7.1 直流电机的结构（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7.1 直流电机的结构 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 直流电机的结构学情分析指出，学生通常对直流电机的基本组成有初步了解，但对其内部工作原理和各部件功能的理解可能不够深入。学生可能会识别出定子和转子作为电机的主要部分，但对电刷、换向器、主磁极等关键部件的作用和重要性认识不足。此外，学生在理解励磁方式（如他励、并励、串励）对电机性能影响方面可能会遇到困难。教学中应注重通过实例和实验来加强学生对直流电机结构和功能的认识，以及对电机工作原理的深入理解。 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。 掌握内转子式直流电机结构 掌握外转子直流电机的结构(简介) 掌握并学会转子(电枢)的内容 学习任务 描述 掌握内转子式直流电机结构 掌握外转子直流电机的结构(简介) 掌握并学会转子(电枢)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 掌握内转子式直流电机结构 掌握外转子直流电机的结构(简介) 教学难点 掌握并学会转子(电枢)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） 预习内转子式直流电机结构 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） 直流电机是指能发出直流电流的发电机，或通以直流电流而转动的电动机。 直流电动机与交流电动机相比较，具有以下显著优点：它具有良好的启动性能，启动转矩较 大；能在较宽的范围内进行平滑的无级调速；还适宜于频繁启动。因此，凡要求广范围无级调速， 或者要求较大启动转矩的场合都采用直流电动机作为动力。它应用于电力机车、无轨电车、轧钢 机、矿井卷扬机、大型机床、起重机等设备中，还应用于电动汽车、电瓶车、电动自行车和携带式电 动工具中。小容量的直流电动机大量应用于自动控制系统中。 直流发电机则作为各种直流电源，用于直流电动机的电源，化学工业中电解、电镀的电源，发 电厂中同步发电机的励磁电源，也称励磁机。 直流电机也存在一些缺点，如制造中消耗有色金属较多，工艺较复杂，成本较高，运行中，电 流换向的故障较多，维修比较麻烦，运行过程中容易产生火花。对于粉尘比较大，易燃易爆场所 直流电机很难应用，这是它致命的弱点。这些使直流电动机的广泛应用受到了一定的限制，没有 交流电机应用广泛。 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 、内转子式直流电机结构 1.定子 定子的作用是产生磁场并作为电机本身的机械支撑。(1)主磁极主磁极由铁心及线圈两部分组成，通过螺钉固定在机座上。如图7-3所示，主 磁极铁心通常采用1~1.5 mm厚的钢板经冲剪叠压而成。铁心的近气隙部分做成弧形，使气隙 中的磁通能均匀分布，并能挡住套在铁心上的励磁绕组，不致脱落。铁心的弧形部分通常称为极 掌。将绕制好的线圈——通常称为励磁绕组，套在铁心上组成主磁极。 (2)换向磁极 换向磁极又称附加磁极，也是由铁心和线圈组成。其铁心多采用扁钢，大容 量电机采用薄钢片制成。其励磁绕组的匝数较少，并与电枢绕组串联。换向磁极通常安装在两个相邻的主磁极间的中性线上，所以又称间极。如图7-4(a)所示，其数量与主磁极相同或为其一半，也用螺钉固定在机座上。 (3)机座机座通常用铸铁、铸钢或钢板焊接而成。机座中传导磁通部分称为磁轭，主要作 用有三：一是作为磁轭传导磁通，它是电机磁路的一部分；二是用来固定主磁极、换向磁极、电刷 装置和端盖等部件；三是借用机座的底脚将电机固定在基础上。因此，机座必须具有足够的机械 强度和良好的导磁性能。 (4)电刷装置 电刷装置主要由电刷、刷握、刷杆、刷杆座及压紧弹簧(片)等零件构成，如 图7-5所示。(5)端盖端盖一般用铸铁制成，其作用是：①装有轴承支撑转轴转动，并有电刷装置固定 其上；②能保护电机避免外界杂物落进；③维护人身安全，防止接触电机内部器件受到伤害。 (6)补偿绕组补偿绕组置于主磁极的极靴内，并且与主电路串联。其作用是用以抵消极 靴范围内电枢反应磁通势，以改善磁场性能。 只有大容量电机在换向困难的情况下，才安装补偿绕组。 主要讲解内转子式直流电机结构。 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.转子(电枢) 转子通常称为电枢，它的作用是产生感应电动势和电磁转矩，实现能量的转换。 (1)电枢铁心 电枢铁心由硅钢片构成。为了减小涡流损耗，它采用0.35 mm 厚的相互绝缘 的硅钢片冲制叠压而成。有的为了加强电机冷却，在电枢铁心上冲制轴向通风孔，在较大型电机的 电枢铁心上还安排有径向通风槽，用通风槽将铁心沿轴向分成数段，每段长40～100 mm,通风槽 的宽度一般为10 mm。整个铁心固定在轴上，与轴一起旋转。电枢铁心及冲片形状如图7-6所 示，冲片四周槽口供安放电枢绕组。 电枢铁心有两大作用：一是作为电机主磁路的一部分，传导磁通；二是作为嵌放电枢绕组的 骨架。 (2)电枢绕组 电枢绕组通常用绝缘的铜线或扁铜线在模具上绕制成线圈后再放置于电 枢铁心槽中，并且用槽楔封口，以防止运转时抛出。伸出槽外的绕组端部，用玻璃丝带或非磁 性钢丝带扎紧，线圈可做成单匝或多匝。每个线圈的端头按一定规律接到换向器上，如图7-6 所示。 电枢绕组的作用是作为发电机运行时，产生感应电动势和感应电流；作为电动机运行时，通 电后受到电磁力的作用，产生电磁转矩。 (3)换向器 3.其他部分 其他部分有风扇、转轴、支架、气隙。 风扇为自冷式电机中冷却气流的主要来源，防止电 机温升过高。 教师根据转子(电枢)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、外转子直流电机的结构(简介) 电动轮式电机是一种外转子式永磁直流电机，如图7-8所示。其结构是定子铁心、定子绕组 在内，转子在外，将永久磁铁固定在车轮上，与车轮一起转动。定子铁心固定在轴上，定子绕组固 定在定子铁心上。取消了机械换向器和电刷，采用逆变器(将直流变成交流)进行电子换向。电 机内的旋转磁场由逆变器供电产生。 三 、无刷直流电机结构(简介) 有刷直流电机以其优良的转矩特性在运动控制领 域得到了广泛的应用。但是机械电刷却是有刷电机的 一个致命弱点。为此，早在1917年有人提出了用整流 管代替有刷直流电机的机械电刷，从而诞生了无刷直 流电机的基本思想。1955年美国D. 赫尔森等人首次 申请了用晶体管换向线路代替有刷直流电机机械电刷 的专利，标志着现代无刷电机的诞生。图7-8 电动轮式电机的结构 教师讲解外转子直流电机的结构(简介)，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：总结内转子式直流电机结构。 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） 直流电机的结构课程主要介绍了直流电机的两大组成部分：定子和转子。定子包括主磁极、换向极、机座、端盖等，负责产生磁场和支撑电机结构。转子，也称为电枢，由电枢铁芯、电枢绕组、换向器等组成，是能量转换的关键部分。课程还涉及直流电机的励磁方式，如他励、并励、串励和复励，每种方式对电机的性能和应用有着直接影响。此外，课程强调了电刷和换向器在直流电机中的重要性，它们确保了电机运行的连续性和稳定性。通过这门课程，学生能够理解直流电机的基本构造和工作原理，为进一步的学习和实际应用打下坚实的基础。 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.简述三相星形桥式电路电机绕组与晶体管的通电。 2.简述直流电机PWM 调速系统框图。 3.简述直流电机PWM调速系统框图。 板书 设计 六、教学评价 教学评价 七、教学反思 教学反思 在本次直流电机结构课程的教学中，我注重了理论与实践的结合，通过直观的模型和图解帮助学生理解定子和转子的构成及其功能。然而，反思发现在讲解电刷和换向器的作用时，未能充分激发学生的探究兴趣，这部分内容的讲解稍显枯燥。未来，我计划引入更多互动式教学方法，如小组讨论和实际操作演示，以增强学生的参与感和理解深度。同时，我也意识到需要加强对学生反馈的重视，及时调整教学策略，确保每个学生都能跟上课程进度。 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 $$