直流电机基本知识教学教材
第十五章 电枢绕组及直流电机基本原理
第十五章 电枢绕组及直流电机基本原理15-1一台四极直流电机，采用单迭绕组，问：① ① 若取下一只或相邻两只电刷，电机是否可以工作？ ② ② 若只用相对两只电刷，是否可以工作？ ③ ③ 若有一磁极失去励磁将产生什么后果？答：可用教材图15-4分析①若取下一只或相邻两只电刷，使并联支路数减少一半，若是发电机，使输出功率减小一半，若是电动机，则转矩和功率均减半。
对发电机仍能运行，对电动机，在轻载时尚能运行，重载或满载不能运行，不管怎样，它们的工作状态均属正常。
② 若只用相对两只电刷（如A1、A2），此时A1、A2间虽形成两条并联支路，每条支路下均有六个元件，其中三个元件的电动势方向与另三个元件的电动势方向恰相反，故每条支路总电动势为零，所以不论发电机还是电动机均不能工作。
③当一磁极失去励磁时，该磁极下的一条支路无电动势，不产生电流和电磁转矩，使功率减小，对多极电机可能产生不平衡状态。
15-2 直流发电机和直流电动机的电枢电动势的性质有何区别，它们是怎样产生的？直流发电机和直流电动机的电磁转矩的性质有何区别，它们又是怎样产生的？答； 直流发电机电枢电动势为电源电动势（a a EI 与同向），直流电动机为反电动势（aa E I 与反方向），它们均由电枢绕组切割磁场产生。
直流发电机电磁转矩为制动转矩（n T em 与反向），直流电动机为驱动转矩（nT em 与同向），它们均由电枢载流导体在主磁极场作用下产生电磁力而形成转矩。
15-3 直流电机的电枢电动势和电磁转矩的大小取决于哪些物理量，这些量的物理意义如何？答： 电枢电动势nC E e a Φ=C e 是电机的电动势结构数a pNC e 60=，它的大小决定于电枢绕组导体总根数N 、主磁极对数 p 及并联支路数2a ，Φ是每个极面下的磁通，n 是电机转速。
电磁转矩 a T em I C T Φ=C T 是电机的电磁转矩结构常数，C T =a pNπ2 它的大小决定于电枢绕组导体总根数N 、主磁极对数p 及并联支路数 2a ，Φ是每个极下的磁通，a I 是电枢电流。
第1章直流电机教案分解
第1章直流电机教案分解引言直流电机是一种常见的电动机类型，广泛应用于各个领域，包括工业、交通和家用电器等。
在学习直流电机的过程中，教案的编写是非常重要的一步。
本章将对直流电机教案进行分解，具体介绍每个部分的内容和相应的要点。
一. 教学目标在直流电机教学过程中，我们需要明确教学目标，以便学生能够明确学习的重点和最终达到的学习目标。
主要目标： - 了解直流电机的基本原理和结构 - 掌握直流电机的常用参数和计算方法 - 理解直流电机的工作原理和特性 - 能够分析和解决直流电机的故障和问题次要目标： - 培养学生的动手能力和实验操作技巧 - 提高学生的分析和问题解决能力二. 教学内容直流电机教学内容的设计应符合学生的学习需求和教学目标。
以下是直流电机教案的主要内容：1.直流电机的原理与结构–电磁感应原理–磁场与电路的相互作用–直流电机的主要部件和结构2.直流电机的基本参数–电压、电流和功率关系–电机的额定电压和额定电流–电机的转速和转矩关系3.直流电机的运行与特性–起动和制动控制–速度、转矩和效率的关系–负载特性和加载能力4.直流电机的故障与维修–故障的常见类型和原因–故障排除和维修方法–预防故障和保养措施为了促进学生的参与和积极学习直流电机的知识和技能，我们需要采用多种教学方法。
以下是几种常见的教学方法：•讲授法：通过讲解直流电机的原理、结构和特性，向学生传授相关的知识。
•实验法：安排实验环节，让学生亲自操作直流电机，观察和记录实验结果，提高实践能力。
•案例分析法：通过分析实际案例，让学生从实际问题中理解和解决直流电机的故障。
•讨论法：组织学生进行小组讨论，鼓励学生发表自己的观点和思考。
四. 教学流程为了让教学过程更加有条理和可控，教学流程的设计非常重要。
以下是直流电机教案的教学流程：1.引入（5分钟）–激发学生对直流电机的兴趣，介绍直流电机在生活中的应用。
2.知识讲解（30分钟）–讲解直流电机的原理与结构、基本参数和运行特性。
直流电动机教案精选
直流电动机教案精选教案直流电动机教学内容：本节课的教学内容来自于初中物理教材第八章第三节“直流电动机”。
本节课主要内容包括：直流电动机的构造、工作原理、性能和应用。
通过学习，使学生了解直流电动机的工作原理，掌握其性能和特点，并能够运用所学知识分析解决实际问题。
教学目标：1. 了解直流电动机的构造、工作原理、性能和应用。
2. 能够运用所学知识分析解决实际问题。
3. 培养学生的动手操作能力和观察能力。
教学难点与重点：难点：直流电动机的工作原理及其性能。
重点：掌握直流电动机的构造和应用。
教具与学具准备：教具：直流电动机模型、电源、开关、电线等。
学具：笔记本、尺子、电表等。
教学过程：一、实践情景引入（5分钟）教师通过展示一辆电动汽车，让学生观察并思考：电动汽车是如何运动的？其动力来源于哪里？二、知识讲解（10分钟）刷等部分。
2. 讲解直流电动机的工作原理，即线圈在磁场中受到力的作用，从而产生转动。
3. 介绍直流电动机的性能，如电压、电流、功率、转速等。
4. 讲解直流电动机的应用，如电动汽车、电风扇、洗衣机等。
三、例题讲解（10分钟）教师出示例题：一辆电动汽车的电动机额定电压为220V，额定功率为300W，求其额定电流。
学生独立思考并解答，教师进行讲解和点评。
四、随堂练习（10分钟）学生自主完成练习题：一辆电风扇的电动机额定电压为220V，额定功率为40W，求其额定电流。
教师进行讲解和点评。
五、动手操作（10分钟）学生分组进行实验，观察直流电动机的转动情况，并测量其电压、电流、功率等参数。
六、板书设计（5分钟）教师在黑板上板书直流电动机的构造、工作原理、性能和应用。
七、作业设计（5分钟）1. 描述直流电动机的构造、工作原理、性能和应用。
2. 计算一辆电动汽车的电动机额定电流。
作业答案：其工作原理是线圈在磁场中受到力的作用，从而产生转动。
直流电动机的性能包括电压、电流、功率、转速等。
应用方面，直流电动机可以用于电动汽车、电风扇、洗衣机等。
1.3直流电动机的起动、反转和制动
教案（首页）授课班级机电高职1002授课日期课题序号 1.3 授课形式讲授授课时数 2 课题名称直流电动机的起动、反转和制动教学目标1. 了解直流电动机启动时存在的问题。
2．掌握直流电动机常用的启动方法。
3．掌握直流电动机的反转方法。
4．熟悉直流电动机的制动方法。
5．学会直流电动机常用启动、反转和制动方法的操作。
教学重点1、直流电动机常用的启动、反转和制动的方法。
2、直流电动机常用启动、反转和制动方法的操作。
教学难点1、直流电动机常用的启动、反转和制动的方法。
2、直流电动机常用启动、反转和制动方法的操作。
教材内容更新、补充及删减无课外作业见教案教学后记送审记录盐城生物工程高等职业技术学校课堂时间安排和板书设计复习5导入5新授60练习15小结5一、直流电动机的起动1、起动条件2、起动方法（1）电枢回路串电阻起动（2）降压起动二、直流电动机的反转三、直流电动机的制动1、能耗制动2、反接制动（1）倒拉反接制动（2）电枢电源反接制动3、回馈制动课堂教学安排课题序号 1.3 课题名称直流电动机的起动、反转和制动第1 页共8 页导入新授使用一台电动机时，首先碰到的问题是怎样把它启动起来。
要使电动机启动的过程达到最优，主要应考虑以下几个方面的问题：启动电流Ist的大小；启动转矩Tst的大小；启动设备是否简单等。
电动机驱动的生产机械，常常需要改变运动方向，例如起重机、刨床、轧钢机等，这就需要电动机能快速地正反转。
某些生产机械除了需要电动机提供驱动力矩外，还要电动机在必要时，提供制动的力矩，以便限制转速或快速停车。
例如电车下坡和刹车时，起重机下放重物时，机床反向运动开始时，都需要电动机进行制动。
因此掌握直流电动机启动、反转和制动的方法，对电气技术人员是很重要的。
一、直流电动机的启动直流电动机从接入电源开始，转速由零上升到某一稳定转速为止的过程称为启动过程或启动。
1．启动条件当电动机启动瞬间，n=0，Ea=0，此时电动机中流过的电流叫启动电流Ist，对应的电磁转矩叫启动转矩Tst。
《直流电动机》 说课稿
《直流电动机》说课稿尊敬的各位评委老师：大家好！今天我说课的题目是《直流电动机》。
下面我将从教材分析、学情分析、教学目标、教学重难点、教法与学法、教学过程、板书设计这几个方面来展开我的说课。
一、教材分析《直流电动机》是电工学中的重要内容，它是在学生学习了电磁学的基本原理和电路的基础知识之后，进一步深入研究电动机的工作原理和应用。
本节课所选教材为_____出版社出版的《＿____》，该教材内容编排合理，逻辑清晰，注重理论与实际的结合。
在本节课之前，学生已经对电磁感应现象、磁场对电流的作用等知识有了一定的了解，为本节课的学习奠定了基础。
通过对直流电动机的学习，学生能够进一步理解电磁学的基本原理在实际中的应用，同时也为后续学习交流电动机、电力拖动等知识做好铺垫。
二、学情分析本次授课对象为_____年级的学生，他们已经具备了一定的物理知识和逻辑思维能力，但对于较为抽象的电磁学概念和原理的理解还存在一定的困难。
在学习态度方面，学生对新知识充满好奇心和求知欲，但在学习过程中可能会出现注意力不集中、缺乏耐心等问题。
基于以上学情，在教学过程中，我将注重采用直观教学法，引导学生通过实验观察和分析，加深对知识的理解。
三、教学目标1、知识与技能目标（1）学生能够理解直流电动机的工作原理，掌握其基本结构和主要部件的作用。
（2）学生能够分析直流电动机的工作过程，包括电枢绕组中的电流方向、磁场对电枢的作用力方向等。
（3）学生能够了解直流电动机的调速方法和反转原理，并能够简单计算其转速和转矩。
2、过程与方法目标（1）通过实验探究和观察，培养学生的动手能力和观察分析能力。
（2）通过对直流电动机工作原理的分析，培养学生的逻辑思维能力和解决实际问题的能力。
3、情感态度与价值观目标（1）激发学生对科学技术的兴趣，培养学生的创新意识和实践精神。
（2）让学生体会到物理知识在实际生活中的广泛应用，增强学生学习物理的积极性和主动性。
四、教学重难点1、教学重点（1）直流电动机的工作原理和基本结构。
第07讲直流电机的功率流程
Ea = U - Ra I aN = 95V
n=
Ea = 763.9860 r/min Ce F
Ea = U N + Ra I a + 2 = 240.0249V
Ia Ea
IN UN
If
PM = Ea I a = 71.076kW
2nN p = 100.5310rad/s 60 P T = M = 707.0076N ?m W W=
P 72.738kW 1 = P M + pm + pFe =
掌握直流发电机的功率流程和效率计算。 掌握改变直流电动机的旋转方向的方法。 掌握判断直流电机运行状态的方法。 掌握直流电动机的功率流程和效率计算。
课后作业讲解
教材第1章作业解答
【解】 （1）
Z u = S = K = 20, Zu 20 y1 = = = 5, 2p 4 y = 1, y2 = y1 - y = 4, yk = y = 1
（2）（3）（4）
（5）
2a = 2 p = 4
【解】 （1）
Z u = S = K = 19, K - 1 19 - 1 y= = = 9 p 2 y1 = 5 y2 = 4, yk = y = 9
（2）（3）（4）
n
N
S
N
S
11 12 13 14 15 16 17 18 19
1
2 3
4
5 6
P 1= P N + å p = 23189W
直流电动机的功率流程
以并励直流电动机为例。 输入功率为电功率，由电源提供。 电流流过电枢绕组时，将在内电阻上产生电损耗（主要包括 电枢电阻上的损耗和电刷上的电损耗），并产生电磁转矩，从 而转变为机械功率（即电功率经过电枢绕组在磁场中受力转化 成的机械功率，称为电磁功率）。 电磁功率驱动电枢旋转时，还要扣除机械损耗和铁耗,其余 功率才是真正驱动负载旋转的机械输出功率。
电机直流课程设计
电机直流课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握电机直流的基本工作原理，包括电磁感应定律在直流电机中的应用。
2. 使学生了解并掌握直流电机的类型、结构、性能及用途。
3. 引导学生理解并掌握电机转速与电枢电压、电流的关系，以及励磁对电机性能的影响。
技能目标：1. 培养学生能够正确使用万用表、示波器等工具进行电机参数测试的能力。
2. 培养学生具备分析、解决直流电机常见故障的能力。
3. 让学生学会设计简单的直流电机控制系统，并能进行基本的调试。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对电机工程技术的兴趣和热情，激发他们探索科学的精神。
2. 培养学生的团队协作意识，使他们能够在学习过程中积极与他人交流、合作。
3. 引导学生认识到电机技术在生产、生活中的重要作用，增强他们的社会责任感。
课程性质：本课程为电机原理与应用的实践课程，注重理论知识与实际操作的结合。
学生特点：学生处于高中年级，已具备一定的物理基础和动手能力，对新技术具有强烈的好奇心。
教学要求：教师应采用启发式教学，引导学生通过实验、讨论等方式主动探究电机直流的知识，提高他们的实践操作能力和问题解决能力。
同时，注重培养学生的团队合作意识和科学素养，为后续学习打下坚实基础。
通过分解课程目标为具体的学习成果，便于后续教学设计和评估。
二、教学内容1. 直流电机的基本原理：包括洛伦兹力定律、电磁感应定律在直流电机中的应用，电机转速与电枢电压、电流的关系，以及励磁对电机性能的影响。
2. 直流电机的类型与结构：介绍常见的直流电机类型，如永磁直流电机、励磁直流电机；讲解电机的结构，包括电枢、励磁绕组、换向器等组成部分。
3. 直流电机的性能与用途：分析不同类型直流电机的性能特点，如功率、转速、效率等，探讨其在实际应用中的选择和适用场合。
4. 直流电机控制系统设计：学习电机控制的基本原理，设计简单的直流电机控制系统，包括调速、转向等功能。
5. 直流电机参数测试与故障分析：教授如何使用万用表、示波器等工具进行电机参数测试，分析常见故障原因，并提出相应的解决方法。
第2章 直流电动机的原理及特性
工作原理——直流发电机的工作原理 2.1.4 工作原理 直流发电机的工作原理
1.直流发电机的工作原理 1.直流发电机的工作原理 • 结论： 结论： ①在电枢线圈内的感应电动势及电流都是交流 交流的，通过换向 交流 片及电刷的整流 整流作用才变成从外部看的两电刷间的直流电 整流 动势。 ②虽然电枢线圈是旋转的且电枢线圈中的电流是交变的，但 从空间上看，N极与S极下的电枢电流的方向是不变的。因 此，由电枢电流所产生的磁场从空间上看也是一个恒定不 变的磁场。 ③电枢线圈中的感应电动势与其电流的方向始终一致。 ④当接上负载时，电枢绕组中就有电流，此电流与磁场相互 作用产生电磁力，该电磁力使转轴受到一个力矩，称之为 电磁转矩，其方向是与转子的转向相反的，是制动性质 制动性质的。 电磁转矩 制动性质
第2章 直流电动机的原理及特性
2.1 直流电动机的基本结构和工作原理 2.2 直流电机的电枢绕组 2.3 直流电机空载和负载时的磁场 2.4 感应电动势和电磁转矩 2.5 直流电动机稳态运行时的基本方程式和功率 关系 2.6 直流电动机的机械特性 2.7 电力拖动系统稳定运行条件
第2章 直流电动机的原理及特性
• 知识点：直流电动机与交流电动机的比较 直流电动机比交流电动机结构复杂、价 格高、维修繁琐；但起动转矩大，起动和 制动性能优良、可平滑调速。
2.1
直流电动机的基本结构和工作原理
2.1.1 基本结构 组成：定子+转子+气隙
图2.1 小型直流电机的结构图
基本机构——1.定子部分 1.定子部分 2.1.1 基本机构 1.
定子部分=机座+主磁极+换向极+ 定子部分=机座+主磁极+换向极+电刷装置 （1）机座：一是作为电机磁路系统中的一部分（定子磁 机座： 轭），二是用来固定主磁极、换向极及端盖等，起机械支 承的作用。因此要求机座有好的导磁性能及足够的机械强 度与刚度。机座通常用铸钢或厚钢板焊成。 。 。 主磁极： （2）主磁极：主磁极：在大多数直流电机中，主磁极是电 磁铁，为了尽可能的减小涡流和磁滞损耗，主磁极铁心用 1～1.2mm厚的低碳钢板叠压而成。整个磁极用螺钉固定在 机座上。（装配图）
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右 手 定 则
ba A+ B-
ba A+ B-
15.1直流电机的工作原理、主要结构、额定值
一、直流电机工作原理 （一）直流发电机工作原理
右 手 定 则
注意：电刷与负载连接固定不动，电刷压在换向片 上。换向器和线圈连接并转动，无论怎样转动，总 是上半边A的电流向外，下半边B的电流向里。
构成：电刷、刷盒、刷杆和连线等。 电枢电流能经旋转的换向器 （随转子）通过静止的电刷 （固定在定子上）接通外电路 1.将转动的电枢与外电路相连 2.与换向器配合作用而获得直 流电压
电刷组数一般等于电机极对数
15.1直流电机的工作原理、主要结构、额定值
二、直流电机主要结构 （一）定子各部件安装结构
（4）电刷装置
换向器配合电刷可保证每个极下线圈边中电流始终是一 个方向，即电枢受到的电磁转矩的方向始终不变。这就 可以使电动机能连续的旋转。
15.1直流电机的工作原理、主要结构、额定值
一、直流电机工作原理 （三）直流电机的可逆性
对于一匝线圈，电功率 eABi2B，lvi
机械功率 T e m2fv 2B lv 。即i电势 所形成的电功率等于电磁力所产生的机 械功率。在旋转的电机中，不论是发电 机还是电动机，这两种功率是等量存在 的，这两种能量形式是可逆的。
缺点：
由于存在换向器，其制造、维护复杂，价格较高。
主要内容
1 直流电机的工作原理、主要结构、 额定值 2直流电机的电枢绕组 3直流电机的电枢反应 4电枢绕组感应电动势和电磁转矩 5直流电机换向
15.1直流电机的工作原理、主要结构、额定值
电枢
+
N
U
–
S
转动：绕组线圈、换向器； 静止：主磁极、电刷
15.1直流电机的工作原理、主要结构、额定值
15.1直流电机的工作原理、主要结构、额定值
二、直流电机主要结构
分解 图
风叶 磁极 电刷
换
转
向
轴
器
换向片 换向器
电枢转子 压紧环
电枢绕组
绕组端部
15.1直流电机的工作原理、主要结构、额定值
二、直流电机主要结构
定子（固定部分）
转子（转动部分）
主磁极 换向极 机座 端盖 轴承 电刷装置
15.1直流电机的工作原理、主要结构、额定值
一、直流电机工作原理 （一）直流发电机工作原理 eBlvB
通过电刷和换向器将交流 变成直流，其作用相当于单 相全波整流器。
15.1直流电机的工作原理、主要结构、额定值
一、直流电机工作原理 （一）直流发电机工作原理
增加导体数可减少感应电动势和电磁转矩的脉动。当 每极下导体数大于8时，脉动可小于1%。
电功率
机械功率
一台电机既可作为发电机运行，又可作为电动 机运行，这就是直流电机的可逆原理。
15.1直流电机的工作原理、主要结构、额定值
一、直流电机工作原理 （三）直流电机的可逆性
一台直流电机原则上既可以作为发电机运行，也可以 作为电动机运行，只是其输入输出的条件不同而已。 如用原动机拖动直流电机的电枢，将机械能从电机轴 上输入，而电刷上不加直流电压，则从电刷端可以引 出直流电动势作为直流电源，可输出电能，电机将机 械能转换成电能而成为发电机；如在电刷上加直流电 压，将电能输入电枢，则从电机轴上输出机械能，拖 动生产机械，将电能转换成机械能而成为电动机。这 种同一台电机，既能作发电机又能作电动机运行的原 理，在电机学理论中称为电机的可逆原理。
15.1直流电机的工作原理、主要结构、额定值
二、直流电机主要结构 （一）定子各部件安装结构
（1）主磁极 作用：建立主磁场。
构成：主极铁心和套 装在铁心上的励磁绕 组。
15.1直流电机的工作原理、主要结构、额定值
二、直流电机主要结构 （一）定子各部件安装结构
（2）换向极 作用：用于改善换向
构成：换向极常用整块钢或厚钢板制成。换向极的数 目一般与主磁极相等。在小功率直流电机中，换向极 数量通常只有主磁极的一半，或不设置换向极
15.1直流电机的工作原理、主要结构、额定值
一、直流电机工作原理 （二）直流电动机工作原理
左 手 定 则
ba n逆时针转向
f Bil
ba n逆时针转向
15.1直流电机的工作原理、主要结构、额定值
一、直流电机工作原理 （二）直流电动机工作原理
电动机运行关键：要使电枢受到一个方向不变的电磁转 矩，即当线圈边在不同极性的磁极下时受到的电磁转矩 方向不变。
15.1直流电机的工作原理、主要结构、额定值
二、直流电机主要结构 （一）定子各部件安装结构
（3）机座 作用：1、主磁路的一部分；
2、电机的结框架。 构成：用厚钢板弯成筒形焊成或铸钢件制成。
15.1直流电机的工作原理、主要结构、额定值
二、直流电机主要结构 （一）定子各部件安装结构
（4）电刷装置
作用：电枢电路的引出（或引入）装置。
15.1直流电机的工作原理、主要结构、额定值
二、直流电机主要结构 （二）转子各部件安装结构
15.1直流电机的工作原理、主要结构、额定值
直流电机基本知识
什么是直流电机？
定义：将直流电能和机械能相互转化的旋转 电机，它可用作电动机或发电机
直流电机的用途 1.作电源用——直流发电机 2.作动力用——直流电动机
3.信号的传递
作为测量元件——直流测速发电机 作为执行元件——直流伺服电动机
直流电机的优缺点
优点：
直流发电机的电势波形较好，电磁干扰较小。 直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。 直流电动机过载能力较强，起动和制动转矩较大。
产生磁场、电机的机械支撑
• 电枢铁心 • 电枢绕组 • 换向器 •轴 • 风扇
感应电势，而实现能量转 换的部分
15.1直流电机的工作原理、主要结构、额定值
二、直流电机主要结构
15.1直流电机的工作原理、主要结构、额定值
二、直流电机主要结构 （一）定子各部件安装结构
•极数：主磁极的个数，等 于2p
15.1直流电机的工作原理、主要结构、额定值
一、直流电机工作原理 （一）直流发电机工作原理
提问
哪些部件转动、哪些部件不动？ 绕组线圈电流性质、电刷端电流的性能？ 实际电机结构要在物理模型上作哪些改动？
转动：绕组线圈、换向器； 静止：主磁极、电刷 绕组线圈：交流；电刷端：直流 增加铁心、绕组线圈数、轴承、端盖等