教案_遍发教案

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岗 培 教 案

（试讲详案）

姓名：XX 学号：XXX

组别：XXXX 教案课题：直流电动机的调速控制

2013-7

课题：直流电动机的调速控制

教学目标：

1、使学生了解直流电动机的结构和直流电动机的转动原理；

2、使学生掌握直流电动机的调速公式；

3、使学生理解直流电动机的三种调速方法；

4、使学生掌握直流电动机的调速指标计算步骤并能在实践中加以应用。教学重点：

1、直流电动机的调速公式；

2、直流电动机的三种调速方法；

3、直流电动机的调速指标。教学难点：

1、直流电动机的三种调速方法；

2、直流电动机的调速指标中的静差率的计算。课时安排：1课时 教学方法：

1、在讲述各调速方法时，用图示的方式进行分析，使学生能比较不同的调速方法彼此的差别；

2、在讲述直流电动机的调速指标时，为加深学生的印象，用例题促使学生思考。

教学用具：略 教学过程：

[引言：以提问方式开始]

[提问] 这节课我们要讲述直流电动机的调速控制，那么我首先问一下大家，为什么我们要进行直流电动机的调速控制。

[回答] 如果不进行直流电动机的调速控制，它的输出就只有一个速度，满足不了实际生产生活中各种电动设备的需要。

[讲解] 回答正确，直流电动机已经在我们的生产生活中得到了广泛的应用，但是，如果只有一种速度输出，显然，它的应用会大打折扣，最简单的例子，就是电瓶车，它的电池输出是恒定的直流电压，36V或者48V，如果不能调速，我们骑电瓶车就只能是一个速度，显然不适用。这就是我们要分析直流电动机的调速控制的原因。

[过渡] 要分析直流电动机的调速控制，首先应该知道其基本特性。[板书]

一、直流电动机的基本性质 [板书]

1、直流电动机的结构

[讲解] 直流电动机由定子(磁极)、转子(电枢)和机座等部分构成，如图所示 [显示PPT]

图1 直流电动机的结构

[讲解] 图中直流电动机主要分为定子和转子两个部分，定子指电动机中不动的部分，与机座相连，含有励磁绕组线圈、极心、极掌等部件。转子指电动机中能够转动的部分，含电枢绕组线圈。

[过渡] 同学们知道了直流电动机的基本结构，下面我们就分析一下直流电动机是怎么工作的。

[板书]

2、直流电动机转动原理

[讲解] 无论是直流电动机还是交流电动机，它能够转动都是转子和定子相互作用的结果，交流电动机的转动原理大家都已经学过，请大家回忆一下。

[稍做停顿，同学回忆交流电动机的转动原理] [讲解] 直流电动机的转动原理与交流电动机还是有所差别，下面这张图就是为直流电动机转动原理的示意图，[显示PPT]

图2 原理简图

[讲解] 具体分析如下：①对定子输入直流励磁电压Uf，产生电磁场B，磁通Φ。②对活动的转子输入直流电枢电压U，在电枢线圈中产生电流A，电流为Ia。③电流A和磁通B相互作用，即通电线圈A在磁场中会旋转，线圈与转轴刚性连接，电机M转动。

[板书] 直流电动机转动是转子和定子相互作用的结果。

[讲解] 实际生产中直流电动机和交流电动机一样都是广泛使用的电动机，由于大家对交流电动机都非常熟悉，这里我就不再赘述。这里我主要介绍一下这两种电动机在原理上的区别：

直流电动机的励磁绕组线圈和电枢绕组线圈都有直流电源供电，产生恒定的励磁磁场与恒定电枢电流，彼此相互作用，产生恒定的转矩，方向满足我们中学学过的左手定则；

而交流电动机只对励磁绕组线圈提供交流电，并不直接对电枢线圈供电，产生变化的励磁磁场，这个变化的磁场在电枢线圈中产生感应电流，该电流与励磁磁场作用产生转矩，过程满足电磁感应定律，方向比较复杂。

需要强调的是，从图中我们可以清楚地看到，直流电动机在电路上实际上具有双回路，即定子的励磁绕组线圈回路和转子的电枢绕组线圈电路。

[提问] 下面我问一个问题，转子中的电枢绕组线圈随转子的转动而转动，但直流电动机无论是励磁绕组线圈还是电枢绕组线圈电流方向都不会发生改变，如果没有特殊的措施，能不能保证电动机转子转动的方向恒定？

[回答] 不能。[提问] 为什么？

[回答] 因为转子每转过180度，电枢绕组线圈的方向就会变向。

[讲解] 回答正确，所以要保证电动机转子转动的方向恒定，直流电动机必须安装特殊的装置：换向环和电刷。

[板书] 直流电动机转子转动的方向恒定的条件：换向环和电刷。[讲解] 换向环和电刷的工作原理，有兴趣的同学可以自己找相关的电机拖动方面的书看，图书馆这方面的书很多。

[板书]

3、他励电动机和并励电动机的区别

[讲解] 实际生产中常常有他励电动机和并励电动机的概念，这里我们对这一对概念进行一下阐述。他励电动机：励磁线圈和电枢线圈分别由两个直流电源供电。并励电动机：励磁线圈和电枢线圈并联，由一个直流电源供电，即电源共用。

[板书] 他励电动机：励磁线圈和电枢线圈分别供电。[板书] 并励电动机：励磁绕组和电枢线圈电源共用。

[板书]

二、直流电动机的调速方法

[板书]

1、调速公式

[讲解] 直流电动机的调速公式也叫直流电动机的转速公式，它表达了直流电动机转速和其它参量之间的稳态关系，具体表达式为：

[板书]

nUIaRIRUan0n

（1）KeKeKe[显示PPT]

[讲解] 黑板上列出的公式和PPT上列出的公式是一样的，只不过简化了中间的推导步骤。这个公式中，n为电机转速；U为电枢电压，即施加在转子线圈的电压；Ia为电枢电流，即流过转子线圈的电流，需要强调的是，Ia只随负载的变化而变化，不是我们控制的变量，在电动机工作时可以随时可能发生改变；R为电枢回路总电阻；Ke为常数；Φ为励磁磁通。当励磁电压Uf和励磁回路的电阻R’一定时，是常数。

注意：Φ与励磁绕组的电流If的关系较复杂，If越大，Φ越大（但不是正比关系），而且If增加到一定程度后再增大If，Φ也不会增加，因为Φ已经饱和。

直流电动机的转速公式非常重要，它是分析直流电动机转速的重要理论基础，所以同学们必须牢记。

[板书]

2、直流电动机的调速方法

[启发] 同学们看一下转速公式，请告诉我可以通过调节那些变量来改变电动机的转速。

[总结] 要调节电机转速n，可以通过改变电枢电压U、改变电枢回路电阻R以及改变励磁磁通Φ来达到实现。下面我们分别对这三种方式进行分析。这里需要说明的是调速特性曲线，它是指实际运行中电机转速与电枢电流Ia值或励磁电矩（通过改变电流If值来实现）的关系曲线。

[板书] ①改变电枢电压U；②改变电枢回路电阻R；③改变励磁磁通Φ。[显示PPT]

图3 调压调速特性曲线

[讲解] 改变电枢电压U调速，即调压调速，其调速特性曲线即速度与变量Ia的关系曲线如图所示。

[讲解] 它的工作过程是，Φ和R不变，只改变U，观察转速公式我们就可以发现，这种情况下，相当于调速特性曲线的斜率没有改变，只改变了它的截距。

[显示PPT]

图4调阻调速特性曲线

[讲解] 改变电枢回路电阻R，即调阻调速，其调速特性曲线如图所示。

[讲解] 它的工作过程是，Φ和U不变，只改变R，观察转速公式我们就可以发现，这种情况下，相当于调速特性曲线的截距没有改变，但斜率发生了改变。

[显示PPT]

图5 调磁调速特性曲线

[讲解] 通过调节励磁回路电阻R’，改变励磁磁通调速，即调磁调速，其调速特性曲线如图所示。这张图上用驱动转矩Te而不是用电枢电流I，由于这两个变量在当前条件下是正比关系，所以也是调速特性曲线。

[讲解] 它的工作过程是，U和R不变，只改变Φ，观察转速公式我们就可以发现，这种情况下，相当于调速特性曲线的截距和斜率都发生了改变。

[显示PPT]

[讲解] 通过对比以上三种调速方式的特性曲线可以看出，对调阻调速方式，由于其速度曲线的斜率变大，其机械特性变软，降低了电机机械性能的稳定度，所以通过改变电枢回路电阻阻值的方法来调节电动机的转速，将导致电动机机械性能的稳定度降低；而对调磁调速方式，同样将改变速度曲线的斜率，从而降低了电机机械性能的稳定度。相比而言，调压调速既可以调节电机的转速，其速度曲线的斜率也没有改变，表明其机械性能的稳定性没有变差。

[总结] 综上所述，调压调速是三种调速方式中调速效果最好的方式，实际中也是应用最广泛的调速方法。

[板书] 调压调速是三种调速方式中调速效果最好的方式，实际中也是应用最广泛的调速方法。

[过渡] 通过上面的学习，我们已经掌握了对直流电动机调速的方法，那么，我们怎么来评价我们调速的效果呢？这就要用到我们下面要讲述的内容。

[显示PPT]

[板书]

三、直流电动机的调速指标 [板书]

1、调速范围D

DnmaxnNnminnmin

（2）

[讲解] 其中nmax为直流电动机的最高转速，通常用额定转速来代替；nmin为直流电动机的最低转速。

[板书]

2、静差率s

s(snN)nN n0或 s(snmin)nNnN

（3）n0minnminnN[讲解] 其中snN为直流电动机额定转速下的静差率，snmin为直流电动机最低转速下的静差率，n0为直流电动机的空载时的转速。

[提问] 下面我问一下大家，SnN和Snmin相等吗？ [回答] SnN

图6 直流电动机调速指标关系图

[讲解] 回答正确，从图上我们可以看得很清楚，SnN和Snmin分子相同，但分母前者比后者大，所以有SnN

[讲解] 通常我们求调速范围D并不是采用定义式，原因在于定义式中需要的已知条件往往在实际中并不给出，所以

[板书] 常用求D公式是：

DnNs

（4）

nN(1s)[显示PPT] [讲解]使用这个公式需要注意两点：一是s采用的是snmin，即最低转速下的静差率；二是同一系统△nN不变，即无论在那种转速下，△nN值都一定。

[过渡] 下面我们用具体的例子来讲一下这两个调速指标的求解和应用。[显示PPT]

[练习] 例1：某直流调速系统电动机额定转速为nN=1430r/min，额定速降△ nN=115 r/min，当要求静差率s

[显示PPT] [答案]

解：要求30%时，调速范围为

DnNs14300.35.3

nN(1s)115(10.3)若要求s

D14300.23.1

115(10.2)若调速范围达到10，则静差率只能是

sDnN101150.44644.6%

nNDnN143010115[显示PPT] [练习] 例2：某龙门刨床工作台拖动采用直流电动机，其额定数据如下：60kW，220V，305A，1000r/min，采用调压调速，主电路总电阻R=0.18Ώ，电动机电动势系数Ce=0.2V·min/r。如果要求调速范围D=20，静差率s

[显示PPT] [答案]

解：系统的额定速降为

nNINR3050.18r/min275r/min

Ce0.2系统机械特性连续段在额定转速时的静差率为

snNnN2750.21621.6%

nNnN1000275由于Snmin>SnN>5%，所以系统不能满足要求。[布置作业]

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