《电机调速技术》教案 第3课 认识直流调速系统(2).docx

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课题

第三课认识直流调速系统（2）

课时

2课时（90min）

教学目标

知识目标：

掌握脉宽调制直流调速系统的主电路、控制电路及机械特性

技能目标：

（1）能够正确选择直流电动机调速电路的主要单元部件，并能正确连接电路

（2）能够调试直流电动机的调速电路

素质目标：

（1）树立勤奋踏实、拼搏进取、勇于担当的奋斗精神

（2）培育崇实尚业、刻苦钻研、精益求精的工匠精神

（3）培养勇于探索、敢为人先、知难而进、乐于奉献的创新精神

教学重难点

教学重点：脉宽调制直流调速系统的主线路、控制电路、机械特性等知识

教学难点：脉宽调制直流调速系统的计算

教学方法

情景模拟法、问答法、讨论法

教学用具

电脑、投影仪、多媒体课件、教材

教学过程

主要教学内容及步骤

考勤

【教师】使用APP进行签到

【学生】按照老师要求签到

问题导入

【教师】提出问题：

在日常生活中，脉宽调制直流调速系统经常应用于哪些场合中？

【学生】思考、讨论

【教师】组织发言

请小组组长总结全组结论，派代表进行发言。

【学生】发言

传授新知

【教师】通过大家的发言，引入新的知识点，讲解脉宽调制直流调速系统的主线路、控制电路、机械特性等知识

1.2脉宽调制直流调速系统

脉宽调制直流调速系统是通过脉宽调制变换器对直流电动机电枢电压进行调节的自动调速系统。与相位控制直流调速系统相比，脉宽调制直流调速系统有以下几个优点。

（1）系统频带宽，动态响应快，动态抗干扰能力强。

（2）低速性能好，稳速精度高，调速范围大。

（3）主电路线路简单，所需功率元件少。

（4）直流电源采用不可控整流，对电网影响小，电流易连续、谐波少，电动机损耗和发热都较少。

脉宽调制直流调速系统和相位控制直流调速系统的主要区别在主电路和脉宽调制控制电路。它们的闭环控制方式，以及静、动态特性分析基本相同。因此，下面仅对脉宽调制直流调速系统的控制电路和机械特性进行介绍。

1.2.1脉宽调制直流调速系统主电路

【教师】扫码播放“PWM变换器”视频（详见教材），并提出以下问题：

想一想，PWM变换器可以用在那些机器中？

【学生】观看、思考、举手回答

【教师】总结学生回答

脉宽调制直流调速系统主电路一般采用脉宽调制变换器，简称PWM变换器，下面主要介绍PWM变换器。PWM变换器分为不可逆PWM变换器和可逆PWM变换器两类。

不可逆PWM变换器

【教师】利用多媒体展示“有制动作用的不可逆PWM变换器的电路原理图”图片（详见教材），并进行讲解

不可逆PWM变换器可分为无制动作用和有制动作用两种类型，这里仅分析常用的有制动作用的不可逆PWM变换器。

有制动作用的不可逆PWM变换器的电路原理图如图所示。电容C的作用是滤波，二极管VD在晶体管VT截止时为电动机电枢回路提供释放电能的续流回路。晶体管VT的基极由频率为、脉冲宽度可调的脉冲电压驱动。该PWM变换器设置了两个晶体管VT1和VT2，形成两者交替开关的电路。VT1和VT2的基极驱动电压大小相等、极性相反，即。

【教师】利用多媒体展示“有制动作用的不可逆PWM变换器的电压和电流波形（a）电动机正常运行时（b）电动机制动时（c）电动机轻载运行时”图片（详见教材），并进行讲解

使用有制动作用的不可逆PWM变换器时，电动机在正常运行、制动和轻载运行时的工作原理如下，电压和电流波形如图所示。

电动机正常运行时

【教师】利用多媒体展示“有制动作用的不可逆PWM变换器的电压和电流波形（a）电动机正常运行时”图片（详见教材），并进行讲解

电动机正常运行时的平均电流为正值，在一个周期内电流分两段变化。

在期间，为正，VT1导通；为负，VT2截止。此时，电源电压加到电动机电枢两端，电流的方向为图1-17中的回路1。

在期间，和改变极性，VT1截止，但VT2却不能导通，原因是电流沿回路2经二极管VD2续流，在VD2两端产生的压降给VT2施加反向电压，使VT2不能导通。因此，电动机在正常运行时，VT1和VD2交替导通，VT2始终不导通，其电压和电流波形如图（a）所示。

电动机制动时

【教师】利用多媒体展示“有制动作用的不可逆PWM变换器的电压和电流波形（b）电动机制动时”图片（详见教材），并进行讲解

当电动机制动时，在期间，变正，VT2导通，由感应电动势产生的反向电流沿回路3通过VT2流通，产生能耗制动，直到为止。

在期间，变负，VT2截止，只能沿回路4通过VD1续流，对电源回馈制动，同时VD1上的压降使VT1不能导通。在整个制动过程中，VD1、VT2轮流导通，VT1始终截止，反向电流的制动作用使电动机转速下降，直到新的静态，相应的电压和电流波形如图（b）所示。

电动机轻载运行时

【教师】利用多媒体展示“有制动作