6.5 同步电动机的启动方法（教案）-《电机与变压器》同步精品课堂（高等教育出版社）

《电机与变压器》教案 详 细 教 案 一、设计摘要 课程课题 任务6.5 同步电动机的启动方法 授课教师 1 学时数 1 授课班级 人数 授课时间 教学地点 理实一体化教室 二、设计意图 学情分析 同步电动机的启动方法学习中，学生普遍能够理解同步电动机需要特殊的启动策略以弥补其自身启动转矩不足的问题。他们能够掌握基本概念，如异步启动法、辅助电动机启动法和变频启动法。然而，学生在理解这些启动方法的具体实施细节和原理上存在难度，特别是在励磁系统的调节和变频器的应用方面。 背景分析 变压器的分类主要基于其用途、冷却方式、相数、频率和结构等。例如，按用途可以分为电力变压器和仪用变压器；按冷却方式可以分为油浸式和干式；按相数可以分为单相和三相变压器；按结构可以分为芯式和壳式等。在课程中，了解变压器的结构和分类对于学习其工作原理、设计、应用和维护至关重要。这有助于学生在实际工作中选择合适的变压器类型，以满足特定的技术要求和操作条件。 学习目标 设定 素质目标 知识目标 能力（技能）目标 培养学生利用电机拖动技术解决实际工程问题的能力。 掌握异步启动法结构及启动过程 掌握辅助启动法 掌握并学会调频启动法的内容 学习任务 描述 掌握异步启动法结构及启动过程 掌握辅助启动法 掌握并学会调频启动法的内容 教学资源 准备 教师准备：讨论主题、学生任务书； 学生准备：在线讨论、完成任务书。 教学重点 掌握异步启动法结构及启动过程 掌握辅助启动法 教学难点 掌握并学会调频启动法的内容 教学难点突破方法 重新梳理电机在国民经济中的作用，强化对知识难点的深度把握，调整本节课的相关内容，利用简明易懂的语言，深入浅出的方式，阐述基础理论知识，做到粗细结合、详略得当， 有助于学生的学习和理解。 三、教学策略 教法 讲授法、演示法、讨论法； 学法 小组讨论法、 自主阅读法。 四、教学资源 教材工具材料 《电机与变压器》，主编：王生，2015年3月第5版；高等教育出版社出版。 教学情景 创设 五、教学过程 教学环节 教学内容 教师活动 学生活动 设计意图 知识复习与回顾（2分钟） [引入主题]（2分钟） 预习同步电动机的启动方法 提出问题，认真回答问题。 接收并查看本节课堂任务书。查看并记住本节任务的学习目标。 1、组织学生回答问题，使同学们提起兴趣，对学习内容参与度更深。 2.下发和展示任务，让学生明确课堂任务，学习课堂知识。 新 课 导 入 （3分钟） [新课引入] （3分钟） 引导学生分析任务书，明确本节课的学习内容。 通过任务书，采用提问方式引出今天的内容。 1.跟上老师思路。 2.学生分小组交流讨论，总结出小组答案。 激发学生探索学习的欲望与兴趣，还可以把本次课程的内容快速引入课堂。 探索 新知（2分钟） [探索新知] （2分钟） 同步电动机本身无启动转矩，如图6-22所示，所以通电以后，转子不能自行启动。 定子通入三相电流后，产生定子旋转磁场，旋转方向为顺时针旋转，在图6-22(a) 所示的瞬 间，定子磁场顺时针旋转，由于异性磁极相吸引，旋转磁场对转子有一个转矩，欲把转子拖转。但 是由于转子惯性很大，转子不能立即以同步转速旋转。旋转磁场转速却很快，当定子旋转磁场转 过180°电角度时(即定子电流经过半个周期),定子旋转磁场的位置变为图6-22(b) 所示。这时 定子磁场对转子磁场产生一个反向作用的转矩，转子还是因惯性不能转动。在电流变化一个周 期内旋转磁场对转子的平均转矩为零，所以转子不能启动。 上课前老师收集相关的新专业、职业、技能等知识。 学生对新专业了解后，再上网查一下新专业所涉及的知识点。 使用学生对新专业有个大概了解，自己再去收集相关资料补充自己的知识面。 学 习 新 知（14分钟） [学习新知] （14分钟） 一 、异步启动法 1.异步启动法结构及启动过程 在设计和制造同步电动机时，在转子磁极的圆周表面上加装一套启动绕组。绕组的形式与 笼型异步电动机一样，在转子磁极表面的槽内嵌入铜条，两端用端环把铜条短接，构成笼型启动 绕组，如图6-23所示。这种在转子上加笼型启动绕组的方法称为异步启动法。 在启动前，先将励磁绕组经过电阻RM=(5～10)r₁(启动电阻RM,励磁绕组电阻 r,) 短接，如 图6-24所示。这样可防止刚开始转动时励磁绕组切割磁感线而产生很大的电动势，从而避免对 人或设备造成危害。 主要讲解异步启动法。 学生在书本上找出对应的内容并勾画出重点内容。 通过直观教学法，使用电教媒体PPT 的形式，不仅能进一步激发学生的兴趣，也有利于加深学生对知识的理解和对内容的掌握。 2.异步启动原理 装有启动绕组的同步电动机转子结构如图6-23所示。启动绕组在启动时产生异步转矩，此 转矩在启动过程中起主要作用。 同步电动机在异步启动过程中，作用在转子上的转矩有四种：一是励磁绕组产生的单轴转 矩；二是启动绕组产生的异步转矩；三是磁阻转矩；四是励磁绕组励磁后产生的同步转矩。 单轴转矩是同步电动机在异步状态下由励磁绕组中流过感应电流与气隙磁场相互作用产生 的。由于励磁绕组相当于一个单相绕组，故由此而产生的转矩称为单轴转矩。这是因为同步电 动机作异步启动时，不允许将励磁绕组开路。若开路，在刚启动时，气隙磁场与转子之间的相对 转速很大，励磁绕组的匝数又很多，将在两端产生很高电压，很可能破坏绕组的绝缘，并危及人身 安全。但若将励磁绕组直接短路，则在励磁绕组中感应出很大的电流，这个电流与气隙磁场作用 将产生较大的单轴转矩，其特点是在略大于半同步速时产生较大的负转矩，使电动机合成转矩曲 线发生明显的下凹，可能把同步电动机卡在此速度下不能继续升速。单轴转矩对同步电动机启动 的影响如图6-25所示。 教师根据异步启动原理讲解。 学生跟上老师的思路； 抽取学生回答老师的提问； 让学生能够快速的掌握工序等主要流程的内容 突破了课程内容难点。 二、辅助启动法 如果同步电动机中没有设启动绕组，可以用辅助启动法解决启动问题。就是用一台异步电 动机或其他动力机械(如柴油机等),把转子加速到接近同步转速时脱开，再通入定子电流及励 磁电流，就可以使电动机进入同步运行。 具体做法是辅助电动机通常采用和同步电动机相同磁极对数的异步电动机，且容量为主机 容量的5%～15%。启动时，先由辅助电动机将主机拖动到接近同步转速，再用自同步法将其投 入电网，然后切断辅助电动机电源。 辅助电动机也可以采用比同步电动机少一对磁极的异步电动机。异步机启动后，异步电动机的 同步转速高于主机的同步转速。待将主机拖动到高于主机同步转速后，再切断辅助电动机电源，使转 速下降，当转速降到等于主机同步转速时，立即将主机投入电网。这样可得到较大的整步转矩。 另外，还可以用和主机同轴的直流励磁机兼作辅助电动机，即把直流励磁机先当直流电动机 使用，将同步电动机拖动到接近同步转速，用自同步法将其投入电网后，再断开直流电源，当然 在启动过程中，主机励磁电流要由直流电网供电。 辅助电动机启动方法的缺点是不能带负载启动，否则，辅助电动机的容量将很大，启动设备 和操作也将变得很复杂。如用其他动力机械启动，道理也是如此。 三 、调频启动法 教师讲解辅助启动法，通过展示图片和理论相结合的形式，更形象的记忆 学生跟上老师的思路； 图片展示更加直观 学生再练习（6分钟） 4、分配任务：（6分钟）（思政导入：团队合作，培养学生学会思考，解决问题能力） 1）、以小组为单位回答问题：总结同步电动机的启动方法。 2）、每组派出代表回答老师提问 4）、学生分组相互评价 5）、老师点评，哪个组最好，回答最准确。评出优胜小组。 1、教师分配任务小组任务，随堂进行观察和指导。 2.讨论完成后，教师以提问形式选择学生进行问题的回答。 3.各组互评后，教师进行总结评价。 学生小组讨论后每个组派一人或者两人回答。学生之间互评打分。 学生对知识的一个巩固过程，调动学生的学习积极性。 课堂 总结（2分钟） 教师总结（2分钟） （引入思政教育：认认真真、严谨细致的工作态度、团队合作精神） 学生对于启动过程中如何精确控制电机的转速和转矩以实现平稳启动和减少对电网的冲击这一关键知识点，往往缺乏深入的理解。此外，他们对于不同启动方法的适用场景和优缺点的比较分析能力有待提高。 布置下节课任务（40分钟） 布置下节课任务（40分钟） 预习下节课内容 布 置 作 业（13分钟） [完成作业] （13分钟） 1.简述辅助启动法。 2.简述调频启动法。 3.简述单轴转矩对同步电动机启动的影响。 板书 设计 六、教学评价 教学评价 七、教学反思 教学反思 通过实际操作演示、案例研究和问题解决活动，可以增强学生对同步电动机启动方法的实际操作能力和理解深度。同时，强调理论与实践相结合，鼓励学生探索不同启动策略在实际工业应用中的效果，有助于提升他们的综合分析和应用能力。 教师分配任务 学分组讨论 学生问题提问 学生分组回答 教师总结 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$