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《电动机》教学设计

contents

目录

课程介绍与目标

基础知识回顾

交流电动机工作原理与特性

控制方法与调速技术

故障诊断与维护保养

实验环节与课程设计

总结回顾与拓展延伸

01

课程介绍与目标

将电能转换为机械能的旋转式或直线式电动机械装置。

电动机定义

根据工作原理可分为直流电动机、交流电动机、步进电动机等；根据用途可分为驱动电动机和控制电动机。

电动机分类

掌握电动机的基本工作原理、主要类型及其特点。

知识目标

能够分析电动机的基本性能，具备选用和设计简单电动机系统的能力。

能力目标

培养学生的工程实践能力和创新意识，提高解决实际问题的能力。

素质目标

教材

《电动机与电力拖动基础》等。

参考资料

相关学术论文、技术手册、行业标准等。

02

基础知识回顾

当导体在磁场中作切割磁感线运动时，导体中就会产生电流，这种现象叫做电磁感应现象。

电磁感应现象

感应电流的方向

电磁感应的应用

感应电流的方向与导体在磁场中的运动方向和磁感线的方向有关。

发电机、变压器等电气设备都是利用电磁感应原理工作的。

03

02

01

磁场对通电导体的作用

通电导体在磁场中会受到力的作用，力的方向与电流方向和磁感线方向有关。

磁场对通电线圈的作用

通电线圈在磁场中会发生转动，转动方向与电流方向和磁感线方向有关。

磁场对电流作用的应用

电动机、扬声器等电气设备都是利用磁场对电流的作用原理工作的。

直流电动机的构造

01

直流电动机主要由定子和转子两部分组成，其中定子包括机壳、磁极和换向器，转子包括电枢铁芯、电枢绕组和换向器。

直流电动机的工作原理

02

当直流电源通过电刷和换向器接通电枢绕组时，电枢导体在磁场中受到电磁力的作用而发生转动。通过换向器不断改变电流方向，使电枢绕组能够持续转动下去。

直流电动机的调速

03

直流电动机的转速可以通过改变电枢电压或磁场强度来实现。在实际应用中，通常采用改变电枢电压的方法来实现调速。

03

交流电动机工作原理与特性

包括铁芯、绕组和机座，主要作用是产生旋转磁场。

定子

包括转子铁芯、转子绕组和转轴，在旋转磁场作用下产生感应电流并受力旋转。

转子

支撑转子并保证定转子之间的气隙均匀。

轴承与端盖

旋转磁场产生

转子感应电流

电磁力作用

同步转速与转差率

01

02

03

04

定子绕组通入三相交流电，形成旋转磁场。

转子在旋转磁场作用下产生感应电动势和电流。

转子电流与旋转磁场相互作用，产生电磁转矩，驱动转子旋转。

转子旋转速度与旋转磁场同步转速之间存在转差率，决定了电动机的运行特性。

交流电动机的转速随负载变化而变化，但变化范围较小。

电动机在不同转速下具有不同的转矩特性，包括最大转矩和额定转矩等。

电动机在运行过程中存在能量损耗，其效率和功率因数反映了电动机的能耗水平。

交流电动机具有不同的启动方式和调速方法，以适应不同的应用需求。

转速特性

转矩特性

效率与功率因数

启动与调速

04

控制方法与调速技术

1

2

3

通过预设的输入信号控制电动机，不依赖于输出反馈。简单、成本低，但精度和稳定性较差。

开环控制

通过比较输出与期望值的差异来调整输入信号，实现精确控制。如PID控制，广泛应用于工业领域。

闭环控制（反馈控制）

利用模糊逻辑、神经网络等算法实现自适应、自学习的控制。适用于复杂、非线性系统。

智能控制

03

矢量控制（SVC）

通过模拟直流电动机的控制方式来控制交流电动机，实现高性能调速。适用于高精度、高动态响应的应用。

01

变频调速

通过改变电源频率来调节电动机转速。效率高、调速范围宽，适用于风机、泵类等负载。

02

直流调速

通过改变电枢电压或励磁电流来调节直流电动机转速。调速平滑、响应快，但需要使用额外的整流设备。

电梯控制系统：采用闭环控制和变频调速技术，实现电梯的平稳启动、停止和楼层定位。同时，结合智能控制技术提高电梯的运行效率和安全性。

案例一

工业机器人：采用智能控制和矢量控制技术，实现机器人关节的高精度、高速度运动。通过优化算法提高机器人的轨迹跟踪精度和动态响应能力。

案例二

电动汽车驱动系统：采用先进的闭环控制和直流调速技术，实现电动汽车的高效、平稳驱动。结合能量回收技术提高电动汽车的续航里程和能源利用效率。

案例三

05

故障诊断与维护保养

电源故障

负载故障

绝缘故障

机械故障

由于电源线路短路、断路或电源电压不稳定等原因导致电动机无法正常工作。

电动机绕组绝缘损坏，导致匝间短路或对地短路，使电动机无法正常工作。

负载过大或过小，导致电动机过载或空载运行，影响电动机的性能和寿命。

轴承磨损、气隙不均匀等机械问题，导致电动机运行时产生振动和噪音。

定期对电动机进行全面检查，包括外观、运行状态、电气连接等方面。

定期检查

清洁保养

润滑保养

预防性维护

保持电动机