电机与拖动电子教案(精选8篇)
电机的定义
电机是一种能实现机电能量转换的电磁装置,是电动机和发电机的统称。将电能转换为机械能的电机称为电动机。将机械能转换为电能的电机称为发电机;将机械能转换为电能的电机称为发电机。
工作原理
电磁感应定律、电磁力定律及电流的磁效应。
构造的一般原则
用适当的导磁和导电材料构成能互相进行电磁感应的电路和磁路,以产生电磁功率和电磁转矩,达到能量转换的目的。
电机分类
旋转电机:动力电机:交流电机
感应电机:感应发电机
感应电动机
同步电机:同步电动机
同步发电机
同步补偿机
直流电机
直流发电机
直流电动机
微特电机:伺服电动机、步进电动机、测速发电机
变压器:电力变压器
升压变压器、降压变压器
特种变压器
自耦、三绕组、互感器
第一章 直流电机
直流电机优缺点:
优点:启动性能和调速性能好,过载能力大。
缺点:存在电流换向问题,结构工艺复杂,使用有色金属多,价格昂贵,运行可靠性差
直流电机发展形势
随着近年来电力电子学和微电子学的迅速发展,将逐步被交流调速电动机取代,直流发电机则正在被电力电子器件整流装置取代。但在今后一个相当长的时期内,直流电机仍将在许多场合继续发挥作用
一、直流电机的工作原理
直流发电机的工作原理:简单分析
一台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,只是外界的条件不同而已。如用原动机拖动直流电机的电枢,而电刷上不加直流电压,则电刷端可以引出直流电动势作
为直流电源,可输送电能,电动机将机械能变换成电能而成为发电机;如在直流电机的两电刷端上,加上直流电压,将电能输入,电机即可拖动生产机械,将电能变换成机械能而成为电动机。一台电机,即可作为发电机运行,又可作为电动机运行,这是直流电机的可逆原理
二、直流电机的结构
由两个主要部分组成:静止部分(称为定子),主要用来产生磁场
转动部分(称为转子)是机电能量转换的枢纽
在定转子之间,有一定的气隙称为气隙
三、直流电机的铭牌:额定值
四、直流电机的磁场
1、直流电机的空载磁场
2、直流电机负载时的磁场及电枢反应
3、直流电机的换向
五、直流电机的感应电势和电磁转矩
1、感应电势 Ea=Ce Φn 电机的电枢电动势Ea与每级磁通Φ成正比,与电枢转速n成正比
2、电磁转矩 T=CTΦIa
电磁转矩与每级磁通和电枢电流的乘积成正比
六、直流电机的工作特性
1、电压平衡方程式
2、转矩平衡方程式
3、功率平衡方程式
第二章、直流电动机的电力拖动
一、电力拖动系统的运动方程 T-TL=GD2/375 dn/dt 可确定系统的状态
方程式中各量正负号确定的规则
二、生产机械的负载转矩特性 恒转矩负载特性 :TL的大小不变 恒功率负载特性: TL与转速n成反比
风机泵类负载特性: TL与转速的平方成正比
三、他励直流电动机的机械特性
1、机械特性的一般表达式
2、固有机械特性
条件:当U=UN,Φ=ΦN, R=0时的机械特性
特点:硬特性
3、人为机械特性
电枢串电阻的人为特性
特点:1)n0不变
2)β变大,稳定性能变差 降低电压的人为特性
特点:1)n0与电源电压成正比
2)β不变 弱磁的人为特性
特点:1)n0变大
2)β变大
四、他励直流电动机的启动
电动机的启动要求:启动转矩足够大
启动电流不可太大
他励直流电动机的启动主要是设法减小启动电流
电动机的启动方式分为直接启动、降压启动、电枢回路串电阻启动 直流电动机一般不能直接启动
他励直流电动机的启动方法有电枢串电阻启动和降低电压启动
五、他励直流电动机的调速
1、调速的基本概念
2、调速指标
3、他励直流电动机的调速方法
1)电枢串电阻调速
特点:向下调速,有级调速,稳定性能变差,损耗大
2)降低电枢电压调速
特点:向下调速、无级调速,稳定性能不变,效率高
3)弱磁调速
特点:向上调速,有级调速,稳定性能变差,损耗大,受换向限制
六、他励直流电动机的制动
制动的特征是电磁转矩T与转速n的方向相反 制动的作用:
1、减速
2、匀速下放重物
他励直流电动机的制动方法有:能耗制动、反接制动、回馈制动
第三章 变压器
一、变压器的构造
变压器是一种利用电磁感应工作的静止的装置,其主要功能是将交变电压变为同一频率的另一种或几种交流电压。
1、铁芯:提供磁路
1)铁芯结构:分为心式结构和壳式结构两种
2)叠片形式:硅钢片裁成条状,采用交错叠片的方式叠装而成,接缝互相错开,为了减小气隙和磁阻
2、绕组:建立磁场
按高低压绕组在铁芯上放置方式的不同,绕组有同心式和交叠式
按电压高低分为一次绕组,二次绕组
3、附件
油箱:散热,绝缘,保护铁芯和绕组不受外力和潮气侵蚀 油枕:储油,减少油箱内油和空气的接触 气体继电器:瓦斯保护 绝缘套管:引出线 分接开关:调整变压比
二、变压器的基本工作原理
1、相关名称:
一次绕组,匝数N1:二次绕组,匝数N2
2、工作条件: 一次侧要加交变电压
3、磁场分布:
主磁通:大部分经过磁阻很小的铁芯闭合,与一次,二次绕组同时交链
漏磁通
很少一部分磁通经过磁阻很大的油或空气闭合
4、工作原理:
一次绕组通电,产生变化磁通,交链到二次侧,在二次侧感应出电势
4、特点:
A、变压器只能传递交流电能,而不能产生电能; B、它只能改变交流电压或电流的大小,不改变频率; C、而在传递过程中几乎不改变电压和电流大小的乘积(功率)
三、变压器的铭牌数据
四、变压器的运行原理
1、变压器的空载运行
空载运行时的物理情况
(1)二次侧空载,所以I2=0,U2=E2
(2)一次侧电流I0叫空载电流(或励磁电流)
(3)输出功率P2=0,所以输入功率P1几乎为0,P1=U1*I0,所以I0很小
空载运行时的电磁关系和平衡方程 磁场由励磁电流I0建立 经推导得 E1=4.44N1fΦm
E2=4.44N2fΦm 所以E1/E2=N1/N2=K(匝数比)
因为空载电流很小,所以I0Z1比E1小的多,数值上近似为 U1=E1 二次:U2=E2 所以
U1/U2=E1/E2=N1/N2=K
2、变压器的负载运行 一次侧:
U1=-E1+I1Z1 二次侧:
U2=E2+I2Z2
负载上的电压: U2=ILZL
3、变压器参数的测定(1)空载试验
试验目的: 测定空载电流I0,空载损耗(铁损)P0,计算励磁阻抗,变压比K 试验方法: 将低压侧绕组接额定电源,高压侧开路 计算变压器参数:
(2)短路试验
试验目的:测定短路阻抗ZK,铜损 试验方法: 计算变压器参数
五、变压器的运行特性
1、电压变化率
电压变化率: 反映二次侧端电压随负载变化的程度 电压变化率与三个因素有关: 变压器负载电流大小
负载的性质
变压器的阻抗参数
2、变压器的外特性
变压器的外特性:当一次侧端电压与功率因素均为常数,变压器二次侧绕组的端电压随负载电流的变化关系,即U2=f(I2)
3、变压器的效率和效率特性
变压器的效率:输出功率与输入功率之比的百分数
效率特性: 效率开始时随负载的增加而增加,在PCU=PFE时,效率最大,当负载过大时,效率开始下降 六、三相变压器
1、三相变压器的磁路
三相变压器组
三相变压器组可以看成是由三个相同的单项变压器组成的
磁路系统:若外加电压时三相对称的,则三相磁通一定是对称的
电路系统:高低压绕组分离,高低压绕组按要求连接(如△/△, Y/y连接)
三相心式变压器 结构:
优点:用材量少,重量轻,价格便宜
缺点:任何一相发生故障时,整个变压器都要拆换,备用容量是三相变压器的三倍,因此适用于中、小容量的电力系统
2、变压器的联结组
绕组的标记和极性:
三相变压器的连接组:
时钟法
3、变压器的并联运行(1)为什么要并联运行?
检修时备用,增加供电的可靠性
负载变化时刻调整台数
并联可满足大容量变压器的需求(2)并联的基本要求是什么?
空载时每一台变压器二次电流都为0,与单独空载运行一样,个变压器间无环流
负载运行时各变压器分担的负载电流应与它们的容量成正比
各变压器电流同相位,保证承担电流最大
(4)并联条件的技术条件有哪些?
各变压器的电压比相等(防止形成环流)
各变压器的联结组别应相同
(防止相位不同形成环流)
各变压器的短路阻抗角相等
(保证承担电流最大)
短路电压相等(保证负载电流应与容量成正比)
七、特殊变压器
1、自耦变压器
基本关系:电压关系 U1/U2=K
电流关系 I1=I2/K
自耦变压器的功率
S2=U2I2=U1I1 特点:
一、二次共用一个绕组 一、二次绕组既有磁耦合,又有电联系
二次功率部分通过磁耦合关系得到,一部分直接从电源得到
2、仪用互感器
电流互感器:
使用场合:测量大电流
基本结构:利用变压器原理,一次侧与被测电路串联,二次侧接安培表,相当于二次侧短路 注意几点:A为了降低被测电流,一次侧的匝数N1少,二次侧的匝数N2多
B二次侧电流决定于一次侧电流,因此可以短路,但绝不能开路。否则二次侧会产生很高的电压带来危险
C 二次侧绕组的一端和铁芯必须牢固接地,以免当互感器绝缘损坏时一次高压进入二次侧发生危险
电压互感器
使用场合:测量高电压
基本结构:利用变压器原理,一次侧与被测电路并联,二次侧接伏特表,相当于二次侧断路 注意事项:A 为了降低被测电压,一次侧的匝数N1多,二次侧的匝数N2少(相当于降压变压器)
B 二次侧绝不能短路
C二次侧绕组的一端和铁芯必须牢固接地,以保证安全
第四章 异步电动机 一、三相异步电动机的工作原理
1、旋转磁场的产生
产生的条件:一是空间对称的三相定子绕组,二是通入三相对称电流
2、旋转磁场的转向
3、旋转磁场的转速
4、工作原理
异步电动机是通过载流的转子绕组在磁场中受力而使电动机旋转的,而转子绕组中的电流由电磁感应产生,并非外部输入,故异步电动机又叫感应电动机
5、转差率
转差率S是异步电动机运行时的一个基本变量,负载变化时,S随之改变。空载时,S《0.005,满载时,S《0.06 二、三相异步电动机的基本结构
1、三相异步电动机的结构
(1)定子
定子铁芯:嵌放绕组,提供磁路
定子绕组:产生旋转磁场
(2)转子
转子铁芯:嵌放绕组,提供磁路
转子绕组:感应出电势、电流
(笼型和绕线型)(3)机壳气隙等 三、三相异步电动机的铭牌数据
1、额定容量 PN(单位:千瓦):指转轴上输出的机械功率
2、额定电压UN(单位:V):加在定子绕组上的线电压
3、额定电流IN
(单位:A):输入定子绕组的线电流
4、接线方式:定子绕组有Y和△两种接法 四、三相异步电动机的定子绕组
1、定子绕组的基本知识2、3、定子绕组的磁势和电势 单相绕组的磁势
空间上:呈矩形波分布
时间上:矩形波的幅值随时间做正弦规律变化
其轴线在空间上保持固定位置的磁势----------脉振磁势 三相交流绕组的磁势 空间上:呈正弦波分布 性质:旋转磁势
绕组的电势
定子绕组电动势
E1=4.44N1F1Φm 转子绕组电动势
E2=4.44N2F2Φm
转子绕组电动势与切割速度,即相对转速成正比(频率与转差率正比)这一点与直流电动机不同 五、三相异步电动机的运行分析
(一)关系情况
1、空载
n≈n1, s很小,I2、E2s很小,定子I0产生磁势,称励磁电流或空载电流
2、负载
N 3、启动时 (n≈0)s最大,I2、E2s很大 所以负载通过转速变化影响电磁平衡关系 (二)电压平衡关系 1、方程 定子电压平衡方程式: U1=-E1+I0Z1≈-E1 代数式:U1=E1=4.44F1NIΦm 转子电压平衡方程式 F2=sf1 E2s=SE20 2、磁势 F1+F2=F0 说明:三相异步电动机带负载时定子绕组的磁势和转子磁势的合成等于励磁磁势 六、异步电动机的功率和转矩 1、功率平衡关系 2、转矩平衡关系(与直流电动机相同) 七、异步电动机参数的测定 第五章、三相异步电动机的电力拖动 作为机电设备和电器元件的使用者,内部原理你可以简单了解但其外特性你必须掌握,否则你将无法正确选择和使用这些设备和元件,三相电动机的机械特性和直流电机的定义是一致的,但是其特性方程和特性曲线有着较大的差别 一、三相异步电动机的机械特性 (一)机械特性方程 1)物理表达式:T=CTΦmI2COSΦ2 (T是电磁作用的结果)2)参数表达式: 3)、工程表达式: U1-----------外施电源电压 F1-----------电源频率 R1,X1-------电机定子绕组参数 (二)固有机械特性曲线 1、形状(根据工程表达式来说明) AB段(S较大):为双曲线,T与S成反比 BO段(S很小):为执行,T与S成正比 2、启动点A,n=0.s=1 启动转矩倍数KT=TS/TN 一般取0.8~1.8 3、临界点B,s=sm,T=TM 过载能力λT=Tm/TN 4、同步点C,n=n1,s=0,T=0 (三)人为机械特性 1、降低定子电压的人为机械特性 2、转子回路串接对称电阻时的人为机械特性 二、三相异步电动机的启动 启动电流大而启动转矩小,是普通三相异步电动机固有机械特性的一对矛盾 对鼠笼异步电动机而言,主要是用降低定子端电压的方法来限制启动电流;而对绕线式异步电动机而言,主要使用转子回路串电阻启动,既可以限制启动电流,又可以增大启动转矩 笼型异步电动机: 1、电网容量允许,应尽量采用全压启动,使启动转矩不受损失而能满载启动 2、电网容量不够大时,应采用减压启动,以减小启动电流。 方法有定子回路串电阻或电抗、采用自藕变压器、星-三角换接等减压启动 但减压启动后,启动转矩与电压平方成比例下降,一般适用于轻载启动 绕线式异步电动机:有转子串电阻和串频敏变阻器两种方法启动 启动时,启动电阻最大,限制了启动电流并增大了启动转矩,改善了启动性能 三、三相异步电动机的调速 异步电动机有三种基本调速方法: 1、变电源频率f1调速 2、变定子磁极对数p调速 3、变转差率s调速 其中:变频调速是电力电子变流技术在电力拖动系统中的应用,代表现代交流调速技术的发展方向,可实现无级调速,适用于恒转矩和恒功率负载 变级调速是通过改变定子绕组接线方式来改变电机级数,从而实现电机转速的变化。变级调速属于有级调速 变转差率调速包括绕线式异步电动机的转子串电阻调速、串级调速和定子减压调速 四、三相异步电动机的制动 《电机与拖动基础》(以下简称:电机学)是本三院校电气工程及其自动化专业的一门重要的专业基础课,其教学效果直接影响到后续课程的学习。由于这门课程具有较强的理论性、系统性和实践性,且课程内容多、教学课时少、学习难度大,长期以来在教与学两方面都存在着较大的困难。 二、改革方向 考虑到本三院校学生的基础问题,以及应用型本科教育的特点———同普通本科相比,更强调的是实践性、应用性和技术性;同专科相比,要求学生具有较宽广的理论基础和可供广泛迁移的知识平台,要使学生具备较强的终身学习能力,有进一步发展的后劲,就有必要探索出一条适合这个层次学生的教学路子。具体措施如下: 1. 降低理论难度 电机学的概念抽象且推导繁琐,公式和结论众多。其中,最为枯燥的莫过于绕组和磁路两个方面:前者要求学生具有很强的空间想象能力和良好的几何基础;后者是整个电机学的理论基础,它要求学生具有很好的数学分析能力、逻辑思考能力,以及较好的物理基础。学生在学习这两个方面内容的时候,往往会感到十分困难,继而大大减少乃至丧失继续学习的动力。 为此,笔者认为既然本三院校更强调知识的应用性,也就是要求学生学会电机和拖动在实践中的应用,而不是去设计、制造电机,那么就很有必要掌握好电机学的理论深度、难度———既能满足电气专业要求,又不至于过深、过难;既能使学生掌握好电机基本理论,又尽量贴近电机应用的实际要求。在教学时,一些与实践联系较紧密的知识点可详细讲解,而对某些枯燥难懂的理论可只引出概念,不做详细论证。例如,在讲述直流电机的换向概念时,会涉及电磁场,非常抽象,这时可以仅对换向的电磁过程进行简单分析,把重点放在火花对电机运行危害和如何改善换向等内容上;在讲述直流电机绕组这个知识点时,可以以比较简单的4线圈绕组为例,不深究单叠、单波等绕组的连接规律,只要求记忆这两种绕组形式下的支路对数与磁极间的关系式即可;在讲述直流电机的电枢反应时,可把重点放在利用气隙磁密曲线分析电枢反应对主磁场的影响上[2]。这样处理所带来的好处就是既降低了理论分析的深度,又建立了必要的知识框架;既减轻了学生的学习负担,又突出了电机的应用特点。 2. 补充实际应用知识 前文已经提到,“应用型”的教育特点决定了教师在组织教学时应加强实用性知识的传授,而实用性强正是本课程的一大特点,为此,笔者认为在课堂上应该补充大量的生产实际中必需的基本知识。比如,电动机的选择原则是什么,它有哪些种类、形式,额定电压与额定转速的选择标准又是什么,额定功率的选择又和哪些因素有关,等等。在讲述这几个方面的内容时,可以以同学们比较感兴趣的三峡水电站或其它大型项目为例。又如,对电动机在运行时必然会出现的各种各样的问题与故障,教师可以简要讲述处理这些问题的大致方案。比如,对于电动机在运行时有异声的问题,教师可以讲述产生这个问题的原因及其相应的解决办法———如果是因为定子转子相擦,那就检查轴承、转子是否变形;如果是因为电动机两相运行,那就检查相应的接线处以及故障点等。这样,就大大开拓了学生的知识面,从而为其将来的工作打下良好的基础。 3. 加强实验课教学 就本课程而言,增强实验环节的意义是毋庸置疑的。笔者认为,实验不能仅限于连连线、读读仪表,而应该根据课程内容[3],增开实训项目,作为课堂知识的又一补充。具体来讲: 其一,增开电机拆装实训内容。学校可以专门聘请来自生产一线的具有丰富现场经验的技师或者由经过培训的任课教师担任指导教师,人手或者一个小组一台电机,从常用工具的使用开始,逐步介绍电机的拆装步骤、工艺等,通过边演示边练习的形式,对碰到的问题采用个别指正与集中讲解相结合的方式。如此,学生一方面加深了对课堂上所学知识的理解,另一方面锻炼了自己的动手能力特别是解决实际问题能力,更重要的是可以大大提高学生的学习积极性。 其二,增加或改革实验环节。电机实验教学是理论教学的深化和补充,通过实验教学不仅能进一步巩固和加深课堂所学理论知识,而且能提高学生动手、分析问题和解决问题的能力,从而为进一步提高学生多方面的综合能力奠定基础。传统的实验课总是在理论课之后,例如,在上完直流电机及直流电机的电力拖动后安排认识电机和直流发电机、直流电动机的实验,测试直流电机的工作特性和机械特性,以及电机的调速特性、能耗制动等;在上完变压器一章后安排单相变压器、三相变压器的相关实验等。这样做的好处在于,通过实验增加了学生对理论知识的理解,促进了学生对理论知识的吸收。但这样并不能解决问题,即教师在讲述电机工作原理时,学生会因没有感性的认识而存在很大的理解困难,为此,可以尝试改变某些实验教学的次序,比如在讲解电动机的结构、绕组等各部分组成前,可以先让学生进实验室看看实际的电机,并由实验教师负责讲解一下其物理结构,然后,回归课堂讲述原理。这样就避免了学生被动盲目地接受理论的现象,使抽象的理论变得直观易懂。在讲完理论之后,可以让学生再进实验室进行深层次的实验。也就是说,完全可以形成一个从实验到理论再到实验的过程。 4. 完善课堂教学 课堂教学是整个教学系统中最为重要的环节,因而如何使课堂更为精彩、更有效率是个值得研究的课题,结合本课程的特点,笔者认为以下两个方面是很有必要强调的: 其一,充分利用“对比教学法”。“对比法”是教师在讲授众多课程时常用的手段之一。由于本课程的内容前后联系较多,教师在讲授时多采用“对比法”,多注重前后、上下知识的对比,往往会取得事半功倍的效果。如变压器与异步电动机的对比,两者都是以电磁感应为原理进行工作的,主要区别在于前者是静止的,而后者是转动的,且完全可看作是一台有气隙的工作在旋转状态下的变压器,二者的理论有很大的相似性,变压器的分析方法如等效电路、相量图、方程式几乎都可以不加改变地推论到异步电机中;直流电机与异步电机的对比,直流电机实质是一台装换向器的交流电机,只是结构比异步电机复杂,使用、维护也较难;异步电动机与同步机对比,两者的定子相同,都是三相对称绕组,产生旋转磁场,只是转子有闭合线圈与电磁装置之区别。通过大量的对比,学生可以在轻松复习旧知识的同时掌握新知识,可谓一举两得。 其二,用好课件。多媒体课件具有形象生动、易于理解、直观效果好、条理清晰的特点,把它引入到《电机与拖动基础》教学之中可以有效地解决部分教学难题[1]。例如,三相异步电动机旋转磁场的产生,是电机学中的重点与难点,对于如何确定通入三相电流产生的磁场方向、定子与转子之间的关系,以及导体如何切割磁力线产生电磁转矩旋转等这些问题,如果一味用文字描述,学生常常难以理解。如果根据它的特点制作出相应的多媒体课件,使之能通过动画的形式形象地表示出线圈中通入电流产生的磁场方向、转子电磁转矩的旋转变化,从而使学生感觉很抽象的感应电势变化的关系非常清晰地体现出来,学生就能够很快地掌握电机的工作原理,并且印象深刻。此外,课件里面可以插入大量的图片,例如,在讲变压器结构原理时,如果教师只在课堂上讲铁心、绕组、附件,学生就很难想象里面的结构形式,根本达不到很好的教学效果,而如果先让学生看看变压器的外形、结构等相关图片,再对着图片来讲解各部分的结构、功能等,学生就会很直观地对变压器各部分产生很直接的认识,从而达到良好的教学效果。总而言之,可以通过多媒体手段,使学生在眼动、口动、脑动,以及合作、交流、讨论等愉快的情境中完成整个教学内容,这样会大大提高学生的学习兴趣和教学效率。 三、结语 通过以上的教学改革的讨论并将其付诸实践,在本课程的教学方面产生了不错的效果,不仅增强了学生的学习兴趣,提高了学习效率,而且实际动手能力也得到了很大锻炼。当然,《电机与拖动基础》的教学是个长期的、细致的、综合性的系统工程,只有不断改进、不断总结,才能不断完善,最终达到良好的教学效果。 参考文献 [1]赵真.浅谈《电机与变压器》的多媒体教学.职业教育研究, 2006.3. [2]吕玫.高职《电机与拖动》课程改革的实践.机械职业教育, 2006.3. 一、《电机与拖动基础》教学改革的必要性 1.教学目的和培养目标的需求 《电机与拖动基础》是电气工程专业的基础课程,该课程围绕着电气专业的理论和实际应用而全面展开,而面对电气技术在生产中更快的变化,需要更为“实用性、技能性、应用性”的新职业性的人才,这就对该课程的教学目标提出了更高的要求:要以教师为主导,学生为主体,以國民经济发展需要为培养目标,集“理论学习”和“技能训练”为一体,培养体系要从初级到高级、从理论到实践、再从实践到理论进一步升华。 2.全面协调课时比例 一般的《电机与拖动基础》课程将在一个学期内结束,大概在140~160个课时之间,怎样协调好课时的分配,在该课程中也极大地制约着学生对课程的理解,由于要培养学生理论实践相互发展,理论为实践做基础,实践又要升华为理论,因而更好地根据学生的基础水平,全面协调好理论课程和实践课程的比例关系,更好地推动实用性人才的培养。 二、理论课改革的措施 1.现阶段理论课堂上的不足 在实际教学过程中发现,学生学习该课程时比较吃力,教师授课难度也大,教学效果不理想。究其原因:一是职业技术院校学生基础知识较差;二是学生获取知识的途径单一,遏制了学生学习的主动性;三是教学内容繁杂、理论性较强,学生缺乏学习兴趣;四是专业实验室投资大,利用效率低。 2.提高课堂教学的生动性,激发学生兴趣 将单纯的教师讲课,学生听课的单一模式多样化,使课堂教学不再是书本知识的简单板书和叙述,而是充分利用多媒体设备,将理论、实验、实训等教学内容一体化设置。如《电机与拖动基础》课程中直流电机的结构部分相对抽象,学生对主磁极、换向极、电刷、换向器等没有充分认识,教师很难解释清楚、学生也很难想象其具体的形状,此时采用多媒体设备,将直流电机分解,学生就能了然于胸。教室、实验室与实训场地等教学条件一体化配置,让学生在课堂上边学习,边实践。通过实验、实训教学牢固树立起“实践先于理论,实践检验理论,理论源于实践”的思想。如在讲解他励直流电动机的调速过程中,可以要求学生根据他励直流电动机的机械特性进行分析,得出调速的方法,然后让学生直接进行试验,用实验验证理论,判断得出的结论是否正确,以此激发学生的学习兴趣。 3.改革教材,结合实际,发展课程特点 学生学习的主要途径是教材,而现在大多数教材内容繁杂,注重理论,缺少实践,这也是学生认为专业课难学、缺乏学习兴趣的主要原因之一。笔者认为,编写一本适合职业院校学生的教材必不可少。教材应注重实践,以“必需、够用”为原则,删减部分理论性强,较抽象的内容,加强针对性和实用性,改变原来的实践教学过分依附、服务于理论教学的状况,探索建立相对完善的教学体系,使理论教学和实践教学变成一个整体,相互渗透,有机结合。尽量减少课程中一些公式的推导,增加一些实际应用的例题,如一些实践性较强的小课题、小制作,让学生可以自己动手,以此提高学生的学习兴趣。面对企业设备的不断更新,教材还要结合企业需求,树立以人为本的教育观和课程观,按照培养适应社会经济发展要求的高素质人才的标准,设计职业技术教育中《电机与拖动基础》课程教学体系,教材不仅要注重传统技术,更要接触现代先进技术,以适应社会科学技术的迅猛发展。要正确处理好课程与企业新设备需求之间的关系,不断创新,让学生从课本中也能接触社会、了解社会,毕业后,能尽早融入社会。 三、实验课程教学改革措施 1.正确引导,培养学生自主学习的能力 一个高素质应用型人才不仅要具有扎实的理论功底,娴熟的技术应用能力,而且要具有较强的学习能力和技术创新的能力。现在许多职业技术院校培养的毕业生,普遍存在着理论功底相对较差,缺乏自我学习能力和技术创新能力。因此,我们在教学中,必须更新理念,要在培养学生自主学习的能力方面下功夫,对学生不能局限于“授之以鱼”,更重要的是“授之以渔”,使学生掌握正确的学习方法和思维方式。在教学内容上,适当压缩传统教学内容,提高教学内容的适应性。同时要强调对概念的理解,在课堂上要着重讲清重点、难点、思路、方法,有计划地安排适当内容由学生自学,写出自学总结。教师应结合本课程,给出相应的实际任务,课后让学生自由设计、自主完成。如介绍直流电机的原理后,可以让学生自己动手制作简单的发电机、电动机模型,这样不仅能使学生较好地掌握课程内容,还能培养学生创新思维和解决问题的能力,更能激发学生自主学习的兴趣。学习源于生活.所以应该引导学生在日常生活中仔细观察,观察这个时代和社会的新技术、新工艺、新材料、新产品及发展方向,多留心当前的先进设备,进一步引导学生开拓思路,拓展思维,拓宽视野,并将这些不具体却宝贵的东西应用于自己的实际之中加以实现。 2.加强素质教育,提高自身修养 教学改革是一项复杂的系统工程,改革成功与否不仅涉及教师和课程本身教学设计、教材教法,而且还涉及学生。教师的言行举止对学生起潜移默化的作用,学生创新能力的形成和提高,要靠教师的启发和引导,一个自身素质不高、创新意识不强的教师是无法启发和培养学生创新能力的。这就要求教师不仅具备较强的理论功底,还要有较强的实际动手能力,要不断拓宽和深化自身的专业基础知识,及时调整思维方法,增强创新意识,经常深入企业,了解企业动态,保持不断进行科学研究的活力,才能推动教学工作的常教常新。 职业技术教育本身是培养面向生产、服务、管理第一线的高素质的应用型技能人才。这就要求在提高教师自身文化修养的同时,提高学生综合素质,要把以知识教育为主转变到以素质教育为主上来,只有这样,才能适应社会经济发展的需要。 总之,随着社会的进步和经济的飞速发展,电机在企业设备更新中的不断应用,教育工作者必须努力跟上新时代的步伐,在教学实践中,以提高教学质量为中心,转变教育思想,更新教育观念,不断总结经验,不断探索,不断创新,为培养高素质人才而努力。 课程名称:电机与拖动 学 时 数:80学时 开课对象:矿山机电专业开课 单位:矿山机电教研室 二一六年八月二十日修订 一、课程性质 本课程为矿山机电专业学生必修的专业基础课。它以《电工电子技术》为基础,教学的目的使学生掌握各种电机的基本结构与工作原理,独立分析电力拖动系统各种运行状态和电机控制方法,掌握有关计算方法,合理地选择和使用电动机,为后续矿山电力拖动自动控制系统等专业课打下坚实基础,为从事矿山专业技术工作做好基本培养和锻炼。 二、教学目标 1、直流电机能力 通过对直流电机的学习,使学生能熟练的拆装一台直流电机,掌握其型号、结构、部件、绕组等,能对他励直流电机的运行特性进行初步的分析,并掌握直流电机故障分析基本能力。 2、小型变压器设计能力 通过小型变压器设计,使学生能够熟练掌握各类变压器的结构、工作原理及运行特性等,并掌握三相变压器的接线、连接组别及并联使用等。 3、异步电机拆装维修能力 通过异步电机拆装,使学生能够掌握异步电机的结构、型号、工作原理、绕组连接方式等。通过异步电机维修,使学生能够掌握异步电机基本特性、起速、调速、制动的类型及方法,并掌握异步电机常见的故障类型。 4、分析常见电力控制系统能力 通过电力控制系统学习,使学生能够掌握交流电机的启动、反转、调速、制动的接线和控制方法;熟悉常用接触器、继电器的结构与工作原理。 5、微电机能力 通过微电机的学习,使学生掌握几种微电机的`结构特点及用途,通过提升机的控制分析了解几种微电机的使用。 三、能力要求 1、直流电机能力 学生能在1小时内独立对一台小型直流电机进行拆装,并说明直流电机各结构部件名称及作用,并能对简单的故障进行处理。 2、小型变压器设计能力 学生在一周时间内做出小型单相变压器的设计内容,包括容量的确定、铁芯尺寸的确定、绕组匝数及导线直径的确定等。拥有三相变压器的接线、连接组别及并联使用能力。 3、异步电机拆装维护能力 能在3小时(5人组)内完成对矿用隔爆电机的拆装与维护,包括:正确的拆装顺序、绕组图的绘制(一相)、电机轴承的鉴定与维护、绝缘电阻的测定、电机与拖动课程设计星形、三角形解法等。 4、分析常见电力控制系统能力 会正确使用常用的电工工具,根据给定的电机控制原理图进行电气接线,能使用万用表进行控制电路电气故障的排查,初步运用电气控制原则设计电动机常用控制线路。 5、微电机能力 能够掌握伺服电动机、测速发电机、步进电动机、自整角机、旋转变压器、同步机的结构及特性。 解: CeNUNINRa2201120.450.18 nN950CTN9.55Ce9.550.181.72 n0UN2201222r/min CeN0.18RaCeCTN20.451.43 0.181.72nn0T12221.43T 2、一台他励电动机的铭牌数据为:PN=40kW,UN=220V,IN=207.5A,Ra=0.067Ω。(1)如果电枢电路不串接电阻起动,则起动电流为额定电流的几倍?(2)如将起动电流限制为1.5IN,求应串入电枢电路的电阻值。 解:(1)IstUN2203283.6A 设起动电流倍数为K Ra0.067KIst3283.615.8 IN207.5(2)如将起动电流限制为1.5IN,设串入电枢电路的电阻为RB, IstUN2201.5207.5 RB0.64 1.5IN 0.067RBRaRB 3、一台他励直流电动机数据为:PN=7.5kW,UN=110V,IN=79.84A,nN=1500r/min电枢回路电阻Ra0.1014(1)UUN,N条件下,电,求:枢电流Ia60A时转速是多少?(2)UUN条件下,主磁通减少15%,负载转矩为TN不变时,电动机电枢电流与转速是多少?(3)UUN,N条件下,负载转矩为0.8TN,转速为(800)r/min,电枢回路应串入多大电阻? 解:(1)CeNUNINRa11079.840.10140.068 nN1500nUNRa1100.1014Ia601528r/min CeNCeN0.0680.068(2)TNCTNIN TCTIa TNT IaNINNIN179.8493.9A 0。85N0.85nUNR1100.1014aIa93.91784r/min CeCe0.0680.850.0680.85(3)当负载转矩为0.8TN时,Ia0.8IN n UNRa1100.1014R0.879.84 R=2.47Ω Ia 8000.0680.068CeNCeN4、一台ZZ61他励直流电动机,PN=10kW,UN=220V,IN=53.8A,nN=1500r/min,电枢电阻Ra=0.13Ω试计算:(1)直接起动时,最初起动电流I1;(2)若限制起动电流不过100A,采用电枢串电阻起动时应串入的最小起动电阻值; (1)I1UN2201692.3A Ra0.13(2)如将起动电流限制为100A,设串入电枢电路的电阻为RB, IstUN220100 RB2.07 0.13RBRaRB5、他励直流电动机的数据为PN=30kW,UN=220V,IN=158.5A,nN=1000r/min,Ra=0.1ΩTL=0.8TN求:(1)电动机的转速;(2)电枢回路串入0.3电阻时的稳态转速;(3)电压降至188V时,降压瞬间的电枢电流和降压后的稳态转速;(4)将磁通减弱至80%N时的稳态转速。 解:(1)CeNUNINRa220158.50.10.204 nN1000TL=0.8TN Ia=0.8IN nUNRa2200.1Ia0.8158.51016r/min CeNCeN0.2040.204UNRR2200.10.3aIa0.8158.5830r/min CeNCeN0.2040.204UEUCeNn1880.2041016192.6A RaRa0.1(2)n(3)电压降至188V时,降压瞬间转速不能突变,n1016r/min 降压瞬间电枢电流 Ia降压后的稳态电枢电流Ia=0.8IN 稳态转速 nRaU1880.1 Ia0.815.8585r9/minCeNCeN0.2040.204NIaN0.8ININ158.5A 0.8N(4)当磁通减弱至80%N时,Ian UNR2200.1aIa158.51251r/min CeCe0.2040.80.2040.86、一台他励直流电动机,其铭牌数据为:PN=10kW,UN=110V,IN=112.1A,nN=750r/min,测得Ra0.1,设电机原工作在额定电动状态,负载为反抗性。(1)将电压反接,要使最大制动电流为2.2IN,求应串电阻的值;(2)在制动到n0时,不切断电源,电机能否反向运行?试求出稳态转速,此时电机工作在什么状态? 解:CeNUNINRa110112.10.10.132 nN750当采用电压反接时,UUN IB2.2IN nUNRRBaIa CeNCeN1100.1RB(2.2112.1)RB0.71 0.1320.132750(2)在制动到n0时 n UNRRB1100.10.71Ia Ia135A aIa 00.1320.132CeNCeN3 IaIN所以电动机可以反转。电动机反转稳态运行时,IaIN112.1A n 7、一台他励直流电动机的PN=17kW,UN=110V,IN=185A,nN=1000r/min,已知电动机最大允许电流Imax=1.8IN,电动机拖动TL=0.8TN负载电动运行。试求:(1)采用能耗制动停车,电枢应串入多大电阻?(2)采用电压反接制动停车,电枢应串入多大电阻? UNRRB1100.10.71aIa(112.1)145.1r/min CeNCeN0.1320.1322UNINPN211018517103解:(1)Ra0.065 2233185INCeNUNINRa1101850.0650.1 nN1000 nUNRa1100.065Ia0.81851004r/min CeNCeN0.10.1IBEaCn0.110011.8185 eNIN 0.065RRaRB1RaRB1B1RB10.24(2)IBUEaUCeNn1100.110011.8185 1.8IN 直流电机 1.直流电机有哪些主要部件?各用什么材料制成?起什么作用? 2.一直流电动机,已知PN=13kw,UN=220V,nN=1500r/min,η=0.85,求额定电流IN。3.一直流发电机,已知PN=90kw,UN=230V,nN=1450r/min,η=0.89,求额定电流IN。4.一台p对极的直流发电机,若将电枢绕组由单叠改为单波(导体数不变),问额定电压、额定电流和额定功率如何变化? 5.计算下列各绕组的节距y1、y2和绘制绕组展开图,安放主磁极和电刷,并求出支路对数。 1)单叠绕组2p=4,S=K=18; 2)单波绕组2p=4,S=K=19。 6.一台4极直流发电机,电枢绕组为单叠整距绕组,每极磁通φ=3.5×10 2wb,电枢总导体数N=152,求当转速n=1200r/min时的空载电动势E。若改为单波绕组,其他条件不变,则当空载电动势为210V时,发电机转速应为多少?若保持每条支路的电流I=50A不变,求电枢绕组为单叠和单波时,发电机的电磁转矩Tem各为多少? 7.什么叫电枢反应?电枢反应的性质与哪些因素有关?一般情况下,发电机的电枢反应的性质是什么?对电动机呢? 8.什么叫换向?为什么要改善换向?改善换向的方法有哪些? 9.说明装置换向极改善换向的原理,一发电机改作电动机或转向改变时,换相极绕组是否需要改接?为什么? 10.一台4极80kw、230V、930r/min的并励发电机,在75℃时的电枢回路电阻Ra=0.0259Ω,励磁绕组电阻Rf=22.8Ω,额定负载时励磁回路串入调节电阻Rpf=3.5Ω,电刷压降2ΔUb=2V,铁耗和机械损耗pfe+pΩ=2.3kw,附加损耗ps=0.05PN。求额定负载时,发电机的输入功率、电磁功率、电磁转矩和效率。 11.一台并励直流电动机,在额定电压UN=220V,额定电流IN=80A的情况下运行,75℃的电枢电阻Ra=0.01Ω,电刷接触压降2ΔUb=2V,励磁回路总电阻Rrf+Rpf=110Ω,附加损耗ps=0.01PN,效率η=0.85。求:(1)额定输入功率P1;(2)额定输出功率P2;(3)总损耗Σp;(4)电枢铜耗pcua;(5)励磁回路损耗pf;(6)电刷接触损耗pcub;(7)附加损耗ps;(8)机械损耗和铁耗pΩ+pFe。 12.什么叫发电机的外特性?他励发电机和并励发电机的外特性有什么不同?为什么? 13.一台并励发电机,额定运行时情况正常,当转速降为1/2nN时,电枢电压U=0,试分析原因。 14.一台并励直流电动机,铭牌数据为PN=96kw,UN=440V,IN=255A,IfN=5A,nN=1550r/min,并已知Ra=0.078Ω。试求:(1)电动机的额定输出转距TN; (2)电动机的额定电磁转距Tem;(3)电动机的理想空载转速n0。 15.电动机的工作特性是什么?试比较不同励磁方式对工作特性的影响。 第三章 的作用的? 变压器 1.变压器中主磁通与漏磁通的性质和作用有什么不同?在等效电路中是怎样反映它们2.试分析一次绕组匝数比原设计值减少时,铁心饱和程度、空载电流大小、铁心损耗、二次侧空载电压和电压比的变化。 3.励磁电抗Xm的物理意义如何?Xm大好还是小好?若将铁心抽出后Xm如何变化?若一次绕组匝数增加5%,而其余不变,则Xm大致如何变化?若铁心叠片松散、片数不足,则Xm及I0如何变化?如铁心硅钢片接缝间隙较大时,对Xm及I0有何影响? 4.变压器空载运行时,一次侧加额定电压,为什么空载电流I0很小?如果接在直流电源上,一次侧也加额定电压,这时一次绕组的电流将有什么变化?铁心中的磁通有什么变化?二次绕组开路和短路时对一次绕组中电流的大小有无影响? 5.为什么变压器的空载损耗可以近似地看成是铁耗,短路损耗可以近似地看成是铜耗?负载时的实际铁耗和铜耗与空载损耗和短路损耗无差别,为什么? 6.一台50Hz单相变压器,如接在60Hz的电网上运行,额定电压不变,问空载电流、铁心损耗、漏抗、励磁阻抗及电压调整率有何变化? 7.一台单相变压器,额定电压为220v/110v,如果不慎将低压侧误接到220v电源上,变压器将发生什么现象? 8.有一台单相变压器,已知:SN=5000kvA,UN1/UN2=35kv/6.6kv,铁心的有效截面积SFe=1120cm,铁心中最大磁通密度Bm=1.45T,试求:高、低压绕组的匝数和电压比。9.一台单相变压器,额定容量为5kvA,高、低压绕组均有两个匝数相同的线圈,高、低压侧每个线圈的额定电压分别为1100v和110v,先将他们进行不同方式的联接。试问:可得几种不同的电压比?每种联接时的高、低压侧额定电流为多少? 10.两台单相变压器,电压为220v/110v,一次侧匝数相等,但空载电流I01=2 I02。今将两台变压器的一次绕组顺极性串联起来加440v电压,问两台变压器二次侧的空载电压各为多少? 11.一台单相变压器电压为220v/110v。当在高压侧加220v电压时,空载电流为I0,2主磁通为Φ。试问:(1)若U2与u1连在一起,在U1与u2端加330v电压,此时空载电流和主磁通各为多少?(2)若U2与u2连在一起,U1与u1端加110v电压,则空载电流和主磁通又各为多少? 12.有一台三相变压器,已知:SN=100kvA,UN1/UN2=66.3kv/0.4kv,联接组为Y,yn0因电源电压改为10kv,如果用改绕高压绕组的方法来满足电源电压的改变,而保持低压绕组每相为55匝不变,则新的高压绕组每相匝数应为多少?如果不改高压绕组匝数会产生什么后果? 13.有一台1000匝的铁心线圈接到110v、50Hz的交流电源上,由安培表和瓦特表的读数得知I1=0.5A、P1=10W,把铁心抽出后电流和功率就变为100A和10000W。若不计漏磁,试求:(1)两种情况下的参数和等效电路;(2)两种情况下电流的无功分量和有功分量;(3)两种情况下磁通的最大值。 14.有一台单相变压器,SN=100kvA,UN1/UN2=6000v/230v,f=50Hz,一、二次绕组的电阻和漏抗为R1=4.32Ω,R2=0.063Ω,X1=8.9Ω,X2=0.013Ω,试求:(1)折算到高压侧的短路参数Rk、Xk、Zk;(1)短路参数的标幺值;(3)求满载时,当cosφ2= 1、cosφ2=0.8(滞后)和cosφ 2=0.8(超前)等三种情况下的电压调整率,并对结果进行分析。 15.一台单相变压器,已知:R1=2.19Ω,X1=15.4Ω,R2=0.15Ω,X2=0.964Ω,Rm=1250Ω,Xm=12600Ω,N1=876匝,N2=260匝,U2=6000v,I2=180A,cosφ(滞后),试用近似等效电路和简化等效电路求U1和I1。 16.一台三相变压器,SN=750kvA,UN1/UN2=10000v/400v,Y,yn0接法,在低压侧作空载试验时得I0=60A,p0=3800w,在高压侧作短路试验时得Uk=440v,pk=10900w(Ik1=IN1),室温20℃,试求: (1)折算到高压侧的励磁阻抗和短 路阻抗; (2) *短路阻抗的标幺值Rk*、Xk*、Zk2=0.8 ; (3)计算满载及cosφ *2=0.8(滞后) 时的ΔU、U2及ƞ; (4)计算最大效率ƞ max。17.变压器出厂前要进行“极性”试验,如图所示。将U1、u1 联结,在U1-U2端加电压,用电压表测U2-u2间电压。设变压器 的电压220v/110v,如果U1、u1为同名端,电压表的读数是多少?如U1、u1为非同名端,则电压表的读数又是多少? 18.试说明三相变压器组为什么不采用Y,y联结,而三相心式变压器又可用呢?为什么三相变压器中希望有一边接成三角形? 19.Y,d联结的三相变压器中,3次谐波在三角形联结时能形成环流,基波电动势能否在三角形中形成环流?Y,y联结的三相变压器组中,相电动势中有3次谢波,线电动势中有无3次谐波?为什么? 20.变压器的一、二次绕组按图示联结,试画出它们的线电势相量图,并判明其联结组别。 21.有一三相变压器,其一、二次绕组的同名端及端点标记如图所示,试把变压器接成Y,d7、D,y7、Y,y4、D,d4。 22.一台Y,d联结的三相变压器,在一次侧加额定电压空载运行,此时将二次侧的三角形联结打开一角测量开口处的电压,再将三角形闭合测量电流。试问:当此三相变压器是三相变压器组或三相心式变压器时,所测得的数值有无变化?为什么? 23.有两台Y,d联结的三相变压器并联运行,第一台为5600kVA,6000V/3050V,*Zk(1)=0.055,第二台为 *3200kVA,6000V/3000V,Zk(2)=0.055,试求:空载时两台变压器内的环流及其标幺值。 24.两台变压器并联运行,均为Y,d11联结,UN1/UN2=35kv/10.5kv。第一台为1250kvA,*Zk(1)=6.5%,第二台为 *2000kvA,Zk(2)=6%,试求:(1)总输出为 3250kvA时,每台变压器的负载为多少?(2)在两台变压器均不过载情况下,并联组的最大输出为多少?并联组的利用率是多少? 25.有一台5600kvA,6.6kv/3.3kv,Y,yn0 *联结的三相双绕组变压器,Zk=0.105。现将其改成9.9kv/3.3kv的降压自耦变压器,试求:(1)自耦变压器的额定容量;(2)额定电压下的稳态短路电流,并与原双绕组变压器稳态短路电流相比较。 第四章 三相感应电动机的基本原理 1.试述感应电动机的工作原理,为什么说感应电机是一种异步电机? 2.什么叫同步转速?它与那些因素有关?一台三相4极交流电动机,试分别写出电源频率f=50Hz与f=60Hz时的同步转速。 3.一三相交流电动机,电源频率f=50Hz,试分别写出当极数2p=2、4、6、8、10时的同步转速。 4.何谓转差率s?通常感应电动机的s值约为多少? 5.一台三相4极感应电动机,已知电源频率f=50Hz,额定转速nN=1450r/min,求转差率s。 6.有一个三相单层绕组,极数2p=4,定子槽数Z1=24,支路数a=1,试画出绕组展开图,并计算基波绕组因数。 7.上题中,将定子槽数改为Z1=36,试画出绕组展开图,并计算基波绕组因数。8.题6中,将极数改为2p=2,试画出绕组展开图,并计算基波绕组因数。 59.有一个三相双层叠绕组,极数2p=4,定子槽数Z1=24,节距y1=6τ,支路数a=1,试画出绕组展开图,并计算绕组因数。 10.题9中,若支路数改为a=2和a=4,试画出U相绕组的展开图。 11.试比较单层绕组与双层绕组各有什么优缺点?为什么容量稍大的电动机采用双层绕组? 12.一台三相感应电动机接在UN=380v,f=50Hz的电网上工作,定子绕组作三角形联结,已知每相电动势为额定电压的92%,定子绕组的每相串联匝数N1=312匝,绕组因数Kw1=0.96,试求每极磁通Φ1。 13.绕组中的谐波电动势是如何产生的?由交流绕组产生的旋转磁动势的基波和υ次谐波在绕组中感应的电动势的频率为多少? 14.若在对称的两相绕组中(两个绕组匝数、结构相同,在空间相隔90°电角度),通以对称的两相电流,iA=Imsinωt,iB=Imsinωt。试用解析法说明两相合成磁动势基波的性质。 15.一台三相感应电动机,极数2p=6,定子槽数Z1=36,定子绕组为双层叠绕组,节距5y1=6τ,每极串联匝数N1=72。当通入对称三相电流,每相电流的有效值为20A时,试求基波以及3、5、7次谐波的三相合成磁动势的幅值及转速。 第五章 三相感应电动机的运行原理 1. 与同容量的变压器相比较,感应电动机的空载电流大,还是变压器的空载电流大?为什么? 2. 感应电动机理想空载时,空载电流等于零吗?为什么? 3. 说明感应电动机工作时的能量传递过程,为什么负载增加时,定子电流和输入功率会自动增加?从空载到额定负载,电动机的主磁通有无变化?为什么? 4. 什么叫做“单相量—多时轴”法?并说明感应电动机的时间相量图。 5. 分析说明图示得时—空相量图,这时定子相量与转子相量的相位关系说明什么问题? 6. 在分析感应电动机时,为什么要用一静止的转子来代替实际转动的转子?这时转子要进行哪些折算?如何折算? 7. 感应电动机的等效电路有哪几种?试说明T型等效电路中各个参数的物理意义? 8. 一台三相感应电动机的输入功率为8.6kw,定子铜耗为425w、铁耗为210w,转差率s=0.034,试计算电动机的电磁功率、转子铜耗及机械功率。9. 一台三相感应电动机,额定数据如下:UnN=962r/min,三角形接法,已知cosφ NN=380v,f N=50Hz,P N=7.5kw,=0.827,pcu1=470w,pFe=234w,p=45w,ps=80w,求:(1)电动机极数。(2)额定负载时的转差率和转子频率。(3)转子铜耗pcu2。(4)效率η。 110.笼型转子可以认为每个槽就是一相,每相槽数N2=2,试求笼型转子的绕组因数Kw1。 11.一台三相6极绕线型感应电动机,定转子绕组均采用星形接法,额定功率PN=250kw,额定电压UN1=500v,额定频率fN=50Hz,满载时的效率η=0.935,功率因数cosφ=0.9,定子每相电阻R1=0.0171Ω,每抗电流X1=0.088Ω,转子每相电抗X2=0.0745Ω,绕组因数Kw1=0.926,Kw2=0.957,定子槽数Z1=72,每槽导体数N1=16,每相并联支路数a=6,转子槽数Z2=90,每槽导体数N2=2,每相并联支路数a=1,空载电流I0=82.5A,试求:(1)额定负载时的定子电流。(2)忽略R1及Rm时的励磁电抗Xm。(3)转子阻和抗的折算值Rr2X。 12.一台三相绕线式感应电动机,UN=380v,fN=50Hz,星形接法,nN=1440r/min,已知=0.4Ω,X1=R1=Rr2X=1Ω,Xm=40Ω,Rm略去不计,定、转子有效匝数比为4,求: (1)满载时的转差率。(2)由等效电路求出I1、I2和I0。(3)满载时转子每相电动势E2的大小和频率。(4)总机械功率P。(5)额定电磁转矩。 第六章 三相感应电动机的机械特性 1.何谓三相感应电动机的固有机械特性和人为机械特性? 2.三相笼型感应电动机的起动电流一般为额定电流的4~7倍,为什么起动转矩只有额定转矩的0.8~1.2倍? 3.三相感应电动机能够在低于额定电压下运行吗?为什么? 4.绕线转子感应电动机在起动时转子电路中串入起动电阻,为什么能减小起动电流,增大起动转矩? 5.一台绕线式转子感应电动机,已知:PN=75kw,U1N=380V,nN=720r/min,I1N=148A,ηN=90.5%,cosφ=0.85,λm=2.4,E2N=213V,I2N=220A,试用机械特性的实用表达式绘制电动机的固有机械特性和转子串入0.0448Ω和人为机械特性。6.深槽式感应电动机和双笼型感应电动机为什么能改变起动性能? 7.笼型感应电动机的起动方法有哪几种?各有何优缺点?各适用于什么条件? 8.一台三相感应电动机,已知UN=380V,IN=20A,Δ接法,cosφN=0.87,ηN=87.5%,nN=1450r/min,Ist/IN=7,Tst/TN=K=1.4,λm=2,试求:(1)电动机轴上输出的额定转矩TN。(2)若要保证能满载起动,电网电压不能低于多少伏?(3)若采用Y—Δ起动,Ist等于多少?能否半载起动? 9.一台绕线转子感应电动机,已知PN=11kw,nN=1435r/min,E2N=243V,I2N=110A,设起动时负载转矩为Tz=0.8TN,最大允许的起动转矩Tst1=1.87TN,切换转矩Tst2=TN,试用解析法求起动电阻的段数的每段的电阻值。 10.题9中的电动机,采用转子串不对称电阻方法起动,求各段电阻值(每次只短接一相的一段电阻,最后一级同时短接两段电阻)。 11.一台绕线转子感应电动机,已知PN=11kw,nN=715r/min,E2N=163V,I2N=4.72A,Tst1/TN=1.8,负载转矩Tz=98N·m,求4级起动时的每级起动电阻。 12.一台三相4级的绕线转子感应电动机,f1=50Hz,转子每相电阻Rr=0.02Ω,nN=1485r/min,负载转矩保持额定值不变,要求把转速下降到1050r/min,问转子每相中应串多大的电阻? 13.一台三相笼型感应电动机,在能耗制动时,定子绕组的接法如图所示,试决定等效的交流电流值。 14.题5的电动机,带动一位能负载,Tz=TN,今采用倒拉反接制动下放负载,要求下放转速为300r/min,问转子每相应串接多大电阻。 15.题5的电动机,若采用回馈制动下放负载,已知转子每相串入电阻为0.04Ω,负载转矩为0.8TN,求此时电动机的转速。 16.题5的电动机,用以起吊重物,当电动机转子转45转,重物上升1m,如要求带动额定负载的重物以8m/min的速度上升,求转子电路中应串接的电阻值。 17.绕线转子感应电动机PN=17kw,nN=970r/min,λm=2.5,E2N=230V,I2N=33A,若要求电动机有最短起动时间,试问其转子回路应串入多大的电阻。 七章 其他种类的感应电动机 1.为什么单相感应电动机没有起动转矩?单相感应电动机有哪些起动方法? 2.一台三相感应电动机,定子绕组接成星形,工作中如果一相断线,电动机能否继续工作?为什么? 3.用什么方法可以改变分相式单相电动机的转向?为什么? 4.串励电动机为什么能交、直两用?单相串励电动机与值流串励电动机在结构上有什么区别?为什么?要改变单相串励电动机的转向,可采用什么方法? 第八章 同步电机的基本类型和基本结构 1.什么叫同步电机?怎样由其极数决定它的转速,试问75r/min,50Hz的同步电机是几极的? 2.比较汽轮发电机和水轮发电机的结构特点。3.为什么大容量的同步电机都采用旋转磁极式结构? 4.旋转电枢式的同步电机与直流电机有什么相似处和差别? 第九章 同步发电机 1.一台旋转电枢式三相同步发电机,电枢以转速n逆时针方向旋转,主磁场对电枢是什么性质的磁场?对称负载运行时,电枢反应磁动势对电枢的转向如何?对定子上主磁极的相对转速又是多少?主极绕组能感应出电动势吗? 2.何谓同步发电机的电枢反应?电枢反应的性质主要决定于什么?试分析讨论同步发电机电枢反应为纯去磁作用、纯增磁作用、去磁兼交磁、纯交磁等五种情况。3.试分析对称稳定运行时同步发电机内部的磁通和感应电动势,并由此画出不及饱和时的相量图。 4.三相同步发电机对称稳定运行时,在电枢电流滞后和超前于励磁电动势E0的相位差大于90°的两种情况下(即90°<φ<180°和﹣90°<ψ<﹣180°,电枢磁动势Fad和Faq各起什么作用? 5.试述交轴和直轴同步电抗的意义。为什么同步电抗的数值一般较大,不可能做得很小?试分析下面几种情况对同步电抗有何影响?(1)电枢绕组匝数增加;(2)铁心饱和程度提高;(3)气隙加大;(4)励磁绕组匝数增加。 6.为什么要把同步发电机的电枢电流分解为它的直轴分量和交轴分量?如何分解法?有什么物理意义?如两个分量各等于100A,实际流过电枢绕组的电流为多少A?在什么情况下电枢电流只有直轴分量?在什么情况下只有交轴分量?当一同步发电机供给纯电阻负载时,电枢电流有哪些分量? 7.一台隐极三相同步发电机,定子绕组为Y联结,UN=400V,IN=37.5A,cosφN=0.85(滞后),Xt=2.38Ω(不饱和值),不计电阻,当发电机运行在额定情况下时,试求:(1)不饱和的励磁电动势E0;(2)功率角δN;(3)电磁功率PM;(4)过载能力Km。8.一台凸极三相同步发电机,星形联结,UN=400V,IN=6.45A,cosφN=0.8(滞后),每相同步电抗Xd=18.6Ω,Xq=12.8Ω,不计电阻,试求:(1)额定运行时的功率因数角δN及励磁电动势E0;(2)过载能力及产生最大电磁功率的功率角。 第十章 同步电动机和同步调相机 1.比较同步电动机和同步发电机的相量图。 2.同步电动机的功率因数受哪些因素影响而发生变化?试用相量图分析输出功率改变时,保持励磁不变,同步电动机的功率因数怎样变化? 3.改变励磁电流时,同步发电机和同步电动机的磁场发生什么变化?对电网有什么影响? 4.当转子转速等于同步转速时,为什么同步电机能产生转矩,而感应电动机不能产生转矩?为什么转子转速低于同步转速时,感应电机能产生转矩,而同步电机不能产生转矩? 5.从同步发电机过渡到电动机时,功率角δ、电流I、电磁转矩T的大小和方向有何变化? 5.一水电站供应一远距离用户,为改善功率因数添置一台调相机,此机应装在水电站内还是装在用户附近?为什么? 6.一台三相隐极同步发电机,Y联结,UN=380V,IN=26.3A,Xt=5.8Ω,不计电阻,若输入功率为15kw时,试求:(1)cosφ=1时的功率角δ;(2)相电动势E0=250V时的功率因数。 7.某工厂自6000V的电网上吸取cosφ=0.6的电功率2000kw,今装一台同步电动机,容量为720kw,效率为0.9,求功率因数提高为0.8时,同步电动机的额定电流和cosφD。 8.某工厂变电所变压器的容量为2000kV·A,该厂电力设备的平均负载为1200kw,cosφ=0.65(滞后)。今欲新装一台500kw,cosφ=0.8(超前),η=95%的同步电动机,问当电动机满载使全厂的功率因数是多少?变压器过载否? 9.有一座工厂电源电压为6000V,厂中使用了许多台感应电动机,设其总输出功率为1500kw,平均效率为70%,功率因数为0.7(滞后),由于生产需要,又增添一台同步电动机。设当该同步电动机的功率因数为0.8(超前)时,已将全厂的功率因数调整到1,求此同步电动机承担多少视在功率(kV·A)和有功功率(kw)。 第十一章 拖动系统电动机的选择 1.电机的温升、温度以及环境温度三者之间有什么关系?电机铭牌上的温升值的含义是什么? 2.电机在实际使用中,电流、功率和温升能否超过额定值?为什么? 3.电机的工作方式有哪几种?试查阅国家标准—电机基本技术要求(GB755—81),说明工作制S3、S4、S5、S6、S7和S8的定义,并绘出负载图。 4.电机的容许温升取决于什么?若两台电机的通风冷却条件不同,而其它条件完全相同,他们的容许温升是否相同? 《电机与拖动》课程是工业电气自动化等专业的专业基础必修课,它是将“电机学”和“电力拖动系统”有机结合的课程,有很强的理论性和实践性,可以使学生获得有关直流电机、变压器和交流电机的基本理论、基本运算方法和合理地选择和使用电动机等方面的知识,为自动控制系统等后续课程的学习打好必要的坚实的基础。教学方法是教师为完成教学任务所采用的手段。在确定了教学目的,有了相应的教学内容之后,就必须采用适当的教学方法,紧抓学生的思维,以期取得预期的教学效果。如何适应大众化高等教育改革和中国矿业大学具体的需求,把合适的教学方法应用到电机与拖动的课程教学中,提高电机与拖动课程的教学水平与质量,是该课程教学的一个重要问题[1,2]。 2、动画解析,重视直观教学 由于学生的实践知识和感性知识的缺乏,在教学中采用实物展示和动画等手段,来增强学生的感性认识,从而加深对理论知识的理解和掌握。如,讲解直流电机的结构和电枢绕组的分布规律时,可以拆开一台旧的直流电机给学生看,学生边观察教师边讲解。动画解析是建立在现代教育技术之上的教学方法,运用大量的动画来系统、细致地解析教学内容,包括抽象的概念、结构、原理、流程等,把以往的抽象、枯燥的说教变为形象生动的动态展示和讲解。如通过电生磁:三相对称绕组通入三相对称电流产生圆形旋转磁场;磁生电:旋转磁场切割转子导体感应电动势和电流;电磁力:转子载流体在磁场作用下受电磁力作用,形成电磁转矩,驱动电动机旋转,将电能转化为机械能三步动画形象而生动的将三相交流异步电动机的转动原理展现在学生面前[3]。这些动画是在教师对讲授内容充分提炼、对要传递的信息精心设计和安排的基础上制作的,充分体现了教学意图和思路。在动画中,力图用最简练的语言、最有用的动画动作进行直观的讲解,而且把重点放在各知识点的关键点上。利用实物,再配上相关动画的直观教学,可以使抽象、难懂的教学内容变得直观、易懂,同时提高了教学效率,便于学生自主学习,收到事半功倍的教学效果[4]。 3、适当采用对比教学法 对比教学法也称比较教学法,是一种利用对比来找出各种电机的共性和特点,来加深对各种电机与拖动系统性能和原理的理解。该方法适用于利用相同的基本工作原理、有相似结构和类似的特性、有相同的分析方法和分析思路的内容部分。 如对比直流电机和交流电机的结构,都包含三个主要部分:定子、转子和气隙,都有电枢即能量交换的枢纽的概念,但是直流电机的电枢为转子绕组,交流电机的电枢为定子绕组。又如通过对比直流电机基本结构和工作原理,得到结论直流电机中的直流发电机和直流电动机的基本结构是相同的,并且在运行上具有可逆性,即直流电动机可用作直流电动机,直流电动机也可用作直流发电机。电枢感应电动势和电磁转矩是直流电机定量分析中的两个重要物理量,对于直流电动机和直流发电机两个物理量都存在,但是意义完全不同。要注意区别直流电动机和直流发电机的电压、功率和转矩平衡方程式表述如下: 方程虽然形似,但意义不同,如电磁转矩T在直流电动机中与转子旋转方向一致,为拖动性转矩,但是电磁转矩T在直流发电机中与转子旋转方向相反,为制动性转矩;输入功率P1在直流发电机中为原动机输入给发电机的机械功率,而在直流电动机中为从电源吸收的电功率[3,5]。 通过对比教学法能迅速找出各种电机的共性和差异,有助于学生对知识的消化和吸收,能激励学生加强复习,温故而知新,有助于对新知识的理解,收到较好的教学效果。 4、引导式和启发式的教学方法,激发学生的自主学习能力 推动学生学习的内在力量是兴趣,能够激发学生强烈的学习热情,注意多方引导,激发学生的学习兴趣。电机与拖动课程难度较大,具有概念抽象、理论繁琐、公式和结论较多等特点,首先要加强学生的思想引导,消除学生对本课程的畏难和恐惧心理,同时趣味性教学引导学生的学习热情,如,在讲述“接触器联锁的正反转控制线路时”,可先在大屏幕上车工加工螺纹的录像,清晰的显示车床进刀时主轴正传,退刀时反转,学生看后奇怪惊叹,并且在问“为什么呢?怎么实现的?”,在这个浓厚的学习氛围中,再去给学生讲解接触器联锁的强大功能,即完成了教学任务,又提高了学生的思维能力,同时也激发了学生的好奇心和求知欲[1]。 课堂上避免教师一人讲到底的填鸭方式教学,有针对性地对重要知识点提出相关的讨论与思考,采用提出问题,思考问题和回答问题的提问和设问方法,观察学生的思考与反映状况,或是教师引导学生来回答,或者是教师自我解释。如,讲述异步电动机的工作原理和电磁关系的时候,可以先提问学生变压器的电磁关系,因为变压器是静止的交流电机,再引导和启发学生转子旋转与不转之间的区别就是定、转子各电量的频率的不同,所以除了绕组的折算外,还要有频率的折算,从而在变压器等值电路的基础上得到交流异步电动机的等值电路。无论哪种形式,学生都经过了独立的思考过程,对知识点的记忆会极其深刻。偶尔也可以在课堂结束前几分钟,给学生出一道题,测试一下学生对本堂课知识的掌握情况,等到下节课时把做题情况反馈给学生,做启发讲解。教师也可事先制定可选的专题分类,学生自主选题,然后组成研究学习小组,大家进行分工合作,利用各种参考资料和互联网络资源对所选专题开展自主学习和研究,并撰写报告。通过小组报告进行交流和讨论,最后由小组派代表进行全班报告和交流。这样可以培养学生的综合能力和进行项目研究的初步能力,提高学生的创新能力和合作能力,并使他们了解相关专题的最新研究。这样,经过学习、测试和再学习螺旋式上升的环节,学生可以较好的掌握所学知识[6,7]。 6、创新实践教学,提高教学效果 实践教学与理论教学同等重要、相辅相成。在基本实验的基础上增加课外实验。基本实验的目的主要是为了培养学生的动手能力,巩固已学理论知识。课外实验是根据学生的兴趣和能力组成兴趣小组在教师的引导下在课外完成,主要目的是调动学生的积极性和主动性,培养学生的创新精神和实践能力。实验内容、方法、步骤以及结果分析由学生自己设计完成,教师只是给予适当的指导和最后点评。如,对于三相交流异步电动机课内基本实验只是研究其机械特性,可以在课外组织学生完成三相交流异步电动机的启动、制动、调速以及参数测定等项目。开辟课外实验,不仅激发学生主动学习与之相关的课外知识,延伸了课堂教学,更重要的是学生的创新意识得到了培养,提高了教学效果[4,8]。 7、结束语 好的教学方法对增强学生的学习兴趣、培养学生的基本素质、提高教学质量起到积极的推动作用。本文从现代教学的思想出发,对《电机与拖动》课程的教学方法进行了探索,提出了利用动画进行直观教学、对比教学、引导式和启发式教学以及实践教学与理论教学相结合等多种教学方法,在过去的六年教学中进行了积极的探索并取得了较好的教学效果。 参考文献 [1]郭晓红.《电机与拖动》课程教学中的创新探讨[J].电力学报.2008(3):249-251 [2]张丽,王振翀,等.《电工与电子技术》课程教学设计的探讨[J].高教论坛.2009(7):79-81 [3]李发海,王岩.电机与拖动基础[M].北京:清华大学出版社.2008 [4]杨道驰,冯根生.对“电机及拖动基础”课程教学方法的探讨[J].沈阳电力高等专科学校学报.2004(1):36-38 [5]宋晓燕,王泳.《电机与拖动》课程教学改革的探索[J].中国科技信息.2008(10):235-236 [6]郭长江.探究式课堂教学:概念与特征[J].上海师范大学学报(基础教育版).2007(4):86-90 [7]Jackie Acree Walsh,Beth Dankert Sattes著;刘彦译.优质提问教学法[M].北京:中国轻工业出版社.2009:65-70 关键词:电机及拖动;教学改革 中图分类号:G42文献标识码:A文章编号:1671-864X(2015)12-0105-01 职高培养人才目标是培养适应于生产、建设、服务一线的高技术应用性专门人才和高技能人才。而作为高职院校《电机与拖动》课程,它是机电专业的一门重要的专业基础课,这门课程既具有较强的理论性又有很强的实践性。所以,该课程能否学好,对后续的课程如自动控制系统,计算机控制技术等学习以及学生的实践能力的培养都有着非常重要的影响。 一、创新教学方法和手段 近几年来由于多媒体课件的使用结束了多年来“一只粉笔,一块黑板”的历史,但教学方法和手段还须进一步的创新和改革,教学方法要多样化。除了应用多年来一直提倡的启发式教学法,还应用提问式教学法,即下课之前先介绍下次课的主要内容,作为作业让学生课外预习,提出若干问题,下次带着问题来上课,在课堂中教师就学生提出的问题给与解答,对于某些难理解、难想象的问题除了应用教学模型讲解、多媒体课件演示,还应采用学生分组讨论的形式,这样可以充分体现学习者独立自主的能力,充分体现了课堂教学的双向交流特点。由于电机学是我校的校级精品课程,学生还可以课后在网上进一步的学习,在网上不仅可以看到浓缩时空,动态展现的各种电机的多媒体课件,还可以在网上和教师进行互动答疑,并且在网上可以预习实验,浏览各种演示性实验。除了教学中安排的实验,对于自己感兴趣的实验,可以到实验室自己动手做,体验学习的快乐。由于学时有限,有些习题没有时间在课堂上多讲,学生可以通过电机学精品课程网站查阅相关的习题解答。总之,为了使学生学好这门课,应采用多种教学方法。一堂课里,教师应采用至少两种教学方法或手段,但不管采用怎样的方法和手段,教师是课堂的主角,每堂课教师至少要有三分之一的时间用板书进行讲解,这种教学法是应用最广泛,最基本的教学法,不能忽视。例如在学习三相异步电动机的工作原理时,先让学生预习、提问。学生一定会问旋转磁场是怎样产生的,为了回答学生的问题,先用板书讲解,再用多媒体课件演示,然后让学生进行分组讨论,即将几种教学法和现代化的教学手段有机结合起来,使教学变得既有知识性又有趣味性,充分激发学生的学习热情。使学习变成一种快乐学习,使课堂变成一种快乐课堂。 二、重视实践教学环节 电机与拖动课程的教学必须高度重视实验等实践性教学环节,鼓励学生自己(或在老师指导下)动手设计并完成相关实验内容。通过利用实验室设备教学,一方面将电机与拖动中难于理解、抽象的理论知识转化成容易接受、具体的实物认识,另一方面培养和提高学生的动手能力和创新能力。以三相交流异步电动机的教学为例。三相交流异步电动机与直流电动机相比,其调速性能较差,需从电网中吸收滞后无功,使电网的功率因数恶化,但其结构简单、制造方便、运行可靠以及价格低廉(直流电动机的/),因而交流异步电动机及其拖动系统大有取代由直流电动机组成的直流拖动系统的趋势。三相交流异步电动机教学的主要内容包括基本结构和定额、基本工作原理和三种运行状态、旋转磁场的概念、工作特性等,拖动部分内容包括起动、调速和制动方法及相应的机械特性。采用传统的理论教学方法来讲解其结构和原理,效果不佳。教学实践发现,采用实物讲解法,即走进实验室现场拆卸一台交流电机,将其组成部分逐一介绍,包括每个部分的制作材料、作用及空间位置等,能培养学生思考和探索的兴趣,教学效果较好。对于交流电动机原理中的难点,即旋转磁场概念的讲解,可采用图示法,即分析三相对称电流波形图和当ωt=、π/、π、π/、π时电机内合成磁场的示意图,进而得出旋转磁场的概念。对于交流电动机的电力拖动部分内容,需要理论联系实际,每个主要内容配备相应的实验操作,加强学生对电机的感性认识。还要通过多种途径的课外延伸辅助教学措施,鼓励学生参加多种形式的课外兴趣小组,给学生有展示才能的舞台。比如,创造条件让学生参与教师的科研项目,通过文献查阅、资料收集、调研分析、方案设计、实验研究、数据处理、报告撰写、结题答辩等环节,来锻炼学生动手能力和培养团结协作精神,既开阔视野,提高创新意识和创新能力,又培养严谨的工作作风,为今后走上工作岗位奠定良好的基础。 三、“电机及拖动”课程学习方法的探讨 本门课程在学习时,掌握基本理论的同时,还要注意培养实验操作技能,这是本课程的特点,也是学习的难点,因此,必须要有一个良好的学习方法,才能学好本课程,下面提一些看法供大家参考。 (一)本门课程开始学习之前,必须重新复习、掌握电和磁的基本概念和基本原理,熟悉电磁感应定律、左右手定则等重点。 (二)对于电机结构,要弄清各主要部件的组成和作用,做到心中有数、脑中有印象。对于公式,不要死记硬背,应该从物理的概念上,先理解,再记忆。 (三)由于本课程设计到的电机类型比较多,要注意比较每种电机的异同、每个概念的异同,经常应用总结对比法。 (四)注意理论联系实际,多看一些电机工作的视频、各行各业的应用,把电机的相关知识融入到职业资格鉴定中,提高实际操作技能和工作能力。 总之,在职高电机拖动教学中,可采用不同类型的教学方法,而优质的教学方法可以提高学生的积极性,培养学生的创新能力等综合素质,提高教学质量。此外,还需要我们的教师具有综合的职业素质;与之相配套的灵活实用的教材;完善的实验实训基地等,还需调整教学计划,更贴近企业,走进生活,达到培养应用创新人才的目标。 参考文献: [1]顾绳谷.电机及拖动基础[M](第二版).北京:机械工业出版社,1998. [2]杨道弛,等.对”电机及拖动基础”课程教学方法的探讨[J].电气电子教学学报,2004,26(1).电机与拖动电子教案 篇2
《电机与拖动基础》教学改革初探 篇3
电机与拖动课程设计 篇4
电机与拖动电子教案 篇5
电机及电力拖动 篇6
电机与拖动电子教案 篇7
电机与拖动电子教案 篇8