《机电设备电气控制技术基础知识》教案
教案
教与学互动设计
教师活动内容学生活动
内容
时间
[引入新课]
在日常生活中和生产活动中有很多场合都离不开电机，很多电器是用直流电机带动的，如家里的洗衣机、微波炉；工厂中的大型轧钢机、龙门刨床等；我们把能将直流电能与机械能之间相互转换的电力机械称为直流电机。
按用途可分为直流电动机和直流发电机。
（一）、自主、合作、探究（讲授新课）
本课程的性质、内容、任务和要求
本课程是高等职业院校机电一体化专业核心课程“机电设备电气控制技术”中重要的组成模块，是本专业学生必修的综合技术课程。
通过本课程的学习和项目训练，使学生了解电动机、变压器、常用低压电器等电气设备的基本结构、工作原理、工作特性及铭牌数据，掌握电动机、变压器、常用低压电器等电气设备的使用，并培养学生具备电机维护维修、企业机电设备电气控制系统安装、调试与维护等的基本职业能力，并为学生后续专业课程的学习做前期准备。
一、直流电机的特点和用途
1、直流电机的特点
（1）优点
与交流电动机相比，具有优良调速性能和起动性能。
能提供无脉动的大功率直流电源，输出电压可以精确地调节和控说明开设
本课程的
目的和意
义，介绍本
课程的学
时安排，说
明本课程
的考核方
法
学生在老
师讲解的
基础上学
生归纳（教
师补充）
10分
35分
制。
（2）缺点
制造工艺复杂，成本高；
运行时电刷与换向器之间易产生火花，可靠性差；
2、直流电机的用途
在某些要求调速范围大、速度高、精密度好、控制性能优异的场
合，直流电动机现占有较大的比重。如：矿场卷扬机、厢轿式高
速电梯、城市电车、地铁列车、电动自行车等等。
直流发电机主要用作直流电源，如直流电动机的电源，直流电焊
机电源等。
二、直流电机的基本结构
教师讲解，
学生思考、
理解
35分
直流电动机与直流发电机的结构类似。直流电机是由定子（主磁
极、换向磁极、机座、电刷装置、端盖等）、转子（电枢铁心、
电枢绕组、换向器、转轴、风扇等）及两者之间的气隙组成的。
1、主磁极
产生主磁通，由铁心和励磁绕组组成。绕组由绝缘铜线绕制而成，
与铁心绝缘，主磁极上的线圈串联，主磁极成对出现，按N极和
S极交替排列。
2、换向磁极
产生附加磁场，用以改善电机的换向性能。极性在作为发电机运
行时，与电枢导体将进入的主磁极极性相同；在作为电动机运行
时，与电枢导体刚离开的主磁极极性相同
3、机座
既可用来固定主磁极、换向磁极和端盖等，又可作为磁路的一部
分称为礠厄。
4、电刷装置
连接电枢绕组和外电路，起固定作用。由电刷、刷握和刷杆座组
成。
5、电枢铁心
通过磁通和安放电枢绕组。电枢铁心具有轴向冷却通风孔，可迅
速降低铁心的温度。
6、电枢绕组
产生感应电动势和通过电流产生电磁转矩，实现机电能量转换。
7、换向器
每个换向片与绕组的每个元件的引出线焊接在一起，用于将直流
电动机输入的直流电流转换成电枢绕组内的交变电流，产生恒定
方向的电磁转矩，使电动机连续运转。
（二）总结拓展
1、直流电机的特点及应用
2、直流电机的结构及各元件的作用
（三）、布置作业
学生回顾
归纳教师
总结
10分
教案
2.直流电动机的工作原理
直流电动机与发电机的结构相同。当给电刷AB旋加一直流电压，导体ab,cd中就有电流流过，由电磁力定律可知导体会受到电磁力作用。可通过左手定则判断，导体处于N极下与电刷A接触电流向外流，产生电磁力矩为逆时针；导体处于S极上与电刷B接触电流向里流，产生电磁力矩仍为逆时针。转子在该电磁力矩作用下开始旋转向外输出机械功率。
工作原理：当直流电动机接入直流电源时，借助于电刷和换向器的作用，使直流电动机电枢绕组中流过方向交变的电流，从而电枢产让学生根
据教师讲
解总结出
直流电动
机的工作
原理
35
分
教案
教与学互动设计
教师活动内容
学生活动
内容
时间（一）、创设情境、激趣导入（导入新课）
【知识回顾】
介绍一下直流电机的工作原理？
（二）、自主、合作、探究（讲授新课）
一、直流电机的铭牌数据与系列
1、直流电机铭牌数据
电机制造厂按照国家标准，规定了电机的正常运行状态和条件，称
之为额定运行。表征电机额定运行情况的各种数据均称为额定值。
表1-1直流电动机的铭牌
型号Z
2
-72 励磁方式并励
额定功率22kW 励磁电压220V
额定电压220V 励磁电流 2.06A
额定电流110A 定额连续
额定转速1500r/min 温升80O C
出厂编号×××××出厂日期×年×
×××××电机厂
（1）、型号:
（2）、额定功率N P：是电机在额定情况下允许输出的功率，发
电机是指向负载输出的功率N N N
P U I
=；电动机是指轴上输出的机
械功率N N N N
P U Iη
=。
（3）、额定电压N
U：在额定情况下，电动机的额定电压是输入
电压，发电机是指额定功率时的输出电压。
（4）、额定电流N I:是电机在额定负载时允许电机长期流出或
流入的电流。
（5）、额定转速N n:电机运行在额定电压、额定电流、额定功
率时所对应的转速。
2、直流电机系列
（1）Z2系列：一般用途的小型直流电机系列。“Z”表示直流，“2”
表示第二次改进设计。属于防护式。
学生回答
学生在教
师讲解的
基础上思
考总结
10分
35分
若以0P表示空载损耗，2P表示电动机轴的输出功率，则：
1202
M Cu Cu Cu Cu
P P P P P P P P P P
''
=++=+++=+∑
P
∑：电动机的总损耗。
电动机功率流程图
练习：写出发电机的电动势平衡方程式和转矩平衡方程式
a a a
E U I R
=+
10
T T T
=+
T：电磁转矩；
1
T：发电机转轴上的转矩
（三）、总结拓展
学生总结重点、难点
教师点评：
重点：掌握直流电机额定值的简单计算
难点：理解直流电机的基本方程
（四）、布置作业
1、完成课后习题
2、预习下一小节内容
学生总结
教师补充
10分
教案
教 与 学 互 动 设 计
教 师 活 动 内 容
学生活动内容
时间 （一）、创设情境、激趣导入（导入新课） 【知识回顾】 举几个直流电机的型号、系列，说说它们的含义？ （二）、自主、合作、探究（讲授新课） 一、电气传动系统 原动机带动生产机械的工作机构运转，完成一定生产任务的过程称之为驱动。用电动机作为原动机的驱动称为电气传动。 1、电气传动系统的组成 由电动机、传动机构、生产机械的工作机构、控制设备及电源组成。 2、电气传动系统的运动方程
电动机负载运行时，一般情况下0L T T >>,可忽略0T ，当电磁转矩T
的方向与转速n 方向一致时取正号，负载转矩L
T 的方向与转速n 方向相反时取正号。
2375L GD dn
T T dt
-=
2
375
GD
：反映电气传动系统机械惯性的一个常数。 二、生产机械的负载特性
1、恒转矩负载：任何转速下，负载转矩恒定或大致恒定； （1）阻力性恒转矩负载特性（例如摩擦力）
（2）位能性恒转矩负载特性（例如起重机）
学生回答
让学生联
系实际进
行讨论
10 35
电源
控制设备 电动机 传动机构 工作机构
2、恒功率负载：例如机床切削、粗加工时，切削量大，负载转矩
大，低速加工，而精加工时，切削量小，负载转矩小，可高速加工，
负载转矩和转速呈反比；
3、风机、水泵负载：速度低，负载转矩小，负载转矩大致与转速
的平方成正比。一定的电动机械特性和不同的生产机械负载特性的
配合，可以得到不同的工作状态，即得到不同的转矩和不同的转速。
三、他励直流电动机的机械特性
机械特性：n=f(T)是指在一定的条件下，电磁转矩和转速两个机械
量之间的函数关系。
1、固有机械特性
三个量U,Φ,Rp可以改变机械特性
U=UN,Φ=ΦN,Rp=0时的机械特性称为固有机械特性。其方程为
n=U/(CeΦN)-RaT/(CeCTΦN2)
由于Ra很小，转矩T增大时，n下降很小，他励电动机的固有机
械特性是一条比较平的下降曲线。（硬特性）
教师讲解，
学生思考、
理解
35
2、人为（人工）机械特性
改变三个量U,Φ,Rp之一而其他量不变时可以得到人为机械特性。
（1）电枢回路串电阻时的人为机械特性
n=U/(CeΦN)-
（Ra+Rp)T/(CeCTΦN2)
对应于不同的Rp可以得到一簇斜率不同射线。
（2）改变电枢电压的人为机械特性
n=U/(CeΦN)-
RaT/(CeCTΦN2)
斜率不变，理想空载转速n0不同的一簇平行线。(U （3）减少电动机气隙磁通的人为机械特性 n=U/(CeΦN)- RaT/(CeCTΦN2) Φ减少时，n0增大同时β增大。 （三）、总结拓展 学生总结重点、难点 教师点评： 重点：掌握直流电机的机械特性 学生自己 总结，教师 补充 10 教案