****學(xué)院

單元教學(xué)設(shè)計

****學(xué)年第**學(xué)期

課程名稱：電機與電氣控制技術(shù)

授課班級：…*

任課教師：___________

所在系部及教研室：__________研室_

第1講

標(biāo)題：電磁學(xué)基礎(chǔ)（2學(xué)時）

多媒體

授課上課上課教空

班級時間地點

磁場的產(chǎn)生及衡量磁場的物理量；物質(zhì)磁化的過程及常用的鐵磁材料；電磁感應(yīng)定律、電

教磁力定律等基本知識。

學(xué)

目

的

能力（技能）目標(biāo)知識目標(biāo)

會應(yīng)用“右手定則”判斷導(dǎo)體切割磁場了解磁場的產(chǎn)生；

產(chǎn)生感應(yīng)電動勢方向

了解鐵磁材料的磁化過程及特點：

會應(yīng)用“左手定則”判斷通電導(dǎo)體在磁

理解電磁感應(yīng)定律；

教學(xué)場中的受力方向

目標(biāo)理解電磁力定律。

重點：電磁場的產(chǎn)生、電磁感應(yīng)定律、電磁力定律。

重點難點：同上

難點

方法：利用實物進行演示，觀察電磁轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。

及

解決

方法

參考

資料

【步驟一】說明主要教學(xué)內(nèi)容、目的(時間：3分鐘)

磁場的產(chǎn)生及衡量磁場的物理量：物質(zhì)磁化的過程及常用的鐵磁材料；電磁感應(yīng)定律、

電磁

［步驟二】新知識講解(時間：80分鐘)

一.磁場

磁場是如何產(chǎn)生的？

磁場分為永久讖體磁場和電磁場。

永久磁體磁場是指自然界中被磁化的能永久保持移定磁場的物質(zhì)。常見的一塊條形永久

磁鐵具有N極和S極，在其內(nèi)部及四周存在著磁場，磁力線分布如圖1-1所示。磁力線構(gòu)

成一個閉合的環(huán)路，磁力線的切線方向表示磁場方向，磁極外部由N及到S極，磁極內(nèi)部

由S極到N極。磁力線越密集處，磁場越強，可知磁極端部磁場磁場最強。通電導(dǎo)線的四

周會產(chǎn)生磁場，如圖1-2所示。將一根導(dǎo)線垂直穿過紙板。紙板上撒上一些鐵屑，然后使電

流通過導(dǎo)線，并輕敲紙板，鐵屑在磁場的作用下，會有規(guī)則的圍繞導(dǎo)線形成許多同心圓，用

小磁針測定，小磁針的N極指向磁力線的切線方向。若導(dǎo)線中電流方向改變，小磁針的方

向也隨之改變，這說明通電導(dǎo)建四周有磁場產(chǎn)生，磁場的方向按右手定則判斷，如圖1-3所

示，用右手握住導(dǎo)線并把大姆指伸出，使大姆指指向電流方向，則環(huán)繞導(dǎo)線的四指方向就是

通電導(dǎo)線周用磁場的方向。

在電機中需要的磁場一般不是用永久磁鐵產(chǎn)生的，而是采用通電線圈產(chǎn)生的。通電的空

心螺旋線圈產(chǎn)生磁場情況如圖1-4所示。應(yīng)用右手螺旋定則來判斷磁場，即彎曲的四指與線

圈電流方向一致，則大拇指的指向就是磁場的N極。一般在通電的空心螺旋線圈中加入鐵

心，可以使磁通集中在鐵心中，減小了磁路的磁阻，在交直流電機以及變壓器中有■廣泛的應(yīng)

用,如圖1-5所示為通電的電磁線圈中磁場情況，

在電磁學(xué)中，一般用磁感應(yīng)強度來表征磁場的強弱和方向，常用符號B表示。磁感應(yīng)

強度(magneticfluxdensity),描述磁場強弱和方向的基木物理量，是矢量，也被稱為破

通量密度或磁通密度。磁感應(yīng)強度5在數(shù)值上等于垂直于磁場方向長1m,電流為1A的導(dǎo)

線所受磁場力的大小，即8=9。物理單位為特斯拉，常用符號T表示。

二.磁化及鐵磁材料

1.磁化和退磁

口常生活中常見的健衣針、螺絲刀等鋼鐵物體，.與磁鐵接觸后就會顯示出磁性，我們把鋼性

材料與磁鐵接觸后顯示出磁性的現(xiàn)象稱之為磁化。原來彳j磁性的物體，經(jīng)過高溫、劇烈篋動

或者逐漸減弱的交變磁場的作用，就會失去磁性，這種現(xiàn)象叫做退磁。

(1)鐵磁性物質(zhì)的磁化當(dāng)把一根鐵棒插入通有電流的線圈時，可以發(fā)現(xiàn)鐵棒能夠

吸引鐵屑，這是由于鐵棒被磁化的緣故。所謂磁化是指使原來沒有堿性的物質(zhì)具有磁性的過

程,只有鐵磁性物質(zhì)能夠被磁化，非鐵磁性物質(zhì)不能被磁化。鐵磁性物質(zhì)能夠被磁化的主要

原因是其內(nèi)部存在大量的磁性小區(qū)域，即磁疇。在無外磁場作用時，鐵磁物質(zhì)中破疇的排列

雜亂無章，磁性相互抵消，物質(zhì)對外界并不顯磁性。但是，在外磁場作用下，磁疇將沿著磁

場的方向排列，從而產(chǎn)生附加磁場，如圖1-6所示。附加磁場與外磁場會加在一起，使得總

磁場增強。有些鐵磁性物質(zhì)在去掉外磁場后對外仍顯磁性，于是它們變成了永久磁鐵。

(2)磁化曲線鐵磁性物質(zhì)在外磁場作月下，其內(nèi)部將產(chǎn)生磁場。表征鐵磁性物質(zhì)

內(nèi)磁感應(yīng)強度8隨外磁場強度”變化的曲線，稱為磁化曲線，也稱為R“曲線。如果鐵磁

性物質(zhì)從完全無鶴的狀態(tài)進行磁化所得到的磁化曲線稱為起始磁化曲線。磁化曲線是非線性

的,起始磁化曲線應(yīng)經(jīng)過坐標(biāo)原點，如圖1-7所示。

在做化曲線起始的0a段，曲線上升緩愧，這是日于鐵磁物質(zhì)內(nèi)部磁疇的慣性造成的，這個

階段稱為起始磁化階段。隨著〃的增大，3也增大，磁化曲線中ab段的變化接近于直線，

這歪由于大量的磁疇在外磁場作用下沿著磁場的方向排列，附加磁場增強。然后，在be段，

隨著”的增大，8也增大，但增大的速度變慢，這是由于鐵磁性物質(zhì)內(nèi)部只剩下了少數(shù)的

磁疇“域后，在cd段，由于鐵磁性物質(zhì)幾乎全部被磁化，繼續(xù)增大，，B幾乎沒有變化，

即B達到了飽和值。不同的鐵磁性物質(zhì)具有不同的磁化曲線。

<3）磁滯回線上面介紹的磁化曲線只反映了鐵磁性物質(zhì)在外磁場由零逐漸增強時

的碳化過程。但是，在實際使用中，許多鐵磁性材料往往工作在大小和方向交替變化的磁場

中，這時由于鐵磁性物質(zhì)具有滯后效應(yīng)和粘滯性，使得3的值不僅與相應(yīng)的H有關(guān)，還與

物質(zhì)之前的磁化狀態(tài)有關(guān)。

實驗表明，如果B達到飽和值后，逐漸減小〃，這時8并不是沿著圖1-7中的磁化曲

線減小，而是沿著另一條曲線下降，如圖1-8所示的de段。當(dāng)〃減小至零時，8的值不是

零，而是祈，Br稱為剩磁。

為了消除剩磁，必須施加反向的磁場。當(dāng)反向磁場由零增大到He時，8的值為零。He

稱為矯頑力，它反映了鐵磁性物質(zhì)保持剩磁的能力。繼續(xù)增大反向磁場，B的值將從零變?yōu)?/p>

負皆，即B的方向發(fā)生改變，鐵磁性物質(zhì)被反向磁化。反向磁化使B達到飽和值后，減小

反向磁場，磁化曲線將沿gk段變化，在k點處，為零。繼續(xù)增大正向磁場，磁化曲線將沿

khd變化。從磁化的整個過程可以看出，8的變化總是落后于H的變化，這種現(xiàn)象稱為磁滯

現(xiàn)象。磁化過程所形成的閉合的、對稱于原點的曲線dcfgkhd.稱為磁滯回線。

2.鐵磁材料

鐵、鉆、僚以及它們的合金，還有一些氧化物，磁化后的磁性比其他物質(zhì)強得多，這些

物質(zhì)叫做鐵磁性物質(zhì)，也叫強磁性物質(zhì)。鐵磁性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與其他物質(zhì)有所不同，一般物質(zhì)

是由原子構(gòu)成的，原子是由原子核和電子構(gòu)成，電子繞原子核旋轉(zhuǎn)。鐵磁性物質(zhì)內(nèi)部的電子

自旋，可以在小范圍內(nèi)自發(fā)的排列起來，形成一個自發(fā)的磁化區(qū)，這就相當(dāng)于一個小磁體，

稱之為磁畸。磁化前，各個磁疇的磁化方向不同，雜亂無章地混在?起，各個磁曬的作用在

宏觀上互相抵消，物體對外不顯磁性。磁化過程中，由于外磁場的影響，磁疇的磁化方向有

規(guī)律地排列起來，使得磁場大大加強。這個過程就是磁化的過程。高溫下，磁性材料的磁疇

會被破壞.在受到劇烈震幼時，磁疇的排列會被打亂，這些情況下材料都會產(chǎn)生退磁現(xiàn)象。

有些鐵磁性材料，在外磁場撤去以后，各磁疇的方向仍能很好地保持一致，物體具有很強的

剩碳，這樣的材料叫做硬磁性材料。有的鐵磁性財料，外磁場撤去以后，磁疇的磁化的方向

乂變得雜亂，物體沒有明顯的剩磁，這樣的材料叫做軟磁性材料。永磁體要有很強的剩磁，

所以要用硬磁性材料制造。電磁鐵要在通電時有破性，斷電時失去磁性，所以要用軟磁性材

料制造。

三,電磁感應(yīng)定律

I.感應(yīng)電動勢的大小

如圖1-9所示，將一根導(dǎo)體置于磁場中，導(dǎo)體兩端接一只電流表構(gòu)成閉合回路。當(dāng)導(dǎo)體

向上運動時，導(dǎo)體切割磁力線，這時電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明在導(dǎo)體中產(chǎn)生了電流，這種

現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)現(xiàn)象。法拉第電磁感應(yīng)定律是基于法拉第于1831年所作的實驗。感應(yīng)電

動勢的大小可以用公式E=8拉，來計算，式中5為睡感應(yīng)強度，/為導(dǎo)體的有效長度，v為導(dǎo)

體運動速度。閉合線闞面積不變，改變磁場強度,磁通量也會改變，也會發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，

這說明感應(yīng)電動勢的大小跟穿過這一電路的磁通墻的變化率成正比。

2.感應(yīng)電動勢（電流）的方向

（1）楞次定律楞次定律（Lenz'slaw）是一條電磁學(xué)的定律，可以用來判斷由電

磁感應(yīng)而產(chǎn)生的電動勢的方向。它是由俄國物理學(xué)家海因里希?楞次（HeinrichFriedrich

Lenz）在1834年發(fā)現(xiàn)的?？梢员硎鰹椋焊袘?yīng)電流具有這樣的方向，即感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場

總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。簡單地說就是“來拒去留''的規(guī)律。

<2）右手定則感應(yīng)電動勢（電流）方向判斷定則如圖1-10所示，伸開右手，使大

拇指與其余四指在同一平面內(nèi)并跟四指垂直,讓破力線垂直穿入手心,使大拇指指向?qū)w運動

的方向，這時四指所指的方向就是感應(yīng)電動勢（電流）的方向。

四、電磁力定律

通電導(dǎo)體在磁場中要受到電磁力的作用。如圖1-11所示，一根通電導(dǎo)體置磁場中，當(dāng)

它在磁場中所處位置不與磁力線相平行時，將受到磁場的一個推動導(dǎo)體運動的力（尸）的作

用，其大小可用公式尸=8〃來計算，式中B為磁感應(yīng)強度，/為導(dǎo)體的有效長度，/為導(dǎo)體

中的電流。導(dǎo)體的受力（尸）方向按左手定則判斷，如圖1-12所示，左手伸開，四指并攏,

大拇指與四指成垂直方向，磁力線垂直穿過手心,四指指向電流方向，則大拇指指向該通電

導(dǎo)體的受力方向。

【步驟三】知識和能力的歸納（時間：5分鐘）

磁場分為永久磁體磁場和電磁場，電機控制過程主要應(yīng)用電磁場。不同鐵磁材料的磁化

性質(zhì)決定其在實際中的應(yīng)用.電磁感應(yīng)定律和電感力定律是研究電磁關(guān)系的重要方法，必須

熟練掌握。

簡單歸納一下右手定則與左手定則的區(qū)別：右手定則是“因動而生電”，左手定則是“因

電而受力”。關(guān)于磁場對運動電荷、電流的作用力方向，應(yīng)用左手定則來判斷：關(guān)于部分導(dǎo)

體切割磁場運動產(chǎn)生感應(yīng)電動勢方向應(yīng)用右手定則或楞次定律來判斷。

【步驟四】布置作業(yè)、說清楚作業(yè)的要求（時間：2分鐘）

P23:1/2/3

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授課班級：…*

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第2講

標(biāo)題：低壓電罌的電磁機構(gòu)（2學(xué)時）

多媒體

授課上課上課教空

班級時間地點

電磁機構(gòu)的組成，各部分作用，線圈電壓、電流、氣隙與吸力之間的關(guān)系。

教

學(xué)

目

的

能力（技能）目標(biāo)知識目標(biāo)

會判斷電磁機構(gòu)吸力與氣隙、線圈電壓了解電磁機構(gòu)的工作原理：

（電流）之間的關(guān)系。

了解電磁機構(gòu)的結(jié)構(gòu)：

教學(xué)了解電磁機構(gòu)的吸力特性；

目標(biāo)了解單相交流電磁機構(gòu)短路環(huán)的原理。

重點：線圈電壓、電流、氣隙與吸力之間的關(guān)系。

重點難點：短路環(huán)的原理

難點

解決方法：推導(dǎo)出合理曲線進行分析

及

解決

方法

參考

資料

【步驟一】說明主要教學(xué)內(nèi)容、目的（時間：3分鐘）

電磁機構(gòu)的組成，各部分作用，線圈電壓、電流、氣隙與吸力之間的關(guān)系。

【步驟二】新知識講解（時間：80分鐘）

電磁式低壓電器主要由兩部分組成，即感測部分和執(zhí)行部分。感測部分為電磁機構(gòu)，用

來接受外界輸入的信號，并通過轉(zhuǎn)換、放大與判斷作出一定的反應(yīng)，使執(zhí)行部分（觸頭系統(tǒng)）

動作，以實現(xiàn)控制的目的。圖1/3為常用的結(jié)構(gòu)形式。

L電磁機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式

電磁機構(gòu)是各類電磁式電器的重要組成部分，是各種電磁式電器完成動作的能量來源，

主要作用是將電磁能量轉(zhuǎn)換為機械能量。電磁機構(gòu)由線圈、鐵心（靜鐵心）、銜鐵（動鐵心）

三部分組成，其結(jié)構(gòu)形式有以下三種：

（1）銜鐵沿軸轉(zhuǎn)動的拍合式如圖1-I3a所示，多用在觸頭容量較大的交流電器中，

其鐵心形狀有U型和E型兩種。

（2）銜鐵沿棱角轉(zhuǎn)動的拍合式如圖l-13b所示，這種形式廣泛應(yīng)用于直流繼電器和

直流接觸器中。

（3）銜鐵直線連動的E形直動式如圖1-3c所示，這種形式分單E形（僅鐵心為E

形］和雙E形（銜鐵、鐵心均為E形）兩種，多用于交流接觸器、維電器以及其他交流電

磁機構(gòu)的電磁系統(tǒng)。

2.線圈

線圈的作用是將電能轉(zhuǎn)換成磁場能量。根據(jù)勵磁的需要，線圈可分為串聯(lián)型和并聯(lián)型兩

類，其中串聯(lián)型線圈為電流線圈，并聯(lián)型線圈為電壓線圈。電流線圈使用時串接在電路中，

為保證其分壓足夠小，應(yīng)使其具有較小的阻抗，所以用較粗的銅線或扁銅條繞制而成，且匝

數(shù)較少，故其特點是粗而短；電壓線圈使用時并液在電源上，為使其分流足夠小，線圈用較

細的絕緣性能良好的漆包線繞制而成，且匝數(shù)較多，故其特點是細而長。按通入電流種類不

同，線圈又可分為交流和直流兩種。對于直流線圈，因其鐵心不發(fā)熱，只有線圈發(fā)熱，所以

直流電磁鐵的線圈不設(shè)線圈骨架，且把線圈做成高而薄的細長型，使線圈與鐵心直接接觸，

利于線圈散熱：而交流電磁鐵的線圈多制成短而厚的矮胖型，且用骨架將我圈和鐵心隔開，

這是因為交流電磁鐵的鐵心存在磁滯和渦流損耗，鐵心和線圈都發(fā)熱。對于使用者而言，電

流線圈一定要串聯(lián)在電路中，并通過種類和大小合適的電流：電壓線圈一定要并聯(lián)在電路中，

并施加種類和大小合適的電壓。

3.電磁機構(gòu)的吸力與吸力特性

電磁機構(gòu)按其線圈中通過的電流種類分為克流與交流兩大類，分別叫克流電磁機構(gòu)和交

流電磁機構(gòu)，也叫直流電磁鐵和交流電磁鐵。通營直流電磁鐵的鐵心是用整塊的鑄鐵或鑄鋼

制成，而交流電磁鐵因鐵心存在磁滯和渦流損耗，其鐵心用硅鋼片疊壓而成。

電磁吸力與氣隙的關(guān)系曲線稱為電磁鐵的吸力特性。

（1）直流電磁鐵的吸力特性當(dāng)給直流電磁鐵的線圈加上直流電壓時，線圈中便有

了勵磁電流，使磁路中產(chǎn)生了密集的礴通，該磁通作用于銜鐵，在電磁吸力作用下使銜鐵與

鐵心吸合并做功。

圖I/4a為直流電磁鐵的吸力特性。圖中曲線I為（IN）?磁動勢下的吸力特性，曲線2

為（W）2磁動勢下的吸力特性，且ON）?>（W）2。由于直流電磁鐵的線圈電阻為常

數(shù)，當(dāng)外加工作電壓不變時，線圈電流也是常數(shù)，其磁動勢（勵磁電流與線圈匝數(shù)的乘積，

單位為安?匝）為常數(shù)，在這種情況下，其電磁吸力與氣隙大小的平方成反比，氣隙越大，

電磁吸力越??；相反，氣隙越小，電磁吸力越大’即直流電磁鐵在恒定磁動勢下只與氣隙6

2成反比，因此吸力特性為二次曲線狀。圖中陽為銜鐵閉合后的氣隙，心為銜鐵打開后的

氣隙，銜鐵氣隙減小的過程是電磁吸力加大的過程。當(dāng)通過外加電壓使電磁鐵的勵磁安匝增

大時，其在行程中任一位置上的電磁吸力也增大.應(yīng)當(dāng)注意的是在銜鐵吸合的過程中及其吸

合以后的線圈電流基本不變。

山直流電磁鐵的吸力特性可知，線圈勵磁電壓的高、低，銜鐵行程的長、短，都將影響

電橫鐵的吸力特性，從而影響電磁鐵的工作性能。

（2）交流電磁鐵的吸力特性交流電磁鐵在線圈工作電壓一定的情況下，鐵心中的

磁通幅值基本不變,所以鐵心與銜鐵間的電磁吸力也基本不變。因而交流電磁鐵的吸力特性

一般比較平坦，如圖l/4b所示。它與直流電磁鐵的區(qū)別在于：一是在電壓（有效值）已定

的背況下，勵磁電流（有效值）的大小主要取決于線圈的感抗，在電磁鐵吸合的過程中，隨

著氣隙的減小，磁阻減小，線圈的離抗增大，勵碳電流減小，即勵磁電流的大小是隨著氣隙

的改變而變化的。在線圈吸合的過程中，線圈電流逐漸減小，至吸合后達到穩(wěn)定電流，因此

在吸合過程中存在較大的瞬時沖擊電流，嚴重時可達穩(wěn)定電流的十倍以上。故交流電磁鐵如

果在吸合的過程中出現(xiàn)卡死或運動不暢等現(xiàn)象，就比較容易被燒毀：二是由于交流電磁鐵的

在吸合后，勵磁電壓是按正弦規(guī)律變化的，所以其氣隙磁通也按正弦規(guī)律變化，而電磁吸力

與旗通的平方正比，故其吸力曲線如圖1-15所示。

電磁機構(gòu)在工作過程中，銜鐵始終受到反作用彈簧、觸頭彈簧的反作用力及其他阻力之

和件的作用。盡管電磁吸力的平均值凡大于E，但在某些時候，吸力仍將小于E（圖1-15

中畫有陰影線的部分）。這將使銜鐵產(chǎn)生釋放趨勢（因吸力的平均值大于反力，且脈動的頻

率較高，不可能產(chǎn)生擇放效果），從而使銜鐵產(chǎn)勺振動，發(fā)出噪聲，應(yīng)采取措施加以消除。

為消除振動和噪聲，在電磁鐵的鐵心和銜鐵的兩人不同端部各開一個槽,槽內(nèi)嵌裝一個用銅、

康銅或鍥絡(luò)合金材料制成的短路環(huán)（又稱減振環(huán)或阻尼環(huán)），如圖1-16所示。短路環(huán)把鐵心

中的磁通分為兩部分，即不穿過短路環(huán)的曲和穿過短路環(huán)的02,且#2滯后曲，即曲

和小不同時為零，則由弧和。2產(chǎn)生的電磁吸力也不同時為零，如果短路環(huán)設(shè)計的合適，

使肉和。2的相位差也較為合適，這就保證了合成吸力變的比較平直且始終大于反作用力，

從而消除了振動和噪聲。

【步驟三】知識和能力的歸納（時間：5分鐘）

電磁機構(gòu)是各類電磁式電器的重要組成部分，是各種電磁式電器以及液壓閥、氣動閥、

電俄高合器、電磁制動器等完成動作的能量來源，主要作用是將電磁能量轉(zhuǎn)換為機械能量，

由電磁鐵心和勵磁線圈組成。

【步驟四】布置作業(yè)、說清楚作業(yè)的要求（時間：2分鐘）

P23:4

****學(xué)院

單元教學(xué)設(shè)計

****學(xué)年第**學(xué)期

課程名稱：電機與電氣控制技術(shù)

授課班級：…*

任課教師：___________

所在系部及教研室：__________研室_

第3講

標(biāo)題：三相異步電動機（2學(xué)時）

多媒體

授課上課上課教空

班級時間地點

三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和三相異步電動機的工作原理，尤其是異步的含義。

教

學(xué)

目

的

能力（技能）目標(biāo)知識目標(biāo)

能夠通過拆卸三相異步電動機，認識主了解三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)：

要結(jié)構(gòu)部件：

掌握三相異步電動機的工作原理。

會完成電機定子接線的不同連接方式：

教學(xué)

目標(biāo)會實現(xiàn)電機旋轉(zhuǎn)方向改變的方法。

重點：三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和三相異步電動機的工作原理。

重點難點：三相異步電動機的工作原理。

難點

解決方法：講清異步的含義及機電能證轉(zhuǎn)換的過程。

及

解決

方法

參考

資料

【步驟一】說明主要教學(xué)內(nèi)容、目的（時間：3分鐘）

電磁機構(gòu)的組成，各部分作用，線圈電壓、電流、氣隙與吸力之間的關(guān)系。

【步驟二】新知識講解（時間：80分鐘）

一,三相異步電動機的結(jié)構(gòu)

1.三相異步電動機外形

三相異步電動機的外形如圖1-17所示。從旦動機的外形圖上可見到的部件有吊環(huán)、銘

牌.接線盒、機座.端蓋.軸承蓋、轉(zhuǎn)軸及機座上方的散熱翅。吊環(huán)由圓鋼制成，安裝在機

座上方，便于吊裝電動機。每一臺電動機的機座上都裝有一塊薄鋁板的銘牌，如圖1“8所

示，銘牌上較詳細地介紹了電動機的特性和一般衣術(shù)要求，給使用、檢查和修理電動機創(chuàng)造

了良好的條件。銘牌上標(biāo)明的參數(shù)有：型號、額定功率.額定電壓.額定電流.額定頻率.

額定轉(zhuǎn)速、接法、工作方式、絕緣等級等。若電動機沒有銘牌或銘牌上的內(nèi)容不清，則不要

輕易使用該電動機，以免發(fā)生事故。

2.三相異步電動機主要零部件

三相鼠籠式異步電動機主要零部件組成如圖1-19所示。從圖中可見三相鼠籠式異步電

動機主要部件有定子和轉(zhuǎn)子，其他機械構(gòu)件有：軸承、軸承蓋、端蓋、風(fēng)扇、宰殼、接線盒、

吊環(huán)等。

三相異步電機的定子由機座、定子鐵心和定子繞組組成。

（1）機座機座是電動機的支架，用于支撐鐵心和固定端蓋。底座上有螺孔，便于

與地基固定，頂部有螺孔用于安裝吊環(huán)螺絲，還有放置銘牌的部位及定子繞組的出線孔。機

座一般由鑄鐵制成，外表面有散熱翔，便于散熱,機座的內(nèi)腔是一個圓柱形空間，用來安裝

定子鐵心、定子繞組和整個轉(zhuǎn)子，如圖1-20所示。

<2）定子鐵心定子鐵心是由厚度為O.35-O.5inm硅鋼片沖制成圓環(huán)形，上有定子槽

和壓緊口，如圖1-21所示。把?定數(shù)量的定子硅鋼片疊壓在一起，并通過壓緊口用扣片住

（防止松散）便制成了定子鐵心，如圖1-22所示。

（3）定子繞組定子繞組由許多線圈連接而成，如圖1-23所示。每個線圈有2個有

效邊，分別放入2個定子槽內(nèi)，各線圈按照一定規(guī)律連接成三相繞組。定子繞組一般可以連

接成星形（Y）或三角形（△）,如圖1-24所示，繞組一般采用高強度漆包圓銅線繞制而成。

3.轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)子是電動機的旋轉(zhuǎn)部分，由轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子繞組（籠條）組成。轉(zhuǎn)子外形如圖

1-27所示。由于轉(zhuǎn)子在定子腔內(nèi)需自由轉(zhuǎn)動，故轉(zhuǎn)子與定子之間必須有空氣隙，?般為

0.1-lmmo氣隙對電動機的運行性能影響很大，轉(zhuǎn)子與定子不能相互摩擦（俗稱掃膛），否

則會損壞定子和轉(zhuǎn)子。

（1）轉(zhuǎn)軸電動機轉(zhuǎn)軸外形如圖1-29所示，一般由中碳鋼加工而成。轉(zhuǎn)子鐵心就套

在轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸支撐著轉(zhuǎn)子的重量，軸兩端套上軸承，使轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)腔自由轉(zhuǎn)動。

（2）轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心由轉(zhuǎn)子硅鋼片組成。轉(zhuǎn)子硅鋼片由厚0.359.5mm硅鋼片沖

制成如圖1-30所示形狀，四周有分布均勻的槽。把一定數(shù)量的轉(zhuǎn)子硅鋼片疊在一起并壓裝

在轉(zhuǎn)軸上，即成了轉(zhuǎn)子鐵心。在轉(zhuǎn)子鐵心的四周槽內(nèi)嵌有導(dǎo)體（銅條或鋁條）。

（3）轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組是轉(zhuǎn)子的電路部分，它的作用是感應(yīng)電動勢、流過電流并

產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。三相異步電動機按照轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)形式可分為鼠籠式異步電動機和繞線式轉(zhuǎn)子

異步電動機，在實際應(yīng)用中鼠籠式三相異步電動亂得到了更廣泛的應(yīng)用，本部分主要介紹鼠

籠式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組從材料上分為兩種，即同籠式銅條繞組和鼠籠式鋁條繞組。

鼠籠式銅條繞組在轉(zhuǎn)子鐵心的四周內(nèi)放置有一根根的銅條，銅條的兩端用短路環(huán)焊接起來，

如圖l-31a所示。中小型電動機一般常用鑄鋁的辦法，把槽中的鋁條及兩端的短路環(huán)和風(fēng)扇

鑄成一個整體，如圖1-31C所示。如果將鐵心拿捧，剩下的轉(zhuǎn)子繞組就好像一只鼠籠，如圖

l-31b所示，故稱鼠籠式轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子中的鋁條也被稱為籠條，轉(zhuǎn)子籠條與轉(zhuǎn)軸不是平行的，

而是具有一定的傾斜角度，目的是為了消弱由于定、轉(zhuǎn)子開槽引起的齒諧波，以改善籠型電

動機的起動性能.

4.其他機械構(gòu)件

電動機除了上述主要部件外，還有軸承、軸承蓋、端蓋、風(fēng)扇、接線盒等構(gòu)件。

（I）軸承軸承分為球軸承和滾動軸承西種，每種軸承都是由外圈、內(nèi)圈及滾動體

組成的，如圖1-32所示。軸承外圈緊緊套入端彘中心的圓孔內(nèi)，內(nèi)圈緊緊套在轉(zhuǎn)軸上。當(dāng)

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，內(nèi)圈隨之轉(zhuǎn)動，外圈不動。內(nèi)、外圈之間填充有潤滑劑，以減少摩擦。一般按

機座號和極對數(shù)配備相應(yīng)尺寸的軸承，軸承尺寸按內(nèi)徑（mm）X外徑（mm）X寬度（mm）

選配。

<2）端蓋俗稱大蓋，電動機有兩個端就，分別裝在機座的左、右端口上，由鑄鐵

制成，其作用是把轉(zhuǎn)子支撐在定子內(nèi)腔的中心。

<3）軸承蓋俗稱小蓋，也是由鑄鐵制成，其作用是固定轉(zhuǎn)子的軸承，限定轉(zhuǎn)子使

其僅能沿軸向在極小范圍內(nèi)移動。

（4）風(fēng)扇一般由硬質(zhì)塑料或鑄鋁制成，用于排風(fēng)散熱。

（5）罩光由薄鐵板沖壓制成，起保護風(fēng)扇和定向排風(fēng)的作用。

（6）接線盒接線盒由底座、盒蓋和接線支架構(gòu)成，如圖1-33所示，其作用是固定

和保護定子繞組的引出端及三相電源線的引入端，底座和接線盒蓋由鑄鐵澆鑄成。接線支架

由絕緣電木制成，其形狀如圖1-34所示。定子繞組是對稱的三相繞組，每相之間互成120°

電角，對稱均勻地嵌放在定子鐵心槽內(nèi)。三個繞組的首端用UI、VKW1所示，末端用U2、

V2,W2表示，三相繞組共六個引出端固定在接線支架上。通常根據(jù)銘牌規(guī)定，定子繞組可

以接成星形（Y）或三角形（△）,如圖1-35所示.

二,三相異步電動機的工作原理

1.旋轉(zhuǎn)磁場實驗

如圖1-36所示，一個裝有手柄的U形磁鐵，在N、S兩極之間放一個可以自由轉(zhuǎn)動的、

由許多銅條組成的導(dǎo)體，銅條兩端用銅環(huán)短接，形狀與鼠籠相似，稱為鼠籠式轉(zhuǎn)子。磁極與

轉(zhuǎn)子間沒有任何機械聯(lián)系。在U形磁鐵的N極與S極間存在著磁場，磁力線方向如圖1-36

所示。

當(dāng)搖動手柄使U形磁鐵轉(zhuǎn)動時，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子跟著U型磁鐵轉(zhuǎn)動起來。搖得快，轉(zhuǎn)動快，

搖得慢，轉(zhuǎn)動也慢，改變搖動方向，轉(zhuǎn)子也跟著改變轉(zhuǎn)動的方向。由實驗可知U形磁鐵的

轉(zhuǎn)動，使得U形磁鐵的N極與S極之間的磁場在轉(zhuǎn)動，這個轉(zhuǎn)動的磁場稱旋轉(zhuǎn)磁場。當(dāng)轉(zhuǎn)

子做成一個鼠籠狀的封閉導(dǎo)體時，它能隨著旋轉(zhuǎn)皴場而轉(zhuǎn)動。簡單分析一下：轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)磁

場作用卜轉(zhuǎn)動的原因分。將圖1-36中U型磁鐵和轉(zhuǎn)子沿著轉(zhuǎn)了銅條的垂直方向連同磁極?

起別開，得到如圖1-37所示的剖面圖,手搖U形磁鐵逆時針轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁

場與轉(zhuǎn)子間產(chǎn)生相對運動。假定旋轉(zhuǎn)磁場不動，則轉(zhuǎn)子相對于磁場做反方向的轉(zhuǎn)動，切割磁

力線，在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生電流。電流方向可按右手定則判斷。若把電流方向流進紙面的方向，以

符號十表示；流出紙面的方向以。表示，則轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生電流方向如圖1-37所示。在分析磁

場對通電導(dǎo)體作用忖，已經(jīng)知道通電導(dǎo)體在磁場中受到力（尸〉的作用，因此，轉(zhuǎn)子的上下

受到大小相等、方向相反的兩個力（Q的作用，于是它們相對于轉(zhuǎn)軸形成了一個電磁轉(zhuǎn)矩，

在這個電磁轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)磁場作用下跟著轉(zhuǎn)動。

2.旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生

旋轉(zhuǎn)磁場是在三相對稱繞組中通以三相電流而產(chǎn)生的。

以兩極三相異步電動機為例，來分析旋轉(zhuǎn)磁場的特點。三相對稱繞組是指每相繞組的匝數(shù)、

連接規(guī)律等相同并且在空間布置上各相軸線互差120°空間電角度的繞組。繞組U1-U2.

V1-V2,W1-W2其形狀如圖1-38所示，稱UI、VI,W1為繞組的首端，U2、V2、W2為

末端。UI-U2、V1-V2,W1-W2繞組的兩邊安放在定子槽中，是定子繞組的有效部分，稱為

布?效邊：其余的起連接作用，稱為端接邊，其越短越有利于節(jié)省材料。把U1-U2、V1-V2.

W1-W2的有效邊按繞組首端在空間分別相差120°的空間位置嵌放在定子鐵心槽中，并把

繞組末端U2、V2、W2聯(lián)于一點（星形接法），首端UI、VI、WI分別接到三相交流電源

的A、B、C相上，此時的三相繞組即可稱為對球繞組，如圖1-39所示。此時流過的三相對

稱繞組的電流分別為人、后、ic，則此三相電流滿足幅值相等、相位互差120°,稱為對稱

三相電流，其三角函數(shù)的表達式為：

/B=Um（（wM200）

總=6加（。什120°）

式中/m稱為幅值?？梢妼ΨQ三相電流的場值相等，唯一區(qū)別是它們在相位上互差120°。因

為電流的方向隨時間變化，為便于分析，一般規(guī)定電流為正方向時，電流從首端流進，末端

流出：電流為負方向時,從末端流進，首端流出，流進用符號8表示，流出用符號。表示。

在圖l“0a為三相電流的波形圖。分別取仆/3的4個瞬間時刻，分析繞組中電流的流向及產(chǎn)

生旋轉(zhuǎn)磁場的情況。

當(dāng)時刻，〃=0、加<0、/c>0。IB<0電流從末端V2流進，從首端VI流出：

ic>0電流從首端W1流進，從末端W2流出，繞組中電流方向如圖l-40b所示。繞組導(dǎo)線

中流過電流，其導(dǎo)線四周產(chǎn)生磁場，磁力線方向用右手定則判斷。左右都有磁場，中部為合

成脫場，磁力線由上至下，這也相當(dāng)于上方為N極，下方為S極。從磁極數(shù)看，這是一個

兩極磁場，這就是定子繞組在這種布線方式下產(chǎn)生了兩極磁場，如果用P表示的極對數(shù)，

則P=L

當(dāng)片n（3Z=1200）時刻n時刻，如圖l-3-23a所示，/A>0,吊=0、ic<00按上述分析，

通過繞組導(dǎo)線中的電流方向如圖l-40c所示，同樣用右手定則判斷兩極磁場的方向。圖140c

與圖14）b相比較，兩極磁場在空間己按順時針方向旋轉(zhuǎn)了120°。

同理，在/=f2（3f=240°）時刻，電流方向及產(chǎn)生的兩極磁場如圖L40d所示，圖14M與圖

14）b相比較，兩極磁場在空間按順時針方向旋轉(zhuǎn)了240°。

在1似切片360°）時刻，繞組中電流方向及產(chǎn)生的兩極磁場如圖IMOe所示，圖I4）e

與圖14）b相比較，可認為兩極磁場在空間按順時針方向旋轉(zhuǎn)了360°.由此可知，定子繞

組通入對稱三相電流時，其形成的兩極磁場隨右電流的變化在空間不斷地旋轉(zhuǎn)，這就形成了

旋轉(zhuǎn)磁場。電動機的轉(zhuǎn)動原理就是定子鐵心電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子相互作用使轉(zhuǎn)子跟著

旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)起來.原理分析如圖1聞1所示，設(shè)起動時旋轉(zhuǎn)磁場方向如圖為順時針，磁場轉(zhuǎn)

速為”1。轉(zhuǎn)子導(dǎo)體靜止，與旋轉(zhuǎn)磁場之間存在若相對運動，根據(jù)右手定則，轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)電

動勢和電流方向如圖：上出下進。根據(jù)左手定則，載流轉(zhuǎn)子導(dǎo)體受力，形成電磁轉(zhuǎn)矩7；方

向如圖，驅(qū)動轉(zhuǎn)子順時針旋轉(zhuǎn)。一般情況下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速”總是小于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速〃轉(zhuǎn)

子才能產(chǎn)生感生電動勢和轉(zhuǎn)子電流，才能產(chǎn)生電感轉(zhuǎn)矩，所以稱為異步電動機。一般電動機

的額定轉(zhuǎn)速略低于對應(yīng)的同步轉(zhuǎn)速。批注|gl|:此處有改動

3.旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向

（1）旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速從上述的說明中可以看出，產(chǎn)生的兩極旋轉(zhuǎn)磁場<P=1）,其

旋與轉(zhuǎn)速等于電流每秒鐘的交變次數(shù)，即頻率力。一般/】=50Hz,則旋轉(zhuǎn)磁場每分鐘的轉(zhuǎn)

W|=6Qfi=3000r/min,旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速稱為同步轉(zhuǎn)速，記為川。當(dāng)電動機的定子槽數(shù)增加時，

電動機的定子繞組所形成的磁極會增加，則同步轉(zhuǎn)速與極對數(shù)P和頻率力的關(guān)系為：

n\=f^f\lp(1-1)

已知電動機的極數(shù)，就可知道其同步轉(zhuǎn)速〃I，見表1」所示.

為了描述電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速〃與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速“I的同步程度，引進一個物理量為轉(zhuǎn)

差率S,它是轉(zhuǎn)差(/?!-?)與同步轉(zhuǎn)速，〃之比，即

^=(/?)-?,)//,)或s=("ixl00%(1-2)

轉(zhuǎn)差率是分析異步電動機運行情況的重要參數(shù)之一。由于異步電動機工作在電動狀態(tài)時,

其轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速方向一致但低于同步轉(zhuǎn)速，所以電動狀態(tài)的轉(zhuǎn)差率s的范圍是：。?L

其中s=0,是理想空載狀態(tài)，實際中不存在：s=L是起動瞬間。對普通的三相異步電動機，

為了使額定運行時的效率較高，通常設(shè)計成使它的額定轉(zhuǎn)速略低于但很接近于對應(yīng)的同步轉(zhuǎn)

速，所以額定轉(zhuǎn)差率SN一股為1.5%?5%。

從上述公式可以看到：一是旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速m與電源的頻率以及和電動機的極對數(shù)有

關(guān)，這也說明電動機的轉(zhuǎn)速也與電源的頻率以及和電動機的極對數(shù)有關(guān)：二是電動機的轉(zhuǎn)速

是可調(diào)的，只要改變電源的頻率或者改變極對數(shù)就可調(diào)速了。不過，改變極對數(shù)不能實現(xiàn)平

滑調(diào)速，而改變電源頻率可以實現(xiàn)無極調(diào)速。這兩種方式分別稱為變極調(diào)速和變頻調(diào)速，并

且變頻調(diào)速是很有發(fā)展前途的一種調(diào)速方式。

(2)旋轉(zhuǎn)破場的轉(zhuǎn)向三相異步電動機定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向在三相繞組排列一定的情

況下由三相電流的相序決定，因此只把三相交流電源的A、B、CZZ相中任兩相交換接入電

動機的定子繞組，旋轉(zhuǎn)磁場方向就會改變，電動機的轉(zhuǎn)動方向也就跟著改變了。

【步驟三】知識和能力的歸納(時間：5分鐘)

異步電機包括兩個主要部分，即固定不動的定子部分和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子部分。在定子和轉(zhuǎn)子

之間存在空氣隙，簡稱氣隙。異步電動機運行時，對稱的定子繞組接上對稱的三相交流電源，

就能在電動機的氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，依界電磁感應(yīng)作用，使轉(zhuǎn)子繞組中感生電流，產(chǎn)生電

磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子沿著旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)起來，顯然，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速總是低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)

速，這就是異步電動機的“異步”的由來。

【步驟四】布置作業(yè)、說清楚作業(yè)的要求(時間：2分鐘)

P23:5/6/7/8/9/i0

****學(xué)院

單元教學(xué)設(shè)計

****學(xué)年第**學(xué)期

課程名稱：電機與電氣控制技術(shù)

授課班級：…*

任課教師：___________

所在系部及教研室：__________研室_

第3講

標(biāo)題：直流電動機（2學(xué)時）

多媒體

授課上課上課教空

班級時間地點

克流電動機的基本結(jié)構(gòu)和克流電動機電動機的工作原理，尤其是勵磁方式及意義。

教

學(xué)

目

的

能力（技能）目標(biāo)知識目標(biāo)

能夠拆裝小型直流電機的主要部件：了解直流電機的結(jié)構(gòu)：

能根據(jù)宜流電機的故障現(xiàn)象，分析判斷理解克流電機的勵磁方式：

可能的故障原因。。

教學(xué)掌握直流電機的工作原理。

目標(biāo)

重點：直流電動機的基本結(jié)構(gòu)和直流電動機的工作原理。

重點難點：直流電動機的工作原理。

難點

解決方法：講清機電能量轉(zhuǎn)換的過程。

及

解決

方法

參考

資料

【步驟一】說明主要教學(xué)內(nèi)容、目的（時間：3分鐘）

直流電動機的基本結(jié)構(gòu)和直流電動機電動機的工作原理，尤其是勵磁方式及意義。

【步驟二】新知識講解（時間：80分鐘）

一.直流電機的結(jié)構(gòu)批注［門］：第四節(jié)應(yīng)該都是講直流電動機呢吧？您第四

1.定子節(jié)里的電極是不是都應(yīng)該替換為電動機呢？請?zhí)幚硐?/p>

直流電機運行時靜止不動的部分稱為定子，定子的主要作用是產(chǎn)生磁場，由機座、主磁

極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。

（1）主磁極主磁極的作用是產(chǎn)生氣隙破場，使電樞表面的氣隙磁通密度在空間上此處正確（這里的電機包括電動機和發(fā)電機）

均有分配，并且方便纏繞勵磁繞組。主磁極由土磁極鐵心和勵磁繞組兩部分組成，如圖

1Y3所示。主磁極鐵心一般用0.5廊?1.5加厚的硅鋼板沖片段壓抑緊而成，分為極身和

極靴（極掌）兩部分，上面套勵磁繞組的部分稱為極身，下面擴寬的部分稱為極靴（極常），

極靴（極掌）寬于極身，既可以調(diào)整氣隙中磁場的分布，又便于固定勵磁繞組。極靴（極

掌i兩邊伸出極身之外的部分，稱為極尖。極靴（極常）面向電樞的部分稱為極弧。極孤

與電樞間的空間為氣隙.鐵心勵磁繞組用絕緣銅線繞制而成，套在主磁極鐵心上.整個主

磁極用螺釘固定在機座上。批注忸3］:此處有改動

（2）換向極換向極的作用是改善換向，減小電機運行時電刷與換向器之間可能產(chǎn)

生的換向火花，一股裝在兩個相鄰主磁極之間，由換向極鐵心和換向極繞組組成。換向極繞

組用絕緣導(dǎo)線繞制而成，套在換向極鐵心上，換向極的數(shù)目與主磁極相等。

（3）機座電機定子的外殼稱為機座。機座的作用有兩個：一是用來固定主磁極，

并起整個電機的支撐和固定作用；二是機座本身也是磁路的一部分，借以構(gòu)成磁極之間磁

的通路，磁通通過的部分稱為磁匏。為保證機座具有足夠的機械強度和良好的導(dǎo)磁性能，一

般為鑄鋼件或由鋼板焊接而成。

（4）電刷裝置電刷裝置是用來引入或弓|出直流電壓和直流電流的，如圖1-45所示。

電刷裝苴由電刷、刷握、刷桿、刷桿座和刷辮等殂成。電刷放在刷握內(nèi)，用彈簧壓緊，使電

刷與換向器之間有良好的動接觸，刷握固定在刷桿上，刷桿裝在圓環(huán)形的刷桿座上，相互之

間必須絕緣。刷桿座裝在端蓋或軸承內(nèi)蓋上，圓周位置可以調(diào)整，調(diào)好以后加以固定。刷辮

的作用是為了保證可靠連接導(dǎo)通電流。批注（?4］:此處有改動

2.轉(zhuǎn)子（電樞）

運行時轉(zhuǎn)動的部分稱為轉(zhuǎn)子，其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢，是直流電機進

行能量轉(zhuǎn)換的樞紐，所以通常又稱為電樞，主要力轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風(fēng)

扇等組成。

（1）電樞鐵心電樞鐵心是主磁路的主要部分，同時用以嵌放電樞繞組。一般電樞鐵

心采用由0.5mm厚的硅鋼片沖制而成的沖片疊壓而成，以降低電機運行時電樞鐵心中產(chǎn)生的

渦流損耗和磁滯損耗。疊成的鐵心固定在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架上。鐵心的外圓開有電樞槽，槽內(nèi)

嵌放電樞繞組。

（2）電樞繞組電樞繞組的作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢，是直流電機進行能量

變換的關(guān)鍵部件，所以叫電樞。它是由許多線圈［以下稱元件）按一定規(guī)律連接而成，線圈采

用施強度漆包線或玻璃絲包扁銅線繞成，不同線糊的線圈邊分上下兩層嵌放在電樞槽中，線

圈目鐵心之間以及上、下兩層線圈邊之間都必須妥善絕緣。為防止離心力將線圈邊甩出槽外，

槽口用槽楔固定，如圖146所示。線圈伸出槽外的端接部分用熱固性無緯玻璃帶進行綁扎。

圖1-47是電樞繞組中的單疊繞組，一個繞組的首端和末端所連接的換向片相鄰。

（3）換向器在直流電動機中，換向器配以電刷，能將外加直流電源轉(zhuǎn)換為電樞線圈

中的交變電流，使電磁轉(zhuǎn)矩的方向恒定不變：在與流發(fā)電機中，換向器配以電刷，能將電樞

線圈中感應(yīng)產(chǎn)生的交變電動勢轉(zhuǎn)換為正、負電刷上引出的直流電動勢。換向器是由許多換向

片赳成的圓柱體，換向片之間用云母片絕緣。換向器的結(jié)構(gòu)如圖1-48所示。

（4）轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸起轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的支攆作用，需有一定的機械強度和剛度，一般用圓鋼

加工而成。

二、直流電機的勵磁方式

直流電機在進行能京轉(zhuǎn)換時，都是通過氣隙中的磁場作為媒介。除了少數(shù)采用永磁體作

為主磁極的直流電機外，直流電機都是在勵磁繞組中通以勵磁電流的方式產(chǎn)生磁場的?我們

稱主磁極的勵磁繞組獲得直流電源的方式稱為勵磁方式。以直流電動機為例，勵磁方式分為

四種：他勵、并勵、串勵和復(fù)勵，如圖1-49所示。

（1）他勵勵磁繞組的電源由單.獨的勵碳電源提供，與電樞電源無關(guān)。需說明的是，

永做體電極的直流電動機也屬于他勵方式。

<2）并勵勵磁繞組和電樞繞組并聯(lián)，由同一個直流電源供電。

（3）串勵勵磁繞組和電樞繞組串聯(lián)，由同一個克流電源供電。

（4）復(fù)勵勵磁繞組分成兩部分，一部分與電樞繞組并聯(lián)，另一部分與電樞繞組中

聯(lián)，由同一個直流電源供電。

三、直流電機的工作原理

1.直流發(fā)電機和直流電動機的工作原理

直流電機是電能和機械能相互轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)電機，按照能量轉(zhuǎn)換的方式分為直流發(fā)電機和

直流電動機。將機械能轉(zhuǎn)換為電能的是直流發(fā)電機，將電能轉(zhuǎn)換為機械能的是直流電動機。

直海電機的工作原理如圖1-50所示。直流發(fā)電機工作時，由原動機拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的

轉(zhuǎn)子切割定子提供的磁場，在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感起電動勢。對于轉(zhuǎn)子繞組來說，其旋轉(zhuǎn)到不

同的磁極，內(nèi)部的感應(yīng)電動勢方向會周期變化。通過換向器和電刷的逆變作用，可以將電樞

繞他內(nèi)部產(chǎn)生的交變電源，變成電刷間方向不變的克流電源；克流電動機工作時，直流電源

通過電刷和換向器接入電樞繞組，電樞繞組中的耳流與定子磁場相互作用使通電的電樞導(dǎo)體

受到電磁力的作用，形成電磁轉(zhuǎn)矩，電動機沿著電磁轉(zhuǎn)矩的方向旋轉(zhuǎn)。為了保證電樞繞組旋

轉(zhuǎn)到不同磁極卜的受力方向不變，流經(jīng)電樞繞組的電流方向在不同的磁極卜必須改變。通過

電刷和換向器的共同作用，將外部電路的直流電源整流成電樞繞組內(nèi)部的交變電流，以保證

電粒繞組受力方向不變，電機能夠沿著同一方向連續(xù)運轉(zhuǎn)。綜上所述，不論是發(fā)電機還是電

動機，換向器都是關(guān)鍵部件。換向器和電刷的共同作用，可以把直流發(fā)電機線圈中的交變電

動勢整流成電刷間的方向不變的直流電動勢：把直流電動機電刷間的直流電流逆變成線圈內(nèi)

部的交變電流，以保證電動機沿著恒定方向旋轉(zhuǎn)。

2.直流電機的可逆運行原理

從電機的結(jié)構(gòu)上來說,直流發(fā)電機和直流電動機完全相同。直流發(fā)電機帶負載后，有電流流

過負載，同時也流過電樞線圈，其方向與感應(yīng)電動勢方向相同。根據(jù)電磁力定律，電樞繞組

在定子磁場中會受到電磁力的作用，形成電磁轉(zhuǎn)矩，方向與轉(zhuǎn)速方向相反。所以，發(fā)電機的

電磁轉(zhuǎn)矩阻礙發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，是制動性質(zhì)。為此，發(fā)電機必須用足夠大的拖動轉(zhuǎn)矩來克服電磁

轉(zhuǎn)矩的制動作用，以維持發(fā)電機的稔定運行。此時發(fā)電機從原動機吸收機械能，轉(zhuǎn)換成電能

向負載輸出；直流電動機旋轉(zhuǎn)起來后，電樞繞組力割定子磁場，也要產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，用右

手定則判斷其方向與電流方向相反，即電樞電動勢是反電動勢，它阻礙電流流入電動機。所

以，直流電動機要正常工作，就必須要施加直流電源以克服反電動勢的阻礙作用，把電流加

入電動機。此時，電動機從直流電源吸收電能，轉(zhuǎn)換成機械能輸出。綜上所述，無論是電動

機還是發(fā)電機，由于電磁的相互作用，電樞電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩是同時存在的。從原理上說發(fā)

電機和電動機并沒有本質(zhì)差別，只是外界條件不同。一臺直流電機，既可以作為發(fā)電機運行，

又可以作為電動機運行，這就是直流電機的可逆運行原理。

【步驟三】知識和能力的歸納（時間：5分鐘）

直流電機分為直流發(fā)電機和直流電動機兩大類，由兩個主要部分組成：岸止部分（稱為

定子），主要用來產(chǎn)生磁場：轉(zhuǎn)動部分（稱為轉(zhuǎn)子，又稱電樞），是機電能量轉(zhuǎn)換的樞紐。在

定轉(zhuǎn)子之間，有一定的間隙稱為氣隙。直流電機的運行性能與它的勵磁方式有密切的關(guān)系。

直海電機勵磁繞組的供電方式稱為勵磁方式，分為四類：他勵、并勵、串勵和更勵。直流電

機運行時，通過換向器和電刷的共同作用，可以將直流發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組中的交變電動勢整流

成電刷間的直流電動勢或者將直流電動機電刷間的直流電流逆變成轉(zhuǎn)子繞組中的交變電流，

以保證電動機沿恒定方向旋轉(zhuǎn)。從結(jié)構(gòu)及原理上看，發(fā)電機和電動機并無本質(zhì)差別，只是外

界條件不同而已。一臺直流電機既可以作為發(fā)電機運行，也可以作為電動機運行，這就是直

流電機的可逆運行原理。

【步驟四】布置作業(yè)、說清楚作業(yè)的要求（時間：2分鐘）

P23:ll/I2/I3

****學(xué)院

單元教學(xué)設(shè)計

****學(xué)年第**學(xué)期

課程名稱：電機與電氣控制技術(shù)

授課班級：…*

任課教師：___________

所在系部及教研室：__________研室_

第5講

標(biāo)題：低壓電罌的基本知識（2學(xué)時）

多媒體

授課上課上課教空

班級時間地點

掌握低壓電器的的作用和應(yīng)用場合，分類方式和類別。電磁機構(gòu)的作用、結(jié)構(gòu)形式；線圈

教的作用和結(jié)構(gòu)形式，交、直流電磁機構(gòu)吸力特性及區(qū)別；交流電磁鐵產(chǎn)生噪聲和震蕩的原

學(xué)因；消除噪聲和笈蕩的的方法。觸點的作用、結(jié)構(gòu)形式、材料；電弧產(chǎn)生的物理原因和對

目觸點的影響；滅弧方法和原理。最終達到熟悉電磁機構(gòu)、線圈、觸點、滅瓠機構(gòu)等部分的

的結(jié)構(gòu)形式，會進行相應(yīng)的故障分析、判斷、檢修和排除。

能力（技能）目標(biāo)知識目標(biāo)

熟悉電極機構(gòu)、線圈、觸點、滅孤機構(gòu)掌握低壓電器的的作用和應(yīng)用場合，分類方式和

等部分的結(jié)構(gòu)形式，會進行相應(yīng)的故障類別。電磁機構(gòu)的作用、結(jié)構(gòu)形式：線圈的作用

分析、判斷、檢修和排除。和結(jié)構(gòu)形式，交、直流電磁機構(gòu)吸力特性及區(qū)別：

教學(xué)交流電磁鐵產(chǎn)生噪聲和震蕩的原因；消除噪聲和

目標(biāo)震蕩的的方法。觸點的作用、結(jié)構(gòu)形式、材料；