课 程 教 案
（2019— 2020学年第二学期）
课 程 名 称： 电机拖动基础 学 分 学 时： 3学分48学时 授 课 班 级： 18自动化1班/2班 学 生 人 数： 70 选 用 教 材：张晓江等著，《电机及拖动基础》 开 课 学 院： 任 课 教 师： 教 师 职 称： 初级 教师所在单位：
教务处
周次 第1周，第1次课 第一章磁路 第一节磁路的基本定律 第二节常用的铁磁材料及其特性 第三节直流磁路的计算 第四节交流磁路的特点 理论课（√） 实验课（） 实习（） 章节名称 授课方式 教学时数 2 教学目标 及基本要求 1、理解电机磁路的特点及常用铁磁材料的特性，能够应用复数运算、三角函数变换、傅里叶级数、安培环路定律、电磁力定律、电磁感应定律等数学、物理知识对电机系统的电磁关系进行识别、判断和分解。 2、熟知直流电机、变压器、三相异步电动机、同步发电机等普通电机的基本结构、工作原理、基本分析方法、能量转换关系及工作特性；并能够根据需求进行理论分析，选择合适的方案获取电机特性及参数。 3、运用电机学的基础理论知识和分析方法，恰当表述电气工程系统的稳态问题，能够建立合适的数学模型进行电磁分析及参数计算，以获取解决方案。 直流电机的结构及电枢绕组，直流电机的磁场（重点与难点）；直流发电机的基本特性（重点）；直流电动机的基本特性（重点）。 教学重点、难点 电机是一种机电能量转换装置，变压器是一种电能传递装置,它们的工作原理都以电磁感应原理为基础，且以电场或磁场作为其耦合场。在通常情况下，由于磁场在空气中的储能密度比电场大很多，所以绝大多数电机均以磁场作为耦合扬。磁场的强弱和分布，不仅关系到电机的性能，而且还将决定电机的体积和重量；所以磁场的分析扣计箅，对于认识电机是十分重要的。教学基本内容 与教学设计 （含时间分配） 由于电机的结构比校复杂，加上铁磁材料的非线性性质，很难用麦克斯韦方程直接解析求解；因此在实际工作中．常把磁场问题简化成磁路问题来处理。从工程观点来说，准确度已经足够。 本章先说明磁路的基本定律，然后介绍常用铁磁材料及其性能，最后说明磁路的计算方法。 课堂教学2学时。其中，课程介绍20分钟；介绍电机的分类、用途及磁场中的基本物理量、铁磁材料的特性；磁路基本定律、交流磁路的特点70分钟。 第 1 页
讨论与思考题：有一闭合铁心磁路，铁心的截面积A＝9XlO-4m2，磁路的平均长度l＝o．3m，铁心的磁导率?Fe?5000?0，套装在铁心上的励磁绕组为500匝。试求在铁心中产生1T的磁通密度时，所需的励磁磁动势和励磁讨论、思考题、作业 电流。 及课后参考资料 作业：开一个长度δ＝5X10-4m的气隙，问铁心中激励1T的磁通密度时，所需的励磁磁动势为多少?已知铁心截面积AFe＝3X 3X10-4m2，μFe＝5000μ0。考虑到气隙磁场的边缘效应，在计算气隙的有效面积时，通常在长、宽方向务增加δ值。 本章与大学物理与电磁场密切相关，本章内容是对前期的复习与运用。同时带领同学产生对本门课程的兴起 教学后记
周次 章节名称 第1周，第2次课 第二章直流电机 第一节直流电机的工作原理及结构 第二节直流电机的铭牌数据 理论课（√） 实验课（） 实习（） 理论课（√） 授课方式 实验课（） 实习（） 授课方式 教学目标 及基本要求 知晓直流电机发展史； 知晓直流电机的结构及电枢绕组的联接规律； 理解直流电机磁场的分布特点及电枢反应的分析方法。 教学重点、难点 直流电机的结构（重点），直流电机的磁场（重点与难点）。 第 2 页
直流电机是电机的主要类型之一。直流电动机以其良好的启动性和调速性能著称，直流发电机供电质量较好，常常作为励磁电源。与交流电机相比直流电机的结构较复杂，成本较高，可靠性较差，使它的应用受到限制。近年来，与电力电子装置结合而具有直流电机性能的电机不断涌现，使直流电机有被取代的趋势。尽管如此，直流电机仍有一定的理论意义和实用价值。 本章先介绍直流电机的工作原理和基本结构，接着说明电机的磁动势和磁场，导出电机的电动势和电磁转矩公式，并分析直流电动机的稳态运行性能。 课堂教学2学时。 （1）介绍直流电机的发展历史；（20分钟） （2）介绍直流电机的工作原理。（40分钟） （3）介绍直流电机的基本结构；（30分钟） 2.1 直流电机的工作原理和基本结构 一、直流电机的工作原理 1、直流电机的构成 采用PPT上的图形介绍 2、直流发电机的工作原理 发电机：虽然线圈AX电动势是交流电动势，但由于换向器的整流作用，教学基本内容 与教学设计 （含时间分配） 电刷B1、B2间的输出电动势却是直流电动势 3、直流电动机的工作原理 电动机：在直流电动机中，外加电压并非直接加于线圈，而是通过电刷B1、B2和换向器再加到线圈上的。所以，导体中的电流将随其所处磁极极性的改变而同时改变其方向，从而使电磁转矩的方向始终保持不变。 4、脉动的减小 实现方法：电枢绕组由多个线圈串联而构成的。 二、直流电机的基本结构 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。 2、机座 作用：1)主磁路的一部分； 2)电机的结构框架。 构成：用厚钢板弯成筒形焊成或铸钢件制成。 3、电枢铁心 作用：1)主磁路的一部分； 2)电枢绕组的支撑部件。 构成：一般用厚0.5㎜且冲有齿、槽的DR530或DR510的硅钢片叠压夹紧而成 。 讨论、思考题、作业 及课后参考资料 讨论与思考题： 为什么直流发电机没有大规模推广 作业： 结合上一节课的内容，分析直流发电机由主磁通感应的电动势存在于哪第 3 页
些位置 课后参考资料： 《电机学》（第四版），辜承林编著，华中科技大学出版社，2017年。课后习题的本章部分。 教学后记 本章介绍了直流电机发展史与基本结构。主要内容是对前期知识的汇总与复习。从本章开始需要同学们学会用磁场的方式分析问题。 周次 章节名称 授课方式 教学目标 及基本要求 第2周，第1次课 第二章 第三节直流电机的绕组 第四节直流电机的励磁方式及磁场 理论课（√） 实验课（） 实习（） 教学时数 2 复习上节课内容：知晓直流电机的结构及电枢绕组的联接规律； 理解直流电机磁场的分布特点及电枢反应的分析方法。 理解直流电机磁场，直流电机的电枢反应 教学重点、难点 直流电机的结构及电枢绕组（重点与难点），直流电机的磁场的形成与分析方法（重点与难点）。 本节课说明电机的磁动势和磁场，导出电机的电动势和电磁转矩公式。 课堂教学2学时。 （1）介绍直流电机的结构，换向器构成及其作用；（20分钟） （2）介绍电枢绕组基本特点，节距概念，单迭绕组的展开图和电路图。（40分钟） （3）了解直流电机的励磁方式，空载磁场及电枢磁场，电枢反应；（30分钟） 直流电机的励磁方式 励磁绕组的供电方式称为励磁方式。按励磁方式，直流电机分为他励和自励两类： 1、他励式 (如图a） 其励磁绕组由其他电源供电，励磁绕组与电枢绕组不相连。 2、自励式 发电机 ：利用自身发出的电流励磁； 电动机 ：励磁绕组和电枢绕组由同一电源供电。 自励式 ·并励式(图b) ：励磁绕组与电枢绕组并联； ·串励式(图c) ：励磁绕组与电枢绕组串联； ·复励式(图d)：装有两个励磁绕组，一为与电枢并联的并励绕组，二为与电枢串联的串励绕组。 第 4 页
教学基本内容 与教学设计 （含时间分配）
电机拖动基础教案
