直流电动机设计方案
第1章前沿
1.1 课题研究的背景及意义
直流电动机以其良好的起动、制动性能，较宽范围内平滑调速的优点，在许多调速要求较高、要求快速正反向、以蓄电池为电源的电力拖动领域中得到了广泛的应用。近年来，虽然高性能交流调速技术得到了很快的发展，在某些领域交流调速系统已逐步取代直流调速系统。然而直流调速系统系统不仅在理论上和实践上都比较成熟，目前还在应用，比如轧钢机、电气机车等都还有用直流电机；而且从控制规律的角度来看，交流拖动控制系统的控制方式是建立在直流拖动控制系统的基础之上的，从某种意义上说有相似的地方。因此，掌握和了解直流拖动控制系统的控制规律和方法是非常必要的。
从生产机械的要求的角度看，电力拖动控制系统分为调速系统、伺服系统、多电动机同步控制系统、张力控制系统等多种类型。而各种系统大多都是通过控制转速来实现的，因此调速系统是电力拖动控制系统最基本的系统[1]。
从直流电机在国民生产生活中所占位置的角度来看，直流电机目前依旧应用于工业生产中，并广泛应用于人们的生活中。因此直流电机的控制技术的发展很大程度上影响着国民经济的增长，影响着人们的生产生活水平，因此，对直流电机调速系统的研究还是很有必要的。
1.2 课题发展历程及趋势
在很长的一段时间里直流电动机作为最主要的电力拖动工具，其应用已经渗透到人们的工作、学习、生活的各个方面。早期电动机调速控制器主要由模拟器件构成，由于模拟器件存在的固有缺点，比如存在温漂，零漂电压等，使系统控制精度和可靠性降低。后来，随着可编程控制器比如AT89C51，PLC等和IGBT、GTR等电力电子开关器件，传感器技术等的发展使得直流电机调速系统进入了数字控制的阶段，这使得直流电机调速系
统的发展突飞猛进，从而出现了各种控制算法，比如比较经典的PID调节算法和后来的模糊控制算法等，这些领域的发展使得直流电机调速的精度和可靠性能大大提高，它取代了常规的模拟检测、显示等单元，基本上实现了智能化，使被控对象的动态过程按照规定的方式运行，已经能够满足绝大部分的工作要求，这使得以微控制器为核心的控制系统成为工业生产中控制系统的主流。90年代由于计算机技术的飞速发展，利用PC机的软硬件资源开发出来的控制系统具有更高的精度和可靠性，处理速度更高，需要的外围单元更少，这使得直流电机调速系统向着更加智能化、网络化发展。
目前，国内外主要电气公司，如瑞典ABB公司，日本三菱，德国西门子，AEG公司，美国GE公司均已开发出数字式直流调速装置，开发出各种各样的系列化，模块化，标准化的应用产品供选用，使得直流电机调速系统的设计更加方便，更加简单，精度更高，可靠性更好。
在今后的时间里，直流电机调速系统会朝着更高的精度，更好的可靠性，更加智能化，网络化发展。
本次课题正是结合实际生产要求，以直流电机电机为被控对象，以自动控制理论为基础，结合大学所学知识，通过软件程序的编写来实现直流电机的调速系统。
1.3 本章小结
本章主要介绍了从多个方面研究直流电机调速系统的目的和意义，并且介绍了直流电机调速系统国内外的发展状况，以及直流电机调速系统今后的发展方向及前景。从而确定了本次课题研究的意义和目的。
第2章 设计方案的选择
本次设计以STC89C52为核心，自动控制原理为基础，PWM 调速为方法，实现直流电机的闭环调速，用键盘设定一个一定范围内的速度，直流电机会按照给定速度运行，并最终达到稳定运行，并能够对电机的电枢电流进行检测显示并能够对电机进行电流保护。
2.1 直流调速系统调速方式的选择
直流电机的稳定转速为：
Φ
-=e K IR U n （2-1） 由上式可知，直流电机调节转速的方案有：
方案一：调节电枢两端电压U ；
方案二：减弱励磁磁通Φ；
方案三：改变电枢回路电阻R ；
改变电枢回路电阻的方法只能实现有级调速，减弱磁通虽然能够实现无级调速，但是调速范围不大，因此直流电机调速最好的方法是调节电枢两端的电压，能够在一定范围内实现无级调速，且调速范围宽[2]。
因此，根据本次设计的要求要实现无级平滑调速，选择方案一调节电枢两端电压的方式来进行电机的调速。
2.2 直流调速系统可控直流电源的选择
直流电机所用的电源为直流电源，而如何得到直流电源有以下方法：
方案一：采用晶闸管整流器-电动机调速系统,通过调节可控触发装置晶闸管的控制电压来移动触发脉冲的相位，从而改变整流器输出的平均电压，即电枢两端电压，以实
现直流电动机的平滑调速；
方案二：脉宽调制变换器-直流电动机调速系统，用脉冲宽度调制的方法把给定的恒定的直流电压调制成频率一定，宽度可变的脉冲电压序列，从而改变电枢两端的平均电压，以实现直流电机的平滑调速；
方案一中的晶闸管是单向导电的，给电动机的可逆运行带来极大的困难，在可逆运行中，需要采用正反两组可控整流电路；晶闸管对过电压和过电流以及过高dt
du/和dt
di/十分敏感，任何一项指标超过其允许值都会使晶闸管烧坏；当电动机在低速运行时，晶闸管的导通角很小，系统功率因数变小，在交流侧产生较大谐波电流，引起电网电压畸变，因此要在电网中增设无功补偿装置；由于电压波形的脉动，使得电流波形也会脉动，因此要设置一个电感量足够大的平波电抗器；电路比较复杂。
方案二中开关频率高，电流容易连续，谐波少，电动机损耗和发热都较少；直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高；变换器的开关频率高，电流脉动幅值不大，再影响到反电动势和转速，波动就更小了；具有低速性能好，稳速精度高，调速范围宽的优点；电路比较简单。
综合考虑，本次设计采用方案二直流PWM调速系统。
2.3 直流电动机驱动模块选择
对直流电机驱动有很多种方法，然而根据设计要求选择一个合适的方法很重要：方案一：用继电器来启动和停止电机，通过不断的切换继电器的开和关来对电机调速，这种方案电路简单，但是继电器响应时间较长，只能在开关频率低时使用，机械结构易磨损；
方案二：用功率开关器件构成的H桥来驱动直流电机，功率开关器件开关频率高，响应时间短，能够快速响应给定，系统滞后时间短，通过单片机输出PWM波来控制H桥开关器件的开和关，从而改变直流电机电枢电压，达到调速的目的。
考虑到PWM波的频率问题，本次设计采用方案二，应用电机驱动模块L298N来驱动直流电机。
2.4 PWM实现方式
PWM波的实现方法主要分为硬件和软件两种实现方法，而硬件和软件的实现方法又是多种多样的，由于条件限制，我们能采取的实现方法主要有：
方案一：应用单片机用软件延时的方式产生PWM波，这种方法比较占用处理器的资源，并且精度不高；
方案二：采用模拟PWM波形发生器芯片产生PWM波，通过单片机给定来改变输出的PWM波的占空比，这种方法控制简单，精度也比较高，但是需要外围的PWM波发生电路；
方案三：应用单片机的定时器来产生PWM波，对定时器赋不同的初始值来改变PWM 波的占空比，从而实现PWM的定频调宽，这种方式精度比较高，单片机内部带有定时器，使用方便简单。
通过对三种方案的比较，本次设计最终选择方案三来产生PWM波。
2.5 H桥可逆斩波调速系统调制方式
H桥可逆斩波控制的方法有很多种，也各有其优缺点，供我们选择的方案有：方案一：单极性脉宽调制方式，通过控制直流电压的极性来改变输出电压的极性，这种控制方式要求直流电压极性控制和脉宽调制信号配合使用比较麻烦，并且要进行电机正反转时要求外加直流电源极性变化；
方案二：双极性脉宽调制方式，这种方式通过改变控制信号的占空比来进行电机的正反转控制，当占空比大于2/
T时，
T时，电机正转，小于2/
T时，电机反转，等于2/
电机停止，这种调制方式电机电流一定连续；可以使电机在四象限运行；电机停止时有微震电流，恩能够消除静摩擦死区；低速平稳性好，系统调速范围宽可以达到1:20000左右；低速时，每个开关器件的驱动脉冲仍较宽，有利于保证器件的可靠导通，但是这种调速方式在工作过程中4个开关器件可能都处于开关状态，开关损耗大；在切换时可能发生上、下桥臂直通的事故[3]。
通过综合考虑，本次设计最终采用方案二双极性脉宽调制方式，虽然双极性有其自身的缺点，但在一定程度上不影响直流电机的调速，并且对于上、下桥臂直通的事故，可以通过软件的编程来避免，在本次设计中，主要通过对L298使能端的控制来达到防止上、下桥臂直通事故。
2.6 显示模块的选择
在现在的生活中，用来显示的东西也是各种各样，基本的显示器件如下：
方案一：采用LED数码管动态扫描显示，价格相对便宜，亮度高，显示数字简单，但是显示字母就不是很方便，并且连线复杂，驱动电路复杂；
方案二：采用点阵进行显示，点阵是由发光二极管组成，显示字母，汉字比较方便，但是显示数字浪费资源，并且价格相对较高；
方案三：用LCD 进行显示，LCD 显示程序简单，无需驱动电路，功能强大，可以显示字符，数字以及各种图形，亮度比较高，连线很方便。
通过比较，根据对各种方案熟悉程度和设计要求选择方案三，用LCD1602进行显示。
2.7键盘的方案选择
键盘作为输入设备，是大多电子产品的辅助物品，然而键盘的实现方案有两种：
方案一：应用独立键盘，这种在键盘数量大于四的时候会占用较多的I/O 口，但是其编程简单；
方案二：应用矩阵键盘，这种键盘的优点在于当键盘数量多的时候，应用矩阵键盘可以大大节省I/O 口，但是编程比较复杂；
综合考虑，本次设计只选用6个按键，采用独立键盘得用6个I/O 口，采用矩阵键盘只需5个I/O 口，因此本次设计选用2*3矩阵键盘。
2.8 调节器的实现方式选择
根据所学知识，提供给我们实现调节器的方式有两种：
方案一：选择模拟器件搭建的模拟调节器，这种调节器由于模拟器件本身的缺陷比如存在温漂、零漂电压等，使得控制精度和控制的可靠性能大大降低，并且电路复杂，需要更多的元器件，但是这种调节器对程序要求不高，程序简单；
方案二：用单片机来进行调节器的设计，采用数字调节器，这种调节器能够克服模拟器件的缺点，使得控制精度和可靠性提高，并且不需要外围电路，电路简单，对调节器的输出限幅等都很方便。
本次设计综合考虑方案一和方案二的优缺点，最终选择方案二来进行调节器的设计。
2.9 数字PI 调节器算法的实现方式
用单片机通过程序实现PI 调节器有两种方法：
方案一：位置式算法，第k 拍的输出为)1()()()(-++=k u k e T K k e K k u i sam i p ，由公式可以看出比例部分只与当前偏差有关，而积分部分则是系统过去所有偏差的积累，这种
实验一直流电动机起动实验 一、实验目的理解直流电机的工作原理，测试直流电动及直接起动的波形。说明负载转矩、转速、电流、电磁转矩之间为何具有相应的对应关系。 二、实验的主要内容 仿真一台直流并励电动机的起动过程。电动机参数为: PN =17kW, U N = 220V, n0= 3000r/min,电枢回路电阻R a =0. 0870，电枢电感La =0. 0032H，励磁回路电阻R F=181.50,电机转动惯量J=0.76 kg ?m2。 三、实验的基本原理直流电动机刚与电源接通的瞬间，转子尚未转动起来时，他励和串励电动机的电枢电流以及并励和复励电动机的输入电流称为起动电流，这时的电磁转矩称为起动转矩。一般情况下，在额定电压下直接起动时，起动电流可达电枢电流额定值的10~20倍，起动转矩也能达到额定转矩的10~20倍，这样的起动电流是换向所不允许的，而且过大的起动转矩会使电动机和它所拖动的生产机械遭受突然的巨大冲击，以致损坏传动机械和生产机械。由此可见，除了额定功率在数百瓦以下的微型直流电动机，因电枢绕组导线细、枢电阻大以及转动惯量又比较小，可以直接起动以外，一般的直流电动机是不允许采用直接起动的。 四、实验步骤 1) 建立并激电动机的仿真模型:直流电动机DCmotor 的电枢和励磁并联后由直流电源DC 供电，用Step 模块给定电动机的负载转矩，在DCmotor 的m 端连接了Demux 模块,将m 端输出的4 个信号分为4 路，以便通过示波器Scope 观察，m 端输出的转速单位为rad/s,这里使用了一个放大器(Gain), 将rad/s 转换为习惯的r/min,变换系数为:k=60/2 π =9.55。 2) 计算电动机参数: 励磁电流 励磁电感在恒定磁场控制时可取“ 0” 电枢电阻 R a =0.0870 电枢电感估算
《直流电动机》名师教 案 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
第六节直流电动机 清华大学附属中学永丰学校刘铭 教材内容分析 本课选自义务教育教科书，北京师范大学出版社物理九年级全一册第14章，第6节《直流电动机》。前面学生已经掌握了电流周围存在磁场，磁场对通电导体有力的作用，紧接着这节课的学习就是对前面所学知识的一个应用，也是对前面所学内容的另一种诠释，这需要很好的理解掌握前面学习的理论知识，这节课进行深入加工，有着理论的依据，亲自动手操作实验，切实做到学以致用。 学生情况分析 初三下学期的学生，有前面几节课的知识储备，并具备一定的发现问题、分析问题、解决问题的能力，在实验操作方面也有很多的实验积累，在讨论解决方案时会有一些可行的猜想，并针对这些猜想设计可行的实验，来验证猜想是否正确。但是对于学生来说,总会有一些想法不是很严谨，需要老师的及时适当引导。 核心素养 通过动手组装模拟电动机，探究电动机的工作的过程和原理，培养学生科学探究的能力和科学的思维，通过了解电动机在生活中的应用，认识科学与技术之间的关系，培养学生科学的态度与责任。 教学目标设计 1.知识与技能: (1)知道电动机工作的基本原理:通电线圈在磁场中受到力的作用。 (2)知道电动机工作过程中的能量转化。 (3)了解使电动机连续转动的方法,及换向器在直流电动机中的作用。 2.过程与方法:
(1)经历探究电动机转动原理的过程,培养学生初步分析问题的能力。 (2)经历电动机的发明过程,培养学生动手能力和发现问题并解决问题的能力。 3.情感态度与价值观: 了解物理知识如何转变为科学技术,强化学生学以致用的意识。 教学内容设计： 教学重点:探究磁场对通电导体有力的作用。 教学难点:使电动机持续转动的方法。 教学策略分析 （一）教学方法分析： 1.协作学习法：2个学生为一组，组内同学协同完成实验任务。 2.任务驱动法：学生们经历电动机的发展历程，随着电动机发展过程中问题的产生，猜想解决问题的措施，针对解决措施，动手设计实验，验证猜想是否正确，方案是否可行。 3.讨论交流学习法：学生在实验操作前，交流实验方案；在实验操作过程中，讨论方法的可行性；在实验操作后，交流总结实验心得和结论。 （二）教学手段： 多媒体，实物投影，电动机的换向器工作时慢镜头视频，小型电动机模型（2个），带有换向器的电动机模型（2个），玩具车中的电动机。
直流电动机常见故障分析与维修 1.引言 电动机在人们的工农业生产中发挥着巨大的作用，给人们的生活带来了极大的便利。直流电动机虽然结构较复杂，使用与维护较麻烦，价格较贵,但是由于其具有调速性能好，起动转矩大等优点, 本文分析了电动机的结构、工作原理以及在工作中的常见故障，并给出了一些日常维护的方法。 2.直流电动机的原理、结构与拆装 2.1直流电动机的工作原理 当把直流电动机的电刷A、B接到直流电源上时，从图2.1可以看出,电刷A是正电位，Ｂ是负电位，在N极范围内的导体ab中的电流是从a流向b,在S极范围内的导体ｃｄ中的电流是从ｃ流向d。前面已经说过，载流导体在磁场中要受到电磁力的作用，因此，ａｂ和cd两导体都要受到电磁力Fde的作用。根据磁场方向和导体中的电流方向，利用电动机左手定则判断,aｂ边受力的方向是向左,而cｄ边则是向右。由于磁场是均匀的,导体中流过的又是相同的电流,所以，ab边和cｄ边所受电磁力的大小相等。这样,线圈上就受到了电磁力的作用而按逆时针方向转动了。当线圈转到磁极的中性面上时,线圈中的电流等于零，电磁力等于零，但是由于惯性的作用，线圈继续转动。线圈转过半州之后,虽然aｂ与cｄ的位置调换了，aｂ边转到S极范围内,ｃｄ边转到N极范围内,但是，由于换向片和电刷的作用，转到Ｎ极下的cd边中电流方向也变了，是从d流向ｃ,在S极下的ab边中的电流则是从ｂ流向a。因此，电磁力Fｄc的方向仍然不变,线圈仍然受力按逆时针方向转动。可见，分别处在Ｎ、S极范围内的导体中的电流方向总是不变的，因此,线圈两个边的受力方向也不变,这样，线圈就可以按照受力方向不停的旋转了,通过齿轮或皮带等机构的传动，便可以带动其它工作机械。 图2．1 从以上的分析可以看到，要使线圈按照一定的方向旋转，关键问题是当导体从一个磁极范围内转到另一个异性磁极范围内时(也就是导体经过中性面后),导体中电流的方向也要同时改变。换向器和电刷就是完成这
物理八年级人教新课标实 验安装直流电动机模型 Prepared on 22 November 2020
实验报告 实验：安装直流电动机模型 初三( )班姓名：_____________ 座号：_______ _____年___月___日 实验目的：1.安装直流电动机模型。 2.研究直流电动机的转动方向和转速。 实验器材：直流电动机模型(散件)，干电池组、滑动变阻器、开关、导线若干。 实验步骤：1.安装直流电动机模型。 2.画出直流电动机模型与变阻器、电源、开关、组成的串联电路 图。 3.按电路图连接电路。 4.经检查无误后，闭合开关，调节滑动变阻器至合适位置，观察电动机线圈转动情况。 5.按下表进行实验，结论填入表中。 源电压，否则容易把电 动机模型烧坏。
2.为了使线圈在转动到平衡位置时，适时地改变线圈中电流方向，必须十分注意通电线圈 和换向器安装是否符合要求，应该使换向器两个铜质半环的绝缘处（断开处）的边线与线圈平面垂直。 3.电刷和换向器安装的松紧要适当，太松会接触不良形成开路，太紧会使电刷与铜质半环 间摩擦过大妨碍线圈的转动。 4.若接通电源后，电动机模型不转动，则可能有以下故障： ①滑动变阻器的连入阻值过大。②电刷与换向器间接触不良。③线圈正好处于平衡位置。 ④电磁铁没有磁性（或磁体没有放置好，磁场较弱）⑤电路的其它部分开路。☆） 实验报告 实验：安装直流电动机模型 初三( )班姓名：_____________ 座号：_______ _____年___月___日 实验目的：1.安装直流电动机模型。 2.研究直流电动机的转动方向和转速。 实验器材：直流电动机模型(散件)，干电池组、滑动变阻器、开关、导线若干。 实验步骤：1.安装直流电动机模型。 2.画出直流电动机模型与变阻器、电源、开关、组成的串联电路 图。 3.按电路图连接电路。 4.经检查无误后，闭合开关，调节滑动变阻器至合适位置，观察电动机线圈转动情况。 5.按下表进行实验，结论填入表中。
《直流电动机》 教学目的： 1、知道直流电动机的原理和主要构造。 2、知道换向器在直流电动机中的作用。 3、了解直流电动机的优点及其应用。 4、培养学生把物理理论应用于实际的能力。 教学重点、难点： 1.、磁场对电流的作用。 2.、磁场对电流作用的现象和规律，电动机的构造和原理。 教学过程： 1、复习 提问：上节课我们做实验给磁场中的导体通电，发现了什么？（学生回答：通电导体在磁场中受力）。 提问：这个力的方向与哪两个因素有关？（学生回答之后，教师强调：改变电流方向，或改变磁感线方向，导体受力方向就随着改变） 提问：出示如课本中的挂图和模型，根据上面的结论，通电线圈在磁场中是怎样受力的？（学生回答：ab边受力向上，cd边受力向下） 提问：在这两个力的作用下，线圈怎样运动？（学生回答：线圈会转动） 提问：这个现象中能量是怎样转化的？（学生回答：电能转化为机械能） 2、引入新课 教师陈述：电动机就是利用通电线圈在磁场中受力而转动的现象制成的，它将电能转化成机械能。下面我们来研究电动机是如何利用上述现象制成的，当然，我们先讨论最简单的一种电动机—直流电动机。给出直流电动机定义，并板书： 〈第六节直流电动机〉 3、进行新课 （1）使磁场中的通电线圈能连续转动的办法 很多同学可能马上想到通电线圈在磁场中不能连续转动（转到平衡位置要停下来），而实际的电动机要连续转动。怎样解决这个问题呢？（此处可告诉学生把理论用于实际需要再付出很多劳动，还可简介各国对理论应用于实际的重视，以培养学生对应用科学的兴趣）要解决这个问题，我们还得进行深入研究。 提问：在上节课的演示实验中，线圈转到平衡位置时是立即停止吗？为什么它不立即停止？（学生答：由于惯性线圈会稍转过平衡位置） 提问：转过平衡位置后，为什么它又转回来呢？（利用模型分析：转过平衡位置后，ab
《电动机》教案 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
电动机教案 核心素养 经历制作模拟电动机的过程，增强学生动手和观察能力；通过了解物理知 识如何转化成实际技术应用，进一步提高学生学习科学技术知识和应用物理知 识的兴趣。 教学目标 知识要点课标要求 1．磁场对通电线圈的作用通过生活实例，认识电流的热效应 2．电动机的基本构造了解电动机的构造，理解电动机的工作原理及换向 器的作用 优教提示：教师登陆优教平台，发送预习任务，学生完成本节课的预习任 务，反馈预习情况。 新课引入 电动自行车是倍受人们青睐的一种交通工具．它可以电动骑行，亦可以脚踏骑行．电动骑行时，蓄电池对车上电动机供电，电动机为车提供动力．你知道电 动机的工作原理吗？从学生的质疑中导入新课。 合作探究 探究点一磁场对电流的作用 活动1：展示如图所示的装置，让学生猜想一下，当开关闭合后，将会观察到 什么现象学生诧异闭合开关，让学生观察实验现象根据实验现象讨论、交流产 生此现象的原因是什么 （优教提示：请打开素材“实验演示：通电导体在磁场中受力”）
师适当点拨： 现象→原因→有磁场 ↓↓↓ 导线运动→受力的作用→通电导体是磁体 归纳总结：磁场对通电导体有力的作用。 知识拓宽：并不是所有的通电直导线在磁场中都受到力的作用，当通电直导线与磁感线方向平行时，此时通电的直导线不受力的作用。 活动2：要想改变导体在磁场中的运动方向，如何操作？学生交流、讨论，发表自己的观点，师总结。 总结：改变磁场的方向；可以改变电流的方向。 活动3：根据学生的猜想，进行验证。让学生观察实验现象，讨论得出实验结论。 归纳总结：通电导线在磁场中受力方向跟电流的方向、磁感线的方向都有关；当电流方向、磁感线方向发生改变时，通电导体受力方向也发生改变。 活动4：根据实验现象，大家讨论一下，在这个装置在能量的转化是怎样的在生活中哪些用电器是利用这一原理来工作的学生交流、讨论，发表自己的观点。 归纳总结： （1）将电能转化为机械能； （2）生活中的电动车、电风扇、电动机等工作时的原理与此相同。 探究点二电动机的基本构造 活动1：一根通电直导线在磁场会受力运动，一个通电的线圈在磁场中会怎样呢？展示如图所示的装置，让同学们猜想，然后再展示。 （优教提示：请打开素材“演示视频：制作简易电动机”）
实验二直流并励电动机 一.实验目的 1.掌握用实验方法测取直流并励电动机的工作特性和机械特性。 2.掌握直流并励电动机的调速方法。 二.预习要点 1.什么是直流电动机的工作特性和机械特性？ 2.直流电动机调速原理是什么？ 三.实验项目 1.工作特性和机械特性 保持U=U N和I f=I fN不变，测取n、T2、n=f(I a)及n=f(T2)。 2.调速特性 (1)改变电枢电压调速 保持U=U N、I f=I fN=常数，T2=常数，测取n=f(Ua)。 (2)改变励磁电流调速 保持U=U N，T2 =常数，R1 =0，测取n=f(I f)。 (3)观察能耗制动过程 四．实验设备及仪器 1．NMEL系列电机教学实验台的主控制屏。 2．电机导轨及涡流测功机、转矩转速测量（NMEL-13）。 3．可调直流稳压电源（含直流电压、电流、毫安表） 4．直流电压、毫安、安培表（NMEL-06）。 5．直流并励电动机。M03 (U N=220v，I N=1.1A，n N=1600) 6．波形测试及开关板（NMEL-05）。 7．三相可调电阻900Ω（MEL-03）。 五．实验方法 1．并励电动机的工作特性和机械特性。 实验线路如图1-6所示 U1：可调直流稳压电源 R1、R f：电枢调节电阻和磁场调节电阻， 位于NMEL-09。
电机旋转，并调整电机的旋转方向，使电机正转。 b．直流电机正常起动后，将电枢串联电阻R1调至零，调节直流可调稳压电源的输出至220V，再分别调节磁场调节电阻R f和“转矩设定”电位器，使电动机达到额定值：U=U N=220V，Ia=I N，n=n N=1600r/min，此时直流电机的励磁电流I f=I fN（额定励磁电流）。 c．保持U=U N，I f=I fN不变的条件下，逐次减小电动机的负载，即逆时针调节“转矩设定”电位器，测取电动机电枢电流I a、转速n和转矩T2，共取数据7-8组填入表1-8中。表U＝U N＝221V I f=I fN=56.1mA I f2=1.1 A
直流电动机教案示例 （一）教学目的1．知道直流电动机的原理和主要构造。2．知道换向器在直流电动机中的作用。 3.了解直流电动机的优点及其应用。4．培养学生把物理理论应用于实际的能力。（二）教具如课本图12—10的挂图和模型，两个箭头标志（可用饮料盒铝片制作），自制直流电动机模型（参见图12—2），直流电动机原理挂图一幅，小型直流电动机一台，学生电源一台。（三）教学过程1．复习提问：上节课我们做实验给磁场中的导体通电，发现了什么？（学生回答：通电导体在磁场中受力）。提问：这个力的方向与哪两个因素有关？（学生回答之后，教师强调：改变电流方向，或改变磁感线方向，导体受力方向就随着改变）提问：出示如课本12—10甲的挂图和模型，根据上面的结论，通电线圈在磁场中是怎样受力的？（学生回答：ab 边受力向上，cd边受力向下）提问：在这两个力的作用下，线圈怎样运动？（学生回答：线圈会转动）提问：这个现象中能量是怎样转化的？（学生回答：电能转化为机械能）2．引入新课教师陈述：
电动机就是利用通电线圈在磁场中受力而转动的现象制成的，它将电能转化成机械能。下面我们来研究电动机是如何利用上述现象制成的，当然，我们先讨论最简单的一种电动机—直流电动机。给出直流电动机定义，并板书：〈第五节直流电动机〉3．进行新课(1)使磁场中的通电线圈能连续转动的办法很多同学可能马上想到通电线圈在磁场中不能连续转动（转到平衡位置要停下来），而实际的电动机要连续转动。怎样解决这个问题呢？（此处可告诉学生把理论用于实际需要再付出很多劳动，还可简介各国对理论应用于实际的重视，以培养学生对应用科学的兴趣）要解决这个问题，我们还得进行深入研究。提问：在上节课的演示实验中，线圈转到平衡位置时是立即停止吗？为什么它不立即停止？（学生答：由于惯性线圈会稍转过平衡位置）提问：转过平衡位置后，为什么它又转回来呢？（利用模型分析：转过平衡位置后，ab边受力仍朝上，cd边受力仍朝下，正是这一对力使线圈转回来的）提问：要使线圈不转回来，应该在线圈刚转过平衡位置时就改变线圈的受力方向，即使线圈刚转过平衡位置就使ab 边受力变为向下，cd边受力变为向上。怎样才能使线圈受力方向发生这样的改变呢？引导学生回忆影响受力方向的两个因素，从而得出：应该在此时改变电流方向，或者改变磁感线方向。进一步引导学
直流电机的维护保养 1．短期维护 轧钢企业现场工况条件比较恶劣，如维护保养不当，就会出现直流电机换向变差的情况。根据现场实际工况条件优选碳刷，正确调整碳刷，可以使电机恢复正常的换向，确保电机的正常运行。 (1)碳刷的选用 碳刷的选用应综合其材料类别、电阻系数、密度、允许电流密度、允许速度、抗弯强度、硬度等技术参数进行优选。 如一台Z450-4B直流电机，额定功率700kW，额定电流1240A，最高转速1400r/min。该电机实际负荷为90％额定值，原随机配备的某牌号碳刷，在使用中表面油化，换向器表面出现黑色碳膜，碳刷磨损消耗很大，使用寿命不足1个月。经分析，选拜了一种电阻系数、密度、抗弯强度、允许电流密度及线速度较之原来均有提高的碳刷（表1）。磨合后，换向器表面重新形成良好的氧化膜，碳刷使用寿命达到了半年左右。 表1 (2)碳刷数量的最优配置 直流电机中碳刷数量应满足国标规定的负荷能力。按照《Z系列中型直流电动机技术条
件》ZBK23 001-89中的要求，金属轧机用直流电动机应能承受如下连续过载：①在额定电压、转速下，带115％额定负载连续运行；②在额定电压、转速、负载连续运行之后，紧接着以125%额定负载运行2h。 如某Z400-4B直流电机，额定功率400kW，额定电流715A。电机共有4个刷握杆，每个刷握杆上安装了6只碳刷，碳刷表面尺寸为25mm×32mm。那么碳刷设计工作面积（c m2）为： 单只碳刷表面积×每个刷握杆上的碳刷数量×电机极对数= 25×32×6×2=9600mm2=96cm2 在125%额定负载下，碳刷的工作电流密度为：715A×l.25÷96cm2=9.3A/cm2，在碳刷理论最佳工作电流密度8～12A/cm2的范围内。但在实际使用中，该电机最大负荷电流仅为600A，也就是说，该电机碳刷最大工作电流密度为：600A=96cm2=6.25A/cm2。远低于碳刷理论最佳工作电流密度的下限值8A/cm2。 碳刷工作电流密度过小，会造成电机换向器表面出现线状和槽状刻痕，缩短换向器的车削处理周期，缩短电机的使用寿命。反之，碳刷工作电流密度过大，则会造成碳刷及换向器表面发热、换向火花大。如表2对碳刷数量进行调整后，有效地避免了换向器表面的现状和槽状刻痕现象。 表2 (3)碳刷的布置 直流电机换向器刷握杆上的碳刷一般是平均布置的。但在需要对碳刷数量进行调整时，
初中物理直流电动机实验 初中物理直流电动机实验 观察与思考 1．试总结使直流电动机转向和转速改变的因素. 2．试推想交流电动机的工作原理。 3．玩具小汽车，坦克等车辆能向前后两个方向运动，而车轮的转动由车内的电动机带动，问汽车、坦克等车辆怎样改变运动方向的？ 实验结论 1.通过增大电流、增强磁场，可以使电动机的转速变快。即改变电流大小、改变磁场的强弱可以改变电动机的转动速度； 2. 只要改变电流的方向或磁场的方向中的一个，就可以改变电动机转动的方向。 实验考点 这个实验所涉及的内容，往往考查电动机的转动速度与哪些因素有关，转动的方向与哪些因素有关，以及电动机的原理，往往以探究题、填空题等形式出现。 经典考题 1. 科学家通过长期研究，发现了电和磁的联系，其中最重要的两种研究如上图所示。 （1）甲图是研究_________现象的装置，根据这一现象制了
________机。 （2）乙图是研究_____________的装置，根据这一现象制成了_________机。 3. 在安装直流电动机模型的实验中，安装完毕后闭合开关，线圈沿顺时针方向转动，要想使线圈沿逆时针方向转动，正确的做法是（） A. 减少一节电池 B. 调换磁性更强的磁铁 C. 把电源正、负极和磁铁南、北极同时对调 D. 把电源正、负极对调或磁铁南、北极对调 观察与思考答案 1. 电流的方向,磁铁磁极的方向能改变电动机的转向,电流的强弱、磁场的强弱、线圈的特性能改变转速。 2. 交流电动机采用交流电源，利用电流方向的改变使线圈在磁场中受力方向改变，从而维持线圈的不断转动。 3. 当电流方向发生改变时，电动机的转向随之发生改变，进而使车轮也反向转动，达到向前后两个方向运动的目的。 经典考题答案 1.要明确电动机的原理和发电机的原理，这两个实验比较相似，是同学们容易混淆的两个知识点。发电机的原理图中没有电源而有电流表，电动机的图中有电源，没有电流表。
《直流电动机》教学设计 一、教材内容分析 本课选自义务教育教科书，北京师范大学出版社物理九年级全一册第14章，第6节《直流电动机》。前面学生已经掌握了电流周围存在磁场，磁场对通电导体有力的作用，紧接着这节课的学习就是对前面所学知识的一个应用，也是对前面所学内容的另一种诠释，这需要很好的理解掌握前面学习的理论知识，这节课进行深入加工，有着理论的依据，亲自动手操作实验，切实做到学以致用。 二、学生情况分析 初三下学期的学生，有前面几节课的知识储备，并具备一定的发现问题、分析问题、解决问题的能力，在实验操作方面也有很多的实验积累，在讨论解决方案时会有一些可行的猜想，并针对这些猜想设计可行的实验，来验证猜想是否正确。但是对于学生来说,总会有一些想法不是很严谨，需要老师的及时适当引导。 三、教学目标设计 1.知识与技能: (1)知道电动机工作的基本原理:通电线圈在磁场中受到力的作用。 (2)知道电动机工作过程中的能量转化。 (3)了解使电动机连续转动的方法,及换向器在直流电动机中的作用。 2.过程与方法: (1)经历探究电动机转动原理的过程,培养学生初步分析问题的能力。 (2)经历电动机的发明过程,培养学生动手能力和发现问题并解决问题的能力。 3.情感态度与价值观: 了解物理知识如何转变为科学技术,强化学生学以致用的意识。 四、教学内容设计：
教学重点:探究磁场对通电导体有力的作用。 教学难点:使电动机持续转动的方法。 五、教学策略分析 （一）教学方法分析： 1.协作学习法：2个学生为一组，组内同学协同完成实验任务。 2.任务驱动法：学生们经历电动机的发展历程，随着电动机发展过程中问题的产生，猜想解决问题的措施，针对解决措施，动手设计实验，验证猜想是否正确，方案是否可行。 3.讨论交流学习法：学生在实验操作前，交流实验方案；在实验操作过程中，讨论方法的可行性；在实验操作后，交流总结实验心得和结论。 （二）教学手段： 多媒体，实物投影，电动机的换向器工作时慢镜头视频，小型电动机模型（2个），带有换 向器的电动机模型（2个），玩具车中的电动机。
1．目的 为保证设备的正常运转，能正确、科学地检修。 2．适用范围 本程序规定了电动机维修保养标准操作方法，适用于中、小型交、直流电动机的维护和检修。 3. 职责设备维修人员负责本程序的实施。 4．检修类别 检修类别 检修类别分小修、中修、大修。 检修间隔期 表1 5．检修内容 小修 检查轴承油质、油量和油环，更换润滑脂。 检查及处理电动机引线的连接情况和绝缘包扎情况。 检查处理电动机外壳的接地线。
检查清理滑环和换向器，调整或更换电刷。 测量定、转子线圈及电缆线路的绝缘电阻，如果阻值低，要进行干燥处理。 检查清扫电动机的开关、保护、信号、通风、冷却等附属装置。 中修 包括小修内容 清扫定子、转子绕组、铁芯以及通风沟内的积尘污垢。 检查定子线圈(磁极线圈)和槽楔的绝缘有否松动，铁芯有否松动变色，以及与转子有无磨擦现象，必要时进行刷漆、干燥、焊接、绑扎等绝缘处理。 检查转子鼠笼条（或线圈），端环有无断裂，转子平衡块以及风扇螺钉情况，防松装置是否完整。 检查电枢线圈有否断线，电枢绕组线圈与整流片间的焊接是否牢固，修整流子表面检查电枢线圈对地的绝缘电阻。 检查和更换轴承、风叶、风罩。 检查防爆电动机的接合面有否因裂纹磨损、腐蚀等原因而失去防爆性能，必要时测量防爆间隙。 电动的组装、喷漆、防腐及其组装前后的电导规定试验，经过检修后的电动机，应进行空载和起动试验。 大修 包括中修内容 拆开电动机所有零部件进行清洗、防腐、油漆。
铁芯的紧固处理。 更换定、转子部分或全部线圈，并进行浸漆和干燥处理。 更换损坏的集电环，换向器(整流子)，并精车、接槽和磨光。 清扫紧固励磁装置（硅励磁装置），并进行必要的测试。 刷架、刷握装置的分解和检修，更换损坏和修整弹簧。 组装，进行规定的试验。 试运转。 6．检修前的准备 技术准备 做好设备说明书、技术标准、图样等技术资料的准备，应熟悉电动机的各项技术指标和性能，掌握其结构组成和接线方式。 应了解设备的性能，并测试数据(包括：主要技术参数、绝缘电阻、耐压试验、电流、电压、泄漏电流、各部升温、振动、轴窜量等) 材料准备 电气材料，更换件。 检测仪器、拆装工具等。 安全技术准备 对所有公用器具、检测仪器仪表、保护设施等进行检查，保证其精度并且安全可靠。 现场检修应根据环境条件，做好防火、防爆、防毒、防高温等安全措施。
实验八直流并励电动机 一.实验目的 1.掌握用实验方法测取直流并励电动机的工作特性和机械特性。 2.掌握直流并励电动机的调速方法。 二.实验方法 1．并励电动机的工作特性和机械特性。 表1-8 U=U N=220V I f=I fN= 80.8 mA 2．调速特性 （1）改变电枢端电压的调速 （2）改变励磁电流的调速 三．实验报告 1.由表1-8计算出P2和η，并绘出n、T2、η=f(I a)及n=f(T2)的特性曲线。
图1 n=f(I a)特性曲线图2 T2=f(I a)特性曲线 图3 η=f(I a)特性曲线图4 n=f(T2)特性曲线 2.绘出并励电动机调速特性曲线n=f(U a)和n=f(I f)。分析在恒转矩负载时两种调速的电枢电流变化规律以及两种调速方法的优缺点。 图5 特性曲线n=f(U a)图6 特性曲线n=f(I f) 在恒转矩负载时两种调速的电枢电流变化规律以及两种调速方法的优缺点： 改变电枢端电压的调速是在额定转速以下调节转速的方法，电压Ua越小，转速n越小。优点：（1）可实现平滑的无级调速；（2）相对稳定性较好；（3）调速经济性较好；（4）调速范围大。 缺点：需要专用的可调压直流电源。 改变励磁电流的调速是在额定转速以上调节转速的方法，励磁电流If减小，磁通Φ变小，转速n升高。 优点：（1）可实现无级调速；（2）稳定性好；（3）调速经济性较好；（4）控制方便，能量损耗小。 缺点：受电动机机械强度和换向火花的限制，转速不能太高，调速范围不大。
四．思考题 1.并励电动机的速率特性n=f(I a)为什么是略微下降？是否会出现上翘现象？为什么？上翘的速率特性对电动机运行有何影响？ 答：根据并励电动机的速率特性公式，若忽略电枢反应，当电枢回路电流I a增加时，转速n下降；若考虑电枢反应的去磁效应，磁通Φ下降可能引起转速n的上升，即出现上翘现象。这样的变化与电枢回路电流I a增大引起的转速n降低抵消，使电动机的转速n变化很小。 2.当电动机的负载转矩和励磁电流不变时，减小电枢端压，为什么会引起电动机转速降低？ 答：由直流电动机机械特性的表达式可知，转速n与电枢电压Ua成正比、与磁通量Φ成反比，所以减小电压时，转速n下降。 3.当电动机的负载转矩和电枢端电压不变时，减小励磁电流会引起转速的升高，为什么？ 答：由于磁通与励磁电流在额定磁通以下时基本成正比，所以励磁电流I f减小时，主磁通也随着减小。由机械特性的表达式可知，当磁通Φ减小时，转速n升高。 4.并励电动机在负载运行中，当磁场回路断线时是否一定会出现“飞速”？为什么？ 答：不一定。因为当电动机负载较轻时，电动机的转速将迅速上升直至超过允许值，造成“飞车”；但若电动机的负载为重载时，则电动机的电磁转矩将小于负载转矩，使电动机转速减小，但电枢电流将飞速增大，超过电动机允许的最大电流值，烧毁电枢绕组。
直流电动机教学设计 教案是每个老师上课必备的讲课材料，但一份好的教案，也能决定一堂课的质量。如何备好教案呢?以下文章“直流电动机教学设计”由出国留学网为您提供，希望对您有所帮助!直流电动机教学设计(一)教学目的 1.知道直流电动机的原理和主要构造。2.知道换向器在直流电动机中的作用。3.了解直流电动机的优点及其应用。 4.培养学生把物理理论应用于实际的能力。(二)教具如课本图12—10的挂图和模型，两个箭头标志(可用饮料盒铝片制作)，自制直流电动机模型(参见图12—2)，直流电动机原理挂图一幅，小型直流电动机一台，学生电源一台。(三)教学过程1.复习提问：上节课我们做实验给磁场中的导体通电，发现了什么?(学生回答：通电导体在磁场中受力)。提问：这个力的方向与哪两个因素有关?(学生回答之后，教师强调：改变电流方向，或改变磁感线方向，导体受力方向就随着改变) 提问：出示如课本12—10甲的挂图和模型，根据上面的结论，通电线圈在磁场中是怎样受力的?(学生回答：ab边受力向上，cd边受力向下) 提问：在这两个力的作用下，线圈怎样运动?(学生回答：线圈会转动) 提问：这个现象中能量是怎样转化的?(学生回答：电能转化为机械能) 2.引入新课教师陈述：电动机就是利用通电线圈在磁场中受力而转动的现象制成的，它将电能转化成机械能。下面我们来研究电动机是如何利用上述现象制成的，当然，我们先讨论最简单的一种电动机—直流电动机。给出直流电动机定义，并板书：〈第五节直流电动机〉3.进行新课(1)使磁场中的通电线圈能连续转动的办法很多同学可能马上想到通电线圈在磁场中不能连续转动(转到平衡位置要停下来)，而实际的电动机要连续转动。怎样解决这个问题呢?(此处可告诉学生把理论用于实际需要再付出很多劳动，还可简介各国对理论应用于实际的重视，以培养学生对应用科学的兴趣)要解决这个问题，我们还得进行深入研究。提问：在上节课的演示实验中，线圈转到平衡位置时是立即停止吗?为什么它不立即停止?(学生答：由于惯性线圈会稍转过平衡位置) 提问：转过平衡位置后，为什么它又转回来呢?(利用模型分析：转过平衡位置后，ab边受力仍朝上，cd边受力仍朝下，正是这一对力使线圈转回来的) 提问：要使线圈不转回来，应该在线圈刚转过平衡位置时就改变线圈的受力方向，即使线圈刚转过平衡位置就使ab边受力变为向下，cd边受力变为向上。怎样才能使线圈受力方向发生这样的改变呢? 引导学生回忆影响受力方向的两个因素，从而得出：应该在此时改变电流方向，或者改变磁感线方向。进一步引导学生分析：改变磁感线方向就是要及时交换磁极，显然这不容易做到;实际的直流电动机是靠及时改变电流方向来改变受力方向的。板书：〈1.使磁场中的通电线圈连续转动，就要每当线圈刚转过平衡位置，就改变一次电流方向。〉(2)换向器提问：怎样才能使线圈刚转过平衡位置时就及时改变电流方向呢? 让学生想办法并开展讨论，教师下去了解学生的情况并鼓励和指导。教师出示：两个半圆铝环和电刷，指出：靠这两样东西就可以解决问题。待学生思考片刻，教师出示已准备的与课本图12—12相似的模型，说明铝环与线圈的连接情况和铝环与电刷的配合过程。引出换向器的概念并板书：〈2.换向器的作用：当线圈刚转过平衡位置时，换向器能自动改变线圈中电流的方向，从而改变线圈受力方向，使线圈连续转动。〉让学生仔细观察课本图12—12，进一步弄清楚线圈转动过程，重点是甲图和丙图，回答教师填空式的提问：甲图：电流方向是a→b→c→d，受力方向是ab边受力向上，cd边受力向下，转动方向是顺时针。丙图：电流方向是d→c→b→a，受力方向是ab边受力向下，cd边受力向上，转动方向是顺时针。(3)直流电动机的构造出示：直流电动机，介绍主要构造：磁极、线圈、换向器、电刷。板书：〈3.直流电动机的构造〉演示：给直流电动机通电转动，提高学生兴趣(若时间不允许，可省些演示)。告诉学生：下节课同学们将自己装一台小直流电动机，进一步弄清楚它的有关知识。让学生阅读课文最后两个自然段，了解直流电动机的优点和应用。4.小结(略) 5.作业：(不要求笔做) (1)预习下节内容。(2)比较直流电动机和交流发电机，从原理、构造和能量转化等方面说出它们的区别。(四)说明 1.本节采用程序性的提问和讨论，启发学生弄清
第4节 电动机 新课引入 电动自行车是倍受人们青睐的一种交通工具．它可以电动骑行，亦可以脚踏骑行．电动骑行时，蓄电池对车上电动机供电，电动机为车提供动力．你知道电动机的工作原理吗？从学生的质疑中导入新课。 合作探究 探究点一 磁场对电流的作用 活动1：展示如图所示的装置，让学生猜想一下，当开关闭合后，将会观察到什么现象？学生诧异？闭合开关，让学生观察实验现象？根据实验现象讨论、交流产生此现象的原因是什么？ 师适当点拨： 现象 → 原因 → 有磁场 ↓ ↓ ↓ 导线运动 →受力的作用→ 通电导体是磁体 归纳总结：磁场对通电导体有力的作用。 知识拓宽：并不是所有的通电直导线在磁场中都受到力的作用，当通电直导线与磁感线方向平行时，此时通电的直导线不受力的作用。 活动2：要想改变导体在磁场中的运动方向，如何操作？学生交流、讨论，发表自己的观点，师总结。 总结：改变磁场的方向；可以改变电流的方向。 活动3：根据学生的猜想，进行验证。让学生观察实验现象，讨论得出实验结论。 归纳总结：通电导线在磁场中受力方向跟电流的方向、磁感线的方向都有关；当电流方向、磁感线方向发生改变时，通电导体受力方向也发生改变。 活动4：根据实验现象，大家讨论一下，在这个装置在能量的转化是怎样的？在生活中哪
些用电器是利用这一原理来工作的？学生交流、讨论，发表自己的观点。 归纳总结： （1）将电能转化为机械能； （2）生活中的电动车、电风扇、电动机等工作时的原理与此相同。 探究点二电动机的基本构造 活动1：一根通电直导线在磁场会受力运动，一个通电的线圈在磁场中会怎样呢？展示如图所示的装置，让同学们猜想，然后再展示。 总结：通电的线圈在磁场中会转动。 活动2：让学生讨论、交流转动的原因。然后各组发表自己的观点。师归纳总结。 归纳总结： 思路：将通电线圈分解为四个通电直导线，即导线ab、导线bc、导线cd、导线da。导线bc、导线da的方向与磁感线方向平行，故不受力的作用，导线ab、导线cd处在同一磁场中，但通过电流的方向相反，故受力方向相反，所以通电的线圈会在磁场中会转动。 活动3：根据原因的分析，说出导线ab、导线cd所受力的特点？ 总结：这两个力的大小相等、方向相反，作用在同一个线圈上，但不在同一条直线上。 活动4：线圈能否在磁场中持续转动？为什么？采取什么措施让线圈持续转动？从受力的角度展开分析。 总结：力的特点：如图所示，此时这两个力的大小相等、方向相反，作用在同一个线圈上，且在同一条直线上，属于一对平衡力，故将会在这个位置处于静止状态。 措施：改变磁感线的方向或者改变线圈中电流的方向。 活动5：让学生自学课本P136找出要让通电线圈在磁场中持续转动的方法，然后交流，统一答案。 活动6：根据以上的探究，总结说出电动机的工作原理、能量转化、构造。学生之间交流、讨论，阐明自己的观点，不同意见的，给予补充。 归纳总结： （1）原理：通电线圈在磁场中受力转动。 （2）构造：电动机由能够转动的线圈和固定不动的磁体两部分组成。在电动机里，能够转动的部分叫转子，固定不动的部分叫定子。 （3）电动机转动的方向：与电流和磁场方向都有关，改变电流方向或磁场方向，电动机的转动方向就随之改变；但如果同时改变电流方向和磁场方向，电动机的转动方向不变。
第一部分电机与拖动实验的基本要求和安全操作规程电机与拖动实验课的目的在于培养学生掌握基本的实验方法与操作技能。培养学生学会根据实验目的，实验内容及实验设备拟定实验线路，选择所需仪表，确定实验步骤，测取所需数据，进行分析研究，得出必要结论，从而完成实验报告。 一、实验前的准备 实验前应复习教科书有关章节，认真研读实验指导书,了解实验目的、项目、方法与步骤，明确实验过程中应注意的问题(有些内容可到实验室对照实验预习，如熟悉组件的编号，使用及其规定值等)，并按照实验项目准备记录抄表等。 实验前应写好预习报告,经指导教师检查认为确实作好了实验前的准备，方可开始作实验。 二、实验的进行 1、建立小组，合理分工 每次实验都以小组为单位进行,每组由2～3人组成，实验进行中的接线、调节负载、保持电压或电流、记录数据等工作每人应有明确的分工，以保证实验操作协调，记录数据准确可靠。 2、选择组件和仪表 实验前先熟悉该次实验所用的组件，记录电机铭牌和选择仪表量程，然后依次排列组件和仪表便于测取数据。 3、按图接线 根据实验线路图及所选组件、仪表、按图接线，线路力求简单明了，按接线原则是先接串联主回路，再接并联支路。为查找线路方便，每条支路可用相同颜色的导线或插头。 4、测取数据 预习时对电机的试验方法及所测数据作到心中有数。实验时,根据实验步骤逐次测取数据。三、实验报告 实验报告是根据实测数据和在实验中观察和发现的问题，经过分析后写出的心得体会。 实验报告要简明扼要、字迹清楚、图表整洁、结论明确。实验报告包括以下内容： 1) 实验名称、专业班级、学号、姓名、实验日期、室温℃。 2) 列出实验中所用组件的名称及编号，电机铭牌数据(P N、U N、I N、n N）等。 3) 注明实验时所用线路图中仪表量程，电阻器阻值，电源端编号等。 4) 数据的整理和计算 5) 按记录及计算的数据用坐标纸画出曲线，曲线要用曲线尺或曲线板连成光滑曲线。 6) 根据数据和曲线进行计算和分析，说明实验结果与理论是否符合，可对某些问题提出一些自己的见解并最后写出结论。实验报告应写在一定规格的报告纸上，保持整洁。
教案编号 1 课题直流电动机的结构授课人课型 课时 2 教具 原设计者授课时间 教学目标1．掌握直流电机的结构 2．了解直流电动机的优缺点。 教学重点直流电机的结构 教学难点直流电机的结构 教学过程（复习提问、精讲设计、课前或中预习内容及要求、设计当堂测试和作业、随堂小结等）第一课时授课时间 第一节直流电机 直流发电机与直流电动机在理论上是可逆的。应用于起重、运输机械、传动机构、精密机械、自动控制系统和电子电器、日常电器中。 一、直流电机的构造 （一）定子 定子由机座、主磁极、换向磁极、电刷组件组成，如图所示。 定子的横剖平面图如图所示。
1．机座 用铸钢或铜板焊成，用作支撑和保护整机结构，同时又是电机磁路的一部分，有良好的导磁性能和机械强度。 2．主磁极 由铁心和励磁绕组组成。铁心由极身和极靴两部分组成，铁心由1~1.5mm厚的钢板叠压而成如图所示。 励磁绕组绕在铁心外面，主磁极的作用是在励磁绕组中通入励磁电流时产生主磁通。当励磁绕组通入直流电时，铁心就成为一个有固定极性的磁极。 3．换向磁极 换向磁极的作用是为了改善换向性能，减小换向火花，削弱电枢磁场。换向磁极与转子间气隙较大，涡流较小，可用整块钢制成。其上的绕组一般与电枢绕组串联，用横截面较大的铜导线绕制。 换向磁极与主磁极数量相等或为其一半，顺着转子旋转的方向排列顺序是：N,N’,S,S’ 4．电刷组件 电刷组件由电刷、刷握、刷杆、刷杆座及压紧弹簧组成，如图所示。 电刷内有用细铜丝编织成的刷辫与外电路导通 作用：与换向器配合，连接静止的外电路和转动的电枢电路。
板书设计（第一课时） 一、直流电机的构造 （一）定子 1．机座 2．主磁极 3．换向磁极 4．电刷组件 教学后记（各班级授课时间、缺席名单及原因；学生辅导；偶发事件处理；教学反思等） 1、对主磁极和换向磁极概念模糊 2、对电刷的作用不太理解 教学过程（复习提问、精讲设计、课前或中预习内容及要求、设计当堂测试和作业、随堂小结等）第二课时授课时间 复习提问：直流电动机的定子结构及各部分的作用 （二）电枢 电枢又称转子，作用是在励磁磁场作用下，产生感应电动势和电磁转矩，实现电能与机械能之间的转换。其结构如图所示。 1．电枢铁心 电机磁路的另一部分，为减小涡流由硅钢片叠压而成。在电区外缘有嵌放绕组的铁心槽，整个铁心固定在转动轴上，随轴一起转动。 2．电枢绕组
第六节直流电动机 清华大学附属中学永丰学校刘铭 教材内容分析 本课选自义务教育教科书，北京师范大学出版社物理九年级全一册第14章，第6节《直流电动机》。前面学生已经掌握了电流周围存在磁场，磁场对通电导体有力的作用，紧接着这节课的学习就是对前面所学知识的一个应用，也是对前面所学内容的另一种诠释，这需要很好的理解掌握前面学习的理论知识，这节课进行深入加工，有着理论的依据，亲自动手操作实验，切实做到学以致用。 学生情况分析 初三下学期的学生，有前面几节课的知识储备，并具备一定的发现问题、分析问题、解决问题的能力，在实验操作方面也有很多的实验积累，在讨论解决方案时会有一些可行的猜想，并针对这些猜想设计可行的实验，来验证猜想是否正确。但是对于学生来说,总会有一些想法不是很严谨，需要老师的及时适当引导。核心素养 通过动手组装模拟电动机，探究电动机的工作的过程和原理，培养学生科学探究的能力和科学的思维，通过了解电动机在生活中的应用，认识科学与技术之间的关系，培养学生科学的态度与责任。 教学目标设计 1.知识与技能: （ (1)知道电动机工作的基本原理:通电线圈在磁场中受到力的作用。 (2)知道电动机工作过程中的能量转化。 (3)了解使电动机连续转动的方法,及换向器在直流电动机中的作用。 2.过程与方法: (1)经历探究电动机转动原理的过程,培养学生初步分析问题的能力。 (2)经历电动机的发明过程,培养学生动手能力和发现问题并解决问题的能力。 3.情感态度与价值观: 了解物理知识如何转变为科学技术,强化学生学以致用的意识。
教学内容设计： 教学重点:探究磁场对通电导体有力的作用。 ~ 教学难点:使电动机持续转动的方法。 教学策略分析 （一）教学方法分析： 1.协作学习法：2个学生为一组，组内同学协同完成实验任务。 2.任务驱动法：学生们经历电动机的发展历程，随着电动机发展过程中问题的产生，猜想解决问题的措施，针对解决措施，动手设计实验，验证猜想是否正确，方案是否可行。 3.讨论交流学习法：学生在实验操作前，交流实验方案；在实验操作过程中，讨论方法的可行性；在实验操作后，交流总结实验心得和结论。 （二）教学手段： 多媒体，实物投影，电动机的换向器工作时慢镜头视频，小型电动机模型（2个），带有换向器的电动机模型（2个），玩具车中的电动机。 ; 学法设计： 师生之间：教师问题引导，学生自主猜想设计，在做中学。