郝妮妮-直流他勵電動機的制動特性教學設計.doc

直流他勵電動機的制動特性教學設計 授課人郝妮妮所屬專業(yè)：機械工程類專業(yè)所屬課程：機電傳動與控制適用對象：機械工程類專業(yè)本科生主 講 人：郝妮妮所屬單位：山東科技大學機械電子工程學院1、 教學背景機電傳動控制是機械類專業(yè)的本科生必修的一門專業(yè)基礎課。課程主要從機電一體化技術的需要出發(fā)，使學生了解機電傳動控制的一般知識，掌握電機、控制電器、電力拖動、自動控制系統(tǒng)的工作原理、特性、應用和選用方法，并能從事機電產(chǎn)品的控制系統(tǒng)設計，且為數(shù)控機床、微機控制系統(tǒng)等后續(xù)課程打下基礎。課程對加強學生素質教育，提高學生分析問題、解決問題的實際能力、以及創(chuàng)新意識、工程實踐的綜合素質，培養(yǎng)機電復合型拔尖創(chuàng)新型人才都具有重要作用。本次微課所選授課內(nèi)容為“直流他勵電動機的制動特性”。此知識點一直是“機電傳動控制”這門課程的一個重點和難點內(nèi)容。多數(shù)同學對此內(nèi)容概念不能透徹理解；不能將原理性的知識用機械特性曲線圖來表達；對三種制動形式容易相互混淆，不能區(qū)分三種形式各自的優(yōu)缺點；無法用學習到的理論知識去解決實際問題。參賽者針對此教學內(nèi)容存在的問題，大膽改革教材內(nèi)容，并精心設計教學過程，堅持“授課而非授書”的教學理念，采用“啟發(fā)式”教學方法，靈活運用多媒體或教鞭或板書等多種教學手段來完成授課，實現(xiàn)“教師享受教，學生享受學”。以日常生活中人們所熟悉的如自行車、汽車等機械制動方式存在摩擦生熱甚至起火等問題作為切入點，引出本次課的主題直流他勵電動機的制動特性，進而提高學生學習的興趣和學習積極性。授課過程中，依據(jù)提出問題（何謂電氣制動）、分析問題（提出電氣制動的三種方法）、解決問題（得到制動特性曲線）、理論知識與實際相結合（通過制動特性機械特性曲線和實例比較各種制動方法的優(yōu)缺點及各自適用的場合）的教學思路不斷的啟發(fā)學生，促使學生邊學習邊思考再學習，不斷增加知識深度，進而讓學生對所學知識點有所深刻的了解，培養(yǎng)學生能以工程的觀念來解決實際問題的能力。二、教學理念 1、自身堅持“專心致志，以事其業(yè)”的敬業(yè)精神。每一堂課堅持“備好課講好課”； 2、樹立“對象”意識。教學過程中注重與學生的“互動”，確立學生的主體地位，“教”與“學”不脫離。通過“互動”調動學生學習的積極性和創(chuàng)造性。 3、樹立“理論聯(lián)系實際”的教學理念。機械類專業(yè)的專業(yè)課教學始終堅持理論知識與實際相結合，加深學生對理論知識的理解和運用能力，強化鍛煉學生分析問題和解決問題的能力。三、教學特色1、教學過程中堅持“授課而非授書”！教材是“死的”，課程是“活”的，大膽改革教材內(nèi)容，精心設計教學內(nèi)容；2、教學活動中改變以往“被動式”教學，而采用“啟發(fā)式”和“研究式”，引導學生跟著教學思路不斷的思考問題、分析和解決問題；3、培養(yǎng)學生的工程思想和理念，不僅提高了學生的學習積極性，同時鍛煉學生“運用所學知識解決實際問題，并在此基礎上創(chuàng)造和學習更多的知識”。四、教學方法與手段教學方法：課堂采用啟發(fā)式和研究式教學，教學過程中注重與學生的互動，以此調動學生學習的積極性，培養(yǎng)學生創(chuàng)造性的思維能力。教學手段：根據(jù)教學需求，靈活恰當?shù)倪x擇多媒體教學、教鞭或者粉筆加黑板等不同的教學手段。五、教學目標：知識目標：1、掌握電氣制動的三種形式； 2、電氣制動三種形式的制動原理及制動特性； 3、總結三種制動形式的優(yōu)缺點。技能目標：1、掌握三種制動形式適用的場合； 2、培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的能力，注重理論與工程實際的聯(lián)系。六、教學內(nèi)容與設計過程教學內(nèi)容：1、機械制動相對于電氣制動的缺點 2、實現(xiàn)電氣制動的三種方法 3、電氣制動三種形式的優(yōu)缺點及適用場合。教學設計思路：開 場：提出問題。以學生所熟知的自行車、汽車等的制動方式存在什么缺點為引入點，提起學生學習的興趣，讓學生帶著目的聽課。過程中：分析問題。自行車等機械制動由于摩擦生熱易引起制動失效，提出“電動機電氣制動”這個知識點。教學思路依據(jù)：“何謂電動機的電氣制動？” “實現(xiàn)電氣制動有哪幾種方法？” “電氣制動每一種形式的制動原理是什么？” “電氣制動每一種形式的制動特性是什么？” 采用啟發(fā)式教學，依據(jù)如上問題思路引導學生不斷的思考，提高學生學習的積極性，鍛煉學生分析問題的能力。 結 尾：解決問題。歸納總結出電氣制動有三種制動形式，反接制動、能耗制動、反饋制動。 引 申：理論與實際有機結合。提出“三種制動形式各自有什么優(yōu)缺點？” “三種制動形式各自適合什么場合？”以辯證的眼光來看問題，分析出三種制動形式各自的優(yōu)缺點。以工程的觀念將理論知識與實際相結合，分析出何種制動形式適合何種現(xiàn)場制動場合。七、教學總結：1、 掌握電動機的三種制動形式（反接制動、能耗制動、反饋制動）的制動特性及優(yōu)缺點； 2、反饋制動不僅能限制位能負載的下降速度，同時吸收的機械能轉化的電能一部分消耗在內(nèi)阻上，另一部分回饋到電網(wǎng)中了。由于不可再生能源的短缺和人們對環(huán)境的重視，反饋制動系統(tǒng)在電梯、汽車等許多領域都被廣泛的應用，利用反饋制動實現(xiàn)能量回饋，達到節(jié)能的目的（理論聯(lián)系工程實際）。腳本： 引入：以日常生活中人們所熟悉的如自行車、汽車、起重機等機械制動方式存在摩擦生熱甚至起火等問題作為切入點，引出本次課的主題直流他勵電動機的電氣制動 今天我們將以直流他勵電動機為例，來給同學們介紹電動機的制動特性。需要掌握的知識點為電氣制動的三種形式及相應的制動特性及各自適用的場合。 我們先來看一下日常生活中同學們所熟悉或者接觸的自行車和汽車的制動方式自行車，在停車或者下坡減速時，手握閘，車閘上的制動器與車輪摩擦實現(xiàn)停車或者減速； 對于汽車，制動時踩下制動踏板，通過傳動機構使制動蹄上的摩擦片壓緊在制動鼓的內(nèi)圓面上產(chǎn)生一個摩擦力矩。 這些制動方式，都是通過什么方式？共同點是什么？ 這都屬于機械制動，共同的特點就是制動時制動器與制動對象之間的機械摩擦力產(chǎn)生制動。我們知道，摩擦就會磨損，降低使用壽命，增加了更換零部件的成本。同時摩擦也會生熱，降低制動效果，甚至會引起著火現(xiàn)象 我們來看，如果在類似這樣的山路上開車，轉彎或下坡的地方非常多，司機大部分會長期踩著腳剎，這樣會出現(xiàn)什么問題？ 易出現(xiàn)剎車過熱造成制動失靈，更有甚者會出現(xiàn)輪胎著火現(xiàn)象。如新聞中報道過很多大貨車司機開車時由于長時踩著腳剎，導致剎車片過熱輪胎著火的案例。 不采用直接的摩擦，如何實現(xiàn)制動？ 想到電動機有兩種工作狀態(tài)，電動和制動。制動狀態(tài)時產(chǎn)生與旋轉方向相反的制動轉矩。所以提出電動機的電氣制動 那么，如何實現(xiàn)電氣制動？ 要讓電動機產(chǎn)生與旋轉方向相反的轉矩，那么就要改變T的方向，進而要改變電流的方向。所以首先想到的實現(xiàn)電氣制動的第一種方法就是電源反接，改變電流方向。也就是通常所說的電源反接制動。以直流他勵電動機為例進行介紹。 電源方向如圖所示時，電動機處于電動狀態(tài)。電動機特性曲線如圖1，與負載的交點a為穩(wěn)定工作點。反接時，電樞反接在電源上，同時電樞回路要串接制動電阻Rad。 這時電流方向相反產(chǎn)生制動轉矩；特性曲線如何變化？（結合板書）理想同步轉速變向，得到特性曲線2.由于機械慣性的作用，轉速不能突變，工作點由a點過度到b點，此時在電機和負載制動轉矩的共同作用下系統(tǒng)減速至0到c點。 那么為什么要串接電阻？（結合板書） 我們看電動時的電流大小，電源反接制動開始瞬間電流等于電壓和電動勢串接時的電流，電流非常大，為了限流電動機的電樞電路中必須串接足夠大的限流電阻。 針對反抗性負載，a點Tm=TL，達到穩(wěn)定平衡點。電源反接瞬間，由于機械慣性的作用，速度不能突變，工作點由a點過渡到b點，b點轉矩與轉速方向相反，為制動轉矩。由運動學方程式可知系統(tǒng)減速至c點，速度為0，實現(xiàn)減速。 問題：這時，若電樞不從電源拉開，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？（結合板書） 在C點，電動機產(chǎn)生的電動轉矩大于負載的制動轉矩，要反向加速！ 優(yōu)點：制動電流相對較大，制動力大制動迅速 缺點：制動準確性差 適用場合：制動迅速的要求 問題：如何準確停車？ 第二種制動方式：能耗制動（結合板書） 在n=0時，TM =0 Tm=0，及n0=0，即U=0，切除電源。 電路原理圖中電流方向為電動方向，特性曲線如圖1.電源切除后，由于n的存在，電動勢充當電源，產(chǎn)生方向相反的電流產(chǎn)生制動轉矩。在0點時，電動機轉矩為0恒小于負載轉矩，所以不會出現(xiàn)反向啟動的危險。 優(yōu)點：制動準確 從能量角度出發(fā)，能耗制動，機械能全部消耗在電阻，造成能源的浪費。（結合板書） 那么，能否將轉變的電能回饋到電網(wǎng)中，實現(xiàn)能源的充分利用呢？ 第三種制動形式，反饋制動 在外部條件的作用下，實際轉速大于理想空載轉速，電動機輸出轉矩的作用方向n的方向相反，電動機運行于反饋制動狀態(tài)。此狀態(tài)時機械能轉變成電能，向電源饋送，稱反饋制動。（結合板書）電機車由平路變?yōu)橄缕逻\行時，小車加速運行，越過理想空載轉速時，電動機轉矩變?yōu)橹苿?