1、广 东 省 南 方 技 师 学 院广 东 省 南 方 高 级 技 工 学 校理 论 课 教 案编号：NGQD-0707-09 版本号：A/1 页 码：1 编制/时间： 审核/时间： 批准/时间：课 程名 称 汽车电工电子技术基础 课题 直流电动机的基本工作原理授 课班 级 汽修中技 1301、1302授课日期 2014.3.25授课时数 2 学时教 学类 型 理论授新教学方法 讲授、提问、演示教 材 及参 考 资 料汽车电工电子技术基础国防科技大学出版社教 学目 标1、 了解直流电动机的结构组成。2、 掌握直流电动机的基本工作原理。教学重难点及其突出方法、化解方法 教学重点和突出方法：直流电动
2、机的结构组成，通过设疑、解答的方法来突出重点。教学难点和化解方法：直流电动机的基本工作原理，通过联系实际举例进行讲解。教 学准 备 教案、素材。教 学对 象分 析汽修中技 1301、1302 班，班级人数 59 人和 58 人。该班在初中电工基础基本操作技能中，学过交流电原理的相关知识，因此在讲解时学生比较容易接受这两节的内容。教 学总 结1、 直流电动机的结构组成。2、 直流电动机的基本工作原理。对上述的内容进行归纳、总结，以提问的形式加强学生对本节知识点的认识。布 置作 业教材 P103 第 1、2 题教 学反 思该节课上得比较成功，体现在课堂气氛较好，同学们能掌握学习的目标内容，通过联系
3、实际举例进行讲解，让学生能学习到直流电动机的结构组成和直流电动机的基本工作原理。教 学 活 动教学流程 内 容教学手段 教师活动和学生活动评价方法与评价材料时间分配组织教学1. 检查学生课前准备情况。2. 上课起立，师生互致问候。3. 点名、检查学生出勤并记录，完成教学准备工作。组织号召清点人数并将出勤情况记录在学生考勤表上，整顿课堂纪律。学生举手应答 考勤表3 分钟复习旧课 复习上节课所学的知识：什么叫三相交流电路？ 提问教师提出问题，根据花名册上的名单随机点名让学生回答问题。记录平时成绩。根据学生回答的内容进行评价3 分钟课程导入 我 们 日 常 生 活 中 用 到 哪 些 直 流 电 动
4、 机 ？ 讲授教师根据前述内容导入本节的内容知识直流电动机；同学们对本节课程的内容有一个大概的了解，明白本节课程的主要就是学习直流电动机的基本工作原理观察同学们对本节课知识的需求程度4 分钟直流电动机的结构组成：砺磁绕组，电枢绕组，换向器，电刷等。 板书、讲授教师板书过后，讲述直流电动机的结构组成，学生在听课过程中，认识直流电动机结构组成的相关知识。学生跟读相关定义30 分钟理论授新直流电动机的基本工作原理：电磁感应原理。板书、讲解、展示、提示教师通过板书讲解直流电动机的工作原理；提示学生书本上重点段落划线。学生在听课过程中，认识直流电动机的工作原理。教师提示，学生能讲出直流电动机的工作原理。
5、40 分钟板 书 设 计第四章 常见电机4.1 直流电动机的基本工作原理一 直流电机的用途直流电动机的优点：1 调速范围广，易于平滑调节2 过载、启动、制动转矩大3 易于控制，可靠性高4 调速时的能量损耗较小缺点: 换向困难，容量受到限制，不能做的很大。应用: 轧钢机、电车、电气铁道牵引、造纸、纺织拖动。直流发电机用作电解、电镀、电冶炼、充电、交流发电机励磁等的直流电源。二、直流电机的工作原理原理：任何电机的工作原理都是建立在电磁感应和电磁力这个基础上。为了讨论直流电机的工作原理，我们把复杂的直流电机结构简化为工作原理图。（一）直流发电机的工作原理1工作原理：导体在磁场中运动时，导体中会感应出
6、电势 e 。e=Blv。B:磁密 l：导体长度； v：导体与磁场的相对速度。正方向：用右手定则判断。电势 e 正方向表示电位升高的方向，与 U 相反。如果同一元件上 e 和 U 正方向相同时，e= -U。（二）直流电动机的工作原理1工作原理：电磁力定律载流导体在磁场中将会受到力的作用，若磁场与载流导体互相垂直，作用在导体上的电磁力大小为： f = Bli 力的方向用左手定则确定2 电动机工作过程分析：直流电动机的工作原理图。（1）构成： 磁场：图中 N 和 S 是一对静止的磁极，用以产生磁场，其磁感应强度沿圆周为正弦分布。励磁绕组 容量较小的发电机是用永久磁铁做磁极的。容量较大的发电机的磁场是
7、由直流电流通过绕在磁极铁心上的绕组产生的。用来形成 N 极和S 极的绕组称为励磁绕组，励磁绕组中的电流称为励磁电流 If。电枢绕组：在 N 极和 S 极之间，有一个能绕轴旋转的圆柱形铁心，其上紧绕着一个线圈称为电枢绕组(图中只画出一匝线圈)，电枢绕组中的电流称为电枢电流 Ia。换向器：电枢绕组两端分别接在两个相互绝缘而和绕组同轴旋转的半圆形铜片换向片上，组成一个换向器。换向器上压着固定不动的炭质电刷。电枢：铁心、电枢绕组和换向器所组成的旋转部分称为电枢。讲 义第四章 常见电机4.1 直流电动机的基本工作原理一 直流电机的用途直流电动机的优点：1 调速范围广，易于平滑调节2 过载、启动、制动转矩
8、大3 易于控制，可靠性高4 调速时的能量损耗较小缺点: 换向困难，容量受到限制，不能做的很大。应用: 轧钢机、电车、电气铁道牵引、造纸、纺织拖动。直流发电机用作电解、电镀、电冶炼、充电、交流发电机励磁等的直流电源。二、直流电机的工作原理原理：任何电机的工作原理都是建立在电磁感应和电磁力这个基础上。为了讨论直流电机的工作原理，我们把复杂的直流电机结构简化为工作原理图。（一）直流发电机的工作原理1工作原理：导体在磁场中运动时，导体中会感应出电势 e 。e=Blv。B:磁密 l：导体长度； v：导体与磁场的相对速度。正方向：用右手定则判断。电势 e 正方向表示电位升高的方向，与 U 相反。如果同一元
9、件上 e 和 U 正方向相同时，e= -U。理解：电磁感应原理的变形（变化的磁通产生感应电动势）2 发电机工作过程分析：两磁极直流发电机的工作原理图。构成： 讲 义磁场：图中 N 和 S 是一对静止的磁极，用以产生磁场，其磁感应强度沿圆周为正弦分布。励磁绕组 容量较小的发电机是用永久磁铁做磁极的。容量较大的发电机的磁场是由直流电流通过绕在磁极铁心上的绕组产生的。用来形成 N 极和 S 极的绕组称为励磁绕组，励磁绕组中的电流称为励磁电流 If。电枢绕组：在 N 极和 S 极之间，有一个能绕轴旋转的圆柱形铁心，其上紧绕着一个线圈称为电枢绕组(图中只画出一匝线圈)，电枢绕组中的电流称为电枢电流 Ia
10、。 换向器：电枢绕组两端分别接在两个相互绝缘而和绕组同轴旋转的半圆形铜片换向片上，组成一个换向器。换向器上压着固定不动的炭质电刷。电枢：铁心、电枢绕组和换向器所组成的旋转部分称为电枢。（2）工作过程：P1：电动势产生当电枢被原动机以恒速驱动，按逆时针方向转动时，用右手定则可以判定，线圈 ab 和 cd 边切割磁力线产生的感应电动势的方向，则在负载与线圈构成的回路中产生电流 Ia，其方向与电动势方向相同。电流由电刷流出，由电刷流回。*电动势与电流关系：同向讲 义P2：换向当电枢转到上图 b 所示位置时，ab 边转到了 S 极下，cd 边转到了 N 极下。这时线圈中感应电动势的方向发生了改变，但由
11、于换向器随同一起旋转，使得电刷 A 总是接触 N 极下的导线，而电刷 B 总是接触 S 极下的导线，故电流仍由 A 流出 B 流回，方向不变。*虽然有换向器的作用，将线圈内的交变电动势在两电刷间变换为方向不变的电动势，但它的大小仍然是脉动的。欲获得在方向和量值上均为恒定的电动势，则应把电枢铁心上的槽数和线圈匝数增多，同时换向器上的换向片数也要相应地增加。（3） 电磁转矩与能量转换分析 ：电磁转矩：电枢电流 Ia 与磁场相互作用而产生的电磁力形成了电磁转矩 T。用左手定则可以判定，电磁转矩 T 的方向与电枢旋转方向相反。因此，在电枢等速旋转时，原动机的驱动转矩 T1 必须与发电机的电磁转矩 T
12、和空载损耗转矩 T0 相平衡( T0 是发电机轴上的转矩)，即 T1=T+ T0*电磁转矩方向与转速方向关系：反向能量转换：原动机（机械能）-电磁转矩-发电机负载（电能）当发电机的负载(即电枢电流)增加时，电磁转矩和输出功率也随之增加，这时原动机的驱动转矩所供给的机械功率亦必须相应增加，以保持转矩之间和功率之间的平衡。可见，发电机向负载输出电功率的同时，原动机却向发电机输出机械功率，发电机起着将机械能转换为电能的作用。（二）直流电动机的工作原理1工作原理：电磁力定律载流导体在磁场中将会受到力的作用，若磁场与载流导体互相垂直，作用在导体上的电磁力大小为： f = Bli 力的方向用左手定则确定讲
13、 义理解：电流产生磁场原理的变形（电流产生磁场）一个通电线圈相当于一个具有 NS 极的磁体。形成电磁力。2 电动机工作过程分析：直流电动机的工作原理图。（1）构成： 磁场：图中 N 和 S 是一对静止的磁极，用以产生磁场，其磁感应强度沿圆周为正弦分布。励磁绕组 容量较小的发电机是用永久磁铁做磁极的。容量较大的发电机的磁场是由直流电流通过绕在磁极铁心上的绕组产生的。用来形成 N 极和 S 极的绕组称为励磁绕组，励磁绕组中的电流称为励磁电流 If。电枢绕组：在 N 极和 S 极之间，有一个能绕轴旋转的圆柱形铁心，其上紧绕着一个线圈称为电枢绕组(图中只画出一匝线圈)，电枢绕组中的电流称为电枢电流 I
14、a。 换向器：电枢绕组两端分别接在两个相互绝缘而和绕组同轴旋转的半圆形铜片换向片上，组成一个换向器。换向器上压着固定不动的炭质电刷。电枢：铁心、电枢绕组和换向器所组成的旋转部分称为电枢。（2）工作过程：P1：电磁转矩产生电枢绕组通过电刷接到直流电源上，绕组的旋转轴与机械负载相联。电流从电刷 A 流入电枢绕组，从电刷 B流出。电枢电流 Ia 与磁场相互作用产生电磁力 F，其方向可用左手定则判定。这一对电磁力所形成的电磁转矩 T，使电动机电枢逆时针方向旋转。*电磁转矩与电枢旋转方向关系：同向讲 义P2：换向当电枢转到上图 b 所示位置时，ab 边转到了 S 极下，cd 边转到了 N 极下。这时线圈
15、电磁转矩的方向发生了改变，但由于换向器随同一起旋转，使得电刷 A 总是接触 N 极下的导线，而电刷 B 总是接触 S 极下的导线，故电流流动方向发生改变，电磁转矩方向不变。（3） 电动势与能量转换分析 ：电动势：电枢转动时，割切磁力线而产生感应电动势，这个电动势(用右手定则判定)的方向与电枢电流 Ia 和外加电压 U 的方向总是相反的，称为反电动势 Ea。它与发电机的电动势 E 的作用不同。发电机的电动势是电源电动势，在外电路产生电流。而 Ea 是反电动势，电源只有克服这个反电动势才能向电动机输入电流。可见，电动机向负载输出机械功率的同时，却向电动机输入电功率，电动机起着将电能转换为机械能的作用。*电动势方向与电流方向关系：反向能量转换：电源（电能）-电磁转矩-负载（机械能）比较：发电机和电动机两者的电磁转矩 T、电动势的作用是不同的。发电机的电磁转矩是阻转矩，它与原动机的驱动转矩 T1 的方向是相反的。电动机的电磁转矩是驱动转矩，它使电枢转动。电动机的电磁转矩 T 必须与机械负载转矩 T2 及空载损耗转矩 T0 相平衡，即 TT2 十 T0。发电机的电动势是电源电动势。电动机的电动势是反电动势，电源只有克服这个反电动势才能向电动机输入电流。直流电机作发电机运行和作电动机运行时，虽然都产生电动势和电磁转矩，但两者作用截然相反。
