新能源汽車直流電動機課程教學設計

新能源汽車直流電動機課程教學設計一、任務引入（時間：5分鐘）【知識回顧】1.驅動電機的類型及額定指標。2.電動汽車對驅動電機的要求?！救蝿辗治觥勘敬握n學習內容包括直流電動機的分類、結構原理及特點。【目標要求】1.了解直流電動機的結構2.掌握直流電動機的分類3.掌握直流電動機的工作原理4.了解直流電動機的機械特性【教學活動設計】教師活動：創(chuàng)設情境，展示教具；學生活動：體會場景，感知實物。二、知識準備（時間：40分鐘）【相關知識】1.導入新課直流電動機就是將直流直流電能轉換成機械能的電動機，是電動機的主要類型之一，它具有結構簡單、技術成熟、控制容易等特點，在早期的電動汽車或希望獲得更簡單結構的電動汽車中應用，特別是場地用電動汽車和專用電動汽車。下面我們一起進入直流電動機的學習。2.講授新知識一、直流電動機的分類直流電動機分為繞組勵磁式直流電動機和永磁式直流電動機。在電動汽車所采用的直流電動機中，小功率電動機采用的是永磁式直流電動機，大功率電動機采用的是繞組勵磁式直流電動機。繞組勵磁式直流電動機根據勵磁方式的不同，可分為他勵式、并勵式、串勵式和復勵式四種類型。1．他勵式直流電動機他勵式直流電動機的勵磁繞組與電樞繞組無連接關系，而由其它直流電源對勵磁繞組供電。因此勵磁電流不受電樞端電壓或電樞電流的影響。永磁直流電動機也可看作他勵直流電動機。他勵直流電動機在運行過程中勵磁磁場穩(wěn)定而且容易控制，容易實現(xiàn)電動汽車的再生制動要求。但當采用永磁激勵時，雖然電動機效率高，重量和體積較小，但由于勵磁磁場固定，電動機的機械特性不理想，驅動電動機產生不了足夠大的輸出轉矩來滿足電動汽車起動和加速時的大轉矩要求。2．并勵直流電動機并勵直流電動機的勵磁繞組與電樞繞組相并聯(lián)，共用同一電源，性能與他勵直流電動機基本相同。并勵繞組兩端電壓就是電樞兩端電壓，但是勵磁繞組用細導線繞成，其匝數很多，因此具有較大的電阻，使得通過它的勵磁電流較小。3．串勵直流電動機串勵直流電動機的勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)后，再接于直流電源，這種直流電動機的勵磁電流就是電樞電流。這種電動機內磁場隨著電樞電流的改變有顯著的變化。為了使勵磁繞組中不致引起大的損耗和電壓降，勵磁繞組的電阻越小越好，所以串勵直流電動機通常用較粗的導線繞成，它的匝數較少。4．復勵直流電動機復勵直流電動機有并勵和串勵兩個勵磁繞組，電動機的磁通由兩個繞組內的勵磁電流產生。若串勵繞組產生的磁通勢與并勵繞組產生的磁通勢方向相同稱為積復勵。若兩個磁通勢方向相反，則稱為差復勵。復勵直流電動機的永磁勵磁部分采用高磁性材料釹鐵硼，運行效率高。由于電動機永磁勵磁部分有穩(wěn)定的磁場，因此用該類電動機構成驅動系統(tǒng)時易實現(xiàn)再生制動功能。同時由于電動機增加了增磁繞組，通過控制勵磁繞組的勵磁電流或勵磁磁場的大小，能克服純永磁他勵直流電動機不能產生足夠的輸出轉矩來滿足電動汽車低速或爬坡時的大轉矩要求，而電動機的重量或體積比串勵電動機的小。二、直流電動機的結構與特點1．直流電動機的結構直流電動機由定子與轉子兩大部分構成，定子和轉子之間的間隙稱為氣隙。2．直流電動機的特點（1）調速性能好。直流電動機可以在重負載條件下，實現(xiàn)均勻、平滑的無級調速，而且調速范圍較寬。（2）起動力矩大。可以均勻而經濟地實現(xiàn)轉速調節(jié)，因此，凡是在重負載下起動或要求均勻調節(jié)轉速的機械，例如大型可逆軋鋼機、卷揚機、電力機車、電車等，都可用直流電動機拖動。（3）控制比較簡單。一般用斬波器控制，它具有高效率、控制靈活、重量輕、體積小、響應快等優(yōu)點。（4）有易損件。由于存在電刷、換向器等易磨損器件，所以必須進行定期維護或更換。三、直流電動機的工作原理直流電動機的工作原理P145圖4.5所示。圖中，定子有一對N、S極，電樞繞組的末端分別接到兩個換向片上，正、負電刷A和B分別與兩個換向片接觸。四、直流電動機的控制1.直流電動機轉速控制方法主要有電樞調壓控制、磁場控制和電樞回路電阻控制。2.電樞調壓控制是指通過改變電樞的端電壓來控制電動機的轉速。這種控制只適合電動機基速以下的轉速控制，它可保持電動機的負載轉矩不變，電動機轉速近似與電樞端電壓成比例變化，所以稱為恒轉矩調速。直流電動機采用電樞調壓控制可實現(xiàn)在寬廣范圍內的連續(xù)平滑的速度控制，調速比一般可達1:10，如果與磁場控制配合使用，調速比可達1:30。電樞調壓控制的調速過程：當磁通保持不變時，減小電壓，由于轉速不立即發(fā)生變化，反電動勢也暫時不變化，由于電樞電流減小了，轉矩也減小了。如果阻轉矩未變，則轉速下降。隨著轉速的降低，反電動勢減小，電樞電流和轉矩就隨著增大，直到轉矩與阻轉矩再次平衡為止，但這時轉速已經較原來降低了。3.磁場控制①定義：是指通過調節(jié)直流電動機的勵磁電流改變每極磁通量，從而調節(jié)電動機的轉速，這種控制只適合電動機基數以上的控制。當電樞電流不變時，具有恒功率調速特性。磁場控制效率高，但調速范圍小，一般不超過1:3，而且響應速度較慢。磁場控制可采用可變電阻器，也可采用可控整流電源作為勵磁電源。②磁場控制的調速過程：當電壓保持恒定時，減小磁通，由于機械慣性，轉速不立即發(fā)生變化，于是反電動勢減小，電樞電流隨之增加。由于電樞電流增加的影響超過磁通減小的影響，所以轉矩也就增加。如果阻轉矩未變，則轉速上升。隨著轉速的升高，反電動勢增大，電樞電流和轉矩也隨著減小，直到轉矩和阻轉矩再次平衡為止，但這時轉速已經較原來升高了。5.電樞回路串電阻控制是指當電動機的勵磁電流不變時，通過改變電樞回路電阻來調節(jié)電動機的轉速。這種控制方法的機械特性較軟，而且電動機運行不穩(wěn)定，一般很少應用。對于小型串勵電動機，常采用電樞回路串電阻控制方式。【教學活動設計】教師活動：講授知識，講演結合；學生活動：理解結構、原理、性能。三、任務實施（時間：40分鐘）新能源汽車用直流電機的拆裝與檢測1.基本設備一臺電動汽車用直流電動機及相關拆裝檢測設備。2.操作步驟拆裝并檢測電動汽車用直流電動機。3.具體操作【步驟一】示范操作【步驟二】學生操作訓練或課堂實踐4.適任評估對任務效果進行檢驗評價。1.評估要素結合能力要求2.評估標準①操作準確、熟練（100％×滿分）；②操作準確、較為熟練（80％×滿分）；③熟練程度一般、能完成操作（60％×滿分）；……【教學活動設計】教師活動：示范操作，突出要領；學生活動：工學結合，學做合一。四、項目拓展（時間：20分鐘）新能源汽車驅動電機應用現(xiàn)狀。五、課堂總結（時間：5分鐘）【任務總結】本次課學習內