12第一学期机电091116班机床电气控制技术电子教案.docx

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12第一学期机电091116班机床电气控制技术电子教案

教案

课程名称：

机床电气控制技术

系部：

自动化

教研室：

自动化

教师姓名：

夏继红

选用教材：

机床电气控制技术（北京理工大学出版社）

2011～2012学年第一学期

课题一直流电机1

课题二三相异步电动机6

课题三实训，三相异步电动机首尾端判别11

课题四低压电器,接触器、熔断器13

课题五低压电器,开关与主令电器，继电器16

课题六三相异步电动机启动控制电路19

课题七实训，连接三相异步电动机单向连续旋转控制电路22

课题八三相异步电动机正反转控制电路24

课题九实训，连接三相异步电动机正反转控制电路27

课题十三相绕线式异步电动机转子串电阻启动29

课题十一三相异步电动机调速控制电路33

课题十二三速异步电动机控制电路36

课题十三三相异步电动机制动控制电路38

课题十四普通车床电气控制电路40

课题十五普通铣床电气控制电路42

课题十六组合机床电气控制电路45

课题十七期末复习47

课题一直流电机

授课班级

机电0911-12

机电13-14

机电 15-16

授课时间

第1周/第1次

第周/第次

授课地点

东604南505605（多媒体）

主要教学方法

任务引导+讲授法

课业内容

1,直流电动机的结构2,直流电动机的分类及特点？

3,直流电动机的启动反转及调速

课型

理论

教学目标

知识：

1熟悉直流电机的类型结构及特征。

2学会分析和运用直流电动机的启动、反转、调速的方法。

技能：

学会分析和运用直流电动机的启动、反转、调速的方珐。

态度：

培养理论联系实际的学习作风。

教学重点

直流电动机的启动、反转、调速的方法和应用。

教学难点

分析其原理

教学资源与工具

多媒体教室、课件

教学步骤

教学设计

（含教学内容梗概、方法、手段、活动、任务、资料、教具、评价等）

时间分配

（分钟）

引言及

任务告知

课题一直流电机

任务一直流电动机的结构及各部件的功能？

任务二直流电动机的分类及特点？

任务三直流电动机的启动反转及调速？

任务实施一

引导学生活动

1分组阅读教材p3-20

2小组讨论，并归纳总结，

3教师巡视指导，并简要评价各学习小组的学习情况

任务实施二

归纳讲解

任务一直流电动机的结构及各部件的功能

直流电机的模型结构

左图为直流电机的物理模型，N、S为定子磁极，abcd是固定在可旋转导磁圆柱体上的线圈，线圈连同导磁圆柱体称为电机的转子或电枢。

线圈的首末端a、d连接到两个相互绝缘并可随线圈一同旋转的换向片上。

转子线圈与外电路的连接是通过放置在换向片上固定不动的电刷进行的。

学生阐述任务一，归纳：

主极铁芯

一直流电机主磁极励磁绕组

1主要结构，换向极铁芯

定子换向极换向极绕组

机座

电刷装置

电枢铁芯

直流电机转子电枢绕组

（电枢）换向器

转轴

气隙

2各部件的功能

（一）定子（静止部分）作用：

产生磁场，

1）主磁极，铁心0.5-1.5mm厚低碳钢板冲片叠压铆紧而成

励磁绕组，绝缘铜线，产生磁通Ф

2）换向极，铁心整块钢，绕组较粗绝缘铜线，改善换向。

3）机座，采用低碳钢浇注，固定，具良好导磁和机械强度，

4）电刷装置，连接内外电路。

由电刷、刷握、刷杆座组成。

（二）转子或电枢（转动部分）

1电枢铁芯，0.35-0.55mm厚冲有齿、槽涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成，通风孔，通磁

2电枢绕组，绝缘铜线绕制许多线圈嵌在铁心槽内，与换向片接成整体，产生感应电势和电磁转矩，实现能量转换。

3换向器，由许多楔形铜片中间间隔厚0.4-1.0mm的云母片绝缘组装成的园柱体，改变电流方向，使外电路电流方向不变。

4气隙，小型定、转子之间约为0.5-5mm，大型约为5-10mm，对运行性能影响很大。

续上

任务二直流电动机的分类及特点，

直流电动机的励磁绕组与电枢绕组的连接方式不同，可分为他励、并励、

串励、复励四类。

供给励磁绕组电流的方式称为励磁方式

1他励

直流电动机的励磁绕组Nf与电枢绕组Na都由各自单独直流电源供电。

其特点：

他励直流电动机的电枢电流和负载电流相同，即：

并励他励

2并励：

电动机的励磁绕组Nf与电枢绕组Na并联。

满足：

I=Ia+If。

3、串励：

励磁绕组与电枢绕组串联。

满足

4、复励：

并励和串励两种励磁方式的结合。

电机有两个励磁绕组，一个与电枢绕组串联，一个与电枢绕组并联。

I=Ia+If2Ia=If1，I=If1=Ia+If2

任务三直流电动机的启动反转及调速

（一）直流电动机的启动

基本要求：

1必须产生足够大的启动转矩Ts。

2启动电流Is不能太大，

3启动时间要短，

4启动设备要简单，可靠，便于操作

启动方法有

1全压启动、2降压启动、3电枢回路串电阻启动，

各种启动的特点：

1全压启动特点：

1）电路连接图

2）启动电流，I=U-Ea/Ra=U/Ra=Is过大

3）启动电流过大会造成危害：

①电网电压波动过大，②使换向恶化，在换向器和电刷之间产生强烈火花或环火，烧毁绕组，③启动转矩过大，冲击或损坏机械。

4）适应场合，适应小容量电动机。

2降压启动特点：

1）降压启动目的，减小启动电流2）降压启动过程中n，Ea，Is、U各量变化

n↑→Ea↑→Is↓→Ts↓→U↑3）实现降压启动的方法，①多采用晶闸管整流装置实现，②电枢回路中串电阻。

3电枢回路串电阻启动：

1）原理：

Is=u/（Ra+Rs），减小Is。

2）分级启动电路连接图（见p49图3-3）

3）分级启动过程中n，Ea，Is、U各量变化，三级电阻串联，R3=Ra+Rs1=Rs2+Rs3

使IS1=U/R3=（1.5—2.5）IN，产生Ts1>TL，n↑→Ea↑→Is↓→Ts1（保持不变）>TL，机械特性软

短接Rs3，n↑→Ea↑→Is↓→Ts1（保持不变）>TL，机械特性变硬。

分别短接Rs2和Rs1机械特性接近固有特性，

（二）直流电动机的正、反转

据T=CTФIa可知，转向由转矩决定，改变转矩的方法有两种：

1将励磁绕组反接，改变If方向，达到改变Ф的方向，保持电枢绕组电压极性不变。

2将电枢绕组反接，改变Ia方向，保持励磁绕组电压极性不变。

一般采用第2种方法，因为第1种方法会产生自感电动势，击穿绝缘，

（三）直流电动机的调速

1．对调速性能的要求：

（1）调速范围大

（2）调速平滑（3）经济性好

（4）方法简便可靠

2．调速方法

因为n=U/Ceφ-T（Ra+RΩ）/CeCTφ2

所以

（1）电枢回路串电阻RΩ

（2）改变励磁电流If（励磁回路串电阻）

（3）改变电枢电压U

续上

任务实施三

应用讲解

例题一台并励电机接于220V直流电网运行，已知支路对数a=1，磁极对数p=2，电枢总导体数N=372，额定转速n=1500r/min

每极磁通Ф=0.011Wb，电枢回路总电阻Ra=02Ω，励磁回路总电阻Rf=120Ω，铁耗PFe=362W,机械损耗Pj=240W，试求：

1此电机是发电机还是电动机？

2输入功率和输出功率？

效率？

任务实施四

随堂练习

一台串励电机接在220V电网运行，已知支路对数a=1，磁极对数p=2，电枢总导体数N=200，额定转速n=1500r/min

每极磁通Ф=0.011Wb，电枢回路总电阻Ra=1Ω，励磁回路总电阻Rf=99Ω，铁耗PFe=400W,机械损耗Pj=300W，试求：

1此电机是发电机还是电动机？

2电枢总电流和励磁电流？

3输入、输出功率和效率？

课堂评价与总结

1评价各学习小组的学习情况，考核记分，

1）学生阅读讨论占20%，

2）学生提问，答问占20%

3）学生训练占20%

2知识小结，学生口述总结。

一直流电动机的结构及各部件的功能

二直流电动机的分类及特点

1直流他励电动机电赂的连接与特点

2直流并励电动机电赂的连接与特点

3直流串励电动机电赂的连接与特点

4直流复励电动机电赂的连接与特点

三直流电动机的启动反转及调速

作业

1设计直流电动机正反转控制电路？

2设计电枢串电阻启动的控制电路？

课后小结与体会

成功之处：

学生都想表现自己的能力。

改进之处：

引导启发方面还需改进。

课题二三相异步电动机

授课班级

机电0911-12

机电13-14

机电 15-16

授课时间

第1周/第2次

第周/第次

授课地点

东604南505605（多媒体）

主要教学方法

任务引导

课业内容

1三相异步电动机的工作原理

2三相异步电动机的结构类型

3三相异步电动机的铭牌数据

4三相异步电动机的起动与调速

5三相异步电动机定子绕组首尾端的判别

课型

理论课

教学目标

知识：

1熟悉其结构特征，能分析其工作原理，理解其额定数据的意义并会计算。

2学会分析和运用其启动与调速的原理和方法，并会进行连接及首尾端的判别。

技能：

学会三相异步电动机的连接及首尾端的判别。

态度：

养成认真分析、严谨求实的学习作风。

教学重点

三相异步电动机的结构及工作原理，起动与调速及首尾端的判别。

教学难点

分析和运用其启动与调速的原理和方法，

教学资源与工具

多媒体教室、课件

教学步骤

教学设计

（含教学内容梗概、方法、手段、活动、任务、资料、教具、评价等）

时间分配

（分钟）

任务告知

任务一、三相异步电动机的工作原理？

任务二、三相异步电动机的结构类型？

任务三、三相异步电动机的铭牌数据？

任务四、三相异步电动机的起动与调速？

任务五三相异步电动机定子绕组首尾端的判别

任务实施一

引导学生活动

1各学习小组阅读教材P21-32

2分组讨论并综合各学习任务。

3学生讲述学习内容，

4教师巡视指导，并简要评价各学习小组的学习情况

任务实施二

双边活动，知识讲解

第一学习小组讲述任务一，归纳：

任务一、三相异步电动机的工作原理，

1旋转原理：

定子通入三相正弦交流电→产生旋转磁场→切割转子导体→产生感应电势和感应电流→形成电磁转矩→转子转动。

2转速：

同步转速n1，磁场的转速，

n1=60f/pf为频率，p为磁极对数。

异步转速n，转子转速，

n=60f（1-s）/p

s为转差率，s=（n1-n）/n1

3反转条件：

任意对调两根相线，磁场反向旋转，电动机反转。

第二学习小组讲述任务二，归纳：

任务二、三相异步电动机的结构类型

一、异步电动机的定子：

异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕组三个部分组成的。

1、定子铁心：

是电动机磁路的一部分，装在机座里。

为了降低定子铁心里的铁损耗，定子铁心用0.5mm厚的硅钢片叠压而成的，在硅钢片的两面还应途上绝缘漆。

下图所示为定子槽,其中（a）是开口槽，用于大、中型容量的高压异步电动机中；（b）是半开口槽，用于中型500V以下的异步电动机中；（c）是半闭口槽，用于低压小型异步电动机中。

2、定子绕组：

高压大、中型容量的异步电动机定子绕组常采用Y接，只有三根引出线，如图（a）所示。

对中、小容量低压异步电动机，通常把定子三相绕组的六根出线头都引出来，根据需要可接成Y形或△形，如图（b）所示。

定子绕组用绝缘的铜（或铝）导线绕成，嵌在定子槽内。

3、机座：

主要是为了固定与支撑定子铁心。

如果是端盖轴承电机，还要支撑电机的转子部分。

因此，机座应有足够的机械强度和刚度。

对中、小型异步电动机，通常用铸铁机座。

对大型电机，一般采用钢板焊接的机座，整个机座和座式轴承都固定在同一个底板上。

二、气隙：

异步电动机的气隙比同容量直流电动机的气隙小得多，在中、小型异步电动机中，气隙一般为0.2~1.5mm左右。

三、异步电动机的转子：

异步电动机的转子是由转子铁心、转子绕组和转轴组成的。

1、转子铁心：

是电动机磁路的一部分，它用0.5mm厚的硅钢片叠压而成。

铁心固定在转轴或转子支架上，整个转子的外表呈圆柱形。

2、转子绕组：

分为笼型和绕线型两类。

1）笼型转子：

笼型绕组是一个自己短路的绕组。

在转子的每个槽里放上一根导体，在铁心的两端用端环连接起来，形成一个短路的绕组。

如果把转子铁心拿掉，则可看出，剩下来的绕组形状像个松鼠笼子，如图（a）所示，因此又叫鼠笼转子。

导条的材料有用铜的，也有用铝的。

2）绕线型转子：

绕线型转子的槽内嵌放有用绝缘导线组成的三相绕组，一般都联接成Y形。

转子绕组的三条引线分别接到三个滑环上，用一套电刷装置引出来，如图所示。

这就可以把外接电阻串联到转子绕组回路里去，以改善电动机的启动性能或调节电动机的转速。

与笼型转子相比较，绕线型转子结构稍复杂，价格稍贵，因此只在要求起动电流小，起动转距大，或需平滑调速的场合使用。

第三学习小组讲述任务三，归纳：

任务三异步电动机的铭牌数据

三相异步电动机的铭牌上标明电机的型号、额定数据等。

一、异步电动机的型号：

电机产品的型号一般采用大写印刷体的汉语拼音字母和阿拉伯数字组成。

其中汉语拼音字母是根据电机的全名称选择有代表意义的汉字，再用该汉字的第一个拼音字母组成。

例如Y系列三相异步电动机表示如下：

“Y100LI2”Y-表示三相异步电动机，100-表示机座中心高，L—机座长度代号，I-表示铁心长度代号，2-表示极数，

二、异步电动机的额定值：

异步电动机的额定值包含下列内容：

（1）额定功率PN指电动机在额定运行时轴上输出的机械功率，单位是kw。

（2）额定电压UN指额定运行状态下加在定子绕组上的线电压，单位为V。

（3）额定电流IN指电动机在定子绕组上加额定电压、轴上输出额定功率时，定子绕组中的线电流，单位为A。

（4）额定频率f指我国规定工业用电的频率是50Hz。

（5）额定转速n指电动机定子加额定频率的额定电压，且轴端输出额定功率时电机的转速，单位为r/min。

（6）额定功率因数指电动机定子加额定负载时，定子边的功率因数。

任务四三相异步电动机的起动与调速

一三相异步电动机的起动

1、三相异步电动机的直接起动

在额定电压下直接起动三相异步电动机，由于最初起动瞬间主磁通约减少到额定值的一半，功率因数cosΦ很低，起动电流相当大而起动转矩并不大。

如普通鼠笼式三相异步电动机，起动电流，

起动转矩一般地说，容量在7.5kw以下的小容量鼠笼式异步电动机都可直接起动。

2、三相异步电动机的降压起动：

1）降压起动目的：

减小起动电流。

2）降压起动方法：

Y-Δ降压起动，

定子串电阻降压起动

延边三角形降压起动

自耦变压器降压起动

转子串电阻降压起动

二，三相异步电动机的调速

1调速原理：

n=60f（1-s）/p

2调速方法：

变频调速、变极调速、变转差率调速。

任务五三相异步电动机定子绕组首尾端的判别

一用36V交流电源和灯泡判别首尾端，

1）用万用表的电阻挡分别找出三相绕组的各相两个线头，

2）先给三相绕组的线头假设编号U1、U2，V1、V2，W1、W2，并把V1，U2连接起来，构成两相绕组串联

3）U1、V2线头接一只灯泡，

4）在W1、W2上接36V电源，判断：

若灯亮，假设正确。

若灯不亮，则任意把U1,U2或V1,V2中两个线头的编号对调一下即可。

（画图表示略）

5）再按上述方法对W1.W2进行判断。

二用万用表或微安表判别6个线头的首尾端

方珐一：

1用万用表的电阻挡分别找出三相绕组的各相两个线头，

2给三相绕组的线头假设编号U1、U2，V1、V2，W1、W2，

3按图连接，（图略）用手转动电动机转子，如微安表指针不动，则证明假设正确。

若指针有偏转，说明首尾端假设偏号不对，应逐相对调重测，直至正确为止。

方法二：

1先分清三相绕组各相的两个线头，并进行假设编号，按图连接，（图略）

2注视微安表指针摆动方向，合上开关瞬间，若指针摆向大于零的一边，则接电池正极的线头与微安表负极所接的线头同为首端或尾端，如指针反向摆动，则接电池的正极的线头与微安表正极所接的线头同为首端或尾端。

3再将电池和开关接到另一相两个线头，进行测试，就可正确判别各相的首尾端。

任务实施三

应用讲解

例1某台三相异步电动机的额定转速为720r/min，试求电动机的磁极对数为2时的额定转差率，另一台4极三相异步电动机的额定转差率为0.05，试求该电动机的额定转速。

例2某三相异步电动机的铭牌数据如下：

UN=380V，IN=15A，PN=7.5KW，

CosφN=0.85，nN=960r/min，求：

1额定状态电动机的输入功率和效率，

2电动机的额定输出转矩，

例3笼型异步电动机额定功率为30,w，额定转速为950r/min，过载系数为2.2，求：

1电动机的额定转矩和最大转矩，2当电网电压降为额定电压的90%时的最大转矩。

任务实施四

随堂练习

1简述三相异步电动机工作原理。

2画出三相异步电动机Y型连接及Δ连接接线图，

3如何改变三相异步电动机的转动方向？

画出三相异步电动机正反转接线图。

课堂评价与总结

1评价各学习小组的学习情况，给予怆当的表彰和建议，考核记分。

2所学内容进行口述总结，

作业

P3424

课后小结与体会

学生学习积极性高，但回答问题不够全面，阅读能力较差，在教学中注重综合能力的培养。

课题三实训，三相异步电动机首尾端判别

授课班级

机电0911-12

机电13-14

机电 15-16

授课时间

第2周/第2次

第周/第次

授课地点

东604南505605（多媒体）

主要教学方法

实验指导法

课业内容

1用36V交流电源和灯泡判别首尾端

2用万用表或微安表判别6个线头的首尾端

课型

实践课

教学目标

知识：

1学会用用交流电源判别首尾端的方法，

2学会用万用表或微安表判别6个线头的首尾端的方法。

技能：

具有操作和判别首尾端的方法和技能。

，

态度：

培养理论联系实际的学习作风。

教学重点

首尾端判别的原理和方法

教学难点

首尾端判别的原理和方法

教学资源与工具

电工实验室、实验装置，

教学步骤

教学设计

（含教学内容梗概、方法、手段、活动、任务、资料、教具、评价等）

时间分配

（分钟）

实训任务

一用36V交流电源和灯泡判别首尾端

二用万用表或微安表判别6个线头的首尾端

实训一

一用36V交流电源和灯泡判别首尾端，其操作步骤：

5）用万用表的电阻挡分别找出三相绕组的各相两个线头，

6）先给三相绕组的线头假设编号U1、U2，V1、V2，W1、W2，并把V1，U2连接起来，构成两相绕组串联

7）U1、V2线头接一只灯泡，

8）在W1、W2上接36V电源，判断：

若灯亮，假设正确。

若灯不亮，则任意把U1,U2或V1,V2中两个线头的编号对调一下即可。

（画图表示略）

5）再按上述方法对W1.W2进行判断。

（学生操作，教师巡视指导，）

实训二

二用万用表或微安表判别6个线头的首尾端

方珐一：

1用万用表的电阻挡分别找出三相绕组的各相两个线头，

2给三相绕组的线头假设编号U1、U2，V1、V2，W1、W2，

3按图连接，（图略）用手转动电动机转子，如微安表指针不动，则证明假设正确。

若指针有偏转，说明首尾端假设偏号不对，应逐相对调重测，直至正确为止。

（学生操作，教师巡视指导，）

实训三

方法二：

1先分清三相绕组各相的两个线头，并进行假设编号，按图连接，（图略）

3再将电池和开关接到另一相两个线头，进行测试，就可正确判别各相的首尾端。

（学生操作，教师巡视指导，）

实训思考

1分析用36V交流电源和灯泡判别首尾端的原理

2分析用万用表或微安表判别6个线头的首尾端的方法一和方法二的理论根据。

评价小结

评价：

1将各实训环节进行评价记分，

2实验分析和操作评价记分，

3综合坪价记分，

小结：

1通过实际操作，进一步孰悉判别的方法，明确在实际中的应用，

2通过理论分析，明确了理论在实际中应用的重要性。

作业

完成实验报告

课后小结与体会

通过实践，学生学会了判别三相异步电动机的首尾端的各种方法。

课题四低压电器,接触器、熔断器

授课班级

机电0911-12

机电13-14

机电 15-16

授课时间

第3周/第1次

第周/第次

授课地点

东604南505605（多媒体）

主要教学方法

任务引导

课业内容

一接触器，1接触器的主要结构，2接触器的工作原理

3接触器的型号与技术参数，4接触器的选择及使用方法

二熔断器1熔断器的结构及工作原理，2熔断器的主要参数和型号，

3熔断器的选用，4RL系列熔断器及其安装使用

课型

理论课

教学目标

知识：

1熟悉接触器的结构功能，型号意义及符号，能分析工作原理及作用，能分析故障原因及处理方法。

1熟悉熔断器其结构和功能，符亏会分析它们的动作原理，能合理选用和安装熔断器

技能：

1能选择及合理使用接触器,分析故障原因及处理方法。

2会选用和安装熔断器

态度：

具有分工合作，认其求实的学习作风。

教学重点

1接触器的结构功能、原理、符号意义、选用方法，故障分析及处理，

2熔断器的结构功能，动作原理，符号及选用和安装方法，

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