参考样例2电工电子技术教案1621资料.docx
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参考样例2电工电子技术教案1621资料
科
目
电工电子技术应用
课
题
电动机工作原理和
电机控制
授课
讲次
16-21
课时
12
班级
1247/1248
授
课
方
式
问题引导+探究式学习+任务驱动教学法
课后作业
2
所用时间
90分钟
教
学
目
的
应
知
1、了解变压器构造及工作原理
2、了解三相异步电动机的构造和工作原理
3、掌握三相异步电机的控制方法
4、了解直流电机的构造和工作原理
使用教学媒体
多媒体教室
应
会
电机的构造和工作原理
学会三相异步电机的启动和正反转控制
重
点
三相异步电动机的构造和工作原理及控制方式
难
点
三相异步电动机的控制方式
教
学
回
顾
1、正弦交流电的产生、组成特点和表示方法
2、正弦交流电路中电流和电压的相位关系、功率特点
教学过程
教学内容与课堂组织
【教学回顾】
快速复习上次课的知识，重点强调上节课的重点和难点。
【新课导入】
问题引导——由简单问题引出教学内容：
实现电能与机械能相互转换的电工设备总称为电机。
电机是利用电磁感应原理实现电能与机械能的相互转换。
把机械能转换成电能的设备称为发电机，而把电能转换成机械能的设备叫做电动机。
在生产上主要用的是交流电动机，特别三相异步电动机，因为它具有结构简单、坚固耐用、运行可靠、价格低廉、维护方便等优点。
它被广泛地用来驱动各种金属切削机床、起重机、锻压机、传送带、铸造机械、功率不大的通风机及水泵等。
对于各种电动机我们应该了解下列几个方面的问题：
（1）基本构造；
（2）工作原理；（3）表示转速与转矩之间关系的机械特性；（4）起动、调速及制动的基本原理和基本方法；（5）应用场合和如何正确使用。
提问2-3人，引起大家对本次课题的注意
【新课教学】
变压器
变压器是电工技术中不可缺少的电气设备，在电子技术中也有着广泛的应用。
变压器是利用磁感应原理制成的一种变换电压、电流和阻抗的电气设备，主要用于升高或降低交流电压、改变电流和变换阻抗。
一、变压器的工作原理
1、变压器的结构：
变压器主要由铁心和线圈两部分构成。
铁心是变压器的磁路通道，是用磁导率较高且相互绝缘的硅钢片制成，以便减少涡流和磁滞损耗。
按其构造形式可分为心式和壳式两种，如图1（a）、（b）所示。
图1心式和壳式变压器
线圈是变压器的电路部分，是用漆包线、沙包线或丝包线绕成。
其中和电源相连的线圈叫原线圈（初级绕组），和负载相连的线圈叫副线圈（次级绕组）。
2、变压器的工作原理
变压器是按电磁感应原理工作的，原线圈接在交流电源上，在铁心中产生交变磁通，从而在原、副线圈产生感应电动势，如图2所示。
原线圈接上交流电压，铁心中产生的交变磁通同时通过原、副线圈，原、副线圈中交变的磁通可视为相同。
图2变压器空载运行原理图
设原线圈匝数为N1，副线圈匝数为N2，磁通为，感应电动势为
由此得
忽略线圈内阻得
上式中K称为变压比。
由此可见：
变压器原副线圈的端电压之比等于匝数比。
3、变压器的额定值
变压器的额定值是保证变压器能够长期可靠地运行工作，并且有良好的工作性能的技术限额，它也是厂家设计制造和试验变压器的依据，其内容包括以下几个方面。
（1）.额定电压U1N/U2N
U1N和U2N分别为原、副边额定电压，是指变压器空载时端电压的保证值，以有效值表示。
对三相变压器来说，均指线电压，单位是V。
（2）.额定电流I1N/I2N
I1N和I2N分别为原、副边额定电流，是指变压器连续运行时原、副绕组允许通过的最大电流有效值。
三相变压器的额定电流是指线电流，单位为A。
（3）.额定容量SN
SN是变压器在额定状态下的电功率输出能力。
单位为V·A。
对于单相变压器，则有SN=I1NU1N=I2NU2N
对于三相变压器，则有
（4）.额定频率
是指变压器接入的电源频率。
我国电力系统的标准频率为50HZ。
变压器的延伸讲解
4、变压器的分类及型号：
（1）按电压的升降分类：
升压和降压。
（2）按相数分类：
有单相和三相。
（3）按用途分：
电力变压器、试验变压器、电焊变压器等。
（4）按冷却方式分：
空气冷、油冷和水冷。
型号：
目前我国生产的中小型变压器主要有S5，SL5，SF5，SZL5等系列。
例如，某变压器型号为：
三相异步电动机的结构与工作原理
1．三相异步电动机的构造
三相异步电动机的两个基本组成部分为定子（固定部分）和转子（旋转部分）。
此外还有端盖、风扇等附属部分，如图5-1所示。
图5-1三相电动机的结构示意图
1）．定子
三相异步电动机的定子由三部分组成：
定子
定子铁心
由厚度为0.5mm的，相互绝缘的硅钢片叠成，硅钢片内圆上有均匀分布的槽，其作用是嵌放定子三相绕组AX、BY、CZ。
定子绕组
三组用漆包线绕制好的，对称地嵌入定子铁心槽内的相同的线圈。
这三相绕组可接成星形或三角形。
机座
机座用铸铁或铸钢制成，其作用是固定铁心和绕组
2）．转子
三相异步电动机的转子由三部分组成：
转子
转子铁心
由厚度为0.5mm的，相互绝缘的硅钢片叠成，硅钢片外圆上有均匀分布的槽，其作用是嵌放转子三相绕组。
转子绕组
转子绕组有两种形式：
鼠笼式--鼠笼式异步电动机。
绕线式--绕线式异步电动机。
转轴
转轴上加机械负载
鼠笼式电动机由于构造简单，价格低廉，工作可靠，使用方便，成为了生产上应用得最广泛的一种电动机。
为了保证转子能够自由旋转，在定子与转子之间必须留有一定的空气隙，中小型电动机的空气隙约在0.2~1.0mm之间。
2．三相异步电动机的转动原理
1）．基本原理
为了说明三相异步电动机的工作原理，我们做如下演示实验，如图5-2所示。
图5-2三相异步电动机工作原理
（1）．演示实验：
在装有手柄的蹄形磁铁的两极间放置一个闭合导体，当转动手柄带动蹄形磁铁旋转时，将发现导体也跟着旋；若改变磁铁的转向，则导体的转向也跟着改变。
（2）．现象解释：
当磁铁旋转时，磁铁与闭合的导体发生相对运动，鼠笼式导体切割磁力线而在其内部产生感应电动势和感应电流。
感应电流又使导体受到一个电磁力的作用，于是导体就沿磁铁的旋转方向转动起来，这就是异步电动机的基本原理。
转子转动的方向和磁极旋转的方向相同。
（3）．结论：
欲使异步电动机旋转，必须有旋转的磁场和闭合的转子绕组。
2）．旋转磁场
（1）．产生
图5-3表示最简单的三相定子绕组AX、BY、CZ，它们在空间按互差1200的规律对称排列。
并接成星形与三相电源U、V、W相联。
则三相定子绕组便通过三相对称电流：
随着电流在定子绕组中通过，在三相定子绕组中就会产生旋转磁场（图5-4）。
图5-3三相异步电动机定子接线
当t=00时，
，AX绕组中无电流；
为负，BY绕组中的电流从Y流入B1流出；
为正，CZ绕组中的电流从C流入Z流出；由右手螺旋定则可得合成磁场的方向如图5-4（a）所示。
当t=1200时，
，BY绕组中无电流；
为正，AX绕组中的电流从A流入X流出；
为负，CZ绕组中的电流从Z流入C流出；由右手螺旋定则可得合成磁场的方向如图5-4（b）所示。
当t=2400时，
，CZ绕组中无电流；
为负，AX绕组中的电流从X流入A流出；
为正，BY绕组中的电流从B流入Y流出；由右手螺旋定则可得合成磁场的方向如图5-4（c）所示。
可见，当定子绕组中的电流变化一个周期时，合成磁场也按电流的相序方向在空间旋转一周。
随着定子绕组中的三相电流不断地作周期性变化，产生的合成磁场也不断地旋，因此称为旋转磁场。
图5-4旋转磁场的形成
（2）．旋转磁场的方向
旋转磁场的方向是由三相绕组中电流相序决定的，若想改变旋转磁场的方向，只要改变通入定子绕组的电流相序，即将三根电源线中的任意两根对调即可。
这时，转子的旋转方向也跟着改变。
3）．三相异步电动机的极数与转速
（1）．极数（磁极对数p）
三相异步电动机的极数就是旋转磁场的极数。
旋转磁场的极数和三相绕组的安排有关。
当每相绕组只有一个线圈，绕组的始端之间相差1200空间角时，产生的旋转磁场具有一对极，即p=1；
当每相绕组为两个线圈串联，绕组的始端之间相差600空间角时，产生的旋转磁场具有两对极，即p=2；
同理，如果要产生三对极，即p=3的旋转磁场，则每相绕组必须有均匀安排在空间的串联的三个线圈，绕组的始端之间相差400（=1200/p）空间角。
极数p与绕组的始端之间的空间角的关系为：
（2）．转速n
三相异步电动机旋转磁场的转速n0与电动机磁极对数p有关，它们的关系是：
（5-1）
由（5-1）可知，旋转磁场的转速n0决定于电流频率f1和磁场的极数p。
对某一异步电动机而言，f1和p通常是一定的，所以磁场转速n0是个常数。
在我国，工频f1=50Hz，因此对应于不同极对数p的旋转磁场转速n0，见表5-1
表5-1
p
1
2
3
4
5
6
n0
3000
1500
1000
750
600
500
（3）．转差率s
电动机转子转动方向与磁场旋转的方向相同，但转子的转速n不可能达到与旋转磁场的转速n0相等，否则转子与旋转磁场之间就没有相对运动，因而磁力线就不切割转子导体，转子电动势、转子电流以及转矩也就都不存在。
也就是说旋转磁场与转子之间存在转速差，因此我们把这种电动机称为异步电动机，又因为这种电动机的转动原理是建立在电磁感应基础上的，故又称为感应电动机。
旋转磁场的转速n0常称为同步转速。
转差率s——用来表示转子转速n与磁场转速n0相差的程度的物理量。
即：
（5-2）
转差率是异步电动机的一个重要的物理量。
当旋转磁场以同步转速n0开始旋转时，转子则因机械惯性尚未转动，转子的瞬间转速n=0，这时转差率S=1。
转子转动起来之后，n>0，（n0-n）差值减小，电动机的转差率S<1。
如果转轴上的阻转矩加大，则转子转速n降低，即异步程度加大，才能产生足够大的感受电动势和电流，产生足够大的电磁转矩，这时的转差率S增大。
反之，S减小。
异步电动机运行时，转速与同步转速一般很接近，转差率很小。
在额定工作状态下约为0.015~0.06之间。
三相异步电动机
的控制
1．直接启动控制电路
直接启动即启动时把电动机直接接入电网，加上额定电压，一般来说，电动机的容量不大于直接供电变压器容量的20％∽30％时，都可以直接启动。
1）．点动控制
合上开关S，三相电源被引入控制电路，但电动机还不能起动。
按下按钮SB，接触器KM线圈通电，衔铁吸合，常开主触点接通，电动机定子接入三相电源起动运转。
松开按钮SB，图5-13点动控制
接触器KM线圈断电，衔铁松开，常开主触点断开，电动机因断电而停转。
2）.直接起动控制
（1）起动过程。
按下起动按钮SB1，接触器KM线圈通电，与SB1并联的KM的辅助常开触点闭合，以保证松开按钮SBl后KM线圈持续通电，串联在电动机回路中的KM的主触点持续闭合，电动机连续运转，从而实现连续运转控制。
（2）停止过程。
按下停止按钮SB2，接触器KM线圈断电，与SB1并联的KM的辅助常开触点断开，以保证松开按钮SB2后KM线圈持续失电，串联在电动机回路中的KM的主触点持续断开，电动机停转。
与SB1并联的KM的辅助常开触点的这种作用称为自锁。
图示控制电路还可实
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